EP4003724A1 - Expansionselement - Google Patents

Expansionselement

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Publication number
EP4003724A1
EP4003724A1 EP20740016.9A EP20740016A EP4003724A1 EP 4003724 A1 EP4003724 A1 EP 4003724A1 EP 20740016 A EP20740016 A EP 20740016A EP 4003724 A1 EP4003724 A1 EP 4003724A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sheet
textile
expansion element
expansion
expandable material
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.)
Pending
Application number
EP20740016.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Fabio GABERELL
Noah Munzinger
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.)
Sika Technology AG
Original Assignee
Sika Technology AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Sika Technology AG filed Critical Sika Technology AG
Publication of EP4003724A1 publication Critical patent/EP4003724A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B32B2605/00—Vehicles

Definitions

  • the present invention relates to expansion elements on structural elements in bodies, in particular in bodies of motor vehicles, as well as methods for connecting two structural elements of a body to one
  • the bodies of motor vehicles are lightweight
  • reinforcement elements can also be glued to flat areas of the body in order to reinforce them.
  • a previously known approach to reinforcing lightweight structures in motor vehicles is that so-called tapes or so-called pads are arranged on a body element and then foamed and cured in the painting oven.
  • Such tapes or pads can be used, for example, to place two essentially opposite one another
  • a first such previously known product is described in US2003 / 0183317A1.
  • One or more reinforcing layers which ultimately mechanically reinforce the reinforcing element, are arranged in the expandable material.
  • the reinforcement layer can be formed from a variety of materials.
  • WO2015 / 011687A1 Another, similar previously known product is described in WO2015 / 011687A1.
  • a fibrous layer or a fleece is integrated into the expandable material in order to mechanically reinforce the entire reinforcement element.
  • similar reinforcing elements in the form of laminates are also known.
  • WO2011 / 109699A1 discloses such a laminate.
  • a layer of expandable material is placed on a film.
  • the surface tensions of the film and of the expandable material are adapted to one another.
  • the film is also used to control the expansion of the expandable material placed thereon.
  • expansion element allows.
  • the expansion element should be inexpensive and simple to manufacture and use.
  • This object is initially achieved by using a sheet-like textile for the controlled expansion of an expansion element on one
  • Structural element in a body the sheet-like textile being covered on both sides with expandable material, and the expansion of the
  • Expansion element in a direction perpendicular to the sheet-like textile is at least 15% larger than with an expansion element without
  • an expansion element comprising the expandable material and the sheet-like textile, the sheet-like textile being covered on both sides with expandable material;
  • Expansion element in a direction perpendicular to the sheet-like textile is at least 15% larger than would be the case with an expansion element without sheet-like textile.
  • the more controlled expansion in a certain direction also has the advantage that unwanted foaming of neighboring regions can be prevented. For example, it is often undesirable that
  • Areas next to the area to be reinforced are foamed, because otherwise assembly elements, such as holes in a sheet metal, can no longer be used.
  • an expansion of the expansion element in a direction perpendicular to the sheet-like textile is at least 20% or at least 25% or at least 30% greater than in the case of one
  • the sheet-like textile is a network.
  • the sheet-like textile is a knitted fabric, a woven fabric, a scrim, a braid or a knitted fabric.
  • the sheet-like textile has a
  • Weight per unit area between 5 and 500 g / m 2 , preferably between 5 and 300 g / m 2 , preferably between 5 and 100 g / m 2 , particularly preferably between 5 and 50 g / m 2 .
  • the sheet-like textile has a thickness between 10 and 1000 ⁇ m, preferably between 50 and 500 ⁇ m.
  • sheet-like textiles with such thicknesses or such weights per unit area has the advantage that particularly light sheet-like textiles can be used. This means that on the one hand an expansion in the direction perpendicular to the sheet-like textile is not caused by a weight of the sheet-like textile is hindered, and on the other hand it leads to the fact that the entire expansion element can be designed as light as possible.
  • the sheet-like textile has a
  • Mesh size between 0.5 and 15 mm, preferably between 1 and 10 mm, particularly preferably between 2 and 7 mm.
  • fibers of the sheet-like textile are oriented multidirectionally.
  • multidirectional fibers offers the advantage that expansion in the vicinity of the sheet-like textile is effectively restricted in all directions parallel to a plane of the sheet-like textile. As a result, the expandable material expands increasingly in a direction perpendicular to the plane of the sheet-like textile.
  • the sheet-like textile essentially does not influence a tensile strength of the expansion element in the cured state.
  • expandable material a crosslinking of the expandable material through the sheet-like textile.
  • Such a crosslinking through the sheet-like textile offers the advantage that an improved connection between the individual elements or layers of the expansion element can be ensured.
  • the sheet-like textile comprises one or more of the following materials: glass fibers, carbon fibers or
  • Plastic fibers especially polyester fibers.
  • plastic fibers in particular offers the advantage that particularly inexpensive and light sheet-like textiles can be made available.
  • surface coverage of the sheet-like textile is less than 80%, preferably less than 50%, particularly preferably less than 30%.
  • area coverage is a
  • an area coverage of 100% means that the fibers of the textile completely cover an area of the textile so that there are no free spaces between the fibers when viewed from above.
  • An area coverage of 50% means that, when viewed from above, half of the area is covered by fibers and the other half of the area consists of free spaces between the fibers.
  • between two and five, or between two and four, or two to three, or exactly two, or exactly three sheet-like textiles are used or provided to form the expansion element. It was found in experiments that the effect of increased expansion in the direction perpendicular to the sheet-like textile can be increased by providing several sheet-like textiles. Thus, a suitable number and arrangement of the sheet-like textiles can be selected, in particular as a function of an overall thickness and an expansion rate of the expandable material.
  • Layer thickness of the expandable material for each layer which is formed by the sheet-like textiles at least 10% of a total thickness of the
  • the smallest layer thickness is
  • expandable material at least 15% or at least 20% or at least 25% or at least 30% in relation to the total thickness of the expansion element.
  • the method mentioned at the outset comprises the additional step: adhering the expansion element to one of the
  • the expandable material is sticky at room temperature, and the expansion element is detached from a carrier element before it is arranged on the structural element, and that
  • Expansion element has a handling film on one side.
  • the expandable material is not sticky at room temperature, and the expansion element has an adhesive film on one side for adherence to the structural element.
  • Expansion element extruded the expandable material.
  • several layers of the expandable material are coextruded.
  • the use of an extrusion process to form the expansion element has the advantage that no further steps such as warming up and re-pressing of the various layers are necessary because the liquid material combines to form a unit during the extrusion.
  • the expandable material is one
  • Epoxy-based or a rubber-based compound Epoxy-based or a rubber-based compound.
  • the expandable material is a thermosetting material.
  • the expandable material is configured in such a way that it hardens at a temperature between 130 ° C and 200 ° C.
  • the expandable material has an expansion rate between 50 and 800%, preferably between 100 and 500%, preferably between 100 and 300%.
  • the expandable material has an expansion rate between 1000 and 3000%, preferably between 1000 and 2500%, preferably between 1000 and 2000%.
  • Exemplary, expandable materials which can be used for the expansion elements proposed here are available under the trade names SikaReinforcer® and SikaBaffle®.
  • FIGS. 1 a to 1 c schematic representation of an expansion element
  • FIGS. 2a and 2b show a schematic illustration of an expansion element in a cavity of a structural element
  • Expansion elements 1 shown.
  • the expansion elements 1 are each shown in a cross-sectional view.
  • Each expansion element 1 comprises both expandable material 2 and one or more sheet-like textiles 3.
  • a total thickness 7 of the expansion element 1 is determined by the
  • a smallest layer thickness 6 of the expansion element 1 is formed in such a way that it is at least 10% of the total thickness 7 of the expansion element 1.
  • the sheet-like textiles 3 are each arranged symmetrically in the expansion element 1. In an alternative embodiment, not shown, the sheet-like textiles 3 can, however, also not be arranged symmetrically.
  • an expansion element 1 is arranged in a cavity 5 of a structural element 4. 2a shows the expansion element 1 in an unexpanded state and FIG. 2b shows the same
  • Expansion element T in an expanded state is expanded.
  • This illustration shows that by providing a sheet-like textile 3 between layers of expandable material 2, increased expansion is achieved in a direction perpendicular to the sheet-like textile 3, whereby a smaller expansion element 1 creates a gap between two essentially opposite one another Structural elements can be closed.
  • SikaReinforcer®-604 (referred to as SR-604) and SikaBaffle®-235 (referred to as SB-235) were used as expandable materials.
  • polyester mesh As sheet-like textiles, polyester mesh, glass fiber fabric, and
  • Carbon fiber fabric used was carried out with a sheet-like textile, tests with two sheet-like textiles, and reference tests without sheet-like textiles. In addition, a test was carried out with an aluminum foil instead of a sheet-like textile (sample R1a).
  • test series shows that the sheet-like textiles have a significant influence on the increase in height during the expansion of the
  • FIG. 3 shows three exemplary cross-sections from the test arrangement shown in Table 1.
  • FIG. 3 shows the three lowest tests of the test arrangement according to Table 1 (samples BR, B1 p and B2p).
  • the effect of the sheet-like textiles 3 for improving an expansion in the direction perpendicular to the sheet-like textiles 3 can also be seen in this representation of cross-sections of the samples obtained.
  • Embodiment polyester nets indicated with dashed lines, since these would otherwise not be visible due to the size relationships and the contrasts.

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Abstract

Zur kontrollierten Expansion eines Expansionselements an einem Strukturelement in einer Karosserie wird ein flächenförmiges Textil verwendet. Dabei ist das flächenförmige Textil beidseitig mit expandierbarem Material bedeckt. Eine Expansion des Expansionselements in einer Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil ist dabei um zumindest 15% größer, als dies bei einem Expansionselement ohne flächenförmiges Textil der Fall wäre.

Description

Expansionselement
Die vorliegende Erfindung betrifft Expansionselemente an Strukturelementen in Karosserien, insbesondere in Karosserien von Kraftfahrzeugen, sowie Verfahren zur Verbindung zweier Strukturelemente einer Karosserie mit einem solchen
Expansionselement.
Vielfach werden Karosserien von Kraftfahrzeugen mit Leichtgewichtigen
Konstruktionen ausgebildet. Dabei ist es oftmals wünschenswert, diese
leichtgewichtigen Konstruktionen gezielt an gewissen Orten zu verstärken. Dabei können beispielsweise Bereiche der Karosserie, in welchen Hohlräume gebildet werden, durch eingesetzte Verstärkungselemente verstärkt werden. Andererseits können aber auch Verstärkungselemente auf flächigen Bereichen der Karosserie verklebt werden, um diese zu verstärken.
Ein vorbekannter Ansatz zur Verstärkung von leichtgewichtigen Konstruktionen in Kraftfahrzeugen besteht darin, dass sogenannte Tapes oder sogenannte Pads auf einem Karosserieelement angeordnet werden, und dann im Lackierofen geschäumt und ausgehärtet werden. Solche Tapes oder Pads können beispielsweise dazu verwendet werden, um zwei sich im Wesentlichen gegenüberliegende
Strukturelemente einer Karosserie miteinander zu verbinden.
Ein erstes solches vorbekanntes Produkt ist in der US2003/0183317A1 beschrieben. Dabei wird im expandierbaren Material eine oder mehrere Verstärkungsschichten angeordnet, welche das Verstärkungselement letztlich mechanisch verstärken. Die Verstärkungsschicht kann aus verschiedenartigen Materialien ausgebildet sein.
Ein weiteres, ähnliches vorbekanntes Produkt ist in der WO2015/011687A1 beschrieben. Auch hier wird eine faserige Schicht oder ein Vlies im expandierbaren Material integriert, um das gesamte Verstärkungselement mechanisch zu verstärken. Weiterhin sind auch ähnliche Verstärkungselemente in der Form von Laminaten bekannt. Beispielsweise offenbart die WO2011/109699A1 ein solches Laminat.
Dabei wird jeweils eine Schicht von expandierbarem Material auf einer Folie angeordnet. Um eine Anbindung zwischen den Schichten zu erreichen, werden dabei die Oberflächenspannungen von der Folie sowie vom expandierbaren Material aneinander angepasst. Die Folie wird ferner dazu benutzt, um die Expansion das darauf angeordneten expandierbaren Materiales zu kontrollieren.
Nachteilig an den bisher bekannten Verstärkungselementen ist es, dass einerseits eine Expansion in eine Richtung senkrecht zu einer Ebene der Schichten oftmals ungenügend bzw. zu wenig kontrolliert verläuft. Dadurch wird es notwendig, größere und dadurch schwerere Verstärkungselemente zu verwenden, um eine gewisse Lücke zwischen zwei Strukturelementen einer Karosserie durch die Expansion des Verstärkungselementes schließen zu können. Weiterhin ist bei den vorbekannten Lösungen zudem nachteilig, dass eine Verbindung zwischen den Schichten des Verstärkungselementes trotz entsprechenden Maßnahmen ungenügend gut ausgebildet ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verstärkungselement bzw. ein Expansionselement der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches einerseits eine verbesserte Expansion in eine Richtung senkrecht zu einer Richtung der Schichten des Expansionselements hat, und welches andererseits eine verbesserte Verbindung zwischen den einzelnen Schichten des
Expansionselementes ermöglicht. Zudem soll das Expansionselement kostengünstig und einfach in der Herstellung sowie in der Anwendung sein.
Diese Aufgabe wird zunächst gelöst durch eine Verwendung eines flächenförmigen Textils zur kontrollierten Expansion eines Expansionselements an einem
Strukturelement in einer Karosserie, wobei das flächenförmige Textil beidseitig mit expandierbarem Material bedeckt ist, und wobei die Expansion des
Expansionselements in eine Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil um mindestens 15% größer ist, als dies bei einem Expansionselement ohne
flächenförmiges Textil der Fall wäre. Die eingangs gestellte Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Verfahren zur
Verbindung zweier Strukturelemente einer Karosserie mit einem Expansionselement, das Verfahren umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines expandierbaren Materials;
- Bereitstellen eines flächenförmigen Textils;
- Bilden eines Expansionselements, umfassend das expandierbare Material und das flächenförmige Textil, wobei das flächenförmige Textil beidseitig mit expandierbarem Material bedeckt ist; und
- Expandieren des Expansionselements, wobei eine Expansion des
Expansionselements in eine Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil um zumindest 15% größer ist, als dies bei einem Expansionselement ohne flächenförmiges Textil der Fall wäre.
Die hier vorgeschlagene Lösung bietet zunächst den Vorteil, dass durch die
Verwendung eines flächenförmigen Textils zwischen Schichten von expandierbarem Material eine verbesserte Bindung zwischen den Schichten erreicht werden kann. Dabei scheint es von Bedeutung, dass sich das expandierbare Material bei einer Aushärtung des expandierbaren Materials auch durch das flächenförmige Textil hindurch vernetzt. Dadurch entsteht im Prinzip ein einzelnes, ausgehärtetes, vernetztes expandiertes Element, welches funktionell nicht unterteilt ist.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Verwendung eines flächenförmigen Textils in einem solchen expandierbaren Material dazu führt, dass eine Expansion in eine Richtung senkrecht zu Ebene des flächenförmigen Textils stärker ausgeprägt ist, als dies bei der Verwendung mit einer Folie der Fall ist. Möglicherweise spielen dabei das typischerweise geringere Gewicht von flächenförmigen Textilen gegenüber Folien eine Rolle, sowie die oben genannte Vernetzung durch das flächenförmige Textil hindurch.
Dadurch kann ein Verfahren bzw. eine Verwendung zur Verfügung gestellt werden, bei welcher eine Expansion in die gewünschte Richtung, insbesondere um eine Lücke zwischen zwei sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Elementen zu schließen, wesentlich verbessert werden kann. Somit bietet die hier beschriebene Lösung den Vorteil, dass kleinere bzw. leichtere Expansionselemente eingesetzt werden können, als dies mit vorbekannten Expansionselementen der Fall war.
Durch die kontrolliertere Expansion in eine bestimmte Richtung wird zudem der Vorteil erzielt, dass unerwünschtes Zuschäumen von benachbarten Regionen verhindert werden kann. So ist es beispielsweise oftmals unerwünscht, dass
Bereiche neben dem zu verstärkendem Bereich zugeschäumt werden, weil ansonsten Montageelemente, wie beispielsweise Löcher in einem Blech, nicht mehr benutzbar sind.
Im Weiteren werden nun bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen beschrieben.
In einer beispielhaften Weiterbildung ist eine Expansion des Expansionselements in eine Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil um zumindest 20% oder um zumindest 25% oder um zumindest 30% größer, als dies bei einem
Expansionselement ohne flächenförmiges Textil der Fall wäre.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das flächenförmige Textil ein Netz.
In einer alternativen beispielhaften Ausführungsform ist das flächenförmige Textil ein Gestrick, ein Gewebe, ein Gelege, ein Geflecht oder ein Gewirke.
In einer beispielhaften Ausführungsform hat das flächenförmige Textil ein
Flächengewicht zwischen 5 und 500 g/m2, bevorzugt zwischen 5 und 300 g/m2, bevorzugt zwischen 5 und 100 g/m2, besonders bevorzugt zwischen 5 und 50 g/m2.
In einer beispielhaften Ausführungsform hat das flächenförmige Textil eine Dicke zwischen 10 und 1000 pm, bevorzugt zwischen 50 und 500 pm.
Das Verwenden von flächenförmigen Textilen mit solchen Dicken bzw. solchen Flächengewichten hat den Vorteil, dass dadurch besonders leichte, flächenförmige Textile verwendet werden können. Dies führt dazu, dass einerseits eine Expansion in Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil nicht durch ein Gewicht des flächenförmigen Textils behindert wird, und andererseits führt es dazu, dass das gesamte Expansionselement möglichst leicht ausgestaltet werden kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform hat das flächenförmige Textil eine
Maschenweite zwischen 0.5 und 15 mm, bevorzugt zwischen 1 und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 2 und 7 mm.
Das Vorsehen von solchen Maschenweiten bietet den Vorteil, dass dadurch bei einer Aushärtung des expandierbaren Materials eine Vernetzung durch das flächenförmige Textil hindurch verbessert ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform sind Fasern des flächenförmigen Textils multidirektional ausgerichtet.
Die Verwendung von multidirektional ausgerichteten Fasern bietet den Vorteil, dass dadurch eine Expansion in der Nähe des flächenförmigen Textils in alle Richtungen parallel zu einer Ebene des flächenförmigen Textils wirksam eingeschränkt werden. Dadurch expandiert das expandierbare Material verstärkt in eine Richtung senkrecht zur Ebene des flächenförmigen Textils.
In einer beispielhaften Ausführungsform beeinflusst das flächenförmige Textil eine Zugfestigkeit des Expansionselements in ausgehärtetem Zustand im Wesentlichen nicht.
Dies hat wiederum den Vorteil, dass wenn die mechanischen Eigenschaften lediglich durch das expandierbare Material bestimmt werden, ein besonders leichtes und grobmaschiges flächenförmiges Textil verwendet werden kann. Dies führt zu den oben bereits beschriebenen Vorteilen.
In einer beispielhaften Ausführungsform entsteht bei einer Aushärtung des
expandierbaren Materials eine Vernetzung des expandierbaren Materials durch das flächenförmige Textil hindurch. Eine solche Vernetzung durch das flächenförmige Textil hindurch bietet den Vorteil, dass dadurch eine verbesserte Verbindung zwischen den einzelnen Elementen bzw. Schichten des Expansionselements sichergestellt werden kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das flächenförmige Textil eines oder mehrere der folgenden Materialien: Glasfasern, Carbonfasern oder
Kunststofffasern (insbesondere Polyester-Fasern).
Die Verwendung insbesondere von Kunststofffasern bietet den Vorteil, dass dadurch besonders kostengünstige und leichte flächenförmige Textile zur Verfügung gestellt werden können.
In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt eine Flächenabdeckung des flächenförmigen Textiles weniger als 80%, bevorzugt weniger als 50%, besonders bevorzugt weniger als 30%.
Unter„Flächenabdeckung“ wird im Zusammenhang dieser Erfindung eine
prozentuale Abdeckung der Fasern an einer Fläche verstanden, bei einer Draufsicht auf das flächenförmige Textil (Blickrichtung senkrecht zur Ebene des
flächenförmigen Textiles).
Somit bedeutet eine Flächenabdeckung von 100%, dass die Fasern des Textils eine Fläche des Textils vollständig bedecken, sodass bei einer Draufsicht keinerlei Freiräume zwischen den Fasern bestehen. Eine Flächenabdeckung von 50% bedeutet sinngemäss, dass bei einer Draufsicht die Hälfte der Fläche von Fasern bedeckt ist, und die andere Hälfte der Fläche aus Freiräumen zwischen den Fasern besteht.
In einer beispielhaften Ausführungsform werden mehrere flächenförmige Textile verwendet bzw. bereitgestellt.
In einer beispielhaften Weiterbildung werden zwischen zwei und fünf, oder zwischen zwei und vier, oder zwei bis drei, oder genau zwei, oder genau drei flächenförmige Textile verwendet bzw. zur Bildung des Expansionselements bereitgestellt. Es wurde in Experimenten herausgefunden, dass sich der Effekt der verstärkten Expansion in Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil durch das Vorsehen mehrerer flächenförmiger Textile verstärken lässt. Somit kann insbesondere in Abhängigkeit einer Gesamtdicke und einer Expansionsrate des expandierbaren Materials eine geeignete Anzahl und Anordnung der flächenförmigen Textile gewählt werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das eine oder die mehreren
flächenförmigen Textile symmetrisch im Expansionselement angeordnet.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das eine oder die mehreren
flächenförmigen Textile derart im Expansionselement angeordnet, dass eine
Schichtdicke des expandierbaren Materials für jede Schicht, welche durch die flächenförmigen Textile gebildet wird, zumindest 10% einer Gesamtdicke des
Expansionselements beträgt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung beträgt die kleinste Schichtdicke von
expandierbarem Material zumindest 15% oder zumindest 20% oder zumindest 25% oder zumindest 30% im Verhältnis zur Gesamtdicke des Expansionselements.
In einer alternativen Ausführungsform ist das eine bzw. die mehreren
flächenförmigen Textile asymmetrisch im Expansionselement angeordnet.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das eingangs genannte Verfahren den zusätzlichen Schritt: Anhaften des Expansionselements auf einem der
Strukturelemente.
In einer ersten, beispielhaften Weiterbildung ist dabei das expandierbare Material bei Raumtemperatur klebrig, und das Expansionselement wird von einem Trägerelement abgelöst, bevor es auf dem Strukturelement angeordnet wird, und das
Expansionselement hat auf einer Seite eine Handhabungsfolie. In einer zweiten, alternativen Weiterbildung ist das expandierbare Material bei Raumtemperatur nicht klebrig, und das Expansionselement hat auf einer Seite einen Klebefilm zur Anhaftung auf dem Strukturelement.
Beide dieser beispielhaften Weiterbildungen haben den Vorteil, dass das hier vorgeschlagene Expansionselement dadurch in der Art eines Tapes oder in der Art eines Pads verwendet werden kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird bei der Bildung des
Expansionselements das expandierbare Material extrudiert. In einer beispielhaften Weiterbildung werden mehrere Schichten des expandierbaren Materials co- extrudiert.
Das Verwenden eines Extrusionsvorgangs zur Bildung des Expansionselements hat den Vorteil, dass dadurch keine weiteren Schritte wie beispielsweise Aufwärmen und Wiederanpressen der verschiedenen Schichten notwendig sind, weil sich das flüssige Material bei der Extrusion zu einer Einheit verbindet.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das expandierbare Material eine
Epoxidharz-basierte oder eine Gummi-basierte Verbindung.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das expandierbare Material ein heisshärtendes Material. In einer beispielhaften Weiterbildung ist das expandierbare Material so konfiguriert, dass es bei einer Temperatur zwischen 130°C und 200°C aushärtet.
In einer ersten beispielhaften Ausführungsvariante hat das expandierbare Material eine Expansionsrate zwischen 50 und 800%, bevorzugt zwischen 100 und 500%, bevorzugt zwischen 100 und 300%.
In einer zweiten, alternativen Ausführungsform hat das expandierbare Material eine Expansionsrate zwischen 1000 und 3000%, bevorzugt zwischen 1000 und 2500%, bevorzugt zwischen 1000 und 2000%. Beispielhafte, expandierbare Materialien, welche für die hier vorgeschlagenen Expansionselemente verwendet werden können, sind unter den Handelsnamen SikaReinforcer® und SikaBaffle® erhältlich.
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand von
Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf schematische Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
Figuren 1 a bis 1 c schematische Darstellung eines Expansionselements;
Figuren 2a und 2b schematische Darstellung eines Expansionselements in einem Hohlraum eines Strukturelements; und
Figur 3 Beispielhafte Querschnitte von expandierten
Expansionselementen aus der Versuchsreihe gemäß Tabelle 1.
In den Figuren 1 a bis 1 c sind verschiedene Ausführungsbeispiele von
Expansionselementen 1 dargestellt. Dabei sind die Expansionselemente 1 jeweils in einer Querschnittsdarstellung gezeigt. Jedes Expansionselement 1 umfasst sowohl expandierbares Material 2 als auch eines oder mehrere flächenförmige Textilien 3. Dabei wird eine Gesamtdicke 7 des Expansionselements 1 durch die
flächenförmigen Textilien 3 in einzelne Schichten aufgeteilt, wobei jede dieser Schichten eine Schichtdicke 6 hat. In allen drei Ausführungsbeispielen ist dabei jeweils eine kleinste Schichtdicke 6 des Expansionselements 1 derart ausgebildet, dass sie zumindest 10% der Gesamtdicke 7 des Expansionselements 1 beträgt.
In den drei dargestellten Ausführungsbeispielen sind die flächenförmigen Textilien 3 jeweils symmetrisch im Expansionselement 1 angeordnet. In einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die flächenförmigen Textile 3 jedoch auch nicht symmetrisch angeordnet sein. In den Figuren 2a und 2b ist ein Expansionselement 1 in einem Hohlraum 5 eines Strukturelements 4 angeordnet. Dabei zeigt die Figur 2a das Expansionselement 1 in einem unexpandierten Zustand und die Figur 2b zeigt das gleiche
Expansionselement T in einem expandierten Zustand.
Auf dieser Darstellung ist zu sehen, dass durch das Vorsehen eines flächenförmigen Textiles 3 zwischen Schichten von expandierbarem Material 2 eine verstärkte Expansion in eine Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil 3 erzielt wird, wodurch mit einem kleineren Expansionselement 1 eine vorliegende Lücke zwischen zwei im Wesentlichen sich gegenüberliegenden Strukturelementen geschlossen werden kann.
In Figur 2b ist ersichtlich, dass das expandierte Material 2‘ insbesondere in der Nähe des flächenförmigen Textils 3 und in der Nähe der Strukturelemente 4 weniger stark in Richtungen entlang der Ebene des flächenförmigen Textils 3 expandiert, als dies ohne eine Anbindung an das flächenförmige Textil 3 bzw. an das Strukturelement 4 der Fall wäre. Dieser Effekt hat zur Folge, dass eine verstärkte Expansion senkrecht zur Ebene des flächenförmigen Textils 3 stattfindet.
In der nachfolgenden Tabelle 1 ist eine beispielhafte Versuchsreihe von
beispielhaften Expansionselementen dargestellt. Dabei werden verschiedene expandierbare Materialien sowie auch verschiedene flächenförmige Textile (sowie ein Vergleichsversuch mit einer Aluminiumfolie anstelle eines flächenförmigen Textils) eingesetzt.
Als expandierbare Materialien wurden SikaReinforcer®-604 (als SR-604 bezeichnet) sowie SikaBaffle®-235 (als SB-235 bezeichnet) eingesetzt.
Als flächenförmige Textilien wurde Polyesternetz, Glasfasergewebe, und
Karbonfasergewebe verwendet. Dabei wurden Versuche mit einem flächenförmigen Textil, Versuche mit zwei flächenförmigen Textilien, sowie Referenzversuche ohne flächenförmige Textilien durchgeführt. Zudem wurde ein Versuch mit einer Aluminiumfolie anstelle eines flächenförmigen Textils durchgeführt (Probe R1a).
Tabelle 1
Zunächst geht aus der Versuchsreihe hervor, dass die flächenförmigen Textilien einen signifikanten Einfluss auf die Höhenzunahme bei der Expansion des
Expansionselementes haben. Weiterhin wurde gefunden, dass flächenförmige Textilien eine stärkere
Höhenzunahme hervorbringen, als dies mit Folien der Fall ist. Der Vergleichsversuch mit Aluminiumfolie hat eine Höhenzunahme von 12% gegenüber der Referenz ohne flächenförmigem Textil ergeben, während alle Versuche mit flächenförmigen Textilien eine Höhenzunahme von zumindest 15% ergeben haben.
Das Ergebnis des Vergleichsversuches mit Aluminiumfolie wird weiterhin bestätigt durch die eingangs genannte WO2011/109699A1 , wo in Tabelle 2 mit
Verstärkungsfolien in den vier Beispielen A bis D folgende Werte für die prozentuale Höhenzunahme im Vergleich zum Referenzbeispiel gefunden wurde: Beispiel A -3%, Beispiel B +8%, Beispiel C +12% und Beispiel D +14%.
Aus dieser Versuchsreihe geht zudem hervor, dass die Expansion senkrecht zur Ebene des flächenförmigen Textils, welche in der Tabelle als Höhenzunahme benannt ist, größer ist, je mehr flächenförmige Textile verwendet werden. So wird bei Verwendung von zwei flächenförmigen Textilen eine größere Expansion in diese Richtung erzielt, als bei Verwendung von einem flächenförmigen Textil, und bei Verwendung von einem flächenförmigen Textil wird eine größere Expansion in die gewünschte Richtung erzielt, als beim Referenzbeispiel ohne flächenförmiges Textil.
In Figur 3 sind drei beispielhafte Querschnitte aus der in Tabelle 1 dargestellten Versuchsanordnung abgebildet. Dabei zeigt Figur 3 die drei untersten Versuche der Versuchsanordnung gemäß Tabelle 1 (Proben BR, B1 p und B2p). Auch in dieser Darstellung von Querschnitten der erhaltenen Proben ist der Effekt von den flächenförmigen Textilen 3 zur Verbesserung einer Expansion in Richtung senkrecht zu den flächenförmigen Textilen 3 ersichtlich.
In Figur 3 wurde die Lage der flächenförmigen Textilien 3 (in diesem
Ausführungsbeispiel Polyesternetze) mit gestrichelten Linien angedeutet, da diese ansonsten nicht sichtbar wären aufgrund der Grössenverhältnisse und der Kontraste.
Bezugszeichen-Liste
1 - Expansionselement in unexpandiertem Zustand
T - Expansionselement in expandiertem Zustand 2 - expandierbares Material
2‘ - expandiertes Material
3 - flächenförmiges Textil
4 - Strukturelement
5 - Hohlraum
6 - Schichtdicke
7 - Gesamtdicke

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung eines flächenförmigen Textils (3) zur kontrollierten Expansion eines Expansionselements (1 ) an einem Strukturelement (4) in einer
Karosserie, wobei das flächenförmige Textil (3) beidseitig mit expandierbarem Material (2) bedeckt ist, und wobei die Expansion des Expansionselements (1 ) in einer Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil (3) um zumindest 15% größer ist, als dies bei einem Expansionselement (1 ) ohne flächenförmiges Textil (3) der Fall wäre.
2. Verwendung eines flächenförmigen Textils (3) nach Anspruch (1 ), wobei das flächenförmige Textil (3) ein Netz ist.
3. Verwendung eines flächenförmigen Textils (3) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das flächenförmige Textil (3) ein
Flächengewicht zwischen 5 und 500 g/m2 hat.
4. Verwendung eines flächenförmigen Textils (3) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das flächenförmige Textil eine Dicke zwischen 10 und 1000 pm hat.
5. Verwendung eines flächenförmigen Textils (3) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das flächenförmige Textil (3) eine
Maschenweite zwischen 1 und 10 mm hat.
6. Verwendung eines flächenförmigen Textils (3) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei Fasern des flächenförmigen Textils (3) multidirektional ausgerichtet sind.
7. Verwendung eines flächenförmigen Textils (3) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das flächenförmige Textil (3) eine
Zugfestigkeit des Expansionselementes 1‘ in ausgehärtetem Zustand im Wesentlichen nicht beeinflusst.
8. Verwendung eines flächenförmigen Textils (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einer Aushärtung des expandierbaren Materials (2) eine Vernetzung des expandierten Materials 2‘ durch das flächenförmige Textil 3 hindurch entsteht.
9. Verwendung eines flächenförmigen Textils 3 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das flächenförmige Textil (3) zumindest eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: Glasfaser, Carbonfasern, oder
Kunststofffasern (insbesondere Polyester-Fasern).
10. Verwendung eines flächenförmigen Textils (3) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei bis fünf flächenförmige Textile verwendet werden.
11. Verfahren zur Verbindung zweier Strukturelemente (4) einer Karosserie mit einem Expansionselement (1 ), das Verfahren umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines expandierbaren Materials (2);
Bereitstellen eines flächenförmigen Textils (3);
Bilden eines Expansionselements (1 ), umfassend das expandierbare Material (2) und das flächenförmige Textil (3), wobei das
flächenförmige Textil (3) beidseitig mit expandierbarem Material (2) bedeckt ist; und
Expandieren des Expansionselements (1 ), wobei eine Expansion des Expansionselementes (1 ) in einer Richtung senkrecht zum
flächenförmigen Textil (3) um zumindest 15% größer ist, als dies bei einem Expansionselement (1 ) ohne flächenförmiges Textil (3) der Fall wäre.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das Verfahren den zusätzlichen Schritt umfasst: Anhaften des Expansionselements (1 ) auf einem der Strukturelemente (4).
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das expandierbare Material (2) bei Raumtemperatur klebrig ist, und wobei das Expansionselement (1 ) von einem
Trägerelement abgelöst wird, bevor es auf dem Strukturelement (4) angeordnet wird, und wobei das Expansionselement (1 ) auf einer Seite eine Handhabungsfolie hat.
14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das expandierbare Material (2) bei
Raumtemperatur nicht klebrig ist, und wobei das Expansionselement (1 ) auf einer Seite einen Klebefilm zur Anhaftung auf dem Strukturelement (4) hat.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, wobei bei der Bildung des Expansionselements (1 ) das expandierbare Material (2) extrudiert, insbesondere co-extrudiert, wird.
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