PL175581B1

PL175581B1 - Laminatowa belka do konstrukcji pojazdu i sposób wytwarzania tej belki

Info

Publication number: PL175581B1
Application number: PL95317261A
Authority: PL
Inventors: Joseph S. Wycech
Original assignee: Novamax Tech Holdings
Priority date: 1994-05-19
Filing date: 1995-05-08
Publication date: 1999-01-29
Also published as: BR9507661A; ES2223731T3; EP1153824A3; CZ290998B6; EP1153824A2; CZ337296A3; CA2189348A1; EP0758965B1; PL317261A1; MX9605533A; EP0758965A1; DE69527620D1; US5575526A; KR100284884B1; DE69533457D1; EP1153824B1; EP0758965A4; DE758965T1; JPH10500917A; WO1995032110A1

Abstract

1. Laminatowa belka do konstrukcji pojazdu majaca czesc zewnetrzna, której powierzchnia wewnetrzna wyznacza wglebienie, element wewnetrzny pasujacy do wglebienia, przy czym zewnetrzna powierzchnia scienna elementu wewnetrz- nego zwrócona jest w strone wspomnianej wewnetrznej pow ie- rzchni sciennej czesci zewnetrznej, zas miedzy wewnetrzna powierzchnia scienna czesci zewnetrznej, a zewnetrzna powierz- chnia scienna elementu wewnetrznego znajduje sie warstwa zywicy w kontakcie ze wspomnianymi powierzchniami, zna- m ienna tym, ze element wewnetrzny (16, 46, 58, 68, 76) jest sztywny, zas zewnetrzna powierzchnia wspomnianego elementu wewnetrznego zespolona jest scisle z wewnetrzna powierzchnia czesci zewnetrznej za pomoca zywicy. 17. Sposób wytwarzania belki o zwiekszonym stosunku sztywnosci do masy, przy czym belka ta ma czesc zewnetrzna, której wewnetrzna powierzchnia scienna wyznacza wglebie- nie, w którym wytwarza sie elem ent wewnetrzny pasujacy do wspomnianego wglebienia, majacy, przynajmniej na czesci zewnetrznej powierzchni elementu wewnetrznego warstwe roz- prezalnej pod wplywem ciepla zywicy, znamienny tym, ze stosuje sie warstwe zywicy o grubosci od 1,52 mm do 12,7 mm, nastepnie wprowadza sie element wewnetrzny (16, 46, 5 8 , 68 , 76) do wgle- bienia (24) tworzac uklad, w którym zywica (18, 48, 60, 70, 78) styka sie z zewnetrzna powierzchnia scienna wspomnianego elementu wewnetrznego i z wewnetrzna powierzchnia scienna czesci (14, 44 , 56, 66 , 74), zas zywice aktywuje sie doprowadzajac d o jej rozprezenia i polaczenia czesci zewnetrznej z elementem wewnetrznym tak, ze sztywnosc czesci zewnetrznej wzrasta nieliniowo w stosunku do wzrostu masy wskutek wprowadze- nia elementu wewnetrznego i zywicy. FIG. 2 P L 1 7 5 5 8 1 B 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest laminatowa belka do konstrukcji pojazdu oraz sposób wytwarzania takiej belki, a w szczególności sposób zwiększania jej stosunku sztywności do masy.

W rozmaitych zastosowaniach, szczególnie w przemyśle samochodowym, ważne jest stosowanie członów strukturalnych o dużej wytrzymałości mających możliwe najmniejszą masę. W przeszłości proponowano rozmaite materiały kompozytowe do stosowania przy wytwarzaniu członów strukturalnych, włącznie z egzotycznymi, lekkimi stopami. Jednakże w przemyśle samochodowym, należy wyrównoważyć potrzebę redukcji masy bez utraty wytrzymałości w stosunku do kosztu produktu, ponoszonego przez klienta. Tak więc istnieje potrzeba utrzymania lub zwiększenia wytrzymałości członów strukturalnych takich jak wahacze, szyba przednia, słupki, belki podporowe chłodnicy i wałki napędowe, bez znaczącego zwiększenia kosztów materiału i pracy.

Znane jest wzmacnianie członów strukturalnych pojazdów mechanicznych przez zastosowanie materiałów kompozytowych. Przykładowo, obecny wynalazca ujawnił rozmai4

175 581 te kompozytowe konstrukcje metalu/tworzywa sztucznego do stosowania przy wzmacnianiu elementów składowych mechanicznych. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,901,500, zatytułowanym Lekka belka kompozytowa jest ujawniona belka wzmacniająca do drzwi pojazdu, która zawiera człon metalowy o kształcie otwartego kanału, mający podłużną wnękę która jest wypełniona termoutwardzalnym lub termoplastycznym materiale na bazie żywicy. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,908,930 zatytułowanym Sposób wytwarzania drążka skrętnego jest opisany wydrążony drążek skrętny, wzmocniony mieszaniną żywicy z wypełniaczem. Rura jest cięta na odcinki o potrzebnej długości i załadowana materiałem na bazie żywicy.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki, nr 4,751,249 zatytułowanym Wkład wzmacniający do członu strukturalnego oraz sposób wytwarzania i stosowania tego wkładu zaproponowano wstępnie odlewany wkład wzmacniający do członów strukturalnych, który jest utworzony z licznych granulek zawierających żywicę termoutwardzalną z czynnikiem nadmuchującym. Wstępny odlew zostaje rozprężony i utwardzony na miejscu w członie strukturalnym. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,978,562, zatytułowanym Kompozytowa rurowa belka drzwiowa wzmocniona rdzeniem z pianki syntetycznej, umieszczonym w środku rozpiętości rury opisano kompozytową belkę drzwiową, która posiada rdzeń na bazie żywicy, zajmującej nie więcej niż 1/3 otworu metalowej rury.

Dodatkowo do uprzedniej pracy własnej obecnego wynalazcy, znane są liczne konstrukcje laminatów metalowych, których płaskie metalowe płyty zostają zespojone razem za pomocą aktywnej warstwy żywicy. Znane jest również wywarzanie arkusza laminatu metalowego do stosowania jako panel podłogowy, który zawiera parę płaskich arkuszy metalu, mających aktywną warstwę asfaltu lub polimeru elastycznego.

Jakkolwiek wypełnianie przekrojów pianką tworzywa sztucznego w znaczący sposób zwiększa sztywność tego przekroju (przynajmniej przy stosowaniu pianek o dużej gęstości), to jednak powoduje to również zwiększenie masy a tym samym ciężaru części, co jak stwierdzono stanowi cechę niepożądaną do zastosowań w pojazdach mechanicznych. Ponadto, jakkolwiek zwiększanie wymiaru metalu w przekroju lub dodawanie miejscowych wzmocnień metalu spowoduje zwiększenie sztywności, ponieważ wzrasta grubość metalu, to jednak trudniejsze jest utworzenie takiej części w wyniku ograniczeń nałożonych na maszynę do formowania metalu. Istotne jest, że w wielu zastosowaniach zwiększanie ilości metalu nie spowoduje odpowiedniego skutku, ponieważ częstotliwość sztywności jest proporcjonalna do sztywności przekroju podzielonej przez masę przekroju: f ~ V K/m (to jest częstotliwość jest proporcjonalna do pierwiastka ze sztywności nad masę). Masa i sztywność wzrastają proporcjonalnie, co nie daje żadnej wynikowej zmiany w dynamicznej częstotliwości sztywności danej części.

Ponadto, wypełnianie przekroju w całości pianką powoduje duży pobór ciepła i wymaga pracochłonnych czynności uszczelniających dla zamknięcia otworów udostępniających w wypraskach. Ponadto, obecność pianki może przeszkadzać w umieszczaniu wewnętrznych paneli, osprzętu przewodowego i zawiasów.

Tak więc, pożądane byłoby opracowanie niekosztownej technologii powodującej zwiększanie sztywności przekroju bez proporcjonalnego zwiększania masy. Według wynalazku otrzymuje się przekroje, które mają zwiększone wartości sztywności przy nieznaczącym zwiększeniu masy i bez stosowania dużych objętości kosztownych żywic. W wielu zastosowaniach, wynalazek obecny redukuje wibracje, które powodują niepożądane wstrząsy elementu składowego.

Laminatowa belka mająca część zewnętrzną, której powierzchnia wewnętrzna wyznacza wgłębienie, element wewnętrzny pasujący do wgłębienia, przy czym zewnętrzna powierzchnia ścienna elementu wewnętrznego zwrócona jest w stronę wspomnianej wewnętrznej powierzchni ściennej części zewnętrznej, zaś między wewnętrzną powierzchnią ścienną części zewnętrznej, a zewnętrzną powierzchnią ścienną elementu wewnętrznego znajduje się warstwa żywicy w kontakcie ze wspomnianymi powierzchniami, według wynalazku charakteryzuje się tym, że element wewnętrzny jest sztywny, zaś zewnętrzna powierzchnia

175 581 wspomnianego elementu wewnętrznego zespolona jest ściśle z wewnętrzną powierzchnią części zewnętrznej za pomocą żywicy.

Element wewnętrzny jest korzystnie otwarty wzdłuż przynajmniej jednego boku na zasadniczo całej długości rury, bądź zamknięty wzdłuż zasadniczo całej swej długości.

Według innego aspektu wynalazku wgłębienie wyznaczone przez element wewnętrzny jest zasadniczo cylindryczne lub stanowi kanał w kształcie U.

Korzystnie element wewnętrzny jest wydrążony.

Belka według wynalazku korzystnie stanowi konstrukcję podporową chłodnicy w pojeździe mechanicznym, słupek szyby przedniej pojazdu mechanicznego, zespół panelu wahacza pojazdu mechanicznego, albo wał napędowy pojazdu mechanicznego.

Według następnego aspektu wynalazku część zewnętrzna i element wewnętrzny są korzystnie wytworzone z metalu.

W kolejnym aspekcie część zewnętrzna i element wewnętrzny mają przekrój w postaci szyny o kształcie C.

W jeszcze innym aspekcie element wewnętrzny ma przynajmniej jeden przelotowy otwór, część zewnętrzna ma przynajmniej jeden przelotowy otwór ustawiony w zgodności ze wspomnianym przelotowym otworem elementu wewnętrznego, przy czym przelotowy otwór elementu wewnętrznego ma większą średnicę niż przelotowy otwór części zewnętrznej, korzystnie zaś przelotowe otwory wewnętrznej rury mają średnicę większą niż przelotowe otwory wspomnianej zewnętrznej części strukturalnej.

Część zewnętrzna i element wewnętrzny mają korzystnie zasadniczo ten sam kształt, natomiast żywica stanowi korzystnie piankę strukturalną.

Sposób wytwarzania belki o zwiększonym stosunku sztywności do masy, przy czym belka ta ma część zewnętrzną, której wewnętrzna powierzchnia ścienna wyznacza wgłębienie, w którym wytwarza się element wewnętrzny pasujący do wspomnianego wgłębienia, mający, przynajmniej na części zewnętrznej powierzchni elementu wewnętrznego warstwę rozprężalnej pod wpływem ciepła żywicy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosuje się warstwę żywicy o grubości od 1,52 mm do 12,7 mm, następnie wprowadza się element wewnętrzny do wgłębienia tworząc układ, w którym żywica styka się z zewnętrzną powierzchnią ścienną wspomnianego elementu wewnętrznego i z wewnętrzną powierzchnią ścienną części zewnętrznej. Żywicę aktywuje się doprowadzając do jej rozprężenia i połączenia części zewnętrznej z elementem wewnętrznym tak, że sztywność części zewnętrznej wzrasta nieliniowo w stosunku do wzrostu masy wskutek wprowadzenia elementu wewnętrznego i żywicy.

Korzystnie stosuje się element wewnętrzny z metalu walcowanego, zaś element wewnętrzny jest korzystnie otwarty wzdłuż przynajmniej jednego boku, na zasadniczo całej długości.

W innym aspekcie sposobu według wynalazku element wewnętrzny jest korzystnie wydrążony.

Według kolejnego aspektu sposobu według wynalazku stosuje się część zewnętrzną, która ma przynajmniej jeden przelotowy otwór, a ponadto formuje się w elemencie wewnętrznym przelotowy otwór, przystosowany do ustawiania w zgodności z przelotowym otworem wspomnianej części zewnętrznej, przy czym przelotowy otwór elementu wewnętrznego ma średnicę większą niż przelotowy otwór wspomnianej części zewnętrznej.

Wspomnianą część zewnętrzną stosuje się korzystnie jako konstrukcję podporową chłodnicy w pojeździe mechanicznym, jako słupek szyby przedniej pojazdu mechanicznego, jako zespół panelu wahacza pojazdu mechanicznego, lub jako wał napędowy pojazdu mechanicznego.

W następnym aspekcie sposobu według wynalazku jako żywicę stosuje się piankę strukturalną.

Korzystnie stosuje się element wewnętrzny o kształcie takim samym, jak wspomniana część zewnętrzna.

W innym aspekcie sposobu według wynalazku korzystnie stosuje się część zewnętrzną w postaci szyny w kształcie litery C.

175 581

W kolejnym aspekcie sposobu według wynalazku, przynajmniej jeden przelotowy otwór zatyka się zatyczką z materiału, który rozpada się w wysokich temperaturach, wypełnia się wgłębienie materiałem formującym rdzeń, i likwiduje się tę zatyczkę przez wystawienie wspomnianej części na oddziaływanie otoczenia o wysokiej temperaturze.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na podstawie rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia perspektywiczny widok przedniego końca pojazdu mechanicznego, z usuniętym silnikiem i korpusem pokazanym przerywaną linią; fig. 2 rozłożony na części widok perspektywiczny belki podpierającej chłodnicę, wykonanej według obecnego wynalazku; fig. 2a - częściowy widok przewymiarowanych otworów przelotowych według wynalazku; fig. 3 - widok z góry belki podpierającej chłodnicę z fig. 2; fig. 4 - widok z przodu belki podpierającej chłodnicę z fig. 2; fig. 5 - częściowy przekrój podłużny wzdłuż linii 5-5 z fig. 3; fig. 6 - przekrój wzdłuż linii 6-6 z fig. 3; fig. 7 - widok z góry następnej belki podpierającej chłodnicę, wykonanej według obecnego wynalazku w innej konfiguracji; fig. 8 - częściowy przekrój podłużny wzdłuż linii 8-8 z fig. 7; fig. 9 - przekrój wzdłuż linii 9-9 z fig. 7; fig. 10 - przekrój panelu wahacza wykonanego według obecnego wynalazku; fig. 11 - przekrój słupka szyby przedniej, wykonanego według obecnego wynalazku; fig. 12 - przekrój wału napędowego wykonanego według obecnego wynalazku; fig. 13 - przekrój sekcji szyny w kształcie C, wykonanej według obecnego wynalazku, a fig. 14 - przekrój belki podpierającej chłodnicę wykonanej według następnego aspektu obecnego wynalazku.

Na fig. 1 przedstawiono pojazd mechaniczny 10 z usuniętym silnikiem i korpusem zaznaczonym linią przerywaną. Na podwoziu jest zamontowana konstrukcja podpierająca chłodnicę lub belka 12, która służy do podparcia chłodnicy pojazdu (nie pokazanej). Na fig. 2, belka podpierająca chłodnicę 12 jest pokazana w rozłożeniu na części, przy czym zewnętrzna pokrywa lub część 14 według tego rozwiązania stanowi stalową wypraskę. Wewnętrzna rura, pokazana tutaj jako kanałowo ukształtowana rura 16, posiada warstwę materiału 18 na bazie żywicy, nałożona na wybrane powierzchnie. Pokazano nasadkę 20, mającą liczne przelotowe otwory 22, która służy do zamknięcia kanałowo ukształtowanej rury 16 w obrębie zewnętrznej pokrywy 14.

Jak pokazano szczegółowo na fig. 2 do 6, zewnętrzna pokrywa 14 wyznacza wnękę lub kanał 24. Pokazano liczne przelotowe otwory 26, przez które można przeprowadzić przewody elektryczne (nie pokazane). Zewnętrzna pokrywa 14 zawiera wystający bocznie wspornik montażowy lub część płytkową 28, która jest przytwierdzona do elementów składowych zespołu silnika.

Korzyści obecnego wynalazku są uzyskane przez zastosowanie wewnętrznej rury lub wewnętrznej części 16, która w tym przypadku stanowi metal walcowany, na przykład cienką stal, która jest tak uformowana że może być ciasno dopasowana wewnątrz wnęki 24 zewnętrznej pokrywy 14. Wewnętrzna rura 16 w tym rozwiązaniu jest ściśle dopasowana do zarysu geometrycznego zewnętrznej pokrywy 14, łącznie z wyposażeniem w boczną płytkę 30, jest dostosowana do wspornika montażowego 28. Przez zastosowanie warstwy materiału 18 na bazie żywicy na wybranych powierzchniach wewnętrznej rury 16 i następnie zmontowanie wewnętrznej rury 16 i zewnętrznej pokrywy 14 dla utworzenia konstrukcji rury w rurze, pokazanej najlepiej w przekroju na fig. 6, znacznie wzrasta sztywność belki 12 bez istotnego zwiększenia masy. Odpowiednio do tego, jak pokazano na fig. 2 i 6, zastosowana jest warstwa materiału 18 na bazie żywicy, pokazana tutaj na bokach wewnętrznej rury 18.

Dla utworzenia warstwy 18 na bazie żywicy można według wynalazku zastosować rozmaite kompozycje na bazie żywicy. Zalecane kompozycje nadają belce 12 bardzo dużą wytrzymałość i sztywność, przy jednoczesnym jedynie marginesowym dodatku do ciężaru. Przy specyficznym odniesieniu do kompozycji warstwy na bazie żywicy, gęstość materiału powinna korzystnie wynosić od około 15 funtów na stopę³ do około 40 funtów na stopę³ dla zminimalizowania ciężaru. Temperatura topnienia warstwy 18 na bazie żywicy, temperatura rozpadu cieplnego i temperatura przy której występuje rozpad chemiczny musi również być wystarczająco wysoka tak, aby warstwa 18 zasadniczo utrzymywała swoją strukturę przy wysokich temperaturach, występujących zwykle w piecach do malowania i podobnych. Z

175 581 tego względu, warstwa 18 na bazie żywicy powinna być w stanie wytrzymywać temperatury przekraczające 300°F, a korzystnie 350°F w krótkich odcinkach czasu. Tak samo, warstwa 18 na bazie żywicy powinna być w stanie wytrzymywać ciepło o temperaturze około 180°F do 220°F w przedłużonych okresach czasu bez wykazywania znaczącego, wywoływanego ciepłem zniekształcenia lub uszkodzenia.

Bardziej szczegółowo, warstwa 18 na bazie żywicy zawiera żywicę syntetyczną, czynnik tworzący komórki, oraz wypełniacz. Żywica syntetyczna zawiera od około 35,0% do około 95,0% wagowo, korzystnie od około 75,0% do około 94,0% wagowo, a najkorzystniej od około 78,0% do około 90,0% wagowo warstwy 18. Stosowane tu określenie czynnik formujący komórki odnosi się ogólnie do czynników, które powodują wytwarzania pęcherzyków, porów lub wnęk w warstwie 18.

Tak więc, warstwa 18 na bazie żywicy posiada strukturę komórkową, w której na wskroś masy występują niezliczone komórki. Taka struktura komórkowa tworzy materiał o małej gęstości i dużej wytrzymałości, który zastosowany w belce 12 daje silną ale jednocześnie lekką strukturę. Czynniki tworzące komórki, odpowiednie do stosowania w obecnym wynalazku, obejmują wzmacniające wydrążone mikrokulki lub mikropęcherzyki, które mogą być formowane ze szkła albo z tworzywa sztucznego. Mikrokulki z tworzywa sztucznego mogą być termoutwardzalne lub termoplastyczne, a także rozprężone lub nierozprężone. W jednym z rozwiązań, stosowane są nierozprężone mikrokulki, które następnie zostają rozprężone dla utworzenia warstwy 18 na bazie żywicy. Zalecane mikrokulki mają średnicę od około 1,0 do około 250, a korzystnie od około 10 do około 180 mikronów. Czynnik formujący komórki może również stanowić większy, lekki materiał taki jak makrokulki o średnicy większej niż 400 mikronów. Ponadto, czynnik formujący komórki może stanowić czytnik nadmuchujący, który może stanowić chemiczny czynnik nadmuchujący lub fizyczny czynnik nadmuchujący. Szczególnie zalecane są mikrokulki szklane. W przypadku gdy czynnik formujący komórki stanowi mikrokulki lub makrokulki, to wówczas stanowi on od około 1,0% do około 60,0% wagowo, korzystnie od około 1,0% do około 35,0% wagowo, a najkorzystniej od około 3,0% do około 20,0% wagowo warstwy 18. Jeżeli czynnik formujący komórki stanowi czynnik nadmuchujący, wówczas stanowi on od około 1,0% do około 10,0% wagowo, korzystnie od około 1,0% do około 5,0% wagowo, a najkorzystniej od około 3,0% do około 5,0% wagowo warstwy 18. Odpowiednie wypełniacze stanowią mikrokulki szklane lub z tworzywa sztucznego, pył krzemionkowy, węglan wapnia, zmielone włókno szklane, i cięte nici szklane. Zalecane szczególnie są mikrokulki szklane. Odpowiednie również mogą być inne materiały. Wypełniacz stanowi od około 1,0% do około 55,0% wagowo, korzystnie od około 5,0% do około 24,0% wagowo, a najkorzystniej od około 7,0% do około 19,0% wagowo warstwy 18 na bazie żywicy.

Zalecane do stosowania w obecnym wynalazku żywice syntetyczne obejmują żywice termoutwardzalne takie jak żywice epoksydowe, żywice estrowinylowe, termoutwardzalne żywice poliestrowe i żywice uretanowe. Jednakże nie jest celowe ograniczanie zakresu obecnego wynalazku poprzez ciężar cząsteczkowy żywicy. Jeżeli komponent żywicy ciekłego materiału wypełniacza stanowi żywicę termoutwardzalną, wówczas można również stosować rozmaite środki przyspieszające, takie jak EMI-24 (przyspieszacz imidazolowy) i DMP-30 i środki utwardzające, korzystnie nadtlenki organiczne, takie jak nadtlenek MEK i percadox, dla zwiększenia szybkości utwardzania. Funkcjonalna ilość środka przyspieszającego wynosi zwykle od około 1,0% do około 4,0% ciężaru żywicy z odpowiednią redukcją jednego z tych trzech składników, a mianowicie żywicy, czynnika formującego komórki lub wypełniacza. Podobnie, ilość stosowanego czynnika utwardzającego wynosi zwykle od około 12% do około 4% ciężaru żywicy, z odpowiednią redukcją jednego z trzech komponentów, a mianowicie żywicy, czynnika formującego komórki lub wypełniacza. Do warstwy mogą być również dołączone skuteczne ilości środków wspomagających działanie, stabilizatorów, barwników, środków adsorbujących promieniowanie UV i podobnych.

W podanych niżej tabelach zestawiono zalecane składy warstwy 18 na bazie żywicy. Stwierdzono, że składy te tworzą warstwę 18, która powoduje otrzymywanie belki 12 mającej stosunek sztywności do masy większy niż 1, gdzie 1 stanowi znormalizowany

175 581 stosunek sztywności do masy wydrążonej lub otwartej metalowej belki z kanałem C niezależnie od masy.

Składy I i III są zalecane do stosowania przy czystych powierzchniach metalu (co jest po usunięciu jakiejkolwiek pozostałości na kontaktujących się powierzchniach metalu, takiej jak oleje frezerskie i związki osuszające). Skład II nie wymaga nadmiernego wstępnego czyszczenia metalu.

SKŁADNIK	%	SKŁADNIK	%
SKŁAD I	WAGOWY	SKŁAD II,	WAGOWY
Poliester Resin	80,9	EPON 828	54,5
(ARS-137-69)		Haloxy 62	7,5
Percadox 16N	1,1	Der 732	6,1
3M C15	18	Expancel 551DE	2,0
		SG Micros	8,8
		3MK20	17,7
SKŁAD III		DI-CY	3,4
Poliester Resin	48,8
(ARISTECH 13031)
Percadox 16N	0,7
SG Micros (PA IND)	50,5

Jak zauważą fachowcy z tej dziedziny techniki, EPON 828 stanowi żywicę epoksydową, Haloxy 62 stanowi rozpuszczalnik żywicy epoksydowej, Der 732 stanowi giętką żywicę epoksydową, Expancel 551DU stanowi czynnik nadmuchujący, SG Micron i 3M K20 stanowią mikrokulki, zaś DI-CY stanowi czynnik utwardzający.

Odpowiednie są rozmaite sposoby nakładania warstwy 18 na rurę wzmacniającą 16, przykładowo przez natryskiwanie materiału na bazie żywicy na powierzchnię rury 16. Może być korzystne wypełnianie przestrzeni pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną rurą po ich zmontowaniu. Najbardziej zalecane jest nakładanie materiału na bazie żywicy z zastosowaniem aplikatora typu kaczy dziób, który nakłada szeroką, równią wstęgę żywicy na powierzchniach rury 16. W większości zastosowań, grubość warstwy 18 (w calach) powinna wynosić od około 0,060 do około 0,50 a korzystniej od około 0,10 do około 0,25, przy czym stosowane są opisane tu zalecane kompozycje pianki.

W tych rozwiązaniach obecnego wynalazku, w których zewnętrzna pokrywa 14 posiada jeden lub więcej przelotowych otworów 26, przykładowo dla przepuszczenia przewodów elektrycznych lub podobnych, konieczne będzie dopasowanie przelotowych otworów 32 w wewnętrznej rurze 16 odpowiednio do przelotowych otworów 26 w zewnętrznej pokrywie. Z tego względu, że warstwa 18 pianki strukturalnej może w niektórych przypadkach blokować wszystkie lub część przelotowych otworów 32, co wymagałoby oddzielnego etapu montażowego dotyczącego oczyszczenia otworów z materiału piankowego, w zalecanym rozwiązaniu według wynalazku, prześwit uzyskuje się przez wytworzenie powiększonych przelotowych otworów 32, ustawionych w jednej linii z przelotowymi otworami 26. Zaleca się, aby średnica przelotowych otworów 32 była przynajmniej 20% większa niż średnica przelotowych otworów 26, jednakże w niektórych zastosowaniach wystarczający będziejednakowy rozmiar przelotowych otworów. W ten sposób, żywica lub pianka, wystająca z krawędzi wewnętrznej rury 16 do prześwitu przelotowych otworów 32 w zasadzie nie będzie blokowała przewodów, zacisków lub śrub i tym podobnych, które są wkręcone przez przelotowe otwory 26. Pomysł ten jest również zilustrowany na fig. 2a (w widoku przelotowego otworu 32 od wewnątrz), na której część warstwy 18 wystaje do prześwitu przelotowego otworu 32 podczas nakładania, ale nie dochodzi do obrzeży przelotowego otworu 26. W przypadku gdyby warstwa 18 zasłaniała jakikolwiek z przelotowych

175 581 otworów 32, można go przedmuchać z zastosowaniem strumienia powietrza przez zakrzepnięcie warstwy 18.

Powracając do fig. 2 i 5, nasadka 20 zamyka belkę podporową chłodnicy 12 jak również wnękę lub kanał 34 utworzone przez wewnętrzna rurę 16. Wnęka 34 będzie w ogólności pusta (to jest wewnętrzna rura 16 będzie wydrążona), inaczej niż w przypadku w obecności przewodów. Nasadka 20 jest korzystnie przyspawana na miejscu. Skuteczna grubość wzmocnionych ścian belki 12 stanowi zwykle cztero do pięciokrotności grubości pokrywy 14, przy bardzo niewielkim wzroście ciężaru.

Jeżeli warstwa 18 stanowi materiał termoutwardzalny i/lub rozszerzalny materiał na bazie żywicy, to warstwa 18 może być utwardzana i/lub rozpęczniana na miejscu za pomocą ciepła pochodzącego z pieca z wykładziną B. Zaleca się, aby warstwa 18 zespajała razem pokrywę 14 i rurę 16. Należy również zauważyć, że konstrukcja według obecnego wynalazku umożliwia drenowanie wykładziny B, co nie byłoby możliwe gdyby cała belka była wypełniona pianką. Ponadto, minimalna ilość stosowanej pianki nie powoduje powstawania korpusu pochłaniającego ciepłe, jak to ma miejsce w przypadku dużych obszarów gęstej pianki, zaś minimalna ilość użytej pianki redukuje koszty materiałowe. Ponadto wyeliminowana jest potrzeba stosowania zatyczek lub tym podobnych dla umożliwienia wypełnienia przez piankę całej belki.

W następnym rozwiązaniu obecnego wynalazku, w odniesieniu do fig. 7, 8 i 9, pokazano wewnętrzną rurę 16', która ma kształt prostokątny i stanowi zamkniętą rurę prostokątną (tojest zamkniętą wzdłuż jej długości). Takjak w przypadku kanałowo ukształtowanej wewnętrznej rury 16, prostokątna wewnętrzna rura 16' jest ogólnie wydrążona. Pokazano warstwę 18 jako nałożoną na trzy boki wewnętrznej rury 16'. W ogólności, warstwa 18 powinna pokrywać przynajmniej około 25%, a bardziej korzystnie przynajmniej około 75% dopasowanej powierzchni, która tworzy obszar rury w rurze belki 12.

W razie potrzeby, wewnętrzna rura 16 przy przelotowych otworach 32 może być odgięta wewnętrznie w kierunku zewnętrznej pokrywy 14 tak, że odgięty kołnierz służy jako zamknięcie dla ograniczenia i odizolowania warstwy 18. Alternatywnie, zewnętrzna pokrywa 14 przy przelotowych otworach 26 może być odgięta wewnętrznie w stronę wewnętrznej rury 16 w tym samym celu. W tym celu również mogą być zastosowane zatyczki lub pierścienie uszczelniające w przelotowych otworach 26 i/lub 32.

Dla utworzenia zewnętrznej pokrywy 16 i wewnętrznej rury mogą być stosowane rozmaite materiały, takie jak tworzywo sztuczne lub metal, jednakże zaleca się stosowanie stali. Wymiar metalowej pokrywy zewnętrznej (w calach) powinien zwykle wynosić od około 0,030 do około 0,090. Wymiar metalu rury wewnętrznej powinien zwykle wynosić od około 0,025 do około 0,050.

W świetle zawartych tu zaleceń stają się oczywiste rozliczne dodatkowe specyficzne zastosowania obecnego wynalazku. Kilka z tych zalecanych zastosowań jest przedstawione poniżej.

Na fig. 10 jest przedstawiony metalowy zespół 40 panelu wahacza pojazdu, mający metalowy panel wewnętrzny wahacza 42 i metalowy panel zewnętrzny wahacza 44. Wewnętrzna rura 46 ma nałożoną warstwę materiału 48 na bazie żywicy, która oddziela wewnętrzną rurę 46 od paneli wahacza 42 i 44. W sąsiedztwie otworów brzegowych 50 znajduje się przyklejona przekładka 45, która może być wykonana z tego samego materiału co warstwa 48.

Na fig. 11 pokazano zastosowanie wynalazku w słupku szyby przedniej 54. Tutaj również zastosowano konstrukcję rury w rurze, z zewnętrzną częścią 56 słupka szyby przedniej oddzieloną od wewnętrznej rury 58 słupka szyby przedniej za pomocą warstwy 60 na bazie żywicy. Zespół ten jest zespawany w całość przy kołnierzach 62.

Na fig. 12 pokazano przekrój wału napędowego 64 pojazdu, który posiada zewnętrzną metalową rurę 66 oddzieloną od wewnętrznej metalowej rury 68 za pomocą warstwy pianki warstwy strukturalnej 70.

Na fig. 13 pokazano szynę 72 w kształcie C, mającą zewnętrzną ścianę 74 oddzieloną od wewnętrznej rury lub części kanałowej 76 za pomocą warstwy pianki strukturalnej 78.

175 581

W jeszcze innym rozwiązaniu, pokazanym na fig. 14, cała wnęka członu strukturalnego takiego jak belka 80 podpierająca chłodnicę mającą nasadkę 81 i pokrywę 83 jest wypełniona materiałem spoinowym lub pianką strukturalną 82. Dla uchronienia materiału 82 przed wypłynięciem z wnęki 84 przez przelotowe otwory 86 i 88, zastosowano zatyczki 90 i 92, korzystnie utworzone z materiału piankowego takiego jak styropian™, który rozpada się przy temperaturach występujących w piecach do obróbki pojazdów. Zatyczki te są korzystnie wsunięte we wszystkie przelotowe otwory z wyyatkiem tych otworów, przez które jest wtryskiwany materiał 82. W ten sposób zatyczki 88 i 90 zostają automatycznie usunięte, tak że utrzymany zostaje wystarczający prześwit dla zacisków przewodowych i tym podobnych. Dla wytworzenia materiału 82 zaleca się stosowanie materiału opisanego w opisie patentowym USA nr 5,124,186, Kompozytowa rurowa belka drzwiowa wzmocniona rdzeniem umieszczonym w środku rury z 23 czerwca 1992 r., którego całość ujawnienia jest wprowadzona tutaj jako odniesienie. Najkorzystniej, zaleca się stosowanie materiału opisanego od początku wiersza 41 kolumny 10 wspomnianego powyżej opisu patentowego USA nr 5,124,186.

175 581

co

175 581

F1G.I-4

175 581

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Laminatowa belka do konstrukcji pojazdu mająca część zewnętrzną, której powierzchnia wewnętrzna wyznacza wgłębienie, element wewnętrzny pasujący do wgłębienia, przy czym zewnętrzna powierzchnia ścienna elementu wewnętrznego zwrócona jest w stronę wspomnianej wewnętrznej powierzchni ściennej części zewnętrznej, zaś między wewnętrzną powierzchnią ścienną części zewnętrznej, a zewnętrzną powierzchnią ścienną elementu wewnętrznego znajduje się warstwa żywicy w kontakcie ze wspomnianymi powierzchniami, znamienna tym, że element wewnętrzny (16, 46, 58, 68, 76) jest sztywny, zaś zewnętrzna powierzchnia wspomnianego elementu wewnętrznego zespolona jest ściśle z wewnętrzną powierzchnią części zewnętrznej za pomocą żywicy.
2. Belka według zastrz. 1, znamienna tym, że element wewnętrznyjest otwarty wzdłuż przynajmniej jednego boku na zasadniczo całej długości rury.
3. Belka według zastrz. 1, znamienna tym, że element wewnętrzny jest zamknięty wzdłuż zasadniczo całej swej długości.
4. Belka według zastrz. 3, znamienna tym, że wgłębienie wyznaczone przez element wewnętrzny jest zasadniczo cylindryczne.
5. Belka według zastrz. 2, znamienna tym, że element wewnętrzny stanowi kanał w kształcie U.
6. Belka według zastrz. 1, znamienna tym, że element wewnętrzny jest wydrążony.
7. Belka według zastrz. 1, znamienna tym, że wspomniana belka stanowi konstrukcję podporową chłodnicy w pojeździe mechanicznym.
8. Belka według zastrz. 1, znamienna tym, że wspomniana belka stanowi słupek szyby przedniej pojazdu mechanicznego.
9. Belka według zastrz. 1, znamienna tym, że stanowi zespół panelu wahacza pojazdu mechanicznego.
10. Belka według zastrz. 1, znamienna tym, że stanowi wał napędowy pojazdu mechanicznego.
11. Belka według zastrz. 1, znamienna tym, że część zewnętrzna i element wewnętrzny są wytworzone z metalu.
12. Belka według zastrz. 1, znamienna tym, że część zewnętrzna i element wewnętrzny mają przekrój w postaci szyny o kształcie C.
13. Belka według zastrz. 1, znamienna tym, że element wewnętrzny ma przynajmniej jeden przelotowy otwór, część zewnętrzna ma przynajmniej jeden przelotowy otwór ustawiony w zgodności ze wspomnianym przelotowym otworem elementu wewnętrznego, przy czym przelotowy otwór elementu wewnętrznego ma większą średnicę niż przelotowy otwór części zewnętrznej.
14. Belka według zastrz. 13, znamienna tym, że przelotowe otwory wewnętrznej rury mają średnicę większą niż przelotowe otwory wspomnianej zewnętrznej części strukturalnej.
15. Belka według zastrz. 1, znamienna tym, że część zewnętrzna i element wewnętrzny mają zasadniczo ten sam kształt.
16. Belka według zastrz. 1, znamienna tym, że żywica stanowi piankę strukturalną.
17. Sposób wytwarzania belki o zwiększonym stosunku sztywności do masy, przy czym belka ta ma część zewnętrzną, której wewnętrzna powierzchnia ścienna wyznacza wgłębienie, w którym wytwarza się element wewnętrzny pasujący do wspomnianego wgłębienia, mający, przynajmniej na części zewnętrznej powierzchni elementu wewnętrznego warstwę rozprężalnej pod wpływem ciepła żywicy, znamienny tym, że stosuje się warstwę żywicy o

175 581 grubości od 1,52 mm do 12,7 mm, następnie wprowadza się element wewnętrzny (16, 46, 58, 68, 76) do wgłębienia (24) tworząc układ, w którym żywica (18, 48, 60, 70, 78) styka się z zewnętrzną powierzchnią ścienną wspomnianego elementu wewnętrznego i z wewnętrzną powierzchnią ścienną części (14,44, 56, 66, 74), zaś żywicę aktywuje się doprowadzając do jej rozprężenia i połączenia części zewnętrznej z elementem wewnętrznym tak, że sztywność części zewnętrznej wzrasta nieliniowo w stosunku do wzrostu masy wskutek wprowadzenia elementu wewnętrznego i żywicy.
18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że stosuje się element wewnętrzny z metalu walcowanego.
19. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że stosuje się element wewnętrzny otwarty wzdłuż przynajmniej jednego boku, na zasadniczo całej długości.
20. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że stosuje się element wewnętrzny wydrążony.
21. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że stosuje się część zewnętrzną, która ma przynajmniej jeden przelotowy otwór, a ponadto formuje się w elemencie wewnętrznym przelotowy otwór, przystosowany do ustawiania w zgodności z przelotowym otworem wspomnianej części zewnętrznej, przy czym przelotowy otwór elementu wewnętrznego ma średnicę większą niż przelotowy otwór wspomnianej części zewnętrznej.
22. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że wspomnianą część zewnętrzną stosuje się jako konstrukcję podporową chłodnicy w pojeździe mechanicznym.
23. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że wspomnianą część zewnętrzną stosuje się jako słupek szyby przedniej pojazdu mechanicznego.
24. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że wspomnianą część zewnętrzną stosuje się jako zespół panelu wahacza pojazdu mechanicznego.
25. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że wspomnianą część zewnętrzną stosuje się jako wał napędowy pojazdu mechanicznego.
26. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że jako żywicę stosuje, się piankę strukturalną.
27. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że stosuje się element wewnętrzny o kształcie takim samym, jak wspomniana część zewnętrzna.
28. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że stosuje się część zewnętrzną w postaci szyny w kształcie litery C.
29. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że przynajmniej jeden przelotowy otwór zatyka się zatyczką z materiału, który rozpada się w wysokich temperaturach, wypełnia się wgłębienie materiałem formującym rdzeń, i likwiduje się tę zatyczkę przez wystawienie wspomnianej części na oddziaływanie otoczenia o wysokiej temperaturze.

* * *