DE69533457T2

DE69533457T2 - Mehrschichtiger Träger für einen Fahrzeugkörper

Info

Publication number: DE69533457T2
Application number: DE69533457T
Authority: DE
Inventors: Joseph S. Wycech
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1994-05-19
Filing date: 1995-05-08
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2015-05-09
Also published as: KR100284884B1; EP0758965A1; EP1153824A2; JPH10500917A; CZ290998B6; US5575526A; DE758965T1; EP1153824B1; EP0758965A4; DE69527620D1; ES2223731T3; ES2148117T1; DE69527620T2; BR9507661A; MX9605533A; WO1995032110A1; PL317261A1; PL175581B1; CZ337296A3; EP0758965B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betriff allgemein Fahrzeugkörper-Strukturelemente und betrifft. genauer ausgdrückt. Techniken zum Erhöhen der Stabilität uund Steifheit von Fahrzeugkörper-Strukturelementen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einer Anzahl von Anwendungen, insbesondere in der Fahrzeugindustrie, ist es wichtig, hochstabile Strukturelemente bei der niedrigstmöglichen Masse zu schaffen. Eine Anzahl von Verbundmaterialien ist durch andere in der Vergangenheit zum Gebrauch beim Bilden von Strukturelementen vorgeschlagen worden, einschließlich exotischer leichter Legierungen. In der Fahrzeugindustrie muss jedoch die Notwendigkeit von Massenreduzierung ohne Opferung von Stabilität gegen die Kosten des Produkts für den Kunden ausgewogen werden. Daher besteht ein Bedarf, die Stabilität von Strukturelementen wie zum Beispiel Schwellern, Windschutzscheibenstützen, Stützen, Heizungshalteträgern und Antriebswellen aufrechtzuerhalten oder zu erhöhen, ohne bedeutend die Material- und Arbeitskosten zu erhöhen.
Die Verstärkung von Kraftfahrzeug-Strukturelementen durch die Verwendung von Verbundmaterialien ist bekannt. Zum Beispiel hat der vorliegende Erfinder eine Anzahl von Metall/Kunststoffverbundstrukturen zum Gebrauch beim Verstärken von Kraftfahrzeugkomponenten offenbart. Im US-Patent Nr. 4,901,500 mit dem Titel "Lightweight Composite Beam" [Leichter Verbundträger] ist ein Verstärkungsträger für eine Fahrzeugtür offenbart, der ein offenes kanalförmiges Metallelement mit einem Längshohlraum aufweist, der mit einem wärmegehärteten oder thermoplastischen, auf Harz basierenden Material gefüllt ist. In US-Patent Nr. 4,908,930 mit dem Titel "Method for Making a Torsion Bar" [Verfahren zum Herstellen eines Drehstabs] ist ein hohler, durch eine Mischung aus Harz mit Füllstoff verstärkter Drehstab beschrieben. Das Rohr wird auf Länge zugeschnitten und mit einem auf Harz basierenden Material gefüllt.
Im US-Patent Nr. 4,751,249 mit dem Titel "Reinforcement Insert for a Structural Member with Method of Making and Using the Same" [Verstärkungseinsatz für ein Strukturelement mit Verfahren zum Herstellen uund Verwenden desselben] wird ein vorgegossener Verstärkungseinsatz für Strukturelemente geschaffen, der aus einer Mehrzahl von Pellets gebildet wird, welche ein wärinehärtbares Harz mit einem Treibmittel enthält. Das Vorgussstück wird an richtiger Stelle im Strukturelement ausgedehnt und ausgehärtet. Im US-Patent Nr. 4,978,562 mit dem Titel "Composite Tubular Door Beam Reinforced with a Syntactic Foam Core Localized at the Mid Span of the Tube" [Röhenförmiger Verbundtürträger verstärkt mit einem syntaktischen Schaumkern angeordnet an der Mitte der Rohrerstreckung] ist ein Verbundtürträger beschrieben, der einen f Harz basierenden Kern aufweist, welcher nicht mehr als ein Drittel der Bohrung eines Metallrohrs besetzt.
Zusätzlich zu der eigenen früheren Arbeit des vorliegenden Erfinders ist eine Anzahl von Metallverbundkonstruktionen bekannt, bei denen flache Metallplatten durch eine zwischen diesen eingefügte Harzschicht aneinander gebunden werden. Es ist ferner bekannt, ein Metallverbundblech zum Gebrauch als ein Bodenplattenelement zu bilden, das ein Paar flacher Metallbleche mit einer dazwischen eingefügten Schicht aus Asphalt oder elastischem Polymer aufweist.
WO 93/05 103 betrifft ein Verfahren zum Verstärken eines hohlen Elements. Es umfasst, ein Schaumzwischenstoffmittel in das Element einzuführen, welches Mittel sich bei Erhitzen zum Füllen des Hohlraums mit einem starren Schaum ausdehnt. Wo der Hohlraum groß ist, kann eine Wärmesenke in Form eines Metallrohrs zentral innerhalb des zu füllenden Volumens angeordnet werden.
DE 291 9046 betrifft eine Stoßstangenkonstruktion, die zwei voneinander beabstandete U-förmige Metallblechprofile aufweist. Der Raum zwischen den Metallprofilen wird mit einem Hartschaum gefüllt. Da es eine Stoßstange ist, ist die Füllung zum Absorbieren von Belastung ausgelegt.
US 3123170 betrifft einen Heizungshalter, in dem ein elastisches Polstermaterial zwischen zusammenwirkenden Teilen von Trägern zum Entgegenwirken gegen Vibration festgehalten wird.
DE-U 9011147.8 betrifft eine Antriebswelle, die ein röhrenförmiges Element mit einem innerhalb desselben eingespannten geschlitzten Rohr aufweist. Das geschlitzte Roluumfasst eine 50-2000μm dicke Beschichtung aus einem Material, das Dämpfung verursacht.
EP 0453777 betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Abdichten eines Hohlraums unter Verwendung eines vorgeformten, formabdichtenden Stopfens, der ein ausdehnbares Dichtungsmaterial enthält.
WO 89/06595A beschreibt ein Verfahren für die Herstellung von Verbundrohren, die ein Innenrohr aus Kunstharz und ein Außenrohr aus Metall aufweisen, dessen Innenfläche mit einem Innenrohr verkleidet ist.
Obwohl das Füllen von Abschnitten mit Kunststoffschaum bedeutend die Abschnittsteifheit erhöht (zumindest bei Verwendung von Schäumen hoher Dichte), vergrößern sich auch die Masse uund daher das Teilgewicht, was, wie erwähnt, ein unerwünschtes Merkmal in Fahrzeuganwendungen ist. Obwohl eine Vergrößerung der Blechlehre eines Abschnitts oder Hinzufügen lokalisierter Metallverstärkungen die Steifheit erhöhen wird, wenn die Metalldicke zunimmt, ist es darüber hinaus schwieriger, den Teil aufgrund von Begrenzungen in Umformmaschinen zu bilden. Es ist wichtig, dass in vielen Anwendungen eine Vergrößerung der Metalllehre nicht wirksam sein wird, da Steifheitsfreguenz proportional zu Abschnittssteifheit geteilt durch Abschnittsmasse ist:
(d. h., die Frequenz ist proportional zur Quadratwurzel von Steifheit durch Masse). Masse und Steifheit werden proportional erhöht, ohne resultierende Änderung in der dynamischen Steiflleitsfrequenz des Teils.
Außerdem erzeugt Füllen eines Abschnitts vollständig mit Schaum eine große Wärmesenke uund erfordert komplizierte Abdichtungsarbeiten zum Schließen von Zugangslöchern in den Stanzteilen. Ferner kann das Vorliegen des Schaums die Platzierung von inneren Verkleidungsplatten, Kabelbäumen uund Kippbefestigungen behindern.
Dementsprechend wäre es wünschenswert, eine kostengünstige Technik zum Erhöhen der Steifheit eines Abschnitts zu schaffen, ohne proportional die Masse zu erhöhen. Die vorliegende Erfindung schafft Abschnitte, die erhöhte Steifheitswerte ohne bedeutende Vergrößerung der Masse und ohne die Verwendung großer Volumen teurer Harze aufweisen. In vielen Anwendungen reduziert die vorliegende Erfindung Schwingungen, die unerwünschtes "Schütteln" einer Komponente verursachen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegende Erfindung zufolge wird ein Verbundträger geschaffen, umfassend:

einen äußeren Strukturteil mit einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche;
einen inneren Rohrteil mit mit wesentlichen der gleichen Form wie der äußere Strukturteil und einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche, wobei die genannte innere Wandfläche des genannten inneren Rohrteils einen Hohlraum begrenzt, der innere Rohrteil in dem äußeren Strukturteil angeordnet ist, wobei ein Zwischenraum im wesentlichen konstanter Dicke zwischen denselben begrenzt ist; und
eine auf Harz basierende Materialschicht, die zwischen der genannten inneren Wandfläche des genannten äußeren Strukturteils und der genannten äußeren Wandfläche des genannten inneren Rohrteils angeordnet ist und mit diesen in Kontakt steht, wobei die äußere Wandfläche des genannten inneren Rohrteils eng der genannten inneren Wandfläche des genannten Strukturteils entspricht uund an dieselbe durch die genannte auf Harz basierende Materialschicht gebunden ist, uund die Dicke der Schicht von 1,52 – 12,7 mm beträgt, und wobei der genannte innere Rohrteil entlang mindestens einer Seite über im wesentlichen seine gesamte Länge offen ist.

Ferner wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundträgers geschaffen, das die folgenden Schritte aufweist:

Vorsehen eines äußeren Strukturteils;
Bilden eines inneren Rohrteils mit im wesentlichen der gleichen Form wie der äußere Struktureil, der entlang mindestens einer Seite über im wesentlichen seine gesamte Länge offen ist uund eine äußere Wandfläche und eine innere Wandfläche aufweist, wobei die genannte innere Wandfläche des genannten inneren Rohrteils einen ersten Hohlraum begrenzt, welcher innere Rohrteil in einen zweiten Hohlraum passt, der durch den genannten äußeren Strukturteil begrenzt wird;
Platzieren einer Schicht oder eines Bands aus einem wärmehärtbaren und/oder ausdehnbaren Harz auf mindestens einem Teil der äußeren Wandfläche des genannten inneren Rohrteils;
Einführen des genannten inneren Rohrteils in den genannten zweiten Hohlraum zum Bilden einer Baugruppe, in der die äußere Wandfläche des inneren Rohrteils eng der genannten inneren Wandfläche des genannten äußeren Strukturteils entspricht und einen im wesentlichen konstanten Spalt zwischen denselben begrenzt, und Erhitzen der genannten Baugruppe auf eine Temperatur, durch die das Harz an der richtigen Stelle aushärtet und/oder sich dorthin ausdehnt, um eine harzplatzierte Materialschicht mit einer Dicke von 1,52 mm bis 12,7 mm zu bilden und den genannten äußeren Strukturteil an den genannten inneren Rohrteil zu binden.

Ferner schafft die vorliegende Erfindung einen Rohrteil, der einen einzufügenden Einsatz zur Anordnung innerhalb eines äußeren Strukturteils mit einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche darstellt, wobei der Rohrteil eine äußere Wandfläche und eine innere Wandfläche aufweist, uund die genannte innere Wandfläche des genannten Rohrteils
einen Hohlraum begrenzt; dadurch gekennzeichnet, dass die genannte äußere Wandfläche eine Schicht oder ein Band aus einem wärmehärtbaren und/oder ausdehnbaren Harz aufweist, das an richtiger Stelle ausgehärtet und/oder dorthin ausgedehnt werden kann, um eine auf Harz basierende Materialschicht zu bilden und den vorhergehend beschriebenen Verbundträger zu bilden, welcher Rohrteil an mindestens einer Seite über im wesentlichen seine gesamte Länge offen ist.
In einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen hohlen Verbundträger, der durch sein hohes Verhältnis von Steifheit zu Masse gekennzeichnet ist. Der Träger weist einen äußeren Teil auf, der von einem inneren Rohr durch eine dünne Schicht aus Strukturschaumstoff getrennt ist.
In einem anderen Aspekt ist der hohle Verbundträger der vorliegenden Erfindung ein Autoheizungshalteträger mit einem äußeren Metallabschnitt uund einem allgemein rechteckigen inneren Rohr, das an einer Seite offen ist. Mindestens drei Seiten des rechteckigen inneren Rohrs sind mit einem Strukturschaumstoff beschichtet, der zwischen dem rechteckigen inneren Rohr und dem äußeren Metallabschnitt und in Kontakt mit diesem angeordnet ist. Eine Metallkappe wird an richtige Stelle geschweißt, um den Träger fertig zu stellen und das innere Rohr festzuhalten. Der Durchmesser jeglicher Durchgangslöcher im inneren Rohr, die in Ausrichtung mit Durchgangslöchern im äußeren Teil stehen, sind größer als die Durchgangslöcher des äußeren Teils, so dass der Strukturschaumstoff nicht den Durchgangslochzwischenraum beider Metalldicken blockiert.
In noch einem anderen Aspekt ist der Verbundträger der vorliegenden Erfindung eine Fahrzeugwindschutzscheibenstütze. Ein hohles Metallrohr wird innerhalb der Stütze angeordnet und von den äußeren Stützstanzteilen durch eine dünne Schicht aus Strukturschaumstoff getrennt.
In noch einem anderen Aspekt ist der Verbundträger der vorliegenden Erfindung eine Autoschwellerbaugruppe. Die Schwellerbaugruppe weist ineinandergreifende innere uund äußere Blendenabschnitte auf, die eine allgemein rechteckige Schwellerwandstruktur bilden. Innerhalb der Schwellerwandstruktur befindet sich ein eng passendes inneres Metallrohr, das einen Hohlraum begrenzt. Eine dünne Schicht aus Strukturschaumstoff wird zwischen der Schwellerwandstruktur uund der inneren Rohrstruktur angeordnet.
In noch einem anderen Aspekt ist der Träger eine Kraftfahrzeug-Antriebswelle. Ein inneres Rohr wird eng innerhalb des äußeren Antriebswellengehäuses aufgenommen, wodurch es einen Kreisring begrenzt. Eine Schicht aus Schaumstoff wird in dem Kreisring angeordnet.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Erhöhen des Verhältnisses von Steifheit zu Masse eines Trägers, wobei der Träger einen Hohlraum begrenzt. Das Verfahren umfasst die Schritte, ein Rohr zu bilden, das in den durch den Träger begrenzten Hohlraum passt; eine Harzschicht auf mindestens einem Teil der Außenfläche des Rohrs vorzusehen; und das Rohr in den Hohlraum einzuführen, wobei das Harz die Innenwand des Rohrs berührt.
In noch einem anderen Aspekt weist die vorliegende Erfindung einen C-Schienenabschnitt zum Gebrauch in Lastwagenrahmen auf. Ein gestanztes oder gewalztes inneres C-förmiges Element ist von der äußeren C-Rahmenschiene durch eine Schicht aus auf Harz basierendem Material getrennt.
In noch einem anderer Aspekt wird eine Mehrzahl von Stopfen aus einem Schaumstoff der bei hohem Temperaturen zerfällt, zum Schließen von Durchgangslöchern in einem Teil verwendet, der anschließend mit einem Kernmaterial gefüllt wird. Der Teil wird dann durch einen Ofen geführt, der die Stopfen zum Schmelzen oder Zerfallen bringt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht des Vorderendes eines Kraftfahrzeugs, bei der der Motor entfernt und der Körper in Phantomansicht gezeigt ist.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Heizungshalteträgers, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
2A ist eine fragmentartige Ansicht der übergroßen Durchgangslöcher der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Draufsicht des Heizungshalteträgers von 2.
4 ist ein Frontaufriss des Heinzungshalteträgers des Heizungshalteträgers von 2.
5 ist eine fragmentartige Längsguerschnittansicht entlang Linien 5–5 von 3.
6 ist ein Querschnitt entlang Linien 6–6 von 3.
7 ist ein Querschnitt eines C-Schienenabschnitts, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun bezugnehmend auf 1 der Zeichnungen, ist ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt, wobei der Motor entfernt und der Körper in Phantomansicht dargestellt ist. Die Heizungshaltestruktur oder der Träger 12 wird an dem Chassis angebracht und dient zum Halten der Fahrzeugheizung (nicht gezeigt). In 2 ist der Heizungshalteträger 12 in Explosionsansicht mit einer Außenschale oder einem Außenteil 14 gezeigt, die/der in dieser Ausführungsform ein Stahlstanzstück ist. Ein inneres Rohr, hier als kanalförmiges Rohr 16 gezeigt, ist vorgesehen und weist eine Schicht aus auf Harz basierendem Material 18 aufgebracht auf ausgewählten Oberflächen auf. Eine Kappe 20 ist zu sehen mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern 22 und dient zum Umschließen des kanalförmigen Rohrs 16 innerhalb der Außenschale 14.
Genauer ausgedrückt und nun bezugnehmend auf die 2 bis 6, begrenzt die Außenschale 14 einen Hohlraum oder Kanal 24. Eine Anzahl von Durchgangslöchern 26 ist zu sehen, durch die elektrische Kabel (nicht gezeigt) verlaufen können. Die Außenschale 14 umfasst einen sich seitlich erstreckenden Einbauträger oder Plattenteil 28. der an Komponenten der Motorbaugruppe befestigt ist.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch das innere Rohr oder den inneren Teil 16 geliefert, welches in diesem Fall aus durch Walzen geformtem Metall besteht, zum Beispiel Stahl dünner Stärke, uund so gebildet wird, dass es eng in den Hohlraum 24 der Außenschale 14 eingepasst werden kann. Das Innenrohr 16 entspricht in dieser Ausführungsform eng der Geometrie der Außenschale 14 einschließlich dessen, dass es eine Seitenplatte 30 aufweist, die mit dem Einbauträger 28 ineinander greift. Durch Vorsehen einer Schicht aus auf Harz basierendem Material 18 auf ausgewählten Oberflächen des inneren Rohrs 16 und anschließendes Zusammenbauen des inneren Rohrs 16 und der Außenschale 14 zum Bilden der am besten im Querschnitt von 6 gezeigten Rohr-in-Rohr-Konstruktion, wird die Steifheit des Trägers 12 umfassend ohne eine bedeutende Erhöhung in der Masse vergrößert. Dementsprechend wird, wie in den 2 und 6 gezeigt ist, eine Schicht von auf Harz basierendem Material 18 aufgebracht, hier auf drei Seiten des inneren Rohrs 18 gezeigt.
Eine Anzahl auf Harz basierender Zusammensetzungen kann zum Bilden der auf Harz basierenden Schicht 18 der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die bevorzugten Zusammensetzungen verleihen dem Träger 12 hervorragende Stabilitäts- und Steifheitscharakteristiken, während sie nur begrenzt das Gewicht erhöhen. Unter spezieller Bezugnahme nun auf die Zusammensetzung der auf Harz basierenden Schicht, sollte die Dichte des Materials vorzugsweise von etwa 0,242-0,640 gcm^–3 (15 Pfund pro Kubikfuß bis etwas 40 Pfund pro Kubikfuß) zum Minimieren des Gewichts betragen. Der Schmelzpunkt der auf Harz basierenden Schicht 18, die Erweichungstemperatur und die Temperatur, bei der chemischer Zusammenbruch erfolgt, müssen auch ausreichend hoch sein, so dass die Schicht 18 im wesentlichen ihre Struktur bei hohen Temperaturen behält, die typischerweise in Lackieröfen und dergleichen erfahren werden. Deshalb sollte die auf Harz basierende Schicht 18 kurze Zeit Temperaturen über 134°C (300 Grad F) und vorzugsweise 162°C (350 Grad F) standhalten können. Ferner sollte die auf Harz basierende Schicht 18 Hitzen von etwa 67-90°C (180 Grad F bis 220 Grad F) für längere Zeitspannen standhalten können, ohne wesentliche durch Wärme hervorgerufene Erweichung oder Zersetzung zu zeigen.
Genauer ausgedrückt, umfasst die auf Harz basierende Schicht 18 ein Kunstharz, ein zellenbildendes Mittel und einen Füllstoff. Ein Kunstharz weist von etwa 35,0 bis etwa 95,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwas 75,0 bis etwa 94,0 Gewichtsprozent, und am stärksten bevorzugt von etwa 78,0 bis etwa 90,0 Gewichtsprozent der Schicht 18 auf. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "zellenbildendes Mittel" allgemein auf Mittel, die Blasen, Poren oder Hohlräume in der Schicht 18 erzeugen. Das heißt, die auf Harz basierende Schicht 18 hat eine Zellstruktur mit zahlreichen über seine Masse verteilten Zellen. Diese Zellstruktur liefert ein hochstabiles Material niedriger Dichte, das in dem Träger 12 eine stabile, jedoch leichte Struktur bereitstellt. Zellenbildende Mittel, die mit der vorliegenden Erfindung kompatibel sind, umfassen verstärkende "hohle" Mikrokugeln oder Mikroblasen, die entweder aus Glas oder Kunststoff bestehen können. Kunststoffmikrokugeln können entweder wärmehärtbar oder thermoplastisch und entweder ausgedehnt oder nichtausgedehnt sein. In einer Ausführungsform werden nichtausgedehnte Mikrokugeln verwendet, die dann zum Bilden der auf Harz basierenden Schicht 18 ausgedehnt werden. Die bevorzugten Mikrokugeln haben einen Durchrmesser von etwa 1,0 bis etwa 250, und vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 180 Mikron. Das zellenbildende Mittel kann auch ein größeres, leichtes Material wie zum Beispiel Makrokugeln eines Durchmessers größer als 400 Mikron aufweisen. Ferner kann das zellenbildende Mittel ein Treibmittel aufweisen, das entweder ein chemisches Treibmittel oder ein physikalisches Treibmittel darstellt. Glasmikrokugeln sind besonders bevorzugt. Wenn das zellenbildende Mittel Mikrokugeln oder Makrokugeln aufweist, bildet es von etwa l ,0 bis etwa 60,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 1,0 bis etwa 35,0 Gewichtsprozent, und am stärksten bevorzugt von etwa 3,0 bis etwa 20,0 Gewichtsprozent der Schicht 18. Wenn das zellenbildende Mittel ein Treibmittel aufweist, bildet es von etwa 1,0 bis etwa 10,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 1,0 bis etwa 5,0 Gewichtsprozent, und am stärksten bevorzugt von etwa 3.0 bis etwa 5,0 Gewichtsprozent der Schicht 18. Geeignete Füllstoffe umfassen Glas- oder Kunststoffmikrokugeln, Quarzstaub, Kalziumkarbonat, gemahlene Glasfaser, und geschnittenen Glasspinnfaden. Glasmikrokugeln sind besonders bevorzugt. Andere Materialien können geeignet sein. Ein Füllstoff weist von etwa 1,0 bis etwa 55,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 5,0 bis etwa 24,0 Gewichtsprozent und am stärksten bevorzugt von etwa 7,0 bis etwa 19,0 Gewichtsprozent der auf Harz basierenden Schicht 18 auf.
Bevorzugte Kunstharze zum Gebrauch in der vorliegenden Erfindung umfassen Duroplaste wie zum Beispiel Epoxidharze, Vinylesterharze, wärmehärtbare Polyesterharze und Urethanharze. Es ist nicht beabsichtigt, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung durch das Molekulargewicht des Harzes begrenzt ist. Wenn die Harzkomponente des flüssigen Füllstoffs ein wärmehärtbares Harz ist, können verschiedene Beschleuniger, wie zum Beispiel "EMI-24" (Imidazolbeschleuniger) und "DMP-30", uund Härtungsmittel, vorzugsweise onorganische Peroxide wie zum Beispiel "MEK" Peroxid und "Percadox" auch eingeschlossen werden, um die Härtungsrate zu verbessern. Eine funktionale Menge eines Beschleunigers ist typischerweise von etwa 0,1 Prozent bis etwa 4,0 Prozent des Harzgewichts mit entsprechender Reduzierung in einer der drei Komponenten, Harz, zellenbildendes Mittel oder Füllstoff. In ähnlicher Weise beträgt die Menge des Härtungsmittels typischerweise von etwa 12 Prozent bis etwa 4 Prozent des Harzgewichts bei einer entsprechenden Reduzierung in einer der drei Komponente, Harz, zellenbildendes Mittel oder Füllstoff. Wirksame Mengen von Verarbeitungshilfen, Stabilisatoren , Farbstoffen, UV-Absorbern und dergleichen können auch in die Schicht eingeschlossen werden. Thermoplasten sind auch geeignet.
In der folgenden Tabelle sind bevorzugte Formulierungen für die auf Harz basierende Schicht 18 aufgeführt. Es ist festgestellt worden, dass diese Formulierungen eine Schicht 18 schaffen, die zum Erhalt eines Trägers 12 mit einem Verhältnis von Steifheit zu Masse größer als 1 führt, wobei 1 ein normiertes Verhältnis von Steifheit zu Masse eines Metallträgers mit hohlem oder offenem C-Kanal ungeachtet der Masse ist.
Die Formeln I und III sind zum Gebrauch mit sauberen Metallflächen (d. h. nach Entfernen jeglicher Reste auf den berührenden Metallflächen wie zum Beispiel Mahlölen und Trocknungsverbindungen) bevorzugt. Formel II erfordert keine umfassende Vorreinigung des Metalls.
Wie durch die Fachleute in diesem Gebiet erkannt werden wird, ist EPON 828 ein Epoxidharz, Haloxy 62 ist ein Epoxidverdünner, DER 732 ist ein flexibles Epoxidharz, Expancel 551 DU ist ein Treibmittel, SG Micron und 3M K20 sind Mikrokugeln und DI-CY ist ein Härtungsmittel.
Eine Anzahl von Verfahren zum Aufbringen der Schicht 18 auf das Verstärkungsrohr 16 kann geeignet sein, zum Beispiel durch Sprühen des auf Harz basierenden Materials auf die Oberfläche des Rohrs 16. Es kann geeignet sein, den Raum zwischen dem inneren und äußeren Rohr zu füllen, nachdem diese zusammengebaut wurden. Am stärksten bevorzugt ist die Aufbringung des auf Harz basierenden Materials unter Verwendung eines Entenschnabelapplikators, der ein breites, gleichmäßiges Band aus Harz auf die Oberflächen des Rohrs 16 aufbringt. In den meisten Anwendungen sollte die Dicke in mm (Zoll) der Schicht 18 von etwa 1,52 – 12,7 mm (0,060 bis 0,50) und stärker bevorzugt von etwa 2,54 – 6,35 (0,10 bis 0,25) betragen, wobei die hier beschriebenen bevorzugten Schaumstoffzusammensetzungen verwendet werden.
In denjenigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die Außenschale 14 ein oder mehrere Durchgangslöcher 26 aufweist, zum Beispiel für den Durchgang von elektrischen Kabeln oder dergleichen, wird es erforderlich sein, passende Durchgangslöcher 32 im inneren Rohr 16 in Register mit den Durchgangslöchern 26 der Außenschale vorzusehen. Da die Strukturschaumstoffschicht 18 in einigen Fällen die gesamten oder einen Teil der Durchgangslöcher 32 blockieren könnte, wodurch ein getrennter Montageschritt zum Entfernen des Schaumstoffmaterials aus dem Loch benötigt wird, wird in einer bevorzugten Auslührungsform dieser Erfindung ein Zwischeruaum durch Erzeugen übergroßer Durchgangslöcher 32 in Ausrichtung mit den Durchgangslöchern 26 erhalten. Es ist bevorzugt, dass der Durchmesser der Durchgangslöcher 32 mindestens 20 Prozent größer als der der Durchgangslöcher 26 sein kann, aber in einigen Anwendungen werden Durchgangslöcher gleicher Größe ausreichen. Auf diese Weise wird Harz oder Schaumstoff, das/der sich von den Rändern des inneren Rohrs 16 in den Zwischenraum der Durchgangslöcher 32 erstreckt, allgemein keinen Draht, Klemmen oder Schrauben und dergleichen blockieren, die durch die Durchgangslöcher 26 gesteckt werden. Dieses Konzept ist auch in 2A dargestellt (wie zu sehen bei Betrachtung durch das Loch 32 von innen), in der ein Teil der Schicht 18 sich in den Zwischenraum des Durchgangslochs 32 während Aufbringung erstreckt, jedoch nicht auf die Ränder des Durchgangslochs 26. In dem Fall, dass die Schicht 18 irgendwelche der Durchgangslöcher 32 behindert, kann sie unter Verwendung eines Luftstrahls freigeblasen werden, bevor sich die Schicht 18 verfestigt.
Erneut bezugnehmend auf die 2 uund 5, verschließt eine Kappe 20 den Heizungshalteträger 12 sowie den Hohlraum oder Kanal 34, der durch das innere Rohr 16 begrenzt wird. Der Hohlraum 34 wird allgemein frei sein (d. h. das inere Rohr 16 wird hohl sein), außer dem Vorliegen von Verdrahtungen. Die Kappe 20 wird vorzugsweise an richtiger Stelle verschweißt. Die effektive Dicke der verstärkten Wände des Trägers 12 beträgt typischerweise das Vier- uund Fünffache der Schale 14 bei sehr geringer Vergrößerung des Gewichts.
Wenn die Schicht 18 eine wärmehärtbares und/oder ausdehnbares, auf Harz basierendes Material ist, kann die Schicht 18 von der Wärme des B-Besehichtungsofens an richtiger Stelle ausgehärtet und/oder ausgedehnt werden. Es ist bevorzugt, dass die Schicht 18 die Schale 14 und das Rohr 16 aneinander bindet. Es sollte ferner festgestellt werden, dass die Konstruktion der vorliegenden Erfindung Ablassen der B-Beschichtung zulässt, was nicht möglich wäre, wenn der gesamte Träger mit Schaumstoff gefüllt wäre. Außerdem erzeugt die minimale Menge von verwendetem Schaumstoff keinen Wärmesenkenkörper, wie es der Fall bei großen dichten Schaumstoffbereichen ist, und die minimale Menge von Schaumstoffgebrauch reduziert die Materialkosten. Ferner wird die Notwendigkeit von Stopfen oder dergleichen zum Ermöglichen der Schaumstofffüllung des gesamten Trägers beseitigt.
Bei Bedarf kann das innere Rohr 16 an den Durchgangslöchern 32 nach innen in Richtung auf die Außenschale 14 geflanscht sein, so dass der Flansch als ein Einschluss zum Eingrenzen uund Isolieren des Schicht 18 dient. Alternativ kann die Außenschale 14 an den Durchgangslöchern 26 nach innen zum inneren Rohr 16 zum gleichen Zweck geflanscht sein. Ferner können Stopfen oder Dichtungsscheiben in den Durchgangslöchern 26 und/oder 32 zu diesem Zweck verwendet werden.
Eine Anzahl von Materialien kann zum Bilden der Außenschale 14 und des inneren Rohrs 16 verwendet werden, wie zum Beispiel Kunststoff oder Metall, aber Stahl ist bevorzugt. Die Metalllehre der Außenschale in mm (Zoll) wird typischerweise von etwa 0,76 – 2,28 mm betragen (0,030 bis etwa 0,090). Die Metalllehre des inneren Rohrs wird typischerweise von etwa 0,64-1,28 mm (0,025 bis etwa 0,050) betragen.
In 7 ist eine C-Schiene 72 gezeigt, die einen äußeren Wandabschnitt 74 getrennt von dem inneren Rohr oder Kanalteil 76 durch eine Schicht aus Strukturschaumstoff 78 zeigt.
Eine Anzahl zusätzlicher Spezialanwendungen der vorliegenden Erfindung werden im Licht der hier aufgeführten Lehren deutlich werden.

Claims

Verbundträger (12; 72), umfassend: einen äußeren Strukturteil (14; 74) nut einer äußeren Wandfläche uund einer inneren Wandfläche; einen inneren Rohrteil (16; 16', 76) mit im wesentlichen der gleichen Form wie der äußere Strukturteil und einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche, wobei die genannte innere Wandfläche des genannten inneren Rohrteils einen Hohlraum begrenzt (34), der innere Rohrteil in dem äußeren Strukturteil angeordnet ist, wobei ein Zwischenraum im wesentlichen konstanter Dicke zwischen denselben begrenzt ist; und eine auf Harz basierende Materialschicht (18; 78), die zwischen der genannten inneren Wandfläche des genannten äußeren Strukturteils und der genannten äußeren Wandfläche des genannten inneren Rohrteils angeordnet ist und mit diesen in Kontakt steht, wobei die äußere Wandfläche des genannten inneren Rohrteils eng der genannten inneren Wandfläche des genannten Strukturteils entspricht und an dieselbe durch die genannte auf Harz basierende Materialschicht gebunden ist, und die Dicke der Schicht von 1,52 – 12,7 mm beträgt, und wobei der genannte innere Rohrteil entlang mindestens einer Seite über im wesentlichen seine gesamte Länge offen ist.
Verbundträger nach Anspruch 1, bei dem der genannte innere Rohrteil (16; 76) ein Uförmiger Kanal ist.
Verbundträger nach Anspruch 2, bei dem eine Kappe (20) den Kanal umschließt und den inneren Rohrteil innerhalb des äußeren Strukturteils festhält.
Verbundträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die auf Harz basierende Materialschicht ein Strukturschaumstoff ist.
Verbundträger nach Anspruch 4, bei dem der genannte Strukturschaumstoff ein wärmehärtbarer Harzformstoff ist.
Verbundträger nach Anspruch 4, bei dem der genannte Strukturschaumstoff ein ausgedehntes ausdehnbares Harz ist.
Verbundträger nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die auf Harz basierende Materialschicht eine Dichte von 0,242 – 0,640 g cm^–3 aufweist.
Heizungshaltestruktur für ein Kraftfahrzeug, die einen Verbundträger nach einem vorhergehenden Anspruch aufweist.
Windschutzscheibenstütze für ein Kraftfahrzeug, die einen Verbundträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Schwellerbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, die einen Verbundträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Verbundträgers, das die folgenden Schritte aufweist: Vorsehen eines äußeren Strukturteils (14; 74); Bilden eines inneren Rohrteils (16; 76) mit im wesentlichen der gleichen Form wie der äußere Strukturteil, der entlang mindestens einer Seite über im wesentlichen seine gesamte Länge offen ist uund eine äußere Wandfläche und eine innere Wandfläche aufweist, wobei die genannte innere. Wandfläche des genannten inneren Rohrteils einen ersten Hohlraum (34) begrenzt, welcher innere Rohrteil in einen zweiten Hohlraum (24) passt, der durch den genannten äußeren Strukturteil begrenzt wird; Platzieren einer Schicht oder eines Bands aus einem wärmehärtbaren und/oder ausdehnbaren Harz auf mindestens einem Teil der äußeren Wandfläche des genannten inneren Rohrteils (16; 76); Einführen des genannten inneren Rohrteils (16; 76) in den genannten zweiten Hohlraum (24) zum Bilden einer Baugruppe, in der die äußere Wandfläche des inneren Rohrteils eng der genannten inneren Wandfläche des genannten äußeren Strukturteils entspricht und einen im wesentlichen konstanten Spalt zwischen denselben begrenzt, uund Erhitzen der genannten Baugruppe auf eine Temperatur, durch die das Harz an der richtigen Stelle aushärtet und/oder sich dorthin ausdehnt, um eine harzplatzierte Materialschicht (18; 48; 60; 70; 78) mit einer Dicke von 1,52 mm bis 12,7 mm zu bilden und den genannten äußeren Strukturteil an den genannten inneren Rohrteil zu binden.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der genannte äußere Strukturteil und der genannte innere Rohrteil (16; 76) im wesentlichen die gleiche Form haben.
Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, bei dem die genannte auf Harz basierende Materialschicht ein Strukturschaumstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der genannte Strukturschaumstoff ein wärmehärtbarer Harzformstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der genannte Strukturschaumstoff ein ausgedehntes ausdehnbares Harz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15 zum Herstellen einer Schwellerbaugruppe für ein Kraftfahrzeug.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem der genannte innere Rohrteil ein U-förmiger Kanal ist.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner umfasst, den Kanal mit einer Kappe zu umschließen, die den inneren Rohrteil in dem äußeren Strukturteil festhält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18. bei dem der genannte äußere Struktruteil und der genannte innere Rohrteil aus Metall gebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, bei dein der genannte innere Rohrteil durch Walzen geformtes Metall ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, bei dem die auf Harz basierende Materialschicht eine Dichte von 0,242 – 0,640 g cm^–3 aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21 zum Herstellen einer Windschutzscheibenstütze.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21 zum Herstellen eines Heizungsträgers.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 23, bei dem das resultierende Produkt ein C-Schienenabschnitt ist.
Rohrteil (16; 76), der einen einzufügenden Einsatz zur Anordnung innerhalb eines äußeren Strukturteils mit einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche darstellt, wobei der Rohrteil eine äußere Wandfläche und eine innere Wandfläche aufweist, und die genannte innere Wandfläche des genannten Rohrteils einen Hohlraum (34) begrenzt; dadurch gekennzeichnet, dass die genannte äußere Wandfläche eine Schicht oder ein Band aus einem wärmehärtbaren und/oder ausdehnbaren Harz aufweist, das an richtiger Stelle ausgehärtet und/oder dorthin ausgedehnt werden kann, um eine auf Harz basierende Materialschicht (18; 78) zu bilden und den Verbundträger eines der Ansprüche 1 bis 10 zu bilden.
Rohrteil nach Anspruch 25, bei dem das genannte Harz ein wärmehärtbares Harz ist.
Rohrteil nach Anspruch 25, bei dem das genannte Harz ein wärmeausdehnbares Harz ist.
Rolrteil nach einem der Ansprüche 25 bis 28, bei dem die auf Harz basierende Materialschicht eine Dichte von 0,242 – 0,640 g cm^–3 aufweist.
Rohrteil nach einem der Ansprüche 25 bis 28, welcher U-förmig ist.
Rohrteil nach einem der Ansprüche 25 bis 29, der aus Metall gebildet ist.