DE19904442B4

DE19904442B4 - Dreidimensionale Verbundstoff-Fügestellenverstärkung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19904442B4
Application number: DE19904442A
Authority: DE
Inventors: Joseph S. Grosse Point Woods Wycech
Original assignee: Henkel Corp
Current assignee: Henkel IP and Holding GmbH
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: ATE264781T1; BR9909263A; DE19904442A1; ES2216488T3; EP1060056B1; ZA99852B; CN1290203A; FR2774352A1; EP1060056A4; DE69916587D1; US6068424A; KR20010040612A; SK11772000A3; PL342238A1; CA2319598A1; EP1060056A1; AR018275A1; WO1999039882A1; TR200002278T2; AU2565899A

Abstract

Fügestellen-Verstärkungselement für eine hohle Struktur eines Kraftfahrzeugs, umfassend:
einen Trägerteil, der eine Außenfläche hat, wobei der Trägerteil einen Grundteil mit einer ersten Verlängerung mit einer ersten Längsachse, die sich von diesem weg erstreckt, und mit einer zweiten Verlängerung mit einer zweiten Längsachse, die sich von diesem weg erstreckt, umfaßt, wobei die erste Längsachse und die zweite Längsachse der hohlen Struktur entsprechen; sowie
eine thermisch expandierbare Klebstoffschicht, die sich auf der Außenfläche befindet und diese Außenfläche im wesentlichen bedeckt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verstärkung hohler Strukturelemente und insbesondere auf die Verstärkung hohler Strukturen von Kraftfahrzeugen, die nach dem Zusammenbau im allgemeinen unzugänglich sind.
Schlagzähigkeit, Kraftstoffspar-Standards und strukturelle Steifigkeit sind wichtige fundamentale Aspekte beim Entwerfen von Kraftfahrzeugstrukturen. Kraftstoffspar-Standards schreiben die Verwendung leichterer Materialien vor. Dies führt gewöhnlich zur Reduktion der Dicke von Materialien oder zur Verwendung von Materialien mit geringerer Dichte. Die Schlagzähigkeit schreibt die Verwendung dickerer Materialien wenigstens in begrenzten Bereichen vor. Die strukturelle Steifigkeit erfordert typischerweise ebenfalls eine Erhöhung der Materialmenge.
Die Verwendung von Verbundstoffen, die im allgemeinen stärker und leichter als ihre metallischen Gegenstücke sind, hat im Verlaufe der Jahre zugenommen. Der Erfinder hat einen neuen Ansatz entwickelt, um Strukturteile durch lokalisierte Verstär kung kritischer Bereiche unter Verwendung mit Mikrokugeln gefüllter thermisch expandierbarer Harze zu verstärken, wie etwa: einen Flankenschutz aus Verbundmaterial, der einen Kern auf Harzbasis aufweist, der ein Drittel der Bohrung eines Metallrohrs einnimmt; einen hohlen Laminatholm, der durch ein hohes Verhältnis von Steifigkeit zu Masse gekennzeichnet ist und einen Außenteil aufweist, der durch eine dünne Schicht aus Strukturschaumstoff von einem Innenrohr getrennt ist; eine Verstärkung aus einem W-förmigen Trägereinsatz, der einen Schaumstoffkörper trägt, zur Verwendung bei der Verstärkung eines hohlen Holms; eine Stützwand, die einen thermisch expandierbaren Schaumstoff verwendet, um eine lokale Verstärkung eines Trägers zur Befestigung einer Motorwiege oder dergleichen zu erhalten.
Fügestellen eines Kraftfahrzeugs sind die schwächsten Teile der Struktur. Eine Versteifung der Fügestelle verbessert die Gesamtsteifigkeitseigenschaften des Fahrzeugs beim Fahren. Bei der Bildung der Kraftfahrzeugkarosserie werden mehrere Struktur/Karosserieblechelemente zusammengeschweißt oder -geklebt. Die Fügestellen sind schon durch ihre Natur bedingt typischerweise hohl. Die hohle Struktur erlaubt das Fließen von Elektrophoreselösung durch die Strukturelemente, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Kraftfahrzeughersteller haben verschiedene Techniken verwendet, um die Steifigkeit der Fügestellen des Fahrzeugs zu erhöhen. Typischerweise beinhalteten die Lösungen im wesentlichen eine Erhöhung des Volumens, der Größe und/oder Komplexität der Fügestellen, um dadurch die Steifigkeit zu erhöhen. Durch die Erhöhung des Volumens der Fügestellen wird wertvoller Verpackungsraum reduziert. Außerdem wird das Gewicht der Struktur aufgrund ihres größeren Volumens erhöht.

Auch hohle Fügestellenverstärkungen werden im Stand der Technik beschrieben:
Die in der deutschen Offenlegungsschrift DE 42 04 825 A1 offenbarten Fügestellen-Verstärkungselemente erhalten ihre Stabilität und Steifigkeit durch ihren durch verschiedene Hohlkammern gekennzeichneten, fachwerkartigen. Trotz dieses zum Teil komplexen Aufbaus ist die Herstellung der Verstärkungselemente nicht mit hohem Aufwand verbunden, da das Profil nach dem Strangpressverfahren kostengünstig herstellbar ist, was einen wesentlichen, mit der Erfindung erzielten Vorteil darstellt. Die Kraftüberleitung vom Verstärkungselement auf die an der Fügestelle zu verbindenden Trägerelemente erfolgt durch formschlüssiges Umgreifen dieser Träger durch das Verstärkungselement, eine unter Umständen notwendige Fixierung der Aufnahme erfolgt beispielsweise durch Kleben. Weder die Verbindung von Trägerelementen mit dem Verstärkungselement durch Umgreifen des Verstärkungselementes durch die Träger noch die Verwendung einer thermisch expandierbaren Klebstoffschicht auf der Außenfläche des Verstärkungselementes offenbart.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 195 38 803 A1 offenbart ein Verfahren zum Verbinden röhrenförmiger Elemente von Fahrgestellen, das die Schaffung eines Paares von Halbschalen vorsieht, die mit den röhrenförmigen Elementen auf einer Schicht von Kleber zu verbinden sind. Anschließend werden die so gebildeten Knotenpunkte mit Bundringen aus thermoplastischem und thermoschrumpfbarem Harz, die auf die Enden der genannten Halbschalen aufgebracht sind, durch thermische Behandlung verfestigt.

Das US-Patent US 52 09 541 A offenbart ein Fahrgestell bestehend aus einer Vielzahl von Bauteilen, die durch Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Die Verbindungselemente greifen in Kanäle der zu verbindenden Bauteile, in denen sich ein Klebstoff befindet.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine Fügestelle eines Kraftfahrzeugs zu verstärken, ohne daß man die in der Fügestelle erforderliche Blechmenge erhöhen muß.

In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Trägerteil bereit, der eine Außenfläche hat. Die Außenfläche weist mehrere Verlängerungen auf, die in die Fügestelle passen, in die die Fügestellenverstärkung eingesetzt werden sohl. Auf der Außenfläche des Trägerteils befindet sich eine Klebstoffschicht. Die Außenfläche ist durch die Klebstoffschicht im wesentlichen bedeckt. Die Klebstoffschicht besteht aus einem thermisch expandierbaren Harzmaterial.

In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Bildung eines Verstärkungselements bereit. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Bereitstellens eines Trägerteils, des Auftragens einer Schicht aus Klebstoff auf den Trägerteil, des Erhitzens des Trägerteils und der Klebstoffschicht sowie des Verklebens der Klebstoffschicht mit dem Strukturelement.

In noch einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bildung einer Kraftfahrzeugkarosserie mit wenigstens zwei Karosserieelementen bereit. Das Gefüge der Karosserieelemente definiert einen Hohlraum zwischen diesen. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Bildens eines Verstärkungselements durch Auftragen einer Schicht aus Klebstoff auf einen Trägerteil, des Einsetzens des Verstärkungselements in den Hohlraum sowie des Erhitzens der Karosserieelemente und des Trägerteils mit der Klebstoffschicht, so daß der Klebstoff mit den Karosserieelementen verklebt wird.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß für die Karosserieelemente ein reduzierter Bauraum bereitgestellt werden kann. Dies ist zum Teil auf die Tatsache zurückzuführen, daß bei allen Karosserieelementen ein dünneres Blech verwendet werden kann, da die strukturellen Fügestellen verstärkt worden sind. Dies führt zu einer wünschenswerten Gesamtreduktion des Gewichts des Kraftfahrzeugs.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung hervor, die in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen werden sollte.

1 ist eine weggebrochene perspektivische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einem strukturellen Verstärkungselement.
Die 2a und 2b sind perspektivische Ansichten von zwei Teilen eines Trägerelements.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines mit einer Klebstoffschicht umwickelten Trägers.
4 ist eine Draufsicht auf eine Klebstoffschicht, die auf einen Träger aufgebracht werden soll.
5 ist eine Querschnittsansicht eines Trägers in einer Form.
6 ist eine Querschnittsansicht eines Verstärkungselements in einer Hohlstruktur eines Kraftfahrzeugs.
7 ist eine alternative Querschnittsansicht eines Verstärkungselements mit einem Schaumstoffinnenteil in einer Hohlstruktur eines Kraftfahrzeugs.
In den folgenden Figuren werden für gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet. Die Figuren zeigen ein Trägerelement mit einer besonderen Form. Andere Formen und Größen für eine Fügestellenverstärkung sind für den Fachmann jedoch aufgrund der hier offenbarten Lehre offensichtlich.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einer Fügestelle 12. Die Fügestelle 12 ist eine Hohlstruktur 13, die durch das Heckseitenwand-Innenblech 14, das Heckseitenwand-Außenblech 16, das Türinnenblech 18 und das Türaußenblech 20 definiert ist. Ein Verstärkungselement 22 ist in die Hohlstruktur 13 eingesetzt, um die Fügestelle 12 zu verfestigen. Das Verstärkungselement 22 ist zwar innerhalb einer besonderen Fügestelle abgebildet, doch läßt sich die vorliegende Erfindung auch auf die vielen anderen Fügestellen eines Kraftfahrzeugs anwenden. Wie gezeigt, erstreckt sich das Verstärkungselement zwischen dem Dach 24 und der D-Säule 26. Das Verstärkungselement 22 ist besonders gut zur Verstärkung des Bereichs geeignet, wo sich drei Hohlkanäle 28 überschneiden. Ein modifiziertes Verstärkungselement 22 kann jedoch auch geeignet sein, um den Überschneidungsbereich zweier Kanäle zu verstärken. Das Verstärkungselement 22 weist einen Rumpfteil 30 und drei Verlängerungsteile 32 auf. Jeder Verlängerungsteil 32 hat eine Längsachse 34. Die Längsachsen 34 fallen vorzugsweise mit der verlängerten Achse jedes der Kanäle 28 zusammen. Das heißt, die Verstärkungselemente 22 können so konstruiert sein, daß die Längsachsen 34 verschiedene Winkel untereinander bilden. Die Längsachsen 34 können senkrecht aufeinander stehen, um mit den Kanälen 28 zusammenzufallen, und sie können andererseits den verschiedenen Winkeln eines Kraftfahrzeugdesigns entsprechen.
Die Längen der Verlängerungsteile 32, von den Rumpfteilen 30 aus gemessen, sind eine Funktion des zu verstärkenden Anteils der Fügestelle 12. Je nach der Karosseriestruktur, in die das Verstärkungselement 22 eingesetzt wird, können verschieden große Abschnitte innerhalb von Kanälen 28 verstärkt werden. Bei den meisten Anwendungen werden sich die Verlängerungsteile 32, vom Rumpfteil 30 aus gemessen, über 5 cm (mehrere inch) weit erstrecken.
Wie gezeigt, haben die Verlängerungsteile 32 im allgemeinen einen quadratischen Querschnitt. Vorzugsweise sind die Verlängerungsteile 32 jedoch ähnlich wie die Kanäle 28 geformt. In dieser Weise kann eine bessere Passung zwischen Verstärkungselement und Kanälen 28 erreicht werden.
Wir beziehen uns nun auf die 2A, 2B und 3. Das Verstärkungselement 22 besteht vorzugsweise aus einem Träger 36, der von einer Klebstoffschicht 38 umwickelt ist. Der Träger 36 besteht vorzugsweise aus einem dünnen Material, das die Klebstoffschicht 38 zu stützen vermag. Der Träger 36 stützt die Klebstoffschicht ausreichend, so daß das Verstärkungselement 22 während der Herstellung des Kraftfahrzeugs ohne Verformung gehandhabt und in die Hohlstruktur eingesetzt werden kann. Der Träger 36 kann zum Beispiel aus einem Metall bestehen, wie einem Aluminiumblech, einem Stahlblech oder einer Aluminiumfolie. Eine geeignete Dicke für diese Materialien wäre zum Beispiel 0,18 bis 0,38 mm, 0,15 bis 0,64 mm bzw. 0,05 bis 0,15 mm (0,007–0,015'', 0,006–0,025'' bzw. 0,002–0,006''). Weitere Materialien, die für die Verwendung als Träger geeignet sind, sind spritzgegossenes Nylon mit Glas als Füllstoff mit einer Dicke von 1,6 bis 6,4 mm (0,062–0,25''), blasgeformter oder rotationsgeformter Hochtemperaturkunststoff mit einer Dicke von 1,5 bis 6,4 mm (0,06–0,25'') (ABS oder Polystyrol) oder rotationsgeformter oder gegossener Zementschaumstoff mit einer Dicke von 6,4 bis 12,7 mm (0,25–0,5''). Selbstverständlich können die verschiedenen Dicken je nach den besonderen Umständen variieren.
Je nach dem verwendeten Trägermaterial können mehrere Verfahren zur Bildung des Trägers 36 verwendet werden. Wie in den 2A und 2B gezeigt, können zwei Stücke Aluminium oder Stahl ausgestanzt werden, so daß zwei Hälften 40 und 42 des Trägers 36 entstehen. Die Hälften 40 und 42 können dann unter Bildung des Trägers 36 zusammengeschweißt oder -gedrückt werden. Wie gezeigt, weist die Hälfte 40 Enden 44 entlang jedes Verlängerungsteils 32 auf. In der bevorzugten Ausführungsform weist der Träger 36 allerdings entweder keine Enden 44 auf, oder er hat Löcher innerhalb der Enden 44, so daß während der Herstellung Elektrophoreselösung hindurchtreten kann, um den Korrosionsschutz zu erhöhen. Das Hinzufügen von Enden 44 erhöht jedoch die Festigkeit des Trägers 36 weiter.
Der Träger 36 kann auch gebildet werden, indem man eine metallkaschierte Folie über einen dreidimensionalen Schaumstoffkern zieht. Der Träger 36 kann auch durch Blasformen, Spritzgießen, Umgießen eines Polystyrolschaumkerns mit Schaumstoffzement oder Verwendung einer "Aluminiumdose" oder -hülle als internen Träger mit Verfahren, die auf Techniken zur Bildung von Aluminiumgetränkedosen beruhen, gebildet werden. Der Träger 36 kann auch durch hydrostatisches Kaltumformen eines Metalls zu einer dreidimensionalen Form gebildet werden.
Nach oder während der Bildung des Trägers 36 können Metallverlängerungen, wie Stifte 46 oder Metallstreifen zu dem Träger 36 hinzugefügt werden. Die Stifte 46 passen in Löcher in den oder in der Nähe der Fügestellen 12. Die Zahl der Stifte 46 kann mit jeder Anwendung variieren. Die Stifte halten das Verstärkungselement 22 innerhalb der Kanäle 28 während des Zusammenbaus des Fahrzeugs. Die Kanäle 28 können Löcher aufweisen, die auf die Stifte 46 passen.
Das zur Bildung der Klebstoffschicht 38 verwendete Polymer ist ein Material auf Harzbasis, das thermisch expandierbar ist. Zur Bildung der Klebstoffschicht 38 in der vorliegenden Erfindung können mehrere Zusammensetzungen auf Harzbasis verwendet werden. Die bevorzugten Zusammensetzungen ergeben eine ausgezeichnete Festigkeit und Steifigkeit, während sie nur am Rande zum Gewicht beitragen. Was nun insbesondere die Zusammensetzung der Klebstoffschicht 38 betrifft, so sollte die Dichte des Materials vorzugsweise etwa 0,32 bis etwa 0,80 g/cm³ (20–50 pounds per cubic foot) betragen, um das Gewicht zu minimieren. Der Schmelzpunkt, die Formbeständigkeit in der Wärme und die Temperatur, bei der ein chemischer Zusammenbruch erfolgt, müssen ausreichend hoch sein, so daß die Klebstoffschicht 38 ihre Struktur bei hohen Temperaturen beibehält, wie sie typischerweise in Lacköfen und anderen Verarbeitungsschritten des Fahrzeugbaus auftreten. Daher sollte die Klebstoffschicht 38 in der Lage sein, kurzzeitig Temperaturen von über 160°C (320°F) und vorzugsweise 177°C (350°F) zu überstehen. Außerdem sollte die Klebstoffschicht 38 im endgültigen Einsatz in der Lage sein, längere Zeit Temperaturen von etwa 32°C (90°F) bis 93°C (200°F) zu überstehen, ohne eine wesentliche wärmeinduzierte Verzerrung oder Zersetzung zu zeigen.
Im einzelnen umfaßt der thermisch expandierte Strukturschaumstoff der Klebstoffschicht 38 in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein Kunstharz, einen Zellbildner und einen Füllstoff. Das Kunstharz umfaßt etwa 40 bis etwa 80 Gew.-%, vorzugsweise etwa 45 bis etwa 75 Gew.-% und am meisten bevorzugt etwa 50 bis etwa 70 Gew.-% der Klebstoffschicht 38. Am meisten bevorzugt umfaßt ein Teil des Harzes ein flexibles Epoxyharz. Der hier verwendete Ausdruck "Zellbildner" bezieht sich allgemein auf Mittel, die in der Klebstoffschicht 38 Blasen, Poren oder Hohlräume erzeugen. Das heißt, die Klebstoffschicht 38 hat eine Zellstruktur und weist zahlreiche Zellen auf, die über ihre gesamte Masse verteilt sind. Die Zellstruktur ergibt ein Material mit geringer Dichte und hoher Festigkeit, das eine feste und doch leichte Struktur ergibt. Zu den Zellbildnern, die mit der vorliegenden Erfindung verträglich sind, gehören verstärkende "hohle" Mikrokugeln oder Microbubbles, die entweder aus Glas oder aus Kunststoff bestehen können. Glasmikrokugeln sind besonders bevorzugt. Außerdem kann der Zellbildner ein Treibmittel umfassen, bei dem es sich entweder um ein chemisches Treibmittel oder ein physikalisches Treibmittel handeln kann. Wenn der Zellbildner Mikrokugeln oder Makrokugeln umfaßt, macht er etwa 10 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise etwa 15 bis etwa 40 Gew.-% und am meisten bevorzugt 20 bis etwa 40 Gew.-% des Materials aus, das die Klebstoffschicht 38 bildet. Wenn der Zellbildner ein Treibmittel umfaßt, macht er etwa 0,5 bis etwa 5,0 Gew.-%, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 4,0 Gew.-% und am meisten bevorzugt etwa 1 bis etwa 3 Gew.-% der Klebstoffschicht 38 aus. Zu den geeigneten Füllstoffen gehören Glas- oder Kunststoffmikrokugeln, Quarzstaub, Calciumcarbonat, gemahlene Glasfaser und geschnittene Glasseide. Ein thixotroper Füllstoff wird besonders bevorzugt. Auch andere Materialien können geeignet sein. Der Füllstoff umfaßt etwa 1 bis etwa 15 Gew.-%, vorzugsweise etwa 2 bis etwa 10 Gew.-% und am meisten bevorzugt etwa 3 bis etwa 8 Gew.-% der Klebstoffschicht 38.
Zu den bevorzugten Kunstharzen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung gehören Duroplaste, wie Epoxyharze, Phenolesterharze, duroplastische Polyesterharze und Urethanharze. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll nicht durch das Molekulargewicht des Harzes beschränkt sein, und der Fachmann wird auf der Grundlage der vorliegenden Offenbarung geeignete Molekulargewichte finden. Wenn die Harzkomponente des flüssigen Füllstoffs ein duroplastisches Harz ist, können auch verschiedene Beschleuniger, wie Imidazole und Härtungsmittel, vorzugsweise Dicyandiamid, mitverwendet werden, um die Härtungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Eine funktionelle Beschleunigermenge beträgt typischerweise etwa 0,5 bis etwa 2,0% des Harzgewichts, wobei eine entsprechende Reduktion bei einer der drei Komponenten Harz, Zellbildner oder Füllstoff erfolgen muß. In ähnlicher Weise beträgt die Menge des Härtungsmittels typischerweise etwa 1 bis etwa 8% des Harzgewichts, wobei eine entsprechende Reduktion bei einer der drei Komponenten Harz, Zellbildner oder Füllstoff erfolgen muß. Effektive Mengen an Verarbeitungshilfsstoffen, Stabilisatoren, Färbemitteln, UV-Absorbern und dergleichen können ebenfalls in der Schicht mitverwendet werden. Thermoplaste können ebenfalls geeignet sein.
In der folgenden Tabelle ist eine bevorzugte Rezeptur für die Klebstoffschicht 38 gezeigt. Es hat sich gezeigt, daß diese Rezeptur ein Material ergibt, das bei etwa 160°C (320°F) vollständig expandiert und aushärtet und ausgezeichnete Struktureigenschaften ergibt. Alle Prozentangaben in der vorliegenden Offenbarung sind Gewichtsprozente, wenn nichts anderes besonders angegeben ist.
Außerdem können noch Färbemittel und andere Additive, wie Phthalocyanin-Blau und KR55, mitverwendet werden.
Die Klebstoffschicht 38 ist bei den meisten Anwendungen eine Schicht, die sich um die gesamte oder im wesentlichen um die gesamte Außenfläche des Trägers 36 herum erstreckt. Vorzugsweise ist die Klebstoffschicht 38 von relativ gleichmäßiger Dicke, zum Beispiel etwa 2 bis etwa 6 mm im nicht expandierten Zustand.
Wir beziehen uns nun auf 4. Die Klebstoffschicht 38 kann hergestellt werden, indem man eine Harzbahn 48 in der erforderlichen Geometrie ausstanzt. Der ausgestanzte Teil 50 wird dann um den dreidimensionalen Träger 36 herumgewickelt. Alternativ dazu können auch andere Formen der Beschichtung des Trägers 36 verwendet werden. Zum Beispiel kann die Klebstoffschicht 38 durch Sprühen oder Formpressen aufgetragen werden.
5 zeigt ein anderes Verfahren zum Auftragen der Klebstoffschicht 38 auf den Träger 36 unter Verwendung einer Form 52. Der Träger 36 befindet sich innerhalb einer Form 52. Die Lücke 54 zwischen der Form 52 und dem Träger 36 ist vorzugswei se gleichmäßig und so groß wie die gewünschte Dicke der Klebstoff schicht 38. Eine Einlaßöffnung 56 geht durch die Form 52, so daß geschmolzenes Material für die Klebstoffschicht in die Lücke 54 eingespritzt werden kann, so daß es den Träger 36 umgibt.
Vorzugsweise ist die Form 52 gekühlt und poliert, um das Heraustrennen des Formteils zu erleichtern. Dies kann auf verschiedenerlei Weise erfolgen, etwa dadurch, daß man Kühlfluide durch den Formkörper 52 strömen läßt. Durch das Kühlen der Form 52 wird das Heraustrennen der Klebstoffschicht 38 aus der Form 52 vereinfacht.
6 zeigt eine Querschnittsansicht eines Verstärkungselements 22, das gemäß den 3, 4 oder 5 gebildet ist. Die Klebstoffschicht 38 wird gleichmäßig um den Träger 36 herum aufgetragen. Der Träger 36 ist vorzugsweise hohl und paßt im allgemeinen genau in den Kanal 28. Die Klebstoffschicht 38 hat die folgende Eigenschaft: Wenn der Lack des Fahrzeugs eingebrannt wird, dehnt sich die Klebstoffschicht 38 aus und verklebt mit den Kanälen 28. Nach dem Abkühlen der Klebstoffschicht 38 ist die Klebstoffschicht 38 also mit den Kanälen 28 verklebt, so daß die Fügestelle 12 verstärkt wird. Da die Fügestellen des Fahrzeugs strukturell verstärkt sind, sind die Steifigkeits- und Fahreigenschaften des Fahrzeugs verbessert, was eine Gewichtsreduktion durch Reduzieren der Stärke des Metalls erlaubt, aus dem die Karosseriebleche des Fahrzeugs gebildet sind.
7 zeigt eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines alternativen Verfahrens zur Bildung eines Verstärkungselements 22. Anstatt eine hohle Hülle aufzuweisen wie in 6, wird der Träger 36 mit einem Schaumstoffkern 58 gebildet. Eine Metallfolie oder Metallschicht bildet den Träger 36. Zum Beispiel kann eine Aluminiumfolie um den Schaumstoffkern 58 gewickelt sein. Unter Verwendung des Schaumstoffkerns 58 kann die Kleb stoffschicht 38 in einer der oben angegebenen Weisen aufgetragen werden. Der Schaumstoffkern 58 besteht vorzugsweise aus einem thermisch aktivierten oder sich verflüchtigenden Material. Das heißt, wenn der Schaumstoffkern erhitzt wird; bricht er zusammen und hinterläßt einen hohlen Träger 36. Die bevorzugte Temperatur, bei der der Schaumstoffkern 58 zusammenbrechen soll, ist die maximale Temperatur, auf die das Fahrzeug während des Einbrennens des Lacks erhitzt wird. Durch Verwendung eines Schaumstoffkerns 58 erhält man ein etwas steiferes Verstärkungselement 22, und daher kann das Verstärkungselement 22 während des Zusammenbaus des Fahrzeugs leichter gehandhabt werden, insbesondere wenn Träger aus Metallfolien verwendet werden.
Im Betrieb würden die Verstärkungselemente 22, wie sie oben beschrieben sind, wahrscheinlich an Kraftfahrzeugmontageanlagen geliefert werden. Verstärkungselemente können nach jedem der oben dargelegten Verfahren hergestellt werden. Während des Zusammenbaus der Fahrzeugkarosserie und vor dem Schweißen oder Mastizieren der verschiedenen Karosseriebleche werden die Verstärkungselemente an verschiedenen Fügestellen des Fahrzeugs plaziert. Vorzugsweise verlaufen alle Fügestellen und Klebstoffschichten 38 in derselben Richtung wie eine der Nähte in der Fahrzeugkarosserie. Nachdem die Verstärkungselemente 22 in die Fügestellen eingesetzt wurden, werden die Karosseriebleche miteinander verbunden. Gewöhnlich wird die Fahrzeugkarosserie, sobald sie zusammengeschweißt ist, einer Elektrophoresebeschichtung unterzogen. Während der Elektrophoresebeschichtung wird die Karosserie in ein Bad mit Elektrophoreselösung eingetaucht. Die Elektrophoreselösung fließt durch das hohle Verstärkungselement 22, so daß die Karosserie einschließlich dem Innern der Kanäle 28 beschichtet wird.
Anschließend wird der Lack auf die Karosseriebleche aufgetragen. Nachdem der Lack auf die Karosseriebleche aufgetragen wurde, wird der Lack eingebrannt. Während des Brennvorgangs wird die Temperatur der Karosseriebleche wesentlich erhöht. Gewöhn lich überschreiten die Temperaturen der Karosserie 163°C (325°F). Die Temperatur im Innern der Kanäle 28 wird ebenfalls auf diese Temperatur erhöht. Diese Temperatur aktiviert dann die Klebstoffschicht 38, so daß sie expandiert und innerhalb der Kanäle 28 mit dem Innern der Karosseriebleche verklebt. Nach dem Abkühlen ist das Verstärkungselement 22 mit den Karosserieblechen verklebt, und die Fügestelle ist verstärkt.
Während die beste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurde, wird der Fachmann verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen finden, um die durch die folgenden Ansprüche definierte Erfindung praktisch auszuführen.

Claims

Fügestellen-Verstärkungselement für eine hohle Struktur eines Kraftfahrzeugs, umfassend: einen Trägerteil, der eine Außenfläche hat, wobei der Trägerteil einen Grundteil mit einer ersten Verlängerung mit einer ersten Längsachse, die sich von diesem weg erstreckt, und mit einer zweiten Verlängerung mit einer zweiten Längsachse, die sich von diesem weg erstreckt, umfaßt, wobei die erste Längsachse und die zweite Längsachse der hohlen Struktur entsprechen; sowie eine thermisch expandierbare Klebstoffschicht, die sich auf der Außenfläche befindet und diese Außenfläche im wesentlichen bedeckt.
Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei die erste Längsachse senkrecht zur zweiten Längsachse steht.
Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei der Trägerteil eine dritte Verlängerung umfaßt, die sich von dem Grundteil erstreckt, wobei die dritte Verlängerung eine dritte Längsachse aufweist.
Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 3, wobei die dritte Längsachse im wesentlichen senkrecht zur ersten und zur zweiten Längsachse steht.
Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei der Trägerteil hohl ist.
Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei die Außenfläche eine Metallschicht aufweist.
Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei der Träger Metallverlängerungen aufweist, die sich von ihm weg erstrecken.
Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei der Träger durchgehende Bohrungen aufweist.
Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei der Trägerteil zwei gestanzte Metallkanäle umfaßt, die miteinander gekoppelt sind.
Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei der Trägerteil ein metallfolienumhülltes Schaumstoffelement umfaßt, wobei die Metallfolie die Außenfläche bildet.
Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 10, wobei das Schaumstoffelement durch Hitze aktiviert wird.
Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei die Klebstoffschicht umfaßt: Epoxyharz zwischen etwa 30 und etwa 40 Gew.-% flexibles Epoxyharz zwischen etwa 10 und etwa 20 Gew.-% Härtungsmittel zwischen etwa 3,5 und etwa 4,6 Gew.-% Beschleuniger zwischen etwa 0,4 und etwa 1,2 Gew.-% thixotropen Füllstoff zwischen etwa 0,5 und etwa 1,5 Gew.-% ...Treibmittel zwischen etwa 0,7 und etwa 1,8 Gew.-% ...Glasmikrokugeln zwischen etwa 30 und etwa 45 Gew.-% ...Füllstoff zwischen etwa 0,1 und etwa 1,1 Gew.-%; und ...flüssigen Kautschuk zwischen etwa 2,0 und etwa 4,0 Gew.-%.
Verfahren zur Bildung eines Verstärkungselements, das in ein hohles Strukturelement eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden soll, umfassend: das Bereitstellen eines Trägerteils mit mehreren Verlängerungen, die sich von einem Grundteil weg erstrecken und die der hohlen Struktur entsprechen; das Auftragen einer Schicht aus thermisch expandierbarem Klebstoff auf den Trägerteil; das Erhitzen des Trägerteils und der Klebstoffschicht, so daß die Klebstoffschicht aktiviert wird und mit dem Strukturelement verklebt; und das Abkühlen des Strukturelements und der Klebstoffschicht.
Verfahren zur Bildung eines Verstärkungselements gemäß Anspruch 13, das weiterhin den Schritt des Ausschneidens der Klebstoffschicht aus einer Klebstoffbahn umfaßt.
Verfahren zur Bildung eines Verstärkungselements gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt des Auftragens der Klebstoffschicht weiterhin die Teilschritte des Einsetzens des Trägerteils in eine Form, des Einspritzens der Klebstoffschicht zwischen den Trägerteil und die Form sowie des Entnehmens des Trägerteils mit der Klebstoffschicht aus der Form umfaßt.
Verfahren zur Bildung eines Verstärkungselements gemäß Anspruch 15, das weiterhin den Schritt des Kühlens der Form umfaßt.
Verfahren zur Bildung einer Kraftfahrzeugkarosserie mit wenigstens zwei länglichen hohlen Karosserieelementen, wo bei das Gefüge der Karosserieelemente einen Hohlraum zwischen diesen definiert, umfassend: das Einsetzen eines Verstärkungselements in den Hohlraum, wobei das Verstärkungselement einen Trägerteil, der eine Außenfläche und einen Grundteil mit einer ersten Verlängerung mit einer ersten Längsachse, die sich von diesem weg erstreckt, und mit einer zweiten Verlängerung mit einer zweiten Längsachse, die sich von diesem weg erstreckt, umfaßt, wobei sich auf der Außenfläche des Trägers eine thermisch expandierbare Klebstoffschicht befindet, aufweist; das Ausrichten der ersten Verlängerung entlang einem der hohlen Karosserieelemente; das Ausrichten der zweiten Verlängerung entlang dem anderen hohlen Karosserieelement; das Erhitzen der Karosserieelemente, des Trägerteils und der Klebstoffschicht, so daß der Klebstoff innerhalb der hohlen Karosserieelemente mit diesen verklebt wird; und das Abkühlen des Strukturelements und der Klebstoffschicht.
Verfahren zur Bildung einer Kraftfahrzeugkarosserie gemäß Anspruch 17, das weiterhin den Schritt des Bildens der Klebstoffschicht durch Ausschneiden der Klebstoffschicht aus einer Klebstoffbahn umfaßt.
verfahren zur Bildung einer Kraftfahrzeugkarosserie gemäß Anspruch 18, das weiterhin den Schritt des Auftragens der Klebstoffschicht auf den Träger umfaßt.
Verfahren zur Bildung einer Kraftfahrzeugkarosserie gemäß Anspruch 19, wobei der Schritt des Auftragens der Klebstoffschicht auf den Träger die Teilschritte des Einsetzens des Trägerteils in eine Form, des Einspritzens der Klebstoffschicht zwischen den Trägerteil und die Form sowie des Entnehmens des Trägerteils mit der Klebstoffschicht aus der Form umfaßt.