DE69928248T2

DE69928248T2 - Verstärktes balkensystem

Info

Publication number: DE69928248T2
Application number: DE69928248T
Authority: DE
Inventors: S. Joseph WYCECH
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 1998-05-27
Filing date: 1999-01-06
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2019-01-07
Also published as: EP1082238A4; AU2100999A; ES2251825T3; CA2331456A1; KR20010071336A; EP1082238A1; PL344334A1; EP1082238B1; SK17872000A3; DE69928248D1; CN1303339A; BR9910706A; AR014286A1; ZA99142B; TR200003489T2; WO1999061289A1; US5992923A; JP2002516213A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In verschiedenen Praktiken, insbesondere in der Automobilindustrie, ist es erwünscht, verschiedene Träger zu verstärken. Zum Beispiel kann ein kanalförmiger Träger mit Seitenwänden, die durch eine Zwischenwand verbunden sind, in einer Umgebung wie zum Beispiel einer Sicherheitsgurt-Verankerungsschiene verwendet werden, wobei die verbindende Zwischenwand Kompression ausgesetzt werden würde. Es wäre wünschenswert, irgendeine Form von Abstützung oder Verstärkung an dem Kompressionsraum oder der Wand des Trägers vorzusehen. Es sind Versuche unternommen worden, zum Beispiel vollständig den Kanal mit Schaummaterial zu füllen. Andere Versuche haben umfasst, ein inneres Element innerhalb des Kanals, der auch eine kanal- oder C-Form aufweist, und mit einem Schaum dazwischen vorzusehen.
US-Patent Nr. 3,868,796 offenbart einen Verbundträger, um Seitenaufprallschutz für eine Tür eines Autos zu geben. Die Außenhaut der Tür ist als Teil des Trägers integriert, der eine innere rillenartige Verkleidung geschweißt an gegenüberliegende Kanten der Außenhaut aufweist, wobei die Rillen mit einer Schaumschicht gefüllt sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Schaffung einer inneren Verstärkungsanordnung für einen kanalförmigen Träger. Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer solchen internen Verstärkungsanordnung, die ein internes Verstärkungselement einschließt, welches innerhalb des Kanals angeordnet, jedoch von den Kanalwänden mit einem ausdehnbaren Schaum dazwischen beabstandet ist.
Noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Verstärken eines kanalförmigen Trägers.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird eine verstärkte Trägerbaugruppe geschaffen, die einen Träger mit einer kanalförmigen Innenfläche, die durch Seitenwände und eine verbindende Zwischenwand begrenzt wird, ein Verstärkungselement in dem genannten Träger, wobei das genannte Verstärkungselement innerhalb des Kanals des genannten Trägers vorgesehen ist, und zumindest ein Teil des genannten Verstärkungselements von der genannten Innenfläche beabstandet ist, wobei der genannte Teil des genannten Verstärkungselements eine Innenfläche aufweist, die zu der genannten Innenfläche des genannten Trägers hin angeordnet ist, wobei die genannte Innenfläche des genannten Teils des genannten Verstärkungselements durch eine Mehrzahl von Hügeln und Tälern definiert wird, und ein Schaummaterial aufweist, das in dem Zwischenraum zwischen der genannten Innenfläche des genannten Trägers und der genannten Innenfläche des genannten Verstärkungselements angeordnet ist, um bei Ausdehnung des genannten Schaummaterials an die genannte Innenfläche des genannten Trägers und die genannte Innenfläche des genannten Verstärkungselements gebunden zu werden, wobei das genannte Verstärkungselement Außenwände aufweist, die allgemein parallel zu der durch die genannten Trägerseitenwände begrenzten Innenfläche angeordnet sind.
Ferner wird der Erfindung zufolge ein Verfahren zum Verstärken einer Trägerbaugruppe geschaffen, das umfasst, einen kanalförmigen Träger mit einer Innenfläche vorzusehen, die durch Seitenwände und eine verbindende Zwischenwand begrenzt wird, ein Verstärkungselement mit allgemeiner W-Form innerhalb des Kanals des Trägers anzubringen, wobei das genannte Verstärkungselement Außenwände aufweist, die allgemein parallel zu der durch die genannten Trägerseitenwände begrenzten Innenfläche angeordnet sind, und ein ausdehnbares Schaummaterial vorzusehen, das an das Verstärkungselement an einer Innenfläche des Verstärkungselements gebunden ist, welche zu der Innenfläche des Kanals des Trägers hin angeordnet ist, und den Schaum in innigen Kontakt und Bindung mit der Innenfläche des Kanals und der Innenfläche des Verstärkungselements auszudehnen.
Dieser Erfindung zufolge umfasst ein kanalförmiger Träger eine Innenfläche, die durch Seitenwände und eine verbindende Zwischenwand begrenzt wird. Ein Verstärkungselement ist in dem Kanal vorgesehen, wobei zumindest ein Teil des Verstärkungselements seine Innenfläche von der Innenfläche des Trägers beabstandet aufweist. Dieser Teil des Verstärkungselements hat eine Form, die Hügel und Täler enthält und vorzugsweise eine W-Form hat. Ein ausdehnbares Schaummaterial ist in dem Zwischenraum zwischen der Innenfläche des Trägers und der Innenfläche des Verstärkungselements angeordnet. Das Schaummaterial wird an beide Innenflächen bei Ausdehnung des Schaummaterials gebunden.
In einer bevorzugten praktischen Umsetzung dieser Erfindung wird die W-Form für das innere Verstärkungselement gebildet, indem vier geneigte, allgemeine vertikale Beine vorhanden sind, wobei jedes Beinpaar durch einen horizontalen Abschnitt verbunden ist. Eine Kappe kann über dem Träger und inneren Verstärkungselement angeordnet werden. In einer praktischen Umsetzung der Erfindung ist der Träger Teil einer Verankerungsschiene in einer Baugruppe in einem Fahrzeug zum Befestigen von Sicherheitsgurten. Die Kappe würde den Boden aufweisen und die Sicherheitsgurte würden am Boden verankert sein.
DIE ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht eines Teils eines Fahrzeugs, das die verstärkte Trägerbaugruppe dieser Erfindung verwendet;
2 ist eine Querschnittansicht durch 1 entlang der Linie 2-2, die jedoch einen angebrachten Sicherheitsgurt zeigt;
3 ist eine schematische Ansicht im Aufriss, die eine Testprozedur zum Bestimmen von Lastablenkung zeigt;
4 ist eine Querschnittansicht im Aufriss, die die Verwendung der Testprozedur an einer verstärkten Trägerbaugruppe gemäß dieser Erfindung zeigt;
5 ist eine Ansicht ähnlich 4, die eine Vergleichstestprozedur an einer Trägerbaugruppe zeigt, die keine Innenverstärkung enthält; und
6 ist ein Diagramm, das vergleichende Ablenkungsergebnisse zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung soll in Bezug auf eine verstärkte Trägerbaugruppe beschrieben werden, die besonders zum Gebrauch als Teil einer Sicherheitsgurt-Verankerungsschienenbaugruppe in einem Fahrzeug ausgelegt ist. Es soll jedoch verstanden werden, dass eine solche Beschreibung nur zu Beispielszwecken vorgesehen ist. Daher könnten die Konzepte der Erfindung auf andere Teile eines Fahrzeugs oder auf andere Objekte wie zum Beispiel Flugzeuge, Schiffe und dergleichen angewendet werden, wo immer es erwünscht ist, irgendeine Verstärkung, insbesondere Verstärkung eines kanalförmigen Trägers bereitzustellen.
Die 1–2 zeigen eine verstärkte Trägerbaugruppe 10, wie sie für einen Teil einer Sicherheitsgurt-Verankerungsschienenbaugruppe verwendet wird. Wie darin gezeigt ist, wird ein kanalförmiger Träger 12 aus einem jeglichen geeigneten Material wie zum Beispiel Stahl unter dem Boden 14 angebracht. Der Träger 12 kann einen jeglichen geeigneten Aufbau haben und umfasst vorzugsweise ein Paar divergierender Seitenwände 16, 16, die durch eine allgemein horizontale Zwischenwand 18 miteinander verbunden sind. Die Seitenwände 16 enden in horizontalen Flanschen 20, die in Kontakt mit dem Boden 14 stehen und mit dem Boden in einer jeglichen geeigneten Weise wie zum Beispiel durch Punktschweißen 22 verbunden sind. Der Boden 14 wirkt auf diese Weise als eine Kappe für den kanalförmigen Träger.
Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Sicherheitsgurt 24 an dem Boden 14 durch eine jegliche geeignete Befestigungseinrichtung 26 wie zum Beispiel eine Mutter- und Schraubenbaugruppe befestigt, die sich durch ein Loch 27 erstreckt. Wie in 1 gezeigt ist, werden vier solcher Löcher für vier Befestigungseinrichtungen zum Verankern des Sicherheitsgurts an der Schiene oder dem Träger 12 verwendet. Der Träger 12 würde sich in Längsrichtung unter dem Boden 14 erstrecken und würde wesentlich länger als sein, als er breit ist. Die spezifischen Abmessungen sind für ein Verständnis dieser Erfindung nicht kritisch.
Dieser Erfindung zufolge ist ein inneres Verstärkungselement 28 innerhalb des Kanals des Trägers 12 angebracht. Das Verstärkungselement 28 liegt vorzugsweise in einer Form vor, die eine Anzahl von Hügeln und Tälern einschließt. In der bevorzugten praktischen Umsetzung der Erfindung, die in 2 dargestellt ist, hat das Verstärkungselement 28 allgemein eine W-Form mit einem Paar nach außen divergierender, allgemein vertikaler Wände 30, 32 mit nach innen konvergierenden Wänden 34, 36. Die Wände 30, 34 werden durch eine allgemein horizontale Wand 38 verbunden und in ähnlicher Weise werden die Wände 36 und 32 durch eine allgemein horizontale Wand 40 verbunden. Wände oder Segmente 38 und 40 werden zu der verbindenden Zwischenwand 18 des Trägers 12 hin angeordnet. Die Wände 34 und 36 sind durch eine allgemein horizontale Wand 42 verbunden, die zu der Kappe oder dem Boden 14 hin angeordnet ist und mit dieser/diesem in Kontakt stehen kann. Bei Bedarf kann das Verstärkungselement 28 zusätzliche allgemein vertikale und allgemein horizontale Wände einschließen. In ähnlicher Weise können bei Bedarf die verschiedenen geneigten, allgemein vertikalen Wände direkt miteinander an einem Punkt verbunden werden, anstatt horizontale Zwischenabschnitte aufzuweisen. Der Einschluss der horizontalen Abschnitte und die Gestaltung des Verstärkungselements allgemein als ein W in der in 2 dargestellten Form stellt jedoch die bevorzugte praktische Umsetzung der Erfindung dadurch dar, dass die Innenflächen der Wände 30, 38, 40 und 32 allgemein parallel zu der Innenfläche der Wände 16, 16 und 18 des Trägers 12 sind, um einen allgemein einheitlichen Abstand zwischen dem Hauptteil des Verstärkungselements und den Wänden des Trägers 12 bereitzustellen. Der Einschluss eines horizontalen Abschnitts 42 ist auch erwünscht, da er ein Potential für Oberflächenkontakt mit dem Boden oder der Kappe 14 bereitstellt.
In der bevorzugten praktischen Umsetzung dieser Erfindung hat das innere Verstärkungselement 28 eine einheitliche Dicke und besteht vorzugsweise aus Metall, obwohl andere Materialien wie zum Beispiel Kunststoff auch verwendet werden könnten. Abhängig von den gewünschten Endergebnissen kann das Element 28 aus einer Folie einer Dicke von 0,002 bis 0,005 Zoll(0,051 bis 0,13 mm) bestehen, oder kann aus einem Blechmaterial einer Dicke von 0,006 bis 0,020 Zoll (0,15 bis 0,51 mm) bestehen, oder kann aus einer Platte einer Dicke von 0,020 bis 0,125 Zoll(0,51 bis 3,18 mm) bestehen.
Bei Verwendung als Teil einer Sicherheitsgurt-Verankerungsbaugruppe kann jede Wand oder jedes Bein 30, 32, 34, 36 eine senkrechte Höhe von 23,8 mm aufweisen. Der Winkel zwischen den Wänden 30 und 38 und zwischen den Wänden 32 und 40 kann 97,6° betragen, während der Winkel zwischen den Wänden 34 und 38 und zwischen den Wänden 36 und 40 93° betragen kann. Der Abstand zwischen der Mittellinie des Elements 28 zum äußeren Ende der Wand 30 oder der Wand 32 kann 37,8 mm aufweisen.
Wie in 2 gezeigt ist, ist eine Polymerschicht 44 an Teile des inneren Verstärkungselements 28 gebunden. Daher wirkt das Verstärkungselement 28 als ein Träger für die Polymerschicht. Die Polymerschicht 44 ist vorzugsweise ein ausdehnbarer Schaum, der sich bei Aktivierung ausdehnen würde, um vollständig den Raum zwischen der Innenfläche des Trägers 12 und der Innenfläche des Verstärkungselements 28 zu füllen, und würde vorzugsweise an beide Innenflächen gebunden werden. Ein bevorzugter Polymerschaum ist ein wärmeausdehnbarer Schaum, wie zum Beispiel im US-Patent Nr. 5,575,526 beschrieben ist, dessen gesamte Details hier durch Bezugnahme auf dieses eingeschlossen sind. Der Vorteil eines wärmeausdehnbaren Schaums in Verbindung mit einem Fahrzeugträger besteht darin, dass der Schaum sich ausdehnen würde, wenn der den Träger 12 einschließende Teil des Fahrzeugs Wärme ausgesetzt werden würde, wie zum Beispiel durch den konventionellen Beschichtungsprozess, der bei Fahrzeugherstellung verwendet wird. Daher wird ein getrennter Erhitzungsschritt nicht zum Aktivieren des Schaums benötigt. Während ein wärmeausdehnbarer Schaum bevorzugt ist, kann die Erfindung mit anderen Typen ähnlicher Schäume praktiziert werden, die jedoch chemisch aktiviert werden. Daher kann ein jeglicher ausdehnbarer Schaum wie zum Beispiel ein wärmehärtbarer und/oder ausdehnbarer, auf Harz basierender Schaum in der praktischen Umsetzung dieser Erfindung verwendet werden. Die Polymerschicht 44, die an das Trägeroder Verstärkungselement 28 und das Stammelement oder den Träger 12 gebunden wird, würde 0,08 bis 0,200 Zoll (2,03 bis 5,08 mm) dick sein, wenn sie als Teil einer Sicherheitsgurt-Verankerungsbaugruppe verwendet werden würde. Siehe 4, die den Schaum 44 zeigt, welcher vollständig den Raum zwischen den Innenflächen des Trägers 12 und dem Element 28 füllt, obwohl 4 die Trägerbaugruppe in einer umgekehrten Position zu Testzwecken zeigt.
3 stellt schematisch den Testaufbau für einen Dreipunkt-Biegetest dar. Wie darin gezeigt ist, wird das Testprodukt T an seinen Enden durch Haltepunkte P, P gehalten. Eine Last wird mittig zwischen den Testpunkten P, P angelegt, die der Kompressionsfläche des Testelements T entsprechen würde. Daher würde zum Beispiel die Außenfläche der verbindenden Zwischenwand 18 die Kompressionsfläche des Trägers 12 darstellen. Messungen würden bezüglich der Ablenkungsgröße in Übereinstimmung mit der Anlegung von Lasten oder Kräften durchgeführt werden. 4 stellt schematisch die Testprozedur von 3 dar, die bei der Baugruppe 10 dieser Erfindung verwendet wird. 5 stellt die gleiche Testprozedur dar, die bei einem Träger 12 verwendet wird, welcher keine innere Verstärkung aufweist.
6 ist ein Diagramm, das die Ablenkungen unter verschiedenen Lasten für verschiedene Typen von Trägerverstärkungen zeigt. Wie darin gezeigt ist, bezieht sich die Basislinie auf den in 5 dargestellten Typ von Träger, der keine Verstärkung aufweist. Vollständig gefüllt bezieht sich auf einen vollständig zum Beispiel mit einem Schaum gefüllten Träger. C-Schnitt bezieht sich auf einen Träger mit einer inneren C-förmigen oder kanalförmigen Verstärkung. Andere Vergleiche sind mit 3 mm Teracore^®, 4 mm Teracore^® und 4 mm .8 Stahl. Jeder dieser Trägerzustände stellt praktische Umsetzungen dar, die keine Praktiken der Erfindung sind. Die letzten drei Tests, nämlich W.8CRS, W 1.2DF 140 und W 1.0DF 140 stellen Träger dar, die mit der Erfindung verstärkt sind. Die Abmessungen beziehen sich auf Zoll. CRS ist eine Abkürzung für kaltgewalzten Stahl. DF bezieht sich auf di-Form. Wie in 6 dargestellt ist, ist bei den drei praktischen Umsetzungen der Erfindung eine viel größere Kraft zum Verursachen der gleichen Ablenkungsgröße erforderlich, die bei den Vergleichsbeispielen resultiert.
Die Erfindung schafft daher eine leichte Abstützung für die Kompressionsfläche eines Trägers zusammen mit den vertikalen Scheuerleisten. Der Aufbau des inneren Verstärkungselements bietet mehr Masse und ein kosteneffizienteres Mittel zum Verstärken eines Trägers beim Biegen gegenüber konventionellen Praktiken wie zum Beispiel Füllen eines Abschnitts vollständig mit Schaum.

Claims

Verstärkte Trägerbaugruppe (10) für Fahrzeuge, die einen Träger (12) mit einer kanalförmigen Innenfläche, die durch Seitenwände (16) und eine verbindende Zwischenwand (18) begrenzt wird, ein Verstärkungselement (28) in dem genannten Träger (12), wobei das genannte Verstärkungselement (28) innerhalb des Kanals des genannten Trägers (12) vorgesehen ist, und zumindest ein Teil des genannten Verstärkungselements (28) von der genannten Innenfläche beabstandet ist, wobei der genannte Teil des genannten Verstärkungselements (28) eine Innenfläche aufweist, die zu der genannten Innenfläche des genannten Trägers (12) hin angeordnet ist, wobei die genannte Innenfläche des genannten Teils des genannten Verstärkungselements (28) durch eine Mehrzahl von Hügeln und Tälern definiert wird, und ein Schaummaterial (44) aufweist, das in dem Zwischenraum zwischen der genannten Innenfläche des genannten Trägers (12) und der genannten Innenfläche des genannten Verstärkungselements (28) angeordnet ist, um bei Ausdehnung des genannten Schaummaterials (44) an die genannte Innenfläche des genannten Trägers (12) und die genannte Innenfläche des genannten Verstärkungselements (28) gebunden zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Verstärkungselement (28) Außenwände (30, 32) aufweist, die im Abstand von und allgemein parallel zu der durch die genannten Trägerseitenwände (16) begrenzten Innenfläche angeordnet sind.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach Anspruch 1, bei der das Verstärkungselement (28) allgemein W-förmig ist.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach Anspruch 2, bei der das genannte W-förmige Verstärkungselement (28) ein Paar äußerer, allgemein vertikal divergierender Beine (30, 32) umfasst, die in Richtung auf und parallel zu den genannten Seitenwänden (16) des genannten Trägers (12) angeordnet sind.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach Anspruch 3, bei der das genannte W-förmige Verstärkungselement (28) zwei allgemein vertikal geneigte konvergierende Beine (34, 36) zwischen den genannten äußeren divergierenden Beinen (30, 32) umfasst, und jedes Paar benachbarter Beine durch ein horizontales Segment (38, 40) verbunden ist.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das genannte Schaummaterial (44) ein ausdehnbarer Schaum ist, der den genannten Zwischenraum zwischen der genannten Innenfläche des genannten Trägers (12) und der genannten Innenfläche des genannten Verstärkungselements (28) bei Ausdehnung des genannten Schaummaterials (44) vollständig füllt.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der genannte Teil des genannten Verstärkungselements (12) das genannte gesamte Verstärkungselement (28) aufweist.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das genannte Schaummaterial (44) wärmeausdehnbar ist.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die eine Kappe (14) umfasst, welche über dem genannten Kanal angebracht ist und diesen völlig verschließt.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach Anspruch 8, bei der der genannte Träger (12) Teil eines Fahrzeugs ist.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach Anspruch 9, bei der der genannte Träger (12) und die genannte Kappe (14) sowie das genannte Verstärkungselement (28) alle aus Metall bestehen.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, bei der der genannte Träger (12) eine Sicherheitsgurt-Verankerungsschiene aufweist, die genannte Kappe (14) den Boden des genannten Fahrzeugs aufweist, und ein Sicherheitsgurt (24) an dem genannten Boden verankert ist.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das genannte Verstärkungselement (28) in Form einer Folie einer Dicke von 0,002–0,005 Zoll (0,051 bis 0,13 mm) vorliegt.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der das genannte Verstärkungselement (28) eine Bahn mit einer Dicke von 0,006–0,020 Zoll (0,15 bis 0,51 mm) darstellt.
Verstärkte Trägerbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der das genannte Verstärkungselement (28) eine Platte mit einer Dicke von 0,020–0,125 Zoll (0,51 bis 3,18 mm) darstellt.
Verfahren zum Verstärken einer Trägerbaugruppe (10) für Fahrzeuge, das umfasst, einen kanalförmigen Träger (12) mit einer Innenfläche vorzusehen, die durch Seitenwände (16) und eine verbindende Zwischenwand (18) begrenzt wird, ein Verstärkungselement (28) mit allgemeiner W-Form innerhalb des Kanals des Trägers anzubringen, wobei das genannte Verstärkungselement (28) Außenwände (30, 32) aufweist, die allgemein parallel zu der durch die genannten Trägerseitenwände (16) begrenzten Innenfläche angeordnet sind, und ein ausdehnbares Schaummaterial (44) vorzusehen, das an das Verstärkungselement (28) an einer Innenfläche des Verstärkungselements (28) gebunden ist, welche zu der Innenfläche des Kanals des Trägers (12) hin angeordnet ist, und den Schaum in innigen Kontakt und Bindung mit der Innenfläche des Kanals und der Innenfläche des Verstärkungselements (28) auszudehnen.
Verfahren nach Anspruch 5 [sic], das einschließt, eine Kappe (14) über dem Kanal des Trägers (12) zum Schließen des Kanals und Umschließen des Verstärkungselements (28) darin anzubringen.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Träger (12) eine Sicherheitsgurt-Verankerungsschiene eines Fahrzeugs ist und die Kappe (14) den Boden des Fahrzeugs darstellt, und das Anbringen eines Sicherheitsgurts (24) am Boden.