DE69527620T2

DE69527620T2 - Verbundlaminatbalken für fahrzeugkarosserien

Info

Publication number: DE69527620T2
Application number: DE69527620T
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: 2003-02-27
Anticipated expiration: 2015-05-09
Also published as: US5575526A; ES2223731T3; AU2544895A; WO1995032110A1; CZ337296A3; ES2148117T3; JPH10500917A; EP0758965A1; KR100284884B1; EP1153824B1; CA2189348A1; DE69533457D1; MX9605533A; DE69527620D1; DE758965T1; BR9507661A; DE69533457T2; PL175581B1; ES2148117T1; EP0758965B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugkörper-Strukturelemente und, genauer ausgedrückt, Techniken zum Verbessern der Stabilität und Steifheit von Fahrzeugkörper-Strukturelementen.

Hintergrund der Erfindung

In einer Reihe von Anwendungen, insbesondere in der Fahrzeugindustrie, ist es wichtig, hochstabile Strukturelemente bei der kleinstmöglichen Masse zu liefern. Eine Anzahl von Verbundstoffmaterialien ist durch andere in der Vergangenheit zur Verwendung beim Bilden von Strukturelementen vorgeschlagen worden, einschließlich exotischer leichter Legierungen. Inder Fahrzeugsindustrie muss der Bedarf an Massenverkleinerung ohne Opferung von Stabilität jedoch gegen die Kosten des Produkts für den Kunden ausgeglichen werden. Daher besteht ein Bedarf, die Stabilität von Strukturelementen so wie Schwenkelementen, Windschutzscheibenstützen, Kühlerhalteträgern und Antriebswellen aufrechtzuerhalten oder zu verbessern, ohne bedeutsam Material- und Arbeitskosten zu erhöhen.
Die Verstärkung von Kraftfahrzeug-Strukturelementen durch die Verwendung von Verbundstoffmaterialien ist bekannt. Zum Beispiel hat der vorliegende Erfinder eine Reihe von Metall/Kunststoffverbundstrukturen zur Verwendung beim Verstärken von Kraftfahrzeugkomponenten offenbart. Im US-Patent Nr. 4,901,500 mit dem Titel "Lightweight Composite Beam" [Leichter Verbundstoffträger] ist ein Verstärkungsträger für eine Fahrzeugtür offenbart, der ein offenes kanalförmiges Metallelement mit einem Längshohlraum aufweist, welcher mit einem wärmeaushärtenden oder thermoplastischen harzhaltigen Material gefüllt ist. Im US- Patent Nr. 4,908,930 mit dem Titel "Method for Makinga Torsion Bar" [Verfahren zum Herstellen eines Torsionsstabs] ist ein hohler Torsionsstab verstärkt mit einer Mischung aus Harz mit Füllstoff beschrieben. Das Rohr wird auf Länge geschnitten und mit einem harzhaltigen 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 zur Herstellung und Verwendung desselben], wird ein vorgeformter Verstärkungseinsatz für Strukturelemente geschaffen, der aus einer Mehrzahl von Pellets gebildet wird, die ein wärmeaushärtendes Harz mit einem Treibmittel enthalten. Der Vorformling wird an richtiger Stelle in dem Strukturelement ausgedehnt und ausgehärtet. Im US-Patent Nr. 4,978,5 62 mit dem Titel "Composite Tubular Door Beam Reinforced with a Syntactic Foam Core Localized at the Mid Span of the Tube" [Röhrenförmiger Verbundstofftürträger verstärkt mit einem syntaktischen Schaumstoffkern, der in der Spannweitenmitte des Rohrs angeordnet ist] ist ein Verbundstofftürträger beschrieben, der einen harzhaltigen Kern aufweist, welcher nicht mehr als ein Drittel der Bohrung eines Metallrohrs besetzt.
Zusätzlich zu der eigenen Arbeit des vorliegenden Erfinders, ist eine Anzahl von Metallverbundstoffkonstruktionen bekannt, in denen flache Metallplatten durch eine dazwischenliegende Harzschicht aneinander gebunden werden. Es ist auch bekannt, eine Metallverbundsstoffbahn zur Verwendung als ein Bodenplattenelement zu bilden, die ein Paar flacher Metallbahnen mit einer dazwischenliegenden Schicht aus Asphalt oder elastischem Polymer aufweist.
WO93/05103 offenbart einen Verbundstoffträger gemäß der Präambel von Anspruch 1, und ein Verfahren zum Verstärken eines hohlen Elements. Es umfasst, ein Schaumstoffvorläufermittel in das Element einzuführen, welches Mittel sich beim Erhitzen zum Füllen des Hohlraums mit einem starren Schaum ausdehnt. Wenn der Hohlraum groß ist, kann eine Wärmesenke in Form eines Metallrohrs mittig innerhalb des zu füllenden Volumens angeordnet werden.
DE 29 19 046 betrifft eine Stoßfängerkonstruktion mit zwei voneinander beabstandeten U-förmigen Blechprofilen. Der Raum zwischen den Metallprofilen ist mit einem Hochwiderstandsschaum gefüllt. Als Stoßfänger ist die Füllung zum Absorbieren von Belastung ausgelegt.
US 3123170 betrifft einen Kühlerhalter, bei dem ein elastisches Polstermaterial zwischen zusammenwirkenden Teilen von Trägern gehalten wird, um Vibration entgegenzuwirken.
DE-U-90 11 147.8 betrifft eine Antriebswelle, die ein röhrenförmiges Element mit einem innerhalb desselben eingespannten geschlitzten Rohr aufweist. Das geschlitzte Rohr weist eine 50-200 um dicke Beschichtung aus einem Material auf, das Dämpfung verursacht.
EP 0453777 betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Abdichten eines Hohlraums unter Verwendung eines vorhergehend gebildeten, geformten Dichtungsmaterialstopfens, der ein ausdehnbares Dichtungsmaterial enthält.
WO-A-8906595 offenbart einen Rohrteil gemäß der Präambel von Anspruch 30 und ein Verfahren zum Herstellen eines diesen Rohrteil aufweisenden Rohrs.
Obwohl die Füllung von Abschnitten mit Kunststoffschaum beträchtlich die Steifheit des Abschnitts erhöht (zumindest, wenn hochverdichtete Schäume verwendet werden), erhöhen sie auch die Masse und daher das Teilgewicht, was, wie aufgeführt, ein unerwünschtes Merkmal in Fahrzeuganwendungen ist. Obwohl Vergrößern des Metallkalibers eines Abschnitts oder Hinzufügen lokalisierter Metallverstärkungen die Steifheit erhöhen wird, wenn die Metalldicke zunimmt, ist es außerdem aufgrund von Begrenzungen in Metallbildungsmaschinen schwieriger, den Teil zu bilden. Wichtig ist, dass in vielen Anwendungen eine Vergrößerung des Metallkalibers nicht wirksam sein wird, da die Steifheitsfrequenz proportional zu der Abschnittssteifheit geteilt durch Abschnittsmasse ist: f K/m (d. h. die Frequenz ist proportional zum Quadratfuß von Steifheit geteilt durch Masse). Masse und Steifheit nehmen proportional zu, ohne resultierende Änderung in der dynamischen Steifheitsfrequenz des Teils.
Darüber hinaus erzeugt die vollständige Füllung eines Abschnitts mit Schaumstoff eine große Wärmesenke und erfordert komplizierte Dichtungsarbeitsgänge, um Zugangslöcher in den Pressstücken zu verschließen. Ferner kann das Vorliegen des Schaumstoffs die Platzierung von Innentrimmplatten, Kabelbäumen und Gelenken behindern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es wäre dementsprechend wünschenswert, eine kostengünstige Technik zum Erhöhen der Steifheit eines Abschnitts zu schaffen, ohne die Masse proportional zu vergrößern.
Dieses Ziel wird durch einen Verbundsstoffträger wie in Anspruch 1 beansprucht, das Verfahren von Anspruch 15 und den Rohrteil von Anspruch 30 erreicht.
Die vorliegende Erfindung schafft Abschnitte, die erhöhte Steifheitswerte ohne bedeutsame Erhöhung von Masse und ohne die Verwendung hoher Volumen teurer Harze aufweisen. In vielen Anwendungen verringert die vorliegende Erfindung Vibrationen, die unerwünschtes "Schütteln" einer Komponente hervorrufen.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein Verbundsstoffträger geschaffen, umfassend:
einen äußeren Strukturteil mit einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche;
einen inneren Rohrteil mit einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche, wobei die genannte innere Wandfläche des genannten inneren Rohrteils einen Hohlraum definiert; und
eine harzhaltige Materialschicht, die zwischen und in Kontakt mit der genannten inneren Wandfläche des genannten äußeren Strukturteils und der genannten äußeren Wandfläche des genannten inneren Rohrteils angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der äußeren Wandfläche des genannten inneren Rohrteils eng der genannten inneren Wandfläche des genannten Strukturteils entspricht und durch die genannte harzhaltige Materialschicht an diese gebunden ist; wobei die Dicke der Schicht im Bereich enger Entsprechung von 1,52-12,7 mm beträgt, und der genannte innere Rohrteil wenigstens ein Durchgangsloch aufweist, und der genannte äußere Strukturteil wenigstens ein Durchgangsloch ausgerichtet mit dem genannten Durchgangsloch des genannten inneren Rohrteils aufweist.
Ferner wird der Erfindung zufolge ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundsstoffträgers geschaffen, das die Schritte aufweist:
Vorsehen eines äußeren Strukturteils;
Bilden eines inneren Rohrteils mit einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche, 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;
Versehen des genannten inneren Rohrteils mit wenigstens einem Durchgangsloch;
Versehen des genannten äußeren Strukturteils mit wenigstens einem Durchgangsloch;
Platzieren einer Schicht oder eines Bands aus wärmeaushärtendem und/oder ausdehnbarem Harz auf wenigstens 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 wenigstens ein Teil der äußeren Wandfläche des inneren Rohrteils eng der genannten inneren Wandfläche des genannten äußeren Strukturteils entspricht und das wenigstens eine Durchgangsloch des äußeren Strukturteils mit dem wenigstens einen Durchgangsloch des inneren Rohrteils in Ausrichtung steht, und Erhitzen der genannten Baugruppe auf eine Temperatur, durch die das Harz am richtigen Platz ausgehärtet und/oder ausgedehnt wird, um eine harzhaltige Materialschicht mit einer Dicke von 1,52 mm bis 12,7 mm in dem Bereich enger Entsprechung zu bilden und den genannten äußeren Strukturteil an den genannten inneren Rohrteil zu binden.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung einen Rohrteil mit einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche, wobei die genannte innere Wandfläche des genannten Rohrteils einen Hohlraum begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte äußere Wandfläche eine Schicht oder ein Band aus einem wärmeaushärtenden und/oder ausdehnbaren Harz aufweist, die an richtiger Stelle zum Bilden einer harzhaltigen Materialschicht ausgehärtet und/oder ausgedehnt werden kann, welcher Rohrteil wenigstens ein Durchgangsloch aufweist.
In einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen hohlen Verbundstoffträger, 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. Der durch den Träger begrenzte Hohlraum kann entlang seiner Länge offen oder geschlossen sein.
In einem anderen Aspekt ist der hohle Verbundstoffträger der vorliegenden Erfindung eine Kühlerhaltestruktur für ein Kraftfahrzeug, die einen äußeren Metallabschnitt und ein allgemein rechteckiges inneres Rohr aufweist, das an einer Seite offen sein kann. Wenigstens 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 die richtige Stelle geschweißt, um den Träger fertig zu stellen und das innere Rohr zu halten. Der Durchmesser jeglicher Durchgangslöcher im inneren Rohr, die mit Durchgangslöchern in dem äußeren Teil ausgerichtet sind, ist größer als die Durchgangslöcher des äußeren Teils, so dass der Strukturschaum nicht die Durchgangslochzwischenräume einer der Metalldicken blockiert.
In noch einem anderen Aspekt ist der Verbundstoffträger der vorliegenden Erfindung eine Windschutzscheibenstütze für ein Kraftfahrzeug. Ein hohles Metallrohr ist innerhalb der Stütze angeordnet und von den äußeren Stützenstanzteilen durch eine dünne Schicht aus Strukturschaumstoff getrennt.
In noch einem weiteren Aspekt ist der Verbundstoffträger der vorliegenden Erfindung eine Schwenkplattenbaugruppe für ein Kraftfahrzeug. Die Schwenkplattenbaugruppe umfasst zusammenpassende innere und äußere Plattenabschnitte, die eine allgemein rechteckige Schwenkplattenwandstruktur bilden. Innerhalb der Schwenkplattenwandstruktur befindet sich ein eng passendes inneres Metallrohr, das einen Hohlraum begrenzt. Eine dünne Schicht aus Strukturschaumstoff ist zwischen der Schwenkplattenwandstruktur und der inneren Rohrstruktur angeordnet.
In noch einem anderen Aspekt ist der Träger eine Kraftfahrzeugantriebswelle. Ein inneres Rohr wird eng innerhalb des äußeren Antriebswellengehäuses aufgenommen, wodurch ein Ringrohr definiert wird. Eine Schicht aus Schaumstoff wird in dem Ringrohr vorgesehen.
In noch einem anderen Aspekt weist die vorliegende Erfindung einen C- Schienenabschnitt zur Verwendung in Lastwagenrahmen auf. Ein inneres gestanztes oder gewalztes C-förmiges Element wird von der äußeren C-Rahmenschiene durch eine Schicht aus harzhaltigem Material getrennt.
In noch einem anderen Aspekt wird eine Mehrzahl von Stopfen, die aus einem sich bei hohen Temperaturen zersetzenden Schaumstoff hergestellt werden, zum Verschließen von Durchgangslöchern in einem Teil verwendet, der anschließend mit einem Kernmaterial gefüllt wird. Der Teil wird dann durch einen Ofen geführt, der die Stopfen schmelzt oder zersetzt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht des vorderen Endes eines Kraftfahrzeugs, bei dem der Motor entfernt und der Körper in Phantomart gezeigt ist.
Fig. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Kühlerhalteträgers, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
Fig. 2A ist eine fragmentartige Ansicht der übergroßen Durchgangslöcher der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine Draufsicht des Kühlerhalteträgers von Fig. 2.
Fig. 4 ist eine Vorderansicht des Kühlerhalteträgers von Fig. 2.
Fig. 5 ist ein fragmentartiger Längsquerschnitt entlang Linien 5-5 von Fig. 3.
Fig. 6 ist ein Querschnitt entlang Linien 6-6 von Fig. 3.
Fig. 7 ist eine Draufsicht eines anderen Kühlerhalteträgers, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in einer anderen Konfiguration hergestellt ist.
Fig. 8 ist ein fragmentartiger Längsquerschnitt entlang Linien 8-8 von Fig. 7.
Fig. 9 ist ein Querschnitt entlang Linien 9-9 von Fig. 7.
Fig. 10 ist ein Querschnitt einer in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellten Schwenkplatte.
Fig. 1 I ist ein Querschnitt einer in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellten Windschutzscheibenstütze.
Fig. 12 ist ein Querschnitt einer in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellten Antriebswelle; und
Fig. 13 ist ein Querschnitt eines in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellten. C-Schienenabschnitts.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Nun bezugnehmend auf Fig. 1 der Zeichnungen, ist ein Kraftfahrzeug 10 mit entferntem Motor und dem Körper in Phantomart dargestellt gezeigt. Eine Kühlerhaltestruktur oder ein Kühlerhalteträger 12 ist auf dem Fahrgestell angebracht und dient zum Halten des Fahrzeugkühlers (nicht gezeigt). In Fig. 2 ist der Kühlerhalteträger 12 in Explosionsansicht mit einem äußeren Gehäuse oder Teil 14 dargestellt, das in dieser Ausführungsform ein Stahlstanzteil ist. Eininneres Rohr, hier als kanalförmiges Rohr 16 gezeigt, ist mit einer Schicht aus harzhaltigem Material 18 aufgebracht auf ausgewählten Oberflächen versehen. Ein Kappe 20 ist mit einer Mehrzahl von Durchgangslöcher 22 zu sehen und dient zum Umschließen des kanalförmigen Rohrs 16 innerhalb des äußeren Gehäuses. 14.
Genauer ausgedrückt, und nun bezugnehmend auf die Fig. 2 bis 6, begrenzt das äußere Gehäuse 14 einen Hohlraum oder Kanal 24. Eine Anzahl von Durchgangslöchern 26 ist zu sehen, durch die elektrische Kabel (nicht gezeigt) verlaufen können. Das äußere Gehäuse 14 umfasst ein sich seitlich erstreckendes Befestigungslagerblech oder einen solchen Plattenteil 28, der an Komponenten der Motorbaugruppe befestigt ist.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch ein inneres Rohr oder einen inneren Teil 16 geliefert, welcher in diesem Fall walzgeformtes Metall, zum Beispiel Stahl dünner Stärke ist und so gebildet wird, dass er eng in den Hohlraum 24 des äußeren Gehäuses 14 eingepasst werden kann. Das innere Rohr 16 in dieser Ausführungsform entspricht eng der Geometrie des äußeren Gehäuses 14, einschließlich dessen, dass es eine Seitenplatte 30 aufweist, die mit dem Befestigungslagerblech 28 zusammenpasst. Durch Vorsehen einer Schicht aus harzhaltigem Material 18 auf ausgewählten Oberflächen des inneren Rohrs 16 und anschließendes Zusammenbauen des inneren Rohrs 16 und des äußeren Gehäuses 14 zum Bilden des am besten im Querschnitt von Fig. 6 gezeigten Aufbaus von Rohr in Rohr, wird die Steifheit des Trägers 12 bedeutend ohne eine bedeutsame Zunahme der Masse erhöht. Dementsprechend wird, wie in den Fig. 2 und 6 gezeigt, eine Schicht aus harzhaltigem Material 18 aufgebracht, die hier auf drei Seiten des inneren Rohrs 18 gezeigt ist.
Eine Reihe harzhaltiger Zusammensetzungen kann zum Bilden der harzhaltigen Schicht 18 in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die bevorzugten Zusammensetzungen verleihen dem Träger 12 hervorragende Stabilitäts- und Steifheitsmerkmale, während sie nur marginal zum Gewicht beitragen. Unter spezieller Bezugnahme nun auf die Zusammensetzung der harzhaltigen Schicht, sollte die Dichte des Materials vorzugsweise von 0,242-0,640 g/cm&supmin;³ (15 Pfund pro Kubikfuß bis etwa 40 Pfund pro Kubikfuß) betragen, um das Gewicht zu minimieren. Der Schmelzpunkt der harzhaltigen Schicht 18, die Formbeständigkeitstemperatur und die Temperatur, bei der chemischer Zerfall auftritt, müssen auch ausreichend hoch sein, so dass die Schicht 18 im wesentlichen ihre Struktur bei hohen Temperaturen behält, die typischerweise in Farböfen und dergleichen angetroffen werden. Deshalb sollte die harzhaltige Schicht 18 Temperaturen über 134ºC (300 Grad F) und vorzugsweise 162ºC (350 Grad F) für kurze Zeitspannen standhalten können. Ferner sollte die harzhaltige Schicht 18 Hitzen von etwa 67-90ºC (180 Grad F bis 220 Grad F) für längere Zeitspannen standhalten können, ohne wesentliche wärmebedingte Verformung oder Verschlechterung zu zeigen.
Genauer ausgedrückt, umfasst die harzhaltige Schicht 18 ein synthetisches Harz, ein zellenbildendes Mittel und einen Füllstoff Ein synthetisches Harz weist von etwa 35,0 bis etwa 95,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 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 harzhaltige Schicht 18 hat eine zellenartige Struktur, wobei mehrere Zellen über ihre Masse verteilt anordnet sind. Diese zellenartige Struktur liefert ein hochstabiles Material niedriger Dichte, welches in dem Träger 12 eine stabile, aber dennoch leichte Struktur liefert. Zellenbildende Mittel, die mit der vorliegenden Erfindung vereinbar sind, umfassen verstärkende "hohle" Mikrokügelchen oder Mikroblasen, die entweder aus Glas oder aus Kunststoff gebildet sein können. Kunststoffmikrokügelchen können entweder wärmeaushärtend oder thermoplastisch und entweder ausgedehnt oder nichtausgedehnt sein. In einer Ausführungsform werden nichtausgedehnte Mikrokügelchen verwendet, die dann zum Bilden der harzhaltigen Schicht 18 ausgedehnt werden. Die bevorzugten Mikrokügelchen haben einen Durchmesser 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 so wie Makrokügelchen mit einem Durchmesser von größer als 400 Mikron aufweisen: Ferner kann das zellenbildende Mittel ein Treibmittel aufweisen, das entweder ein chemisches Treibmittel oder ein physikalisches Treibmittel darstellen kann. Glasmikrokügelchen sind besonders bevorzugt. Wenn das zellenbildende Mittel Mikrokügelchen oder Makrokügelchen aufweist, bildet es von etwa 1,0 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 Kunststoffmikrokügelchen, aus Verbrennungsrauch gewonnener Kieselpuder, Kalziumcarbonat, gemahlene Glasfaser, und geschnittenes Textilgas. Glasmikrokügelchen 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 harzhaltigen Schicht 18 auf.
Bevorzugte synthetische Harze zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfassen Duroplasten so wie Epoxyharze, Vinylesterharze, wärmeaushärtende 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 Füllstoffmaterials ein wärmeaushärtendes Harz ist, können auch verschiedene Beschleuniger, so wie "EMI-24" (Imidazol-Beschleuniger) und "DMP-30" und Härtungsmittel, vorzugsweise organische Peroxide so wie "MEK"- Peroxid und "Percadox" auch zum Verbessern der Aushärtungsgeschwindigkeit eingeschlossen werden. Eine funktionale Menge eines Beschleunigers umfasst typischerweise von etwa 0,1 Prozent bis etwa 4,0 Prozent des Harzgewichts bei entsprechender Verringerung einer der drei Komponenten Harz, zellenbildendes Mittel oder Füllstoff. In ähnlicher Weise umfasst die Menge von verwendetem Härtungsmittel typischerweise von etwa 12 Prozent bis etwa 4 Prozent des Harzgewichts bei einer entsprechenden Verringerung einer der drei Komponenten, Harz, zellenbildendes Mittel oder Füllstoff. Wirksame Mengen von Verarbeitungshilfen, Stabilisatoren, Farbstoffen, UV-Absorptionsmitteln und dergleichen können auch in die Schicht eingeschlossen werden. Thermoplasten können auch geeignet sein.
In den folgenden Tabellen sind bevorzugte Formulierungen für die harzhaltige Schicht 18 aufgeführt. Es ist festgestellt worden, dass diese Formulierungen eine Schicht 18 schaffen, die zu einem Träger 12 mit einem Verhältnis von Steifheit zu Masse größer als 1 führt, wobei 1 ein normalisiertes Verhältnis von Steifheit zu Masse eines hohlen oder offenen C-Kanal-Metallträgers ungeachtet der Masse darstellt.
Die Formeln I und III sind zur Verwendung mit sauberen Metalloberflächen bevorzugt (d. h. nach Entfernung jeglicher Rückstände auf den berührenden Metallflächen so wie Fräsöle und Trocknungsverbindungen). Formel 11 erfordert keine umfassende Vorreinigung des Metalls.
Wie den Fachleuten in diesem Gebiet bekannt sein wird, ist EPON 828 ein Epoxyharz, Haloxy 62 ist ein Epoxyverdünnungsmittel, Der 732 ist ein flexibles Epoxy, Expancel 551 DU ist ein Treibmittel, SG Micron und 3M K20 sind Mikrokügelchen und DI-CY ist ein Härtungsmittel.
Eine Reihe von Verfahren zum Aufbringen der Schicht 18 auf das Verstärkungsrohr 16 können geeignet sein, zum Beispiel durch Sprühen des harzhaltigen Materials auf die Oberfläche des Rohrs 46. Es kann zweckdienlich sein, den Raum zwischen dem inneren und äußeren Rohr zu füllen, nachdem sie zusammengebaut wurden. Am stärksten bevorzugt ist die Aufbringung des harzhaltigen Materials unter Verwendung eines Entenschnabelapplikators, der ein breites, gleichmäßiges Band aus Harz auf der 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 etwa 0,50) und stärker bevorzugt von etwa 2,54-6,35 (0,10 bis etwa 0,25) betragen, wobei die hier beschriebenen bevorzugten Schaumstoffzusammensetzungen verwendet werden.
Das äußere Gehäuse 14 weist ein oder mehrere Durchgangslöcher 26, zum Beispiel für den Durchgang elektrischer Kabel oder dergleichen, und passende Durchgangslöcher 32 im inneren Rohr 16 ausgerichtet mit den Durchgangslöchern 26 des äußeren Gehäuses auf. Da die Strukturschaumschicht 18 in einigen Fällen alle oder einen Teil der Durchgangslöcher 32 blockieren könnte, was einen getrennten Montageschritt zum Entfernen des Schaumstoffmaterials aus dem Loch erfordern würde, wird in einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung ein Zwischenraum durch Erzeugung übergroßer Durchgangslöcher 32 in Ausrichtung mit den Durchgangslöchern 26 erhalten. Es ist bevorzugt, dass der Durchmesser der Durchgangslöcher 32 wenigstens 20 Prozent größer als der der Durchgangslöcher 26 ist, aber in manchen Anwendungen werden Durchgangslöcher gleicher Größe ausreichend sein. Auf diese Weise wird Harz oder Schaumstoff, der sich von den Kanten des inneren Rohrs 16 in den Zwischenraum der Durchgangslöcher 32 erstreckt, allgemein keine Kabel, Clips oder Schrauben und dergleichen blockieren, die durch die Durchgangslöcher 26 geschraubt werden. Dieses Konzept ist auch in Fig. 2A dargestellt (wie gesehen, wenn durch das Loch 32 von innen betrachtet), in dem ein Teil der Schicht 18 sich in den Zwischenraum des Durchgangslochs 32 während der Aufbringung erstreckt, jedoch nicht zu den Rändern des Durchgangslochs 26. In dem Fall, dass die Schicht 18 irgendeines der Durchgangslöcher 32 verschließt, kann es unter Verwendung eines Luftstroms freigeblasen werden, bevor sich die Schicht 18 verfestigt.
Erneut bezugnehmend auf die Fig. 2 und 5, verschließt die Kappe 20 den Kühlerhalteträger 12 sowie den durch das innere Rohr 16 begrenzten Hohlraum oder Kanal 34. Der Hohlraum 34 wird allgemein frei sein (d. h. das innere Rohr 16 wird hohl sein), abgesehen vom Vorliegen von Kabeln. Die Kappe 20 wird vorzugsweise an die richtige Stelle geschweißt. Die effektive Dicke der verstärkten Wände des Trägers 12 beträgt typischerweise das vier- bis fünffache derjenigen des Gehäuses 14, bei sehr geringer Gewichtserhöhung.
Wenn die Schicht 18 ein wärmeaushärtendes und/oder ausdehnbares harzhaltiges Material ist, kann die Schicht 18 von der Wärme des B-Beschichtungsofens an richtiger Stelle gehärtet und/oder ausgedehnt werden. Es ist bevorzugt, dass die Schicht 18 das Gehäuse 14 und das Rohr 16 aneinander bindet. Es sollte auch festgestellt werden, dass der Aufbau der vorliegenden Erfindung der B-Beschichtung erlaubt, abzulaufen, was nicht möglich wäre, wenn der gesamte Träger schaumgefüllt wäre. Außerdem erzeugt die minimale verwendete Schaummenge keinen Wärmesenkenkörper, wie es der Fall bei großen, dichten Schaumstoffbereichen ist, und die Verwendung der minimalen Schaummenge verringert die Materialkosten. Ferner wird die Notwendigkeit von Stopfen oder dergleichen beseitigt, um Füllung des gesamten Trägers mit Schaumstoff zu ermöglichen.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und jetzt bezugnehmend auf die Fig. 7, 8 und 9, ist das innere Rohr 16' gezeigt, das eine rechteckige Form hat und in der Beschaffenheit eines geschlossenen rechteckigen Rohrs vorliegt (d. h. entlang seiner Länge geschlossen ist). Wie bei dem kanalförmigen inneren Rohr 16 wird das rechteckige innere Rohr 16' allgemein hohl sein. Die Schicht 18 ist, aufgebracht auf drei Seiten des inneren Rohrs 16' gezeigt. Allgemein sollten wenigstens etwa 25 Prozent, und stärker bevorzugt wenigstens etwa 75 Prozent des Passbereichs, der den Rohr-in-Rohr-Bereich des Trägers 12 bildet, durch die Schicht 18 bedeckt sein.
Bei Bedarf kann das innere Rohr 16 an Durchgangslöchern 32 nach innen in Richtung auf das äußere Gehäuse 14 so geflanscht sein, dass der Flansch als ein Verschluss zum Einschließen und Isolieren der Schicht. 18 dient. Alternativ kann da äußere Gehäuse 14 an den Durchgangslöchern 26 nach innen in Richtung auf das innere 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 Reihe von Materialien so wie Kunststoff oder Metall kann zum Bilden des äußeren Gehäuses 14 und des inneren Rohrs 16 verwendet werden, Stahl ist jedoch bevorzugt. Das äußere Gehäusemetallkaliber in mm (Zoll) wird typischerweise von etwa 0,76 mm - 2,28 mm (0,30 bis etwa 0,090) betragen. Das Metallkaliber des inneren Rohrs wird typischerweise von etwa 0,64 mm - 1,28 mm (0,025 bis etwa 0,050) betragen.
Eine Reihe zusätzlicher spezieller Anwendungen der vorliegenden Erfindung wird im Licht der hier aufgeführten Lehren offensichtlich sein. Einige der bevorzugten Anwendungen sind im folgenden aufgeführt.
Nun bezugnehmend auf Fig. 10 der Zeichnungen, ist eine Fahrzeug- Schwenkplattenmetallbaugruppe 40 mit einer inneren Metallschwenkplatte 42 und einer äußeren Metallschwenkplatte 44 gezeigt. Das innere Rohr 46 ist zusammen mit einer darauf angeordneten Schicht aus harzhaltigem Material 48 vorgesehen, welche das innere Rohr 46 von den Schwenkplatten 42 und 44 trennt. Ein Klebstoffwulst 45, der aus dem gleichen Material wie die Schicht 48 hergestellt sein kann, ist angrenzend an Trimmlöcher 50 vorgesehen. Die Baugruppe wird an Flanschen 52 geschweißt.
In Fig. 11 ist die vorliegende Erfindung in Verwendung als eine Windschutzscheibenstütze 54 gezeigt. Wiederum wird der Aufbau von Rohr in Rohr verwendet, wobei die äußere Windschutzscheibenstütze 56 von dem inneren Windschutzscheibenstützenrohr 58 durch eine harzhaltige Schicht 60 getrennt ist. Die Baugruppe wird an Flanschen 62 zusammengeschweißt.
In Fig. 12 ist ein Querschnitt einer Fahrzeugantriebswelle 64 gezeigt, deren äußeres Metallrohr 66 von einem inneren Metallrohr 68 durch eine Schicht aus Strukturschaumstoff 70 getrennt ist.
In Fig. 13 ist eine C-Schiene gezeigt, deren äußerer Wandabschnitt 74 von dem inneren Rohr oder Kanalteil 76 durch eine Schicht aus Strukturschaumstoff 78 getrennt ist.

Claims

1. Verbundstoffträger (12; 40, 54; 64; 72), umfassend:

einen äußeren Strukturteil (14; 44; 56; 66; 74) mit einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche;

einen inneren Rohrteil (16; 16'; 46; 58; 68; 76) mit einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche, wobei die genannte innere Wandfläche des genannten inneren Rohrteils einen Hohlraum (34) begrenzt; und

eine harzhaltig Materialschicht (18; 48; 60; 70; 78), die zwischen und in Kontakt mit der inneren Wandfläche des genannten äußeren Strukturteils und der genannten äußeren Wandfläche des genannten inneren Rohrteils angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der äußeren Wandfläche des genannten inneren Rohrteils eng der genannten inneren Wandfläche des genannten Strukturteils entspricht und durch die genannte harzhaltige Materialschicht an diese gebunden ist; wobei die Dicke der Schicht indem Bereich enger Entsprechung von 1,52-12,7 mm beträgt, und der genannte innere Rohrteil wenigstens ein Durchgangsloch (32; 50) aufweist, und der genannte äußere Strukturteil wenigstens ein Durchgangsloch (26) ausgerichtet mit dem genannten Durchgangsloch des genannten inneren Rohrteils aufweist.

2. Verbundstoffträger nach Anspruch 1, bei dem der genannte innere Rohrteil (46; 58; 68) im wesentlichen entlang seiner gesamten Länge geschlossen ist.

3. Verbundstoffträger nach Anspruch 2, bei dem der durch den genannten inneren Rohrteil (58; 68) begrenzte Hohlraum im wesentlichen zylindrisch ist.

4. Verbundstoffträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der genannte innere Rohrteil (46; 58; 68) hohl ist.

5. Verbundstoffträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der genannte äußere Strukturteil und der genannte innere Rohrteil aus Metall gebildet sind.

6. Verbundstoffträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das genannte Durchgangsloch des genannten inneren Rohrteils einen größeren Durchmesser als das genannte Durchgangsloch des genannten äußeren Strukturteils aufweist.

7. Verbundstoffträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der genannte äußere Strukturteil und der genannte innere Rohrteil im wesentlichen die gleiche Form aufweisen.

8. Verbundstoffträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannte harzhaltige Materialschicht einen Strukturschaumstoff darstellt.

9. Verbundstoffträger nach Anspruch 8, bei dem der genannte Strukturschaumstoff ein ausgehärtetes wärmeaushärtendes Harz darstellt.

10. Verbundstoffträger nach Anspruch 8, bei dem der genannte Strukturschaumstoff ein ausgedehntes/ausdehnbares Harz darstellt.

11. Verbundstoffträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die harzhaltige Materialschicht eine Dichte von 0,242 - 0,640 g/cm³ aufweist.

12. Kühlerhaltestruktur für ein Kraftfahrzeug, die einen Verbundstoffträger nach einem vorhergehenden Anspruch aufweist.

13. Windschutzscheibenstütze für ein Kraftfahrzeug, die einen Verbundstoffträger nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.

14. Schwenkplattenbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, die einen Verbundstoffträger nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.

15. Verfahren zum Herstellen eines Verbundstoffträgers, das die Schritte umfasst:

Vorsehen eines äußeren Strukturteils (14; 44; 56; 66; 74);

Bilden eines inneren Rohrteils (16; 16', 46; 58; 68; 76) mit einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche, 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;

Versehen des genannten inneren Rohrteils mit wenigstens einem Durchgangsloch;

Versehen des genannten äußeren Strukturteils mit wenigstens einem Durchgangloch;

Platzieren einer Schicht oder eines Bands aus wärmeaushärtendem und/oder ausdehnbarem Harz auf wenigstens einem Teil der äußeren Wandfläche des genannten inneren Rohrteils (16; 16'; 46; 58; 68; 76);

Einführen des genannten inneren Rohrteils (16; 16'; 46; 58; 68; 76) in den genannten zweiten Hohlraum (24) zum Bilden einer Baugruppe, in der wenigstens ein Teil der äußeren Wandfläche des inneren Rohrteils eng der genannten inneren Wandfläche des genannten äußeren Strukturteils entspricht und das wenigstens eine Durchgangloch des äußeren Strukturteils mit dem wenigstens einen Durchgangloch des inneren Rohrteils in Ausrichtung steht, und Erhitzen der genannten Baugruppe auf eine Temperatur, durch die das Harz am richtigen Platz ausgehärtet und/oder ausgedehnt wird, um eine harzhaltige Materialschicht (18; 48; 60; 70; 78) mit einer Dicke von 1,52 mm bis 12,7 mm in dem Bereich enger Entsprechung zu bilden und den genannten äußeren Strukturteil an den genannten inneren Rohrteil zu binden.

16. Verfähren nach Anspruch 15, bei dem der genannte innere Rohrteil (16; 16'; 46; 58; 68; 76) walzgeformtes Material darstellt.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem der genannte innere Rohrteil (46; 58; 68) im wesentlichen entlang seiner gesamten Länge geschlossen ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem der durch den genannten inneren Rohrteil (58; 68) gebildete Hohlraum im wesentlichen zylindrisch ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem der genannte innere Rohrteil (16; 16', 46; 58; 68; 76) hohl ist:

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem der genannte äußere Strukturteil und der genannte innere Rohrteil aus Metall gebildet werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei dem das genannte Durchgangsloch des genannten inneren Rohrteils einen größeren Durchmesser als das genannte Durchgangloch des genannten äußeren Strukturteils aufweist.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem der genannte äußere Strukturteil und der genannte innere Rohrteil im wesentlichen die gleiche Form aufweisen.

23. Verfähren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem das genannte Harz einen Strukturschaumstoff darstellt.

24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der genannte Strukturschaumstoff ein ausgehärtetes wärmeaushärtendes Harz darstellt.

25. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der genannte Strukturschaumstoff ein ausgedehntes ausdehnbares Harz darstellt.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, bei dem die harzhaltige Materialschicht eine Dichte von 0,242-0,640 cm³ aufweist.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26 zum Herstellen einer Kühlerhaltestruktur für ein Kraftfahrzeug.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26 zum Herstellen einer Windschutzscheibenstütze für ein Kraftfahrzeug.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 26 zum Herstellen einer Schwenkplattenbaugruppe für ein Kraftfahrzeug.

30. Rohrteil (16; 16'; 46; 58; 68; 76) mit einer äußeren Wandfläche und einer inneren Wandfläche, wobei die genannte innere Wandfläche des genannten Rohrteils einen Hohlraum (34) begrenzt, in dem die genannte äußere Wandfläche eine Schicht oder ein Band aus einem wärmeaushärtenden und/oder ausdehnbaren Harz aufweist, die an richtiger Stelle zum Bilden einer harzhaltigen Materialschicht (18; 48; 60; 70; 78) ausgehärtet und/oder ausgedehnt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrteil wenigstens ein Durchgangloch aufweist.

31. Rohrteil nach Anspruch 30, bei dem das genannte Harz ein wärmeaushärtendes Harz darstellt.

32. Rohrteil nach Anspruch 30, bei dem das genannte Harz ein wärmeausdehnbares Harz darstellt.

33. Rohrteil nach einem der Ansprüche 30 bis 32, bei dem die harzhaltige Materialschicht eine Dichte von 0,242-0,640 g/cm³ aufweist.

34. Rohrteil nach einem der Ansprüche 30 bis 33, der im wesentlichen entlang seiner gesamten Länge geschlossen ist.

35. Rohrteil nach Anspruch 34, der im wesentlichen zylindrisch ist.

36. Rohrteil nach einem der Ansprüche 30 bis 35, der hohl ist.

37. Rohrteil nach einem der Ansprüche 30 bis 36, der aus Metall gebildet ist.