Die vorliegende Erfindung betrifft Expansionselemente an Strukturelementen in Karosserien, insbesondere in Karosserien von Kraftfahrzeugen, sowie Verfahren zur Verbindung zweier Strukturelemente einer Karosserie mit einem solchen

Expansionselement.

Vielfach werden Karosserien von Kraftfahrzeugen mit Leichtgewichtigen

Konstruktionen ausgebildet. Dabei ist es oftmals wünschenswert, diese

leichtgewichtigen Konstruktionen gezielt an gewissen Orten zu verstärken. Dabei können beispielsweise Bereiche der Karosserie, in welchen Hohlräume gebildet werden, durch eingesetzte Verstärkungselemente verstärkt werden. Andererseits können aber auch Verstärkungselemente auf flächigen Bereichen der Karosserie verklebt werden, um diese zu verstärken.

Ein vorbekannter Ansatz zur Verstärkung von leichtgewichtigen Konstruktionen in Kraftfahrzeugen besteht darin, dass sogenannte Tapes oder sogenannte Pads auf einem Karosserieelement angeordnet werden, und dann im Lackierofen geschäumt und ausgehärtet werden. Solche Tapes oder Pads können beispielsweise dazu verwendet werden, um zwei sich im Wesentlichen gegenüberliegende

Strukturelemente einer Karosserie miteinander zu verbinden.

Ein erstes solches vorbekanntes Produkt ist in der US2003/0183317A1 beschrieben. Dabei wird im expandierbaren Material eine oder mehrere Verstärkungsschichten angeordnet, welche das Verstärkungselement letztlich mechanisch verstärken. Die Verstärkungsschicht kann aus verschiedenartigen Materialien ausgebildet sein.

Ein weiteres, ähnliches vorbekanntes Produkt ist in der WO2015/011687A1 beschrieben. Auch hier wird eine faserige Schicht oder ein Vlies im expandierbaren Material integriert, um das gesamte Verstärkungselement mechanisch zu verstärken. Weiterhin sind auch ähnliche Verstärkungselemente in der Form von Laminaten bekannt. Beispielsweise offenbart die WO2011/109699A1 ein solches Laminat.

Dabei wird jeweils eine Schicht von expandierbarem Material auf einer Folie angeordnet. Um eine Anbindung zwischen den Schichten zu erreichen, werden dabei die Oberflächenspannungen von der Folie sowie vom expandierbaren Material aneinander angepasst. Die Folie wird ferner dazu benutzt, um die Expansion das darauf angeordneten expandierbaren Materiales zu kontrollieren.

Nachteilig an den bisher bekannten Verstärkungselementen ist es, dass einerseits eine Expansion in eine Richtung senkrecht zu einer Ebene der Schichten oftmals ungenügend bzw. zu wenig kontrolliert verläuft. Dadurch wird es notwendig, größere und dadurch schwerere Verstärkungselemente zu verwenden, um eine gewisse Lücke zwischen zwei Strukturelementen einer Karosserie durch die Expansion des Verstärkungselementes schließen zu können. Weiterhin ist bei den vorbekannten Lösungen zudem nachteilig, dass eine Verbindung zwischen den Schichten des Verstärkungselementes trotz entsprechenden Maßnahmen ungenügend gut ausgebildet ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verstärkungselement bzw. ein Expansionselement der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches einerseits eine verbesserte Expansion in eine Richtung senkrecht zu einer Richtung der Schichten des Expansionselements hat, und welches andererseits eine verbesserte Verbindung zwischen den einzelnen Schichten des

Expansionselementes ermöglicht. Zudem soll das Expansionselement kostengünstig und einfach in der Herstellung sowie in der Anwendung sein.

Diese Aufgabe wird zunächst gelöst durch eine Verwendung eines flächenförmigen Textils zur kontrollierten Expansion eines Expansionselements an einem

Strukturelement in einer Karosserie, wobei das flächenförmige Textil beidseitig mit expandierbarem Material bedeckt ist, und wobei die Expansion des

Expansionselements in eine Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil um mindestens 15% größer ist, als dies bei einem Expansionselement ohne

flächenförmiges Textil der Fall wäre. Die eingangs gestellte Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Verfahren zur

Verbindung zweier Strukturelemente einer Karosserie mit einem Expansionselement, das Verfahren umfassend die Schritte:

- Bereitstellen eines expandierbaren Materials;

- Bereitstellen eines flächenförmigen Textils;

- Bilden eines Expansionselements, umfassend das expandierbare Material und das flächenförmige Textil, wobei das flächenförmige Textil beidseitig mit expandierbarem Material bedeckt ist; und

- Expandieren des Expansionselements, wobei eine Expansion des

Expansionselements in eine Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil um zumindest 15% größer ist, als dies bei einem Expansionselement ohne flächenförmiges Textil der Fall wäre.

Die hier vorgeschlagene Lösung bietet zunächst den Vorteil, dass durch die

Verwendung eines flächenförmigen Textils zwischen Schichten von expandierbarem Material eine verbesserte Bindung zwischen den Schichten erreicht werden kann. Dabei scheint es von Bedeutung, dass sich das expandierbare Material bei einer Aushärtung des expandierbaren Materials auch durch das flächenförmige Textil hindurch vernetzt. Dadurch entsteht im Prinzip ein einzelnes, ausgehärtetes, vernetztes expandiertes Element, welches funktionell nicht unterteilt ist.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Verwendung eines flächenförmigen Textils in einem solchen expandierbaren Material dazu führt, dass eine Expansion in eine Richtung senkrecht zu Ebene des flächenförmigen Textils stärker ausgeprägt ist, als dies bei der Verwendung mit einer Folie der Fall ist. Möglicherweise spielen dabei das typischerweise geringere Gewicht von flächenförmigen Textilen gegenüber Folien eine Rolle, sowie die oben genannte Vernetzung durch das flächenförmige Textil hindurch.

Dadurch kann ein Verfahren bzw. eine Verwendung zur Verfügung gestellt werden, bei welcher eine Expansion in die gewünschte Richtung, insbesondere um eine Lücke zwischen zwei sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Elementen zu schließen, wesentlich verbessert werden kann. Somit bietet die hier beschriebene Lösung den Vorteil, dass kleinere bzw. leichtere Expansionselemente eingesetzt werden können, als dies mit vorbekannten Expansionselementen der Fall war.

Durch die kontrolliertere Expansion in eine bestimmte Richtung wird zudem der Vorteil erzielt, dass unerwünschtes Zuschäumen von benachbarten Regionen verhindert werden kann. So ist es beispielsweise oftmals unerwünscht, dass

Bereiche neben dem zu verstärkendem Bereich zugeschäumt werden, weil ansonsten Montageelemente, wie beispielsweise Löcher in einem Blech, nicht mehr benutzbar sind.

Im Weiteren werden nun bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen und

Weiterbildungen beschrieben.

In einer beispielhaften Weiterbildung ist eine Expansion des Expansionselements in eine Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil um zumindest 20% oder um zumindest 25% oder um zumindest 30% größer, als dies bei einem

Expansionselement ohne flächenförmiges Textil der Fall wäre.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist das flächenförmige Textil ein Netz.

In einer alternativen beispielhaften Ausführungsform ist das flächenförmige Textil ein Gestrick, ein Gewebe, ein Gelege, ein Geflecht oder ein Gewirke.

In einer beispielhaften Ausführungsform hat das flächenförmige Textil ein

Flächengewicht zwischen 5 und 500 g/m ² , bevorzugt zwischen 5 und 300 g/m ² , bevorzugt zwischen 5 und 100 g/m ² , besonders bevorzugt zwischen 5 und 50 g/m ² .

In einer beispielhaften Ausführungsform hat das flächenförmige Textil eine Dicke zwischen 10 und 1000 pm, bevorzugt zwischen 50 und 500 pm.

Das Verwenden von flächenförmigen Textilen mit solchen Dicken bzw. solchen Flächengewichten hat den Vorteil, dass dadurch besonders leichte, flächenförmige Textile verwendet werden können. Dies führt dazu, dass einerseits eine Expansion in Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil nicht durch ein Gewicht des flächenförmigen Textils behindert wird, und andererseits führt es dazu, dass das gesamte Expansionselement möglichst leicht ausgestaltet werden kann.

In einer beispielhaften Ausführungsform hat das flächenförmige Textil eine

Maschenweite zwischen 0.5 und 15 mm, bevorzugt zwischen 1 und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 2 und 7 mm.

Das Vorsehen von solchen Maschenweiten bietet den Vorteil, dass dadurch bei einer Aushärtung des expandierbaren Materials eine Vernetzung durch das flächenförmige Textil hindurch verbessert ist.

In einer beispielhaften Ausführungsform sind Fasern des flächenförmigen Textils multidirektional ausgerichtet.

Die Verwendung von multidirektional ausgerichteten Fasern bietet den Vorteil, dass dadurch eine Expansion in der Nähe des flächenförmigen Textils in alle Richtungen parallel zu einer Ebene des flächenförmigen Textils wirksam eingeschränkt werden. Dadurch expandiert das expandierbare Material verstärkt in eine Richtung senkrecht zur Ebene des flächenförmigen Textils.

In einer beispielhaften Ausführungsform beeinflusst das flächenförmige Textil eine Zugfestigkeit des Expansionselements in ausgehärtetem Zustand im Wesentlichen nicht.

Dies hat wiederum den Vorteil, dass wenn die mechanischen Eigenschaften lediglich durch das expandierbare Material bestimmt werden, ein besonders leichtes und grobmaschiges flächenförmiges Textil verwendet werden kann. Dies führt zu den oben bereits beschriebenen Vorteilen.

In einer beispielhaften Ausführungsform entsteht bei einer Aushärtung des

expandierbaren Materials eine Vernetzung des expandierbaren Materials durch das flächenförmige Textil hindurch. Eine solche Vernetzung durch das flächenförmige Textil hindurch bietet den Vorteil, dass dadurch eine verbesserte Verbindung zwischen den einzelnen Elementen bzw. Schichten des Expansionselements sichergestellt werden kann.

In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das flächenförmige Textil eines oder mehrere der folgenden Materialien: Glasfasern, Carbonfasern oder

Kunststofffasern (insbesondere Polyester-Fasern).

Die Verwendung insbesondere von Kunststofffasern bietet den Vorteil, dass dadurch besonders kostengünstige und leichte flächenförmige Textile zur Verfügung gestellt werden können.

In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt eine Flächenabdeckung des flächenförmigen Textiles weniger als 80%, bevorzugt weniger als 50%, besonders bevorzugt weniger als 30%.

Unter„Flächenabdeckung“ wird im Zusammenhang dieser Erfindung eine

prozentuale Abdeckung der Fasern an einer Fläche verstanden, bei einer Draufsicht auf das flächenförmige Textil (Blickrichtung senkrecht zur Ebene des

flächenförmigen Textiles).

Somit bedeutet eine Flächenabdeckung von 100%, dass die Fasern des Textils eine Fläche des Textils vollständig bedecken, sodass bei einer Draufsicht keinerlei Freiräume zwischen den Fasern bestehen. Eine Flächenabdeckung von 50% bedeutet sinngemäss, dass bei einer Draufsicht die Hälfte der Fläche von Fasern bedeckt ist, und die andere Hälfte der Fläche aus Freiräumen zwischen den Fasern besteht.

In einer beispielhaften Ausführungsform werden mehrere flächenförmige Textile verwendet bzw. bereitgestellt.

In einer beispielhaften Weiterbildung werden zwischen zwei und fünf, oder zwischen zwei und vier, oder zwei bis drei, oder genau zwei, oder genau drei flächenförmige Textile verwendet bzw. zur Bildung des Expansionselements bereitgestellt. Es wurde in Experimenten herausgefunden, dass sich der Effekt der verstärkten Expansion in Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil durch das Vorsehen mehrerer flächenförmiger Textile verstärken lässt. Somit kann insbesondere in Abhängigkeit einer Gesamtdicke und einer Expansionsrate des expandierbaren Materials eine geeignete Anzahl und Anordnung der flächenförmigen Textile gewählt werden.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist das eine oder die mehreren

flächenförmigen Textile symmetrisch im Expansionselement angeordnet.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist das eine oder die mehreren

flächenförmigen Textile derart im Expansionselement angeordnet, dass eine

Schichtdicke des expandierbaren Materials für jede Schicht, welche durch die flächenförmigen Textile gebildet wird, zumindest 10% einer Gesamtdicke des

Expansionselements beträgt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung beträgt die kleinste Schichtdicke von

expandierbarem Material zumindest 15% oder zumindest 20% oder zumindest 25% oder zumindest 30% im Verhältnis zur Gesamtdicke des Expansionselements.

In einer alternativen Ausführungsform ist das eine bzw. die mehreren

flächenförmigen Textile asymmetrisch im Expansionselement angeordnet.

In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das eingangs genannte Verfahren den zusätzlichen Schritt: Anhaften des Expansionselements auf einem der

Strukturelemente.

In einer ersten, beispielhaften Weiterbildung ist dabei das expandierbare Material bei Raumtemperatur klebrig, und das Expansionselement wird von einem Trägerelement abgelöst, bevor es auf dem Strukturelement angeordnet wird, und das

Expansionselement hat auf einer Seite eine Handhabungsfolie. In einer zweiten, alternativen Weiterbildung ist das expandierbare Material bei Raumtemperatur nicht klebrig, und das Expansionselement hat auf einer Seite einen Klebefilm zur Anhaftung auf dem Strukturelement.

Beide dieser beispielhaften Weiterbildungen haben den Vorteil, dass das hier vorgeschlagene Expansionselement dadurch in der Art eines Tapes oder in der Art eines Pads verwendet werden kann.

In einer beispielhaften Ausführungsform wird bei der Bildung des

Expansionselements das expandierbare Material extrudiert. In einer beispielhaften Weiterbildung werden mehrere Schichten des expandierbaren Materials co- extrudiert.

Das Verwenden eines Extrusionsvorgangs zur Bildung des Expansionselements hat den Vorteil, dass dadurch keine weiteren Schritte wie beispielsweise Aufwärmen und Wiederanpressen der verschiedenen Schichten notwendig sind, weil sich das flüssige Material bei der Extrusion zu einer Einheit verbindet.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist das expandierbare Material eine

Epoxidharz-basierte oder eine Gummi-basierte Verbindung.

In einer beispielhaften Ausführungsform ist das expandierbare Material ein heisshärtendes Material. In einer beispielhaften Weiterbildung ist das expandierbare Material so konfiguriert, dass es bei einer Temperatur zwischen 130°C und 200°C aushärtet.

In einer ersten beispielhaften Ausführungsvariante hat das expandierbare Material eine Expansionsrate zwischen 50 und 800%, bevorzugt zwischen 100 und 500%, bevorzugt zwischen 100 und 300%.

In einer zweiten, alternativen Ausführungsform hat das expandierbare Material eine Expansionsrate zwischen 1000 und 3000%, bevorzugt zwischen 1000 und 2500%, bevorzugt zwischen 1000 und 2000%. Beispielhafte, expandierbare Materialien, welche für die hier vorgeschlagenen Expansionselemente verwendet werden können, sind unter den Handelsnamen SikaReinforcer® und SikaBaffle® erhältlich.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand von

Ausführungsbeispielen und mit Bezug auf schematische Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Figuren 1 a bis 1 c schematische Darstellung eines Expansionselements;

Figuren 2a und 2b schematische Darstellung eines Expansionselements in einem Hohlraum eines Strukturelements; und

Figur 3 Beispielhafte Querschnitte von expandierten

Expansionselementen aus der Versuchsreihe gemäß Tabelle 1.

In den Figuren 1 a bis 1 c sind verschiedene Ausführungsbeispiele von

Expansionselementen 1 dargestellt. Dabei sind die Expansionselemente 1 jeweils in einer Querschnittsdarstellung gezeigt. Jedes Expansionselement 1 umfasst sowohl expandierbares Material 2 als auch eines oder mehrere flächenförmige Textilien 3. Dabei wird eine Gesamtdicke 7 des Expansionselements 1 durch die

flächenförmigen Textilien 3 in einzelne Schichten aufgeteilt, wobei jede dieser Schichten eine Schichtdicke 6 hat. In allen drei Ausführungsbeispielen ist dabei jeweils eine kleinste Schichtdicke 6 des Expansionselements 1 derart ausgebildet, dass sie zumindest 10% der Gesamtdicke 7 des Expansionselements 1 beträgt.

In den drei dargestellten Ausführungsbeispielen sind die flächenförmigen Textilien 3 jeweils symmetrisch im Expansionselement 1 angeordnet. In einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die flächenförmigen Textile 3 jedoch auch nicht symmetrisch angeordnet sein. In den Figuren 2a und 2b ist ein Expansionselement 1 in einem Hohlraum 5 eines Strukturelements 4 angeordnet. Dabei zeigt die Figur 2a das Expansionselement 1 in einem unexpandierten Zustand und die Figur 2b zeigt das gleiche

Expansionselement T in einem expandierten Zustand.

Auf dieser Darstellung ist zu sehen, dass durch das Vorsehen eines flächenförmigen Textiles 3 zwischen Schichten von expandierbarem Material 2 eine verstärkte Expansion in eine Richtung senkrecht zum flächenförmigen Textil 3 erzielt wird, wodurch mit einem kleineren Expansionselement 1 eine vorliegende Lücke zwischen zwei im Wesentlichen sich gegenüberliegenden Strukturelementen geschlossen werden kann.

In Figur 2b ist ersichtlich, dass das expandierte Material 2‘ insbesondere in der Nähe des flächenförmigen Textils 3 und in der Nähe der Strukturelemente 4 weniger stark in Richtungen entlang der Ebene des flächenförmigen Textils 3 expandiert, als dies ohne eine Anbindung an das flächenförmige Textil 3 bzw. an das Strukturelement 4 der Fall wäre. Dieser Effekt hat zur Folge, dass eine verstärkte Expansion senkrecht zur Ebene des flächenförmigen Textils 3 stattfindet.

In der nachfolgenden Tabelle 1 ist eine beispielhafte Versuchsreihe von

beispielhaften Expansionselementen dargestellt. Dabei werden verschiedene expandierbare Materialien sowie auch verschiedene flächenförmige Textile (sowie ein Vergleichsversuch mit einer Aluminiumfolie anstelle eines flächenförmigen Textils) eingesetzt.

Als expandierbare Materialien wurden SikaReinforcer®-604 (als SR-604 bezeichnet) sowie SikaBaffle®-235 (als SB-235 bezeichnet) eingesetzt.

Als flächenförmige Textilien wurde Polyesternetz, Glasfasergewebe, und

Karbonfasergewebe verwendet. Dabei wurden Versuche mit einem flächenförmigen Textil, Versuche mit zwei flächenförmigen Textilien, sowie Referenzversuche ohne flächenförmige Textilien durchgeführt. Zudem wurde ein Versuch mit einer Aluminiumfolie anstelle eines flächenförmigen Textils durchgeführt (Probe R1a).

Tabelle 1

Zunächst geht aus der Versuchsreihe hervor, dass die flächenförmigen Textilien einen signifikanten Einfluss auf die Höhenzunahme bei der Expansion des

Expansionselementes haben. Weiterhin wurde gefunden, dass flächenförmige Textilien eine stärkere

Höhenzunahme hervorbringen, als dies mit Folien der Fall ist. Der Vergleichsversuch mit Aluminiumfolie hat eine Höhenzunahme von 12% gegenüber der Referenz ohne flächenförmigem Textil ergeben, während alle Versuche mit flächenförmigen Textilien eine Höhenzunahme von zumindest 15% ergeben haben.

Das Ergebnis des Vergleichsversuches mit Aluminiumfolie wird weiterhin bestätigt durch die eingangs genannte WO2011/109699A1 , wo in Tabelle 2 mit

Verstärkungsfolien in den vier Beispielen A bis D folgende Werte für die prozentuale Höhenzunahme im Vergleich zum Referenzbeispiel gefunden wurde: Beispiel A -3%, Beispiel B +8%, Beispiel C +12% und Beispiel D +14%.

Aus dieser Versuchsreihe geht zudem hervor, dass die Expansion senkrecht zur Ebene des flächenförmigen Textils, welche in der Tabelle als Höhenzunahme benannt ist, größer ist, je mehr flächenförmige Textile verwendet werden. So wird bei Verwendung von zwei flächenförmigen Textilen eine größere Expansion in diese Richtung erzielt, als bei Verwendung von einem flächenförmigen Textil, und bei Verwendung von einem flächenförmigen Textil wird eine größere Expansion in die gewünschte Richtung erzielt, als beim Referenzbeispiel ohne flächenförmiges Textil.

In Figur 3 sind drei beispielhafte Querschnitte aus der in Tabelle 1 dargestellten Versuchsanordnung abgebildet. Dabei zeigt Figur 3 die drei untersten Versuche der Versuchsanordnung gemäß Tabelle 1 (Proben BR, B1 p und B2p). Auch in dieser Darstellung von Querschnitten der erhaltenen Proben ist der Effekt von den flächenförmigen Textilen 3 zur Verbesserung einer Expansion in Richtung senkrecht zu den flächenförmigen Textilen 3 ersichtlich.

In Figur 3 wurde die Lage der flächenförmigen Textilien 3 (in diesem

Ausführungsbeispiel Polyesternetze) mit gestrichelten Linien angedeutet, da diese ansonsten nicht sichtbar wären aufgrund der Grössenverhältnisse und der Kontraste.

Bezugszeichen-Liste

1 - Expansionselement in unexpandiertem Zustand

T - Expansionselement in expandiertem Zustand 2 - expandierbares Material

2‘ - expandiertes Material

3 - flächenförmiges Textil

4 - Strukturelement

5 - Hohlraum

6 - Schichtdicke

7 - Gesamtdicke