绝缘元件的制作方法

1.本发明涉及一种用于绝缘机动车中的结构元件的绝缘元件


背景技术：

2.在许多情况下，组件(如交通和运输工具、尤其是水上交通工具或陆上交通工具或空中交通工具的车身和/或框架)具有带有空腔的结构，以实现轻质结构。但这些空腔引起各种问题。根据空腔的类型，必须将其密封以防止可导致组件腐蚀的水分和污物进入。通常还希望显著增强空腔和因此组件，但保持低的重量。通常还需要使空腔和因此组件稳定，以减少否则会沿着空腔或穿过空腔传递的噪声。这些空腔中的许多空腔具有不规则的形状或尺寸狭窄，使得其难以正确密封、增强和阻尼。
3.因此，尤其是在汽车制造中以及飞机和船艇制造中使用密封元件(英文：baffle)来密封和/或在声学上隔离空腔，或使用增强元件(英文：reinforcer)来增强空腔。
4.在图1中示意性示出汽车的车身。车身10在此具有带有空腔的不同结构、如柱14和梁或支柱12。这种带有空腔的结构元件12、14通常用密封和/或增强元件16来密封或增强。
5.迄今已知的密封和/或增强元件的缺点在于必须为每种车身型式和车身的每个空腔制造单独适配的元件。这导致高的开发和制造成本并且对于较小的车系尤为不利。


技术实现要素：

6.因此，本发明的任务是提供一种改进的、用于绝缘机动车中的结构元件的绝缘元件，其避免了现有技术的缺点。绝缘元件尤其是应在小车系中具有经济优势并且整体降低绝缘元件的开发和制造成本。
7.所述任务通过一种用于绝缘机动车中的结构元件的绝缘元件解决，所述绝缘元件包括：具有第一壁和第二壁并且具有第一肋和第二肋的载体，所述壁设计和设置成基本上全等的，并且所述壁分别具有相对置的第一边缘和第二边缘，所述肋设置在各壁之间，并且所述肋分别在第一边缘和第二边缘之间延伸，所述肋分别至少是第一边缘和第二边缘之间在肋的方向上的总距离的一半长；可膨胀材料，其设置在各壁之间并且分别设置在肋的两侧；和用于将绝缘元件固定在结构元件中的固定元件，所述固定元件设置在壁的第一边缘的区域中。
8.该解决方案的优点在于：由此提供了一种绝缘元件，其确保非常有效地用泡沫填充空腔。通过类似三明治的结构，可膨胀材料在膨胀过程中已经被导向希望的方向。设置在壁之间的肋现在进一步改善这种定向效果。一方面，肋引导沿肋的纵向方向的膨胀，即基本上超出壁的第二边缘，这是希望的，因为往往必须在这个方向上克服载体和结构元件之间的最大间隙。此外，肋的作用是可膨胀材料在膨胀过程中可支撑在这两个肋上。根据绝缘元件的空间定向可能会发生膨胀因重力而向不希望的方向偏转的情况。肋确保在希望的方向上尽可能稳定的膨胀特性，无论绝缘元件的空间定向如何。
9.本发明的核心思想尤其是在于通过标准化的绝缘元件可绝缘大量不同形状的空腔。由于通过壁和肋改善了对膨胀过程的引导，本文提出的绝缘元件也可用于绝缘在载体和结构元件之间具有较大间隙的空腔。出于该原因，本文提出的绝缘元件既可用于具有大间隙的结构元件，也可用于在载体和结构元件之间具有小间隙的结构元件。这具有绝缘元件可大量生产的优点，这在模具成本和开发成本方面是有利的。尤其是在注塑方法中需要大量的件数，以便能够低成本地生产。
10.在本发明的情况下，术语“绝缘元件”或“绝缘”或“绝缘的”包括用于隔离和/或封闭和/或增强和/或绝缘结构元件的元件或结构或方法步骤。这种绝缘元件的这些不同特性在此可单独出现或相互组合出现。
11.在一种示例性实施方式中，所述壁构造成基本上四边形和/或矩形的。
12.壁的这种设计的优点是由此可形成紧凑的绝缘元件，其具有大致长方体形的整体形状。通过这种形状可绝缘结构元件中的大量空腔。
13.在一种替代实施方式中，所述壁具有大致圆形、多边形、椭圆形或不规则的轮廓。
14.在一种示例性实施方式中，所述壁构造成大致平坦的。
15.大致平坦的壁的优点是由此可膨胀材料在其膨胀过程中的方向可最佳地在结构元件的横截面方向上被引导。
16.在一种示例性实施方式中，所述肋基本上正交于第一边缘和/或第二边缘延伸。
17.肋的这种定向的优点是由此可膨胀材料在其膨胀过程中在朝向结构元件的壁的方向上被有效地引导，该壁与结构元件的固定绝缘元件的壁相对置。由此，可桥接绝缘元件和结构元件的相对置壁之间的大距离。肋的这种定向的优点还在于，由此在结构元件的壁竖直延伸的情况下，可克服重力的作用实现对材料的支撑。
18.在一种替代实施方式中，所述肋相对于第一边缘和/或第二边缘的正交线以一定角度延伸，所述角度为0
°
到30
°
或5
°
到25
°
或5
°
到20
°
。
19.在此所述肋可以这样成角度(anwinkeln)，使得它们基本上平行定向，或者肋可以这样定向，使得它们彼此成一角度设置。在此在各肋之间的这样的角度是特别有利的，即该角度朝向第一边缘逐渐收缩并且朝向第二边缘敞开。
20.在一种示例性实施方式中，所述肋分别至少是第一边缘和第二边缘之间在肋的方向上的总距离的60％或70％或80％或90％长。
21.在一种示例性实施方式中，所述肋这样划分两个壁之间的体积，使得该体积的30％至70％或35％至65％或40％至60％设置在肋之间。
22.在此两壁之间体积的这种划分应理解为用肋或必要时其延伸来划分体积。
23.根据膨胀是应在肋的方向上更强地被引导还是应在横向于肋的方向上更强地被引导，可通过肋不同地划分体积。
24.在一种示例性实施方式中，所述肋基本上延伸到壁的第一边缘，但与壁的第二边缘相隔一定距离。
25.在一种示例性实施方式中，该距离是肋的长度的至少10％或15％或20％或25％或30％。
26.在一种示例性实施方式中，所述可膨胀材料设置在壁的基面的50％至95％或60％至95％或70％至90％上。
27.在此可膨胀材料的量或可膨胀材料在壁上的设置可根据膨胀率和结构元件空腔的大小进行单独调整，而不必改变绝缘元件的载体。
28.在一种示例性实施方式中，紧邻第二边缘的壁区域分别不含可膨胀材料。
29.在一种示例性实施方式中，在至少其中一个第一边缘上设置一个肋，该肋基本上垂直于壁延伸。
30.在一种示例性实施方式中，在两个第一边缘上都设置这种肋。
31.在一种示例性扩展方案中，这样确定所述肋的尺寸和设置所述肋，使得由此两个第一边缘之间的开口的横截面与没有肋条的情况相比减小至少10％或至少20％或至少30％或至少40％或至少50％。
32.在一种示例性扩展方案中，所述肋在第一边缘的整个长度上延伸。
33.第一边缘上的这种肋的优点是由此膨胀方向可更多地远离第一边缘之间的开口，这根据应用可能是有利的。
34.在一种示例性实施方式中，所述固定元件构造为夹子。
35.在一种示例性实施方式中，所述固定元件与载体构造成一体的和/或由与载体相同的材料制成。
36.在一种示例性实施方式中，所述绝缘元件包括多个间隔元件，当绝缘元件通过固定元件定在结构元件上时，这些间隔元件将绝缘元件支撑在结构元件上。
37.这种间隔元件的优点在于由此可更精确地定义绝缘元件在结构元件中的位置。
38.在一种示例性扩展方案中，在固定元件的每一侧上设置一个间隔元件。
39.在另一种示例性扩展方案中，所述间隔元件构造为柔性的。
40.原则上可用于发泡的不同材料均可用作可膨胀材料。该材料在此可具有或不具有增强特性。通常，可膨胀材料因热、湿度或电磁辐射而进行膨胀。
41.这种可膨胀材料通常包括化学或物理发泡剂。化学发泡剂是在温度、湿度或电磁辐射的影响下分解的有机或无机化合物，其中至少一种分解产物是气体。作为物理发泡剂，例如可使用当温度升高时变成气态聚集体的化合物。由此，化学和物理发泡剂都能够在聚合物中产生泡沫结构。
42.优选可膨胀材料是热发泡的，在此使用化学发泡剂。适合的化学发泡剂例如是偶氮二甲酰胺、磺酰肼、碳酸氢盐或碳酸盐。适合的发泡剂例如也可从荷兰阿克苏诺贝尔公司以商品名或从美国chemtura公司以商品名商购。
43.发泡所需的热量可通过外部或内部热源、如放热化学反应引入。可发泡材料优选在≤250℃、尤其是100℃至250℃、优选120℃至240℃、优选130℃到230℃的温度下可发泡。
44.适合的可膨胀材料例如是在室温下不流动的单组分环氧树脂体系，其尤其是具有增加的冲击韧性并且包含触变剂、如气化硅或纳米粘土。此类环氧树脂体系例如包含20至50重量％的液态环氧树脂、0至30重量％的固体环氧树脂、5至30重量％的韧性改性剂、1至5重量％的物理或化学发泡剂、10至40重量％的填充剂、1至10重量％的触变剂和2至10重量％的热活化硬化剂。适合的韧性改性剂是基于丁腈橡胶或聚醚聚氨酯衍生物的反应性液体橡胶、核壳聚合物和技术人员已知的类似系统。
45.同样适合的可膨胀材料是含有发泡剂的单组分聚氨酯组合物，其由含有oh基团的结晶聚酯与其它多元醇、优选聚醚多元醇以及具有封端的异氰酸酯基团的多异氰酸酯混合
而成。结晶聚酯的熔点应≥50℃。多异氰酸酯的异氰酸酯基团例如可以用亲核试剂如己内酰胺、苯酚或苯并恶酮封端。此外，封端多异氰酸酯，例如用于粉末涂料技术并且可从德国degussa gmbh例如以商品名vestagon bf 1350和bf 1540商购获得的封端多异氰酸酯也是适合的。技术人员已知的并且例如在ep 0 204 970中描述的所谓的包封或表面失活的多异氰酸酯也用作异氰酸酯。
46.此外，例如wo 2005/080524 a1中描述的、含有发泡剂的双组分环氧树脂/聚氨酯组合物也适合作为可膨胀材料。
47.此外，含有发泡剂的乙烯醋酸乙烯酯混合物也适合作为可膨胀材料。
48.同样适合的可膨胀材料例如以商品名同样适合的可膨胀材料例如以商品名或由美国sika公司出售并在us 5,266,133和us 5,373,027中被描述。这种可膨胀材料对于本发明是特别优选的。
49.优选的具有增强特性的可膨胀材料例如是由美国sika公司以商品名出售的材料。us 6,387,470中描述了这种材料。
50.在一种示例性实施方式中，所述可膨胀材料具有800％至5000％、优选1000％至4000％、特别优选1500％至3000％的膨胀率。具有这种膨胀率的可膨胀材料的优点在于，由此可实现结构元件对液体和声音的可靠密封或绝缘。
51.在一种示例性实施方式中，可膨胀材料构造为温度诱导材料。
52.这具有以下优点：可使用炉子来烘烤浸漆液体，以便使可膨胀材料膨胀并由此使空腔绝缘。因此，不需要额外的工作步骤。
53.载体可由任意材料制成。优选的材料是塑料、尤其是聚氨酯、聚酰胺、聚酯和聚烯烃、优选耐高温聚合物如聚苯醚、聚砜或聚醚砜，它们尤其也是发泡的；金属、尤其是铝和钢；或生长的有机材料、尤其是木材或其它(压制)纤维材料或玻璃状或陶瓷材料；尤其是此类发泡材料；或这些材料的任意组合。特别优选使用聚酰胺、尤其是聚酰胺6、聚酰胺6,6、聚酰胺11、聚酰胺12或它们的混合物。
54.此外，载体可具有任意构造和任意结构。它例如可以是实心的、中空的或发泡的或具有网格状结构。载体的表面通常可以是光滑的、粗糙的或结构化的。
55.在可膨胀材料位于载体上的绝缘元件的情况下，制造过程根据载体是否由可通过注塑加工的材料制成而不同。如果是这种情况，则通常使用双组分注塑方法。在此首先注入第一组分，在此情况下是载体。在第一组分固化后，扩大或调整模具中的型腔，或者将制成的压铸件放置在新模具中，然后借助第二注射单元将第二组分、在此情况下是可膨胀材料注射到第一组分上。
56.如果载体由不能通过注塑方法生产的材料、如金属制成，则将载体放置在相应的模具中并将可膨胀材料注射到载体上。当然，也可通过特殊的固定装置或方法将可膨胀材料固定在载体上。
57.此外，载体也可通过其它方法、如通过挤出制造。
58.开头提出的任务也通过一种机动车中的系统来解决，该系统包括：具有空腔的结构元件；和根据上述说明的绝缘元件；所述绝缘元件设置在结构元件的空腔中。
59.在一种示例性实施方式中，结构元件是机动车车身的柱或梁或支柱的区段。
附图说明
60.下面借助实施例并参考示意图来阐述本发明的细节和优点。附图如下：
61.图1示出车身的示例性图示；
62.图2示出示例性载体的示意图；
63.图3示出示例性绝缘元件的示意图；
64.图4a至4c示出示例性绝缘元件的示意图；
65.图5示出示例性绝缘元件的示意图；和
66.图6示出示例性绝缘元件的示意图。
具体实施方式
67.在图2中示意性且示例性示出载体11。载体11具有第一壁2和第二壁3，它们基本上全等地设计和设置。这两个壁2、3分别具有第一边缘4和第二边缘5。在第一壁2和第二壁3之间设置有第一肋6和第二肋7。所述肋6、7分别在壁2、3的第一边缘4和第二边缘5之间延伸。在此所述肋6、7分别至少是第一边缘4和第二边缘5之间在肋6、7的方向上的总距离的一半长。
68.在该实施例中，所述壁2、3具有四边形轮廓并且构造成平坦的或者说扁平的。此外，在该实施例中所述壁分别在第一边缘4上具有垂直于壁2、3延伸的肋。
69.在图3中示意性且示例性示出绝缘元件16。载体也包括第一壁2和第二壁3，所述壁分别具有第一边缘4和第二边缘5。现在在所述壁2、3之间设置有可膨胀材料13。在该图示中无法看到肋，因为它们在该实施例中完全被可膨胀材料13包围。绝缘元件16还包括一个固定元件8，该固定元件设置在壁2、3的第一边缘4的区域中。在该实施例中，固定元件8构造为夹子。
70.在图4a至4c中示意性示出另一种示例性绝缘元件16。在此在图4a中以侧视图示出绝缘元件16，并且在图4b和4c中沿图4a的剖面线a
‑
a示出相同的绝缘元件16。
71.在图4b的剖视图中可以看到，可膨胀材料13设置在肋6、7的两侧。
72.在图4c的剖视图中还示出第一方向17和第二方向18。通过肋6、7的特定布置，可膨胀材料13在其膨胀过程中通过在肋6、7之间产生的通道效应而在第一方向17上被更强地引导。由此，与没有肋6、7的情况相比，可膨胀材料13可以在第一方向上进一步膨胀。
73.在结构元件(未示出)的水平定向中，绝缘元件16可如图4c所示在空间中定向。在这种情况下，肋6、7，在该实施例中为第一肋6支持可膨胀材料13在第二方向18上的膨胀，因为在这种情况下存在可膨胀材料13在其膨胀过程中可能因重力而被不希望地偏转的问题。对于这种情况，肋6为可膨胀材料13提供支撑，从而与没有第一肋6的情况相比，可膨胀材料13可在第二方向18上进一步膨胀。
74.在图5和6中示意性示出绝缘元件16的另外两种示例性实施例。在这些实施例中，绝缘元件16还具有间隔元件9。在图5中，这些间隔元件9分别设置在固定元件8的两侧。并且在图6中这些间隔元件9分别构造为第一壁2和第二壁3在第一边缘4的区域中的突出部。在这些实施例中，肋以及可膨胀材料均不可见。
75.附图标记列表
[0076]2ꢀꢀꢀꢀ
第一壁
[0077]3ꢀꢀꢀꢀ
第二壁
[0078]4ꢀꢀꢀꢀ
第一边缘
[0079]5ꢀꢀꢀꢀ
第二边缘
[0080]6ꢀꢀꢀꢀ
第一肋
[0081]7ꢀꢀꢀꢀ
第二肋
[0082]8ꢀꢀꢀꢀ
固定元件
[0083]9ꢀꢀꢀꢀ
间隔元件
[0084]
10
ꢀꢀꢀ
车身
[0085]
11
ꢀꢀꢀ
载体
[0086]
12
ꢀꢀꢀ
结构元件
[0087]
13
ꢀꢀꢀ
可膨胀材料
[0088]
14
ꢀꢀꢀ
结构元件
[0089]
16
ꢀꢀꢀ
绝缘元件
[0090]
17
ꢀꢀꢀ
第一方向
[0091]
18
ꢀꢀꢀ
第二方向