技术领域
[0001] 本
发明涉及提供结构加强的方法和系统。
背景技术
[0002] 许多产品的本体或壳体中具有中空空腔。例如，各种用户器具(consumer appliance，家电)和车辆的本体或壳体的内面板与外面板之间(例如支柱中或
框架构件内)可以形成有中空空腔。具体地，
汽车车体的一些结构构件包括通过一个或多个
节点连接的各种支柱、构件、轨道、梁、杆等(统称作“空腔”)。这些中空的支柱、梁等通常有助于减小最终产品的总重量以及减少材料成本。然而，这些空腔通常致使结构构件缺少充足的强度或
能量吸收性能。
[0003] 一种补偿削弱的结构构件的方式是在构件的空腔中设置结构加强件。结构加强件通常包括带有可膨胀材料的载体，该载体构造成膨胀并成型到结构构件的内表面。载体部通常为由尼龙、玻璃增强尼龙、金属或上述各项的任意组合物制成的模制部件，并设计为重量很轻但非常坚硬。载体还可以包括多个肋，所述肋构造成增大载体对特定应
力的响应。
[0004] 尽管是有效的，但上述模制的载体结构加强件存在
缺陷。例如，可膨胀的
泡沫层通常比较大，而且仅提供中度的强度增强，尤其对于剪
应力和张应力更是如此。加强件的泡沫材料部分缺乏与模制载体部相当的强度。而且，为了实现泡沫的充分膨胀，这些加强件通常需要在载体与待加强的空腔内壁之间存在很大的间隙。模制载体与限定空腔的内壁之间所需的间隙通常至少为6至10mm。在这种尺寸的间隙下，由于诸如装配公差大、
烘烤条件多变等因素，当泡沫膨胀时，间隙可能无法被适当地密封。如果例如泡沫不是均匀地膨胀，则一部分间隙可能仍未密封，或者载体未被适当地固定在空腔内。而且，设计包括空腔中的一个或多个通道以允许
流体(例如，
电泳涂装(e-coat)流体)流经其中的泡沫结构加强件是非常困难的。另外，可膨胀的泡沫加强件通常对于剪应力和张应力而言仅能提供中度加强。
[0005] 利用可注入的粘结物已经设计出其它的加强件，所述可注入的粘结物在加强件与结构构件之间流动，以便将加强件附连到结构构件。通过使用可注入的粘结物，允许载体与空腔的一个或多个内壁之间的一部分间隙减小，因为不必提供空间用以使可膨胀泡沫膨胀至整个载体。然而，包括可注入的粘结物的方法也存在缺陷。这种使用可注入的粘结物的方法通常需要在载体与空腔的一个或多个内壁之间引入密封材料，以便防止可注入的粘结物流出空腔。这种密封材料通常由可膨胀泡沫或粘胶剂(mastics)组成。因此，这种工艺包含附加步骤和附加材料，除了随后注入粘结材料以及使粘结材料硬化以外，这种工艺还包括施加密封材料以及使密封材料硬化。这需要附加的时间和
费用来生成加强部分。这同时需要更严密地控制定时，因为在密封材料至少部分地硬化之前，通常不能注入粘结物。而且，将粘结物注入到空腔中通常使得整个间隙填满粘结物，这使得难以提供
电泳涂装流体的通道。
发明内容
[0006] 本发明涉及用于提供结构加强的系统和方法。更具体地，本发明涉及结构加强件，所述结构加强件构造成以粘合方式固定在空腔内。该结构加强件可包括载体，所述载体在形状上与限定空腔的一个或多个内壁大体吻合。粘结物被设置在加强件和/或结构构件上。在将加强件插入到结构构件内之前，粘结物可保持大体稳定的形状。本发明允许加强件的载体与限定结构构件内的空腔的内壁之间更为紧密地装配。本发明还消除了使得可膨胀泡沫或粘胶剂作为密封物而与粘结物一起使用的需要。本发明同时使得在加强件与结构之间的用于流体流动的通道得以简化，并允许局部设置粘结物的设计得以简化。这可允许使用较少的粘结物来设计加强件，从而节省了成本。
[0007] 还可在一部分或全部粘结物上设置保护膜，该保护膜可保护粘结物免受灰尘、湿气、污染物的影响，或者防止粘结物与其它物质
接触。这可允许例如在工作部件(service part)出厂之前，将粘结物安置在该部件上，同时防止粘结物过早硬化。
附图说明
[0008] 尽管
权利要求并不局限于所示实例，但通过对不同实例的讨论可更好地理解本发明的各个方面。下面参照附图，其详细示出了各种实例。尽管附图展示了各种示例，但附图是不必按比例绘制的，并且某些特征可能被放大从而更好地展示和说明实例的创新方面。而且，本文描述的实例并非旨在完全地或者以其它方式对附图中所示以及下面的详细描述中所披露的确切形式和构造进行限制或限定。
[0009] 图1示出了示例性的加强件和结构构件，其中粘结物以一组平行条的形式被
挤压(挤出)到载体上；
[0010] 图2示出了示例性的加强件和结构构件，其中粘结物以一组圆形块的形式被挤压到载体上；
[0011] 图3示出了示例性的加强件和结构构件，其中粘结物被挤压到结构构件上；
[0012] 图4示出了
定位在结构构件内的、示例性的加强件的端视图；
[0013] 图5示出了粘结条上包括保护膜的、示例性的加强件和结构构件；
[0014] 图6示出了包括多个保护膜的、示例性的加强件和结构构件；
[0015] 图7A和图7B示出了示例性的加强件和结构构件；
[0016] 图8是示出制造根据示例方式的加强件的方法的
流程图。
具体实施方式
[0017] 不作为对本发明的限制，本文描述的示例方式包括具有载体的结构加强件，所述载体被构造成对结构构件提供加强。结构构件可以是例如器具(appliance)、车辆(诸如汽车等)中的梁、通道、支柱等。加强件通过使用粘结剂被附连到结构构件。
[0018] 加强件可由金属(例如，
铝或
钢)、塑料、尼龙、玻璃增强尼龙、泡沫结构、有机结构或上述各项的任意组合而制成。在一种示例方式中，加强件由热塑性材料制成。加强件可通过挤压、注射成型或其它适合的工艺制成。根据具体的应用场合，加强件中可包括一个或多个肋用以提供局部加强。加强件的至少一部分可设计为在形状上与结构构件中待被粘结的部分紧密吻合。例如，结构加强件的载体部的一个或多个外表面可构造成与限定结构构件内的空腔的一个或多个内表面大体吻合。例如，根据一种方式，当结构加强件被定位成邻近于结构构件时，载体的多个部分与结构构件中将粘结载体的一个或多个内表面之间的间隙可小于约6毫米(mm)。该间隙的尺寸可根据应用需求、生产方法等予以确定或设计。在一种方式中，间隙可设计为在约2mm与约4mm之间。在另一示例方式中，间隙可设计为小至约0.5mm或者更小。
[0019] 使用粘结物将加强件固定到结构构件。粘结物可例如沿载体的外表面施加于加强件，和/或例如沿限定结构构件中的空腔的一个或多个内壁施加于结构构件。可在加强件被放置为邻近于结构构件之前施加粘结物，其将载体构件定位在空腔内。粘结物在载体构件被定位在空腔内时会硬化，由此将结构加强件粘结到结构构件。
[0020] 粘结物可以作为一个或多个粘结条(bead)或粘结块(plot)施加于载体的一个或多个表面上，和/或结构构件的一个或多个内表面上。根据特定的应用场合，可基于诸如最小成本、最大强度、快速组装时间等应用参数来改变粘结条或粘结块的长度、宽度、厚度、形状、截面、表面、数量以及布局。例如，粘结条可以实施为连续的半圆形的条、一组平行线、一组邻近的块、一组圆形粘结块、一组同心圆，并且采取锯齿形图案或根据其它的设计型式来实施。可根据具体的应用需求来确定粘结条的厚度。在一种示例方式中，粘结条的厚度至少是通过粘结物紧密配合的相对表面所限定的间隙宽度的大约150％。
[0021] 所采用的粘结物可以是多种粘结物的任意一种。所选粘结物可以是基本上不起泡沫的。也就是说，所选的粘结物在硬化时的膨胀(度)可小于约20％。在一种示例方式中，粘结物在硬化时的膨胀(度)可小于约5％。在另一示例方式中，粘结物不可膨胀。所选粘结物可具有足够高的
粘度，使得粘结物保持其条形直到加强件被定位在结构构件内，但同时具有足够低的粘度，使得当将加强件插入结构构件内时，粘结物可至少部分地发生
变形或移位。在一种示例方式中，粘结物可在硬化之前具有糊状稠度，和/或可处于粘而未干状(tacky)。在另一示例方式中，粘结物可起到如宾汉塑性体的作用，在对其施加充分的应力之前，粘结物保持大体稳定的形状。可通过将所选粘结物暴露于空气、大气湿气、其它化学物质、热、光或通过任何其它适合的硬化方法使所选粘结物硬化。根据一种方式，粘结物可选择为在受热(例如，在烘烤过程中或者在电泳涂装过程中)时硬化。粘结物可以是例如包括至少
树脂和硬化剂的
聚合物(polymer composition)。比如，粘结物可以是含聚
氨酯的组合物(polyurethane composition)、含聚氨酯和多元醇异氰酸酯的组合物(polyurethane and polyol isocyanate composition)、含
丙烯酸酯的组合物(acrylate composition)、含环
氧化合物的组合物(epoxide compostion)等。粘结物可包括
环氧树脂和硬化剂(例如，聚异氰酸酯(polyisocyanate)或多胺硬化剂(polyamine hardener)、胶囊化的丙烯酸或异丁烯酸酯(microencapsulated acrylic or methacrylate)等。适合的粘结物包括
专利申请WO/2008/077944中描述的那些粘结物。
[0022] 通过例如装配线上的
机器人的自动处理，或通过例如操作者利用挤压枪以手动方式，使粘结物可以被挤压到载体和/或结构构件上。可对粘结物进行加热以协助挤压，或者可在环境
温度下施加粘结物。在一种示例方式中，粘结物可在组装
位置设置成鼓状。粘结物可设置为例如糊状物质或粘性物质的形式。
[0023] 在粘结物上可施加保护膜，保护膜可防止粘结物过早硬化，防止灰尘或其它污染物附着到粘结物，保护粘结物不会暴露于湿气或空气，和/或确保存放寿命和粘附性能。保护膜可与粘结物一起挤压出来，或者可将保护膜施加到挤压出的粘结物的顶部上。根据一种示例方式，保护膜可以是例如聚乙烯的塑料。保护膜可在结构加强件被放置成邻近于结构构件之前、期间或之后进行移除。例如，可通过从粘结物剥离保护膜，通过从粘结物
切除薄膜，通过施加热量、化学物质、光等，或通过其它适合的手段，来移除保护膜。
[0024] 图1示出了具有基部110和连接到该基部的载体(部)120的示例性加强件100。示例性载体部120在形状上与由结构构件160的一个或多个内表面180限定的空腔170大体吻合。基部110可包括一个或多个表面，所述一个或多个表面与结构构件160的一个或多个表面基本共面，并构造成抵接结构构件160，以限制加强件100的载体部120在由结构构件160的内壁180限定的空腔170内的插入深度。应该理解的是，根据具体的应用需求，基部110可比所示基部110更大或更小，而且基部110可完全省略。在图1的示例方式中，多个粘结条130以一组平行列的形式沿载体120的外部布置。该多列粘结条130被定位成使得当载体120被定位在空腔170内时，这些粘结条将与结构构件160的一个或多个内壁
180接触。当载体120被定位在空腔170内时，载体120与结构构件160的一个或多个内壁
180之间所限定的间隙的尺寸可由载体120的设计确定，而且可小于约6mm。在一种示例方式中，间隙的尺寸可在约2mm与约4mm之间。在另一示例方式中，间隙可小于约0.5mm。间隙的设计在一定程度上受到结构加强件100和结构构件160所采用的生产方法、所使用的粘结物130以及其它因素的影响。当载体120被定位在空腔170中时，粘结条130可能从初始位置发生变形或移位。当粘结条130变形或移位时，两个或多个分离的粘结条130可能连接，从而形成一个或多个更大的粘结条130。附加地或可替换地，粘结条130可定位成使得在载体120与一个或多个内壁180之间限定出一个或多个通道，以便允许流体(例如，电泳涂装流体)在其中流动。
[0025] 图2示出了另一示例性加强件100。加强件100包括基部110，所述基部带有附连到其上的载体120。多个圆形粘结条130沿载体120的外表面被定位在不同位置上。粘结条130被定位成使得当结构加强件100的载体部120被定位在由结构构件160的内壁180限定的空腔170内时，粘结条130将与一个或多个内壁180接触。粘结条130的尺寸、位置以及数量可根据具体应用需求来进行选择。两个或多个粘结条130可被定位成使得当载体120插入到空腔170中时，这两个或多个粘结条130将被移位而相互接触，由此形成更大的有效的粘结条130。附加地或可替换地，粘结条130可被定位成使得当载体120插入到空腔
170中时，粘结条130可保持分开，从而提供一个或多个通道，以便流体(例如，电泳涂装流体)从中流过。
[0026] 图3示出了一种包括基部110和载体部120的示例性加强件100，该加强件100构造成对结构构件160提供结构
支撑。结构构件160的内壁180中限定有空腔170。粘结条130以大体平行列的形式沿结构构件160的内表面180施加。当加强件100被定位成邻近于结构构件160时，载体部120被定位在空腔170内，邻近一个或多个内壁180。粘结条130包括比载体120与一个或多个内壁180之间所限定的间隙宽度更大的条厚度。当载体120被定位在空腔170内时，粘结条130因而与载体120和一个或多个内壁180这两者接触，由此使粘结条130发生变形。所以，粘结条130可将载体120粘结在空腔170内，由此将结构加强件100粘结到结构构件160。
[0027] 图4示出了包括加强件100的示例性系统的剖视端面图，该加强件100具有基部110和载体部120。所示加强件100被定位成邻近于结构构件160。加强件的载体部120被定位在由结构构件160的一个或多个内壁180限定的空腔170内。当加强件100被定位成邻近于结构构件160时，在载体120的至少一部分与结构构件160的至少一个内壁180之间形成间隙185。通过将载体120定位成邻近于结构构件160的内壁180，粘结条130可在间隙185内移位，使得粘结条130发生变形并基本上填充整个间隙185。应该理解的是，上述内容仅作为示例，粘结条130可被定位成使得当载体120被定位在空腔170内时，在间隙
185内保留一个或多个通路，其可以允许流体(例如，电泳涂装流体)在载体120与结构构件160的一个或多个内壁180之间流动。载体120与一个或多个内壁180之间的间隙在一定程度上由载体120的设计、载体120和结构构件160的装配公差以及具体的应用场合决定。根据一种示例方式，载体120与结构构件160之间的间隙185可小于约6mm。在另一示例方式中，间隙185可在约2mm与4mm之间。在又一示例方式中，间隙185可小于约0.5mm。
粘结条130的设置可允许结构加强件100沿载体120的外表面在一个或多个位置处选择性地粘结到结构构件160，从而允许局部加强结构构件160，同时保持粘结物130。粘结条130可被定位成使得当载体120被定位在空腔170内时，一个或多个单独的粘结条130可与一个或多个附加的粘结条130结合。
[0028] 图5示出了根据示例方式的加强件100的端视图。加强件100包括基部110和定位在该基部上的载体120。载体120包括设置在其上的多个粘结条130。在图5的示例方式中，多个粘结条130被保护膜140
覆盖。保护膜140可以例如保护粘结条130免受灰尘、湿气或其它污染物影响，防止在将加强件100安装到结构构件160内之前，粘结条130粘结到一个或多个元件等。附加地或可替换地，保护膜140可防止在移除保护膜140之前粘结条130硬化。由此，保护膜140允许在将载体120安置于空腔170中之前，就将粘结条130布置在载体120或结构构件160上，而粘结条130不会过早硬化。这种方式尤其适用于零件市场(aftermarket)、或服务应用场合、或粘结物在暴露于空气或大气湿气时可以硬化的其它应用场合。例如，可在工厂中将粘结条130施加于载体120，随后将结构加强件100运送到维护位置，而粘结条130不会开始硬化。在将载体120安置在空腔170内之前，可通过例如剥离或切除保护膜140等方式来移除保护膜140。也可以在结构加强件100的载体120已经被定位在空腔170内之后，通过例如加热、加压、施加化学物质或其它适合的手段来移除保护膜140。
[0029] 图6示出了根据一示例方式的加强件100的端视图。加强件100包括基部110和定位在该基部上的载体120。在载体120上布置多个粘结条130。多个粘结条130中的每一个粘结条都可以被各自的保护膜150覆盖。为粘结条130设置独用的保护膜140可进一步保护加强件100的完整性。例如，通过设置独用的保护膜140，如果独用的保护膜140出现穿孔或缺陷，其余的保护膜140和它们所保护的各个粘结条130可保持完好。
[0030] 图7A和图7B示出了加强件100的局部视图。加强件100包括载体部120，该载体部120上安装有一个或多个突出部190。一个或多个粘结条130可布置成邻近于一个或多个突出部190。当粘结条130变形时，例如当载体120被定位在空腔170内时，突出部190可协助引导粘结条130的流动。图7A示出了在安装加强件100之前的载体120。粘结条130显示为在两个突出部190之间，处于未变形状态。图7B示出了载体120被定位在空腔
170内之后的图7A的加强件100。粘结条130已经变形，并呈现出在一定程度上由突出部
190限定的形状。由此，突出部190可被构造成当结构加强件100被安装于结构构件160中时引导粘结条130的流动。
[0031] 图8是示出利用加强件(例如，加强件100)对结构构件的空腔(例如，结构构件160的空腔170)进行加强的示例性方法200的流程图。在步骤210中，加强件100被设计为使得加强件100的载体120与结构构件160的内壁180紧密吻合。
[0032] 在步骤220中，一个或多个粘结条130被挤压到载体120的一个或多个外表面上。附加地或可替换地，粘结条130可被挤压到结构构件160的一个或多个内壁180上。例如可采用自动装配线自动地挤压出粘结物130，或者例如由使用者利用挤压枪手动地挤压出粘结物130。
[0033] 在步骤230中，保护膜140被挤压到一个或多个粘结条130上。保护膜140被挤压到一个或多个粘结条130上的操作可以与粘结条130的挤压协同进行，或者可在挤压出粘结条130之后将保护膜设置在粘结条上。
[0034] 在步骤240中，移除保护膜140。可以通过例如剥离保护膜140，或者通过对保护膜施加诸如热量或化学物质的元素来移除保护膜140。应该理解的是，结构加强件100可以例如从第一场所运送到另一场所，或者在步骤230中施加保护膜140与随后在步骤240中移除保护膜140之间可经过一段时间。
[0035] 在步骤250中，加载件100的载体部120被安置在由结构构件160的一个或多个内壁180限定的空腔170内。当载体120被定位在空腔170内时，一个或多个粘结条130可随着载体120与结构构件160的一个或多个内壁180之间的间隙的减小而发生移位和/或变形。
[0036] 在步骤260中，粘结条130开始硬化。例如当粘结条130暴露于空气或湿气时，其可以自动地开始硬化。通过施加诸如热量、光、化学物质等一种或多种元素还可以促使或
加速粘结条130的硬化。例如，可通过施加热量(例如，电泳涂装或涂覆处理过程中的烘烤带来的热量)来促使粘结条130的硬化。粘结条130的硬化可将结构加强件100粘结到结构构件160。
[0037] 除了披露的
实施例以外，加强件的载体120的表面和/或结构构件的内壁180可进行
表面处理以提高粘结物130的粘合力。各种表面处理包括
喷砂、采用
磨料、
酸洗、使用
等离子体、使用电晕放电、燃烧、粘结磨蚀(adhesive abrading)、铬酸浸蚀、碘处理、使用底漆、纳处理、表面接枝、表面粗糙化、
热处理、横晶生长和/或UV暴露。表面处理还可帮助改善其它材料的粘合。
[0038] 对于本文中描述的工艺、系统以及方法等，应该理解的是，尽管这些工艺等步骤被描述为是根据特别安排的顺序来进行的，但是可以按照不同于本文所述顺序的顺序来执行所述步骤以实施这些工艺。应该进一步理解的是，可同时执行某些步骤，可添加其它的步骤，或者可省略本文描述的某些步骤。换言之，本文对工艺的描述是用于展示特定的系统，而绝不应该视作对本发明的限制。
[0039] 因此，应该理解的是，上面的描述是示例性的，而非限制性的。对本领域的技术人员而言，在阅读了上面的描述之后，与所给出的实例不同的众多实施方式和应用都是显而易见的。本发明的范围不应该由上面的描述限定而应该由所附权利要求以及这些权利要求的等效方案的完整范围限定。可以预见和预计到，本文所讨论的技术领域将会有新的发展，所披露的系统和方法可以被并入到这些未来实施方式中。总之，应该理解的是，本发明能够进行改型和
修改，而且仅由下面的权利要求限定。
[0040] 权利要求中使用的所有的术语都应当给予其最宽泛的合理解释以及本领域技术人员所理解的其普遍含义，除非明确指出并非如此。具体地，诸如“一”、“该”、“所述”等单数形式的冠词应该解释为列举一个或多个所示元件，除非权利要求明确指出并非如此。
