對纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件附加強(qiáng)化的方法及纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及對纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件附加強(qiáng)化的方法及纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。所述方法特別是用于對機(jī)動車的纖維增強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行附加強(qiáng)化，包括下列步驟：提供界定出至少一個空腔的纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件；以及接著將泡沫材料導(dǎo)入所述至少一個空腔中；將所述至少一個空腔至少部分地填裝泡沫材料；和使泡沫材料硬化。另外還介紹了一種相應(yīng)制造的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
【專利說明】對纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件附加強(qiáng)化的方法及纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件、特別是機(jī)動車的纖維增強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行附加強(qiáng)化的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在機(jī)動車中得到越來越多的應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兣c金屬材料制成的相應(yīng)構(gòu)件相比在重量輕的同時具備很高剛性。
[0003]已知的是，將一個泡沫芯整合到纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空腔中，該泡沫芯用作支撐芯并且附加地支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)件，通過這種方式進(jìn)一步提高了整個構(gòu)件的強(qiáng)度或者說剛性。
[0004]通常，纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件以殼式構(gòu)造形式制成，其中兩個殼體將一個事先預(yù)制的且設(shè)置在殼體之間的泡沫芯包圍起來。前提條件是:泡沫芯必須精確地按照由兩個殼體界定出的空腔進(jìn)行裁切下料并且在一個單獨(dú)的處理工序中被置入和定位。另外，在通常情況下泡沫芯在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的廣大區(qū)域上延伸，以便在多處位置起到支撐作用。由此產(chǎn)生了在材料消耗和產(chǎn)生的構(gòu)件重量方面的缺點(diǎn)。
[0005]作為另選方案，例如由DE 10 2011 083 162 Al已知:將泡沫芯設(shè)置在兩個纖維復(fù)合材料層之間并且在利用成型模具進(jìn)行擠壓時便已整合于構(gòu)件中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明的目的是，提供一種盡可能簡單的用于制造纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法，該方法在原材料投入盡可能少和重量盡可能輕的同時能夠更好地強(qiáng)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
[0007]為此，本發(fā)明提出一種用于對纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件、特別是機(jī)動車的纖維增強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行附加強(qiáng)化的方法，包括下列步驟:
[0008]-提供界定出至少一個空腔的纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以及接著
[0009]-將泡沫材料導(dǎo)入所述至少一個空腔中，
[0010]-將所述至少一個空腔至少部分地填裝泡沫材料，和
[0011]-使泡沫材料硬化。
[0012]于是泡沫材料被填入到已經(jīng)制成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的其中一個或者多個空腔內(nèi)?？涨槐徊糠值鼗蛲耆靥钛b泡沫材料。優(yōu)選地，空腔至少在所述硬化之后是完全用泡沫材料充滿的。
[0013]在真正制成纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件之后將泡沫材料后續(xù)導(dǎo)入，能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的統(tǒng)一制造并且以后再通過填入的泡沫材料確定強(qiáng)度特性。這樣，能夠以特別簡單的方式借助不同的泡沫材料的應(yīng)用生產(chǎn)出具有不同強(qiáng)度特性的構(gòu)件。這一點(diǎn)例如對于具有不同強(qiáng)度要求的車輛衍生部件尤為有利，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)構(gòu)件首先可以作為相同部件被制造，然后根據(jù)泡沫材料的不同選擇才有所不同。
[0014]作為用于纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料，特別是可以使用纖維增強(qiáng)塑料，該塑料利用玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維和/或碳纖維增強(qiáng)。不言而喻，然而同樣可以使用其他適用于增強(qiáng)塑料的纖維。
[0015]優(yōu)選地，被導(dǎo)入空腔中的泡沫材料粘附在至少部分地限定該空腔的壁上，因而允許泡沫材料與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的力傳遞，由此，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度特別是通過對剪力的吸收和傳遞而得以提聞。
[0016]例如，所述泡沫材料可以包括能夠膨脹的塑料泡沫，特別是聚氨酯泡沫或者環(huán)氧樹脂泡沫。聚氨酯泡沫或者環(huán)氧樹脂泡沫可以由雙組分系統(tǒng)或者多組分系統(tǒng)構(gòu)成。使用能夠膨脹的塑料泡沫呈現(xiàn)出下述優(yōu)點(diǎn):泡沫材料在填充過程中或者在硬化之前，它的體積增大，以此方式適合于盡可能完全充滿所述至少一個空腔。這一點(diǎn)可以在填充泡沫材料時便予以考慮，從而，依據(jù)泡沫材料的可膨脹性僅僅將如此多的泡沫材料導(dǎo)入空腔中，使得該泡沫材料在膨脹狀態(tài)中才完全充滿空腔。
[0017]根據(jù)一個實(shí)施方式，例如通過限定所述至少一個空腔的壁中的隙口、特別是孔來實(shí)現(xiàn)所述泡沫材料導(dǎo)入。
[0018]優(yōu)選地，所述至少一個空腔界定出基本上封閉的空間。這意味著:相應(yīng)的空腔在所有各面要么相對于周圍環(huán)境要么相對于其他空腔是完全(用于導(dǎo)入泡沫材料的隙口除外)封閉的，從而被導(dǎo)入的泡沫材料不會漏出。作為可選方案，該空間出于同樣目的可以僅僅如此程度地封閉:雖然存在開口，然而將這些開口的尺寸確定為基本上防止泡沫材料流出。例如可以通過如下方式實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，即開口的大小尺寸確定得足夠小并且這樣地調(diào)準(zhǔn)硬化特性，使得泡沫材料在穿過開口時就已經(jīng)如此迅速地硬化并由此將開口針對于其他后續(xù)流入的泡沫材料封閉起來。在任何情況下，在空腔中構(gòu)成泡沫材料的一種確定的體積。
[0019]根據(jù)另一個實(shí)施方式，纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件由至少兩個相互連接的殼元件、特別是兩個半殼元件構(gòu)成。這些殼元件被這樣地相互連接，使得在兩個殼元件之間界定出所述至少一個空腔。
[0020]作為可選方案，纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以包括空心型材，特別是編織的空心型材。用于生產(chǎn)空心編織型材的方法是已知的，因而可以省略對制造的詳細(xì)說明。
[0021]根據(jù)另一個實(shí)施方式，纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括多個空腔，其中每兩個毗鄰的空腔由至少一個隔壁彼此分隔開。作為隔壁，也可以理解為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加強(qiáng)筋。
[0022]這一點(diǎn)提供了如下可能性:可以要么在僅一個要么在多個空腔中實(shí)施導(dǎo)入和填裝泡沫材料的步驟，以便至少部分地填裝相應(yīng)的空腔。按這種方式可以給結(jié)構(gòu)構(gòu)件的各個選出的空腔填充泡沫材料，從而使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在確定的位置上被強(qiáng)化。而其他空腔則可以保持非填充狀態(tài)。
[0023]各個被填充的空腔也可以彼此間隔開地設(shè)置。而在剩余的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的或者其他空腔的區(qū)域中則可以省去泡沫材料，由此減少了材料需求量和所產(chǎn)生的構(gòu)件重量，因?yàn)闊o須在結(jié)構(gòu)元件的被填充空腔之間的不被填充的空腔中設(shè)置連續(xù)的泡沫芯。
[0024]另外還可能的是:出于重量優(yōu)化設(shè)計(jì)之目的，在結(jié)構(gòu)元件的各相應(yīng)空腔中可以考慮采用不同的泡沫材料。對此，也就是說例如可以在密度、強(qiáng)度和/或重量方面有所區(qū)別，以使結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部地適配于所期望的負(fù)載。就是說存在這樣的可能性:在第一空腔中(在高負(fù)載的區(qū)域內(nèi))使用高強(qiáng)度的、但是可能比在第二空腔中(在低負(fù)載的區(qū)域內(nèi))更重的泡沫材料，在第二空腔中可以設(shè)置強(qiáng)度較小而同時重量較輕的泡沫材料，以使得具有視要求范圍而定的重量優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體重量保持很小。
[0025]例如，用泡沫材料填裝的所述至少一個空腔可以設(shè)置在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接區(qū)段的或者力導(dǎo)入?yún)^(qū)段的區(qū)域內(nèi)。借此，尤其是這些在結(jié)構(gòu)構(gòu)件以后使用中特別承載的區(qū)段能夠有針對性地得以局部強(qiáng)化。這個實(shí)施方案對于如下情況具有進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn):多個待強(qiáng)化的區(qū)域是相互間隔開設(shè)置的，因?yàn)橛纱丝梢赞饤壗y(tǒng)一的泡沫芯，該泡沫芯在兩個被強(qiáng)化的區(qū)域以及設(shè)于它們之間的低負(fù)載的區(qū)域上延伸。
[0026]另外，本發(fā)明還提供一種按照上述方法制成的纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，特別是機(jī)動車的纖維增強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
[0027]例如，所述車身結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以是車輛支柱、坎梁、側(cè)向車頂框架、側(cè)壁或底部組件的或者前車的橫梁或縱梁。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]下文將借助一個實(shí)施例參照唯一的附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明。附圖示出了一個纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剖視圖

【具體實(shí)施方式】
[0029]附圖示出一個纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的剖視圖。該結(jié)構(gòu)構(gòu)件以殼式構(gòu)造形式制成并且包括兩個相互連接的殼元件11、12，各殼元件分別具有一個凹穴并且這樣地相互連接，使得兩個凹穴共同界定出結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的一個空腔13。
[0030]空腔13界定出一個封閉的空間，該空間通過相應(yīng)殼元件11、12作為壁而限定邊界并且至少部分地填裝泡沫材料14。不言而喻，空腔13同樣可以完全用泡沫材料14填充。
[0031]為了制造這個利用泡沫材料14強(qiáng)化的結(jié)構(gòu)構(gòu)件10，在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，這里是在兩個殼元件之一 11中設(shè)置有一個隙口 15，通過該隙口泡沫材料被導(dǎo)入準(zhǔn)備好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件10中。當(dāng)然也可以在另一個結(jié)構(gòu)構(gòu)件11中設(shè)置隙口 15。
[0032]所示出的纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件能夠特別簡單地構(gòu)造成相同部件，該相同部件通過在需要的位置處導(dǎo)入相應(yīng)的泡沫材料才能夠得到局部強(qiáng)化。
【權(quán)利要求】
1.用于對纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件、特別是機(jī)動車的纖維增強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行附加強(qiáng)化的方法，包括下列步驟: -提供界定出至少一個空腔的纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以及接著 -將泡沫材料導(dǎo)入所述至少一個空腔中， -將所述至少一個空腔至少部分地填裝泡沫材料， -使泡沫材料硬化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述泡沫材料包括能夠膨脹的塑料泡沫，特別是聚氨酯泡沫或者環(huán)氧樹脂泡沫。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述至少一個空腔界定出基本上封閉的空間。
4.如權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過限定所述至少一個空腔的壁中的隙口、特別是孔進(jìn)行所述泡沫材料的導(dǎo)入。
5.如權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件由至少兩個相互連接的殼元件、特別是兩個半殼元件構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括空心型材、特別是編織的空心型材。
7.如權(quán)利要求1至6之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括多個空腔，并且每兩個毗鄰的空腔由至少一個隔壁彼此分隔開。
8.如權(quán)利要求1至7之任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，填裝泡沫材料的所述至少一個空腔設(shè)置在所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接區(qū)段的或者力導(dǎo)入?yún)^(qū)段的區(qū)域內(nèi)。
9.纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，特別是機(jī)動車的纖維增強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其特征在于，該結(jié)構(gòu)構(gòu)件是按照如權(quán)利要求1至8之任一項(xiàng)所述的方法制成的。
【文檔編號】F16S1/00GK104421600SQ201410418557
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】T·施瑙費(fèi)爾, A·貝爾, M·海斯勒 申請人:寶馬股份公司