CN100491152C - 控制面板及其制造方法以及包括这种面板的自动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别用于机动车的控制面板(1)。所述控制面板包括一个由线性构件(2)构成的框架结构(3)，框架结构的区域(4)由的线性构件限定并至少部分地被塑料板构件(5)密封。所述塑料板构件通过材料结合而连接于所述线性构件。本发明的设计提供一种整体的刚性控制面板，该控制面板其可以通过简单而经济的方法制成，并且不要求昂贵的局部加固。

Description

控制面板及其制造方法以及包括这种面板的自动车辆
技术领域
本发明涉及一种控制面板和一种制造该控制面板的方法。
背景技术
现已公知各种用于自动车辆控制面板的实施例。
通常，控制面板固定于例如一个设置在自动车辆的A-柱之间的十字形件上。为此目的，控制面板自身通常具有一个附加支撑结构，该附加支撑结构上往往设置有一个通常采用注射模制的塑料材料覆盖层，该覆盖层在车辆内侧面够以一个装饰层覆盖。
这些公知的控制面板的不足在于：由于其上述结构，控制面板重量很重，然而考虑到施加在其上的负载，在尺寸不足或尺寸过大之处，例如碰撞过程中控制面板会发生不希望出现的断裂。然而，重量方面的后果尤其严重，由于常规的十字形件本身重达6至8kg，这加重了车辆的重量。
为了加固控制面板，目前通常在合适的位置设置扁平加固件，尤其在特殊受力之处例如用于气囊的通孔等。然而，这将产生一个问题：将金属加固片之类的附着于塑料部件上成本较高。此外，例如由于金属板和邻接该金属板的塑料材料的热膨胀系数不同，这将引起控制面板的扭曲，该扭曲在驾驶者的侧面是可见的，因而表明质量下降。
发明内容
因而，本发明的目的在于，提供一种控制面板及其制造方法，该方法确保一方面控制面板能承受重的负载，另一方面控制面板重量轻、节省成本并且安全可靠。
一种根据本发明的控制面板和一种根据本发明的制造方法可实现该目的。
根据本发明的控制面板包括一个由线性构件构成的框架结构，该框架结构由线性构件限定的区域至少部分地被塑料板构件密封并且覆盖一层装饰层。其中一个整体式材料连接将该塑料板构件连接至所述线性构件，并且控制面板的受力框架结构直接连接至车辆的端壁和/或主体，并且所述框架结构构成为无需设置在汽车的A柱之间的十字形件。
根据本发明的方法包括：将部分被塑料板构件密封的且由线性构件构成的框架结构覆盖有一层装饰层，其中所述框架结构构成为无需设置在汽车的A柱之间的十字形件，并且将所述框架结构直接连接至车辆的端壁和/或主体。
此外本发明还涉及一种自动车辆，其包括上述控制面板。
在此，框架结构设计使得作用在控制面板上的力可以主要被其合适的结构承受。当然，塑料板构件还有助于：由于塑料板构件在其边缘区域通过一种整体式材料连接而连接至线性构件，这有助于控制面板的加固。这里，“整体式材料连接”主要指将液态塑料材料重熔或熔化至线性构件上。换句话说，整体式材料连接例如还指焊接方法或其他“化学熔合”方法，例如采用合成树脂。在此，塑料板构件优选地以液态塑料材料的形式通过注射模制的方法引入一个已作好准备的适当模具中，在该模具中已放置线性构件。
因而，对于根据本发明的控制面板，与以前通常仅局部加固相比，第一次实现对整个控制面板的“全面”加固。在此，在根据本发明的框架结构设计中，一种特殊方法本身也表明其可以提供一种与负载相匹配的控制面板的结构。
最初，整个驾驶舱区域在此被视为一个“大型立方体”。在这个立方体中定义负载(例如“误用力”，其例如可能与气囊释放或转向盘上的“外壳对准测试(jacket alignment test)”一起发生)。接着区域还于其中定义一个空间，即立方体必须“切掉”的范围，从而例如为车辆的乘客创造一个脚部活动的空间。那里将不安装任何结构。在随后进行的轮廓设计中，确定立方体其余部分的主要受力流。在立方体上模拟一个对应的“网格轮廓”，沿着这些网格线，然后设置框架结构的线性构件。另外，在线性构件或相应的“受力流线”之间的区域内，设有桥接区域，在此指根据本发明的塑料板构件。以这种方式，获取一种优选的支撑结构，该支撑结构仅仅存在于由于受力原因而真正需要之处。这种结构的优势在于：加固件则仅安装在实际需要的位置上，并且通过优选的设计而减轻自动车辆的整体重量，甚至可以不要十字形件，从而可节约成本和获得更多的结构空间。通过该装置，在驾驶舱内产生更多的可利用空间，例如用于空气调节系统、电气部件、手套箱或杂物箱；当开发控制面板时，这提供了更大的设计范围。
根据本发明的用于制造控制面板的方法提出：线性构件置入一个注射模、压模或发泡模的模腔内，然后在模具内线性构件至少部分地被塑料材料包围(所述塑料材料主要形成后来的塑料板构件)，从而形成控制面板。在根据本发明的注射模制方法中，发生了线性构件的重熔；当注射模制塑料冷却时，制成了一个整体式材料连接；通过压模可达到相似情况。在一个发泡模具中，发泡过程开始：例如通过多个部件以聚氨酯泡沫体在模具或其腔体进行发泡；这至少部分地包围线性构件，从而在发泡塑料材料发泡好之后，在线性构件和发泡塑料材料之间也产生一个整体式材料连接。
控制面板的优选方案提出当线性构件安装在控制面板内时，线性构件的横截面为U形、圆形、椭圆形或多边形。在此可以采用基本封闭或开放的横截面。在此必须指出：在其安装位置的线性构件也能够用于线缆导向或空气传导。特别有利地，例如开口朝向控制面板之外的U形使得例如线缆束能够被导入此U形，以容易从外部进入。
除了具有简单(连续的)横截面形状的剖面，如果需要完成特殊的任务，还可以采用更复杂的结构。从而，例如线性构件可以为蜂窝状夹层结构的条。在此例如提供多个邻近的蜂窝状八角形，其封闭在两个盖板之间。因而，提供了具有很好的机械强度特性的很轻的结构。
将注射模制、熔化(melted-on)或挤出涂覆的塑料材料附着于线性构件上的一种特殊方法是例如使线性构件在其外侧具有特殊辐板。这些辐板首先用于对线性构件进行固化，并且通过这些辐板还使得待注射塑料材料的耦联表面加大。已经表明，为了稳定性的原因，将每个辐板设置为相对于线性构件自身的主延伸方向倾斜(例如45°)是特别有利的，从而因此获得最大可能的稳定性并且尽可能地将线性构件集成于控制面板内。
多种材料可以考虑用作构件材料。首先，线性构件可以由金属板(例如钢板、穿孔金属板或例如铝或镁)制成。然而，自然还可以提供纤维材料。这些纤维材料可以基本以机织物条或编织物条的形式使用，其仅仅在挤出涂覆过程产生其整个强度。线性构件还可以由连续的纤维构成。这些连续的纤维例如是连续纤维管；由于基本纤维可以在此使用，玻璃纤维以至碳纤维甚至在注射模制之前就与热塑性材料相结合。随后通过用形成后来的塑料板构件的塑料材料来挤压涂覆，在总结构中的这些线性构件形成良好的熔接。
塑料板构件能够由各种塑料材料形成。例如，其可以由热塑性塑料形成，例如，由PP30LGF——一种具有长纤维部分的聚丙烯材料制成。这些长纤维部分是玻璃纤维；在根据本发明的注射模制方法中，这些玻璃纤维优选地具有10mm的长度，在根据本发明的压模方法中，这些玻璃纤维优选地具有25mm的长度。为该目的，替代的塑料材料常用例如聚酰胺PA、ABS、PC、ABS/PC、聚酰胺、PEEK、PEU、PPS、PEI、PSU、PESU和PTFE。自然地，其他塑料材料也可能采用，比如硬质塑料(duroplastic plastic)。
根据本发明的控制面板具有优势：在处理控制面板稳定性方面，其采取一种“综合处理”方法。不是仅仅引入局部加固件，而是整体结构获得理想的强度。如果为美观起见，根据本发明形成的支撑可另外覆盖一层朝向车辆内部的装饰层。该装饰层可以是例如一个糊料表层、皮革表层或者还可是合成纤维表层、织物表层、一个浇注表层或一个喷涂表层。在此，优势至少在于：与公知观念相比，装饰层可直接胶接至支撑结构；没必要采用附加结构构件，例如在自动车辆的十字形件和用于装饰层的支撑塑料表层之间的十字支撑。
根据本发明的用于制造控制面板的方法具有各种优选实施例。
因此，线性构件可以如一个以前实际的完整框架一样置入模具中。例如当一个预制金属框架插入一个模具中时，线性构件可以如此置入模具中。
然而，考虑到制造成本，将线性构件以单独部件的形式插入模具内是有利的。为此，例如，片状连续材料(例如纤维材料管)是可分离的，这些材料然后被分别插入模具中，仅当其被注入模具内的塑料材料包围时，才形成一个成品框架。
一个特别有利的方案提出：纤维材料条(例如机织纤维，非机织纤维或类似物)插入注射模制的第一半模的凹部，然后使具有对应于所述凹部的凸部的第二半模与第一半模对准，使得至少在所述两个半模之间的局部区域保持间隙，然后将塑料材料注入模腔内。在该过程中，纤维材料条通过模具本身(即通过半模的凹部和凸部)形成正确的形状，然后挤压涂敷。这提供一种非常节约成本的设置，其可以使线性构件的横截面稳定。为确保塑料材料在插入条的区域内更好地流动，相应的凹部或凸部之间间隙设定为例如比所述条的厚度大2mm至4mm，这是有利的。模具(即半模)的温度此时大概处于使待注射模制的塑料材料软化的程度，例如对聚丙烯来说，大概是160℃。自然地，等效方法也可用于压模。此时，纤维材料条的纤维(纤维内浸渍了热塑性塑料材料)将达到其软化温度，即对聚丙烯来说，粗略地估计大概也是160℃。在压模过程中，模具或半模的温度大概是70℃以获得满意的最终产品。
这里示出的本发明特别适用于自动车辆。在此，显然，控制面板的受力框架结构可直接连接至车辆的端壁和/或主体。无需为了支撑控制面板而设置与十字形件的连接。此外，通过对框架结构相应地进行严格设计能达到无需十字形件，从而进一步减轻重量。
框架结构可用于空气传导或用作线缆引导装置。还可设想将框架结构用作一个大面积交换区域内(参考图1b)的空气分配器。
附图说明
下面借助若干附图对本发明进行解释说明。在所述附图中：
图1a示出根据本发明的框架结构，
图1b示出根据本发明的控制面板，
图1c示出根据图1b中的剖面A的截面，
图1d示出用于空气传导的框架结构，在塑料板构件区域内，框架结构具有平的排放区域，
图2a至2d示出线性构件的各种具体实施例的横截面和侧视图，以及
图3示出一个根据本发明的注射模具的横截面，该模具用于制造根据本发明的控制面板。
具体实施方式
图1a示出根据本发明的框架结构3。框架结构3包括线性构件2，线性构件2在拐角点10连在一起。可以看见，区域4由线性构件2限定或封闭。图1a所示框架结构是指用于自动车辆的控制面板4的框架结构。
在图1b中示出根据本发明的完整控制面板1。其包括具有线性构件2的所述框架结构3(为方便理解，在图1a中单独示出)。由线性构件2确定的所述框架结构的区域4至少部分地由塑料板构件5密封。在此，塑料板构件通过一个整体式材料连接而连接至线性构件2。此处，所述整体式材料连接通过注射一种热塑性塑料材料而获得，该热塑性塑料材料固化后形成塑料板构件；在此过程中，塑料融合或再融合至线性构件，从而产生一个整体式材料连接。
图1a所示的控制面板可另外覆盖一层装饰层，例如泡沫薄层、或皮革或织物装饰层。
线性构件2在图1b的具体实施例中为由金属板形成的U形连续部件。
沿着剖面A得到的图1c所示的截面是非常清楚的。在此，可以看出塑料板构件5如何沿着U形横截面注射成形，这样仅所述U形件的开口侧朝外开口。因此，可以例如安装电缆等在U形件内。自然地，封闭构件(未示出)随后可以设置在U形件的开口侧以便防止线缆11滑出。塑料板构件包括一种聚烯烃合成材料，此指PP30LFG，即一种具有插入纤维的聚丙烯，所述纤维长10mm(在注射模制方法中)或25mm(在压模(compression-moulding)方法中)。
图1d示出由线性构件2构成的框架结构3。所述框架结构具有(至少在局部区域内)线性构件2，所述线性构件内部是中空的并且在其与塑料板元件5连接的侧面附件上具有用于气流的孔。塑料板构件5具有大量朝向车辆内部的排放孔，从而通过中空线性构件2的气团能够以扩散和平坦的方式流出塑料板构件5。
图2示出线性构件的多种可能的几何结构。在此，左侧示出横截面，而右侧示出线性构件相应的具体实施例的侧视图。
图2a左侧示出U形横截面(如图1c)，然而附加的辐板2′还在U形件的两侧面上突起。从图2a右侧的侧视图可清楚看见，这些辐板是倾斜的，具体地与水平线形成大约45°。在塑料板构件的挤压涂敷(extrusion-coating)过程中，这使得线性构件甚至更好地附着至塑料板构件5。
图2b示出线性构件的圆形横截面。从图2b的右侧，可以清楚地看出这是一个有恒定外径的“管件”。这管状横截面可以由例如金属板或穿孔金属制成。当然，这还可以是由纤维“缠绕”而成的管。
图2c示出一个扁平的横截面。在此，左侧可看作是线性构件的长方形横截面。这或者由塑料材料形成，或者金属或纤维材料(机织物或非机织物)形成。该变体表明其本身尤其适用于制造图3中随后所示的变体。
最后，图2d示出一种蜂窝状夹层结构。在此，图2d右侧示出一个侧视图。从中可明显看出为立式蜂窝状网格(八角形)，其设置有一个上覆盖板和一个下覆盖板(该板还可指一种浸渍热塑性塑料材料的纤维)。从左侧可见的截面B-B来看，甚至更清楚。
根据本发明的控制面板可以用各种方法制造。所以，特别简单的是：线性构件被放入注射模制的模腔内，然后至少部分地在注射模腔内与塑料材料再融合而形成控制面板。在此，一个变体还提出线性构件以预制自支撑结构(这将看起来大致像图1a中的框架)的形式插入以及由压力铸造铝而成形。
然而，将线性构件以单个的部件的形式而放入模腔，这是非常节约成本的。为此，提供一个特别有利的制造变体，并在在图3中更详细地阐释该制造变体。
图3示意性示出一个注射模的横截面。注射模包括一个第一半模8a和一个位于第一半模8a上方的第二半模8b。在这些半模之间是一个模腔6，模腔6具有一个1-6mm的间隙高度c。
第一半模8a有一个凹部9a，凹部9a的横截面大致是半圆形。第二半模8b具有一个垂直对齐的凸部9b，凸部具有一个互补外形但明显地小一些。凹部9a有一个横截面宽度a，凸部9b有一个横截面宽度b。b比a小，小的量是c的函数。
现可以将沿凹部9a设置一包括相互绞缠的纤维的条7，这样，所述条大致呈现出凹部9a的半圆形横截面。第二半模8b则下降至最小间隙c。其后，热塑性塑料材料在模腔6内注射模制，将条浸渍，此外塑料板构件5在此过程中成形在腔体6中。这样，根据本发明的控制面板可能以一种非常节约成本的方法制造。
根据本发明的控制面板具有优势：由于其固有的稳定性(即由于框架结构)，控制面板显然比以前的控制面板更加稳定。其可直接连接至自动车辆的端壁和/或主体。不再需要将根据本发明的控制面板支撑在自动车辆的十字形部件上。
在随后的阐述中，本发明的特别重要处将分别地再次强调。
特别有利之处在于：在本结构中，呈中空轮廓形状的线性构件可以成为整体，从而在轮廓内延伸的腔体还可用于引导例如电缆或甚至用于内部通风的气流。因而，再次参考尤其是图1d。这里用于内部通风的结构可例如这样制造：通过在其最终定型之前“吹通”材料而获得贯穿基质材料的通风管道；为此目的，凸部优选地设置在模具形状内以形成空气出口。
本发明的一特别重要方面在于：借助于一个根据本发明的支撑，特别提高了控制面板的稳定性；可以取消十字形部件，而得到轻质量的结。
这优选地如此实现：线性构件以例如多束连续纤维或由垫材料组成的条的形式被插入，所述垫材料具体为单层或多层非机织物或机织物。其基础在于本发明的想法：为了在任何情况下(包括在最大负载时)控制面板都具有充分的稳定性而设计一个稳定而整体上具有相同的强度的控制面板是昂贵而且加重重量的。
关于这一点，回顾图1a，在图1a中延伸的线再现了控制面板内的力流。现在可以将例如纤维材料带插入这些力流线内。在力流线处，尤其是强力作用之处，可进行特殊改进(或者通过更多材料或者通过特殊材料)。
作为纤维材料，多种材料证明是特别适用。因而，可以例如插入成条的编织玻璃纤维垫。这些可以例如是用热塑性材料预先浸渍或甚至含有热塑性线(例如聚丙烯线)，从而随后将其合并至基质材料甚至更为顺利(这样产品可从例如公司“Vetrotex”获得)。具有开孔区域(即实际上以“掩模形式”)的此种条(或“切至合适尺寸的垫”)的插入使其可承受巨大的扭应力，特别是当支撑也承受巨大的扭应力时。
特别是为了吸收拉伸载荷(例如在替换一个十字形件时)，还可能提供连续玻璃纤维或整束连续玻璃纤维形式的玻璃。此处纤维材料不是机织或非机织纤维，而是一束单独的纤维束，其也可以附着于车辆主体从而起到十字形件的作用。
特别地，能根据负载不同而选择材料或材料数量，因此这是有利的。
关于这一点将再提到一些例子。形成根据本发明的塑料板构件的基质材料至少部分地包围线性构件，该基质材料优选为一种相对“稳定”材料，该材料至少部分地穿透纤维材料，并且通过这种连接产生一种极其稳定而且轻质量的结构。在此，通常简单地“发泡”材料是不够的；采用稳定的塑料材料例如聚丙烯(例如PP30，利用30mm长的玻璃纤维强化的丙烯树脂(聚丙烯+30LGF))进行连接是最可能的；替换地，例如也可以采用强化或未强化聚酰胺(polyamide)。在此，基质材料受拉时的弹性模量优选超过2000N/m2，尤其优选超过3500N/m2。然而对特别极端应用来说，还有可能得到弹性模量达到22000N/m2或更大的材料；此处，比如采用蜂窝状夹层结构，该蜂窝状夹层结构包括具有不同分离层的多层玻璃纤维垫。
还存在不同的将纤维材料连接至基质材料的可行方式。
在部件不承受如此大的应力时，通过注射模制而将PP30LGF融体引入模具中(例如，如图3所示出)就足够了；然而由于注射模制过程纤维材料将发生缩短，这将对稳定性产生相当大的负面影响。
作为对注射模制的一种替代方案，自然还可以将融体(例如以股的形式)直接从挤出机置入一个适当的两分式模具内，然后将模具压在一起，然后纤维材料就深入于基质材料中(这种方法称为“股沉积法(strand deposition)”)。根据本发明，所有这些方法大体上都可用于例如可将纤维材料条与封闭模具内的基质材料连接。在此，如图3所示，由模具外形预先确定所述条的轮廓而随后确定部件的轮廓，这自然是可行和有利的。不同于图3中所示的或多或少的圆形装置，还可以设置更倾斜装置，甚至横截面是多边形的装置；自然地，也可以无需相应的轮廓(在负载承受能力损失小的一些情况下)。
然而，对本发明来说，特别有必要的是，在承受特别大的负载情况下或者根据负载的类型可采用特殊材料(例如，在拉伸负载下采用连续纤维，如果承受附加强扭转载荷则采用三维弯曲垫材料)。

Claims (11)

1.一种用于自动车辆的控制面板(1)，包括一个由线性构件(2)构成的框架结构(3)，该框架结构由线性构件限定的区域(4)至少部分地被塑料板构件(5)密封并且覆盖有一层装饰层，
其中一个整体式材料连接将该塑料板构件连接至所述线性构件，并且控制面板的受力框架结构直接连接至车辆的端壁和/或主体，
并且所述框架结构构成为无需设置在汽车的A柱之间的十字形件。
2.如权利要求1所述的控制面板，其特征在于，当安装在控制面板
内时，线性构件的横截面是U形、圆形、椭圆形或多边形。
3.如权利要求1所述的控制面板，其特征在于，线性构件是一条蜂窝状夹层结构。
4.如权利要求1至3中任一项所述的控制面板，其特征在于，线性构件(2)由金属板、穿孔金属板、塑料材料或纤维材料构成。
5.如权利要求1至3中任一项所述的控制面板，其特征在于，线性构件(2)具有位于其外侧的辐板(2’)。
6.如权利要求1至3中任一项所述的控制面板，其特征在于，所述装饰层覆盖在所述控制面板(1)上侧的基本整个表面上。
7.如权利要求1至3中任一项所述的控制面板，其特征在于，塑料板构件(5)由热塑性或硬质塑料材料构成。
8.如权利要求1至3中任一项所述的控制面板，其特征在于，所述装饰层直接胶接于所述支撑结构。
9.一种用于制造控制面板以及将该控制面板安装在汽车上的方法，其特征在于，将部分被塑料板构件密封的且由线性构件构成的框架结构覆盖有一层装饰层，其中所述框架结构构成为无需设置在汽车的A柱之间的十字形件，并且将所述框架结构直接连接至车辆的端壁和/或主体。
10.一种控制面板，其根据权利要求9所述的方法制造。
11.一种自动车辆，其包括一个根据权利要求1至8中任一项所述的控制面板。
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