CN102712241A - 由纤维增强的热塑性塑料构成的后盖板 - Google Patents

Abstract

一种用于带后窗玻璃的汽车的后盖板（1）或后门，具有一体的主支撑结构（10），该主支撑结构带有周边的抗弯曲的框架（11），该框架具有上面的横梁（12）、两个旁侧的纵梁（13、14）和至少一个下面的横梁（15）。该主支撑结构由纤维增强的造型材料（20）构成，该造型材料带有至少两个浸渍的内置的连续式纤维带（21），造型材料与后窗玻璃（2）力配合地连接，并与后窗玻璃一起形成抗弯曲的结构。在此，连续式纤维带（21）以伸展的方式内置到框架（11）中，且相对于后盖板的表面（H）竖直（v）地布置，具体为，连续式纤维带（21）相对于表面（H）竖直地布置，和/或相距表面（H）有一段竖直距离（d）。作为传递力的抗弯曲的连接区域（22），纤维增强的造型材料（20）通过其空间形体使得连续式纤维带相互连接，框架（11）具有造型材料（20）的加强筋式的增强件（24）。由此提供一种重量减轻、机械特性得到改善、制造简化的后盖板。

Description

由纤维增强的热塑性塑料构成的后盖板

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于汽车的后盖板或后门，其具有由纤维增强的热塑性塑料构成的局部支撑结构，且具有铰链、锁和后窗玻璃。长久以来，为了减轻重量，试图用轻质塑料结构来代替已有的金属后盖板。例如由EP 0 266 514已知一种双壁的塑料构件，然而其制造起来仍然繁琐，尤其是没有足够的机械特性。为了实现改善机械特性，已采用了各种不同的后盖板，其带有GMT结构，之后还有GMTex结构，也就是带有织物增强件的GMT。由于它也始终没有足够的机械特性，还把由纤维增强的塑料构成的局部支撑结构与金属的框架结构组合成一种具有足够的机械特性的主支撑结构。带有金属框架的这种汽车后门例如由EP 1 621 384已知。但这种已知的后盖板由于有金属增强件也很重，且制造要求繁琐。这些已知的后盖板因而一方面仍制造繁琐，而若无金属增强件就没有足够的刚度特性和强度特性，或者，有金属增强件就会制造繁琐，而且也重。

本发明的目的是，克服已知的后盖板的缺点和限制，并提出一种较轻的坚固的且可简便而成本低廉地制造的塑料后盖板，其还能实现各种不同的造型。特别是要提出一种无附加金属增强件的纤维增强的主支撑结构。根据本发明，该目的通过一种根据权利要求1的后盖板或后门得以实现。

这种一体的主支撑结构带有周边的抗弯曲的框架，框架带有内置的连续式纤维带，连续式纤维带相对于后盖板的表面位于竖直方向上，该主支撑结构组合以力配合地连接的后盖板、框架的纤维增强的造型材料的加强筋状的增强件，使得在强度和刚度方面的机械特性得到改善，重量明显减轻，制造代价得以简化。

从属权利要求涉及本发明的有利改进，这些改进在减重、改善的机械特性和简便的经济合理的生产方面具有特殊的优点。下面借助实施例和附图详述本发明，其中：

图1、2示出本发明的后盖板的范例，其带有由纤维增强的热塑性塑料构成的主支撑结构，该主支撑结构带有周边的框架，该框架带有内置的采用竖直布置方式的连续式纤维带；

图3示出相对于后盖板的表面采用竖直布置方式的连续式纤维带；

图4为本发明的后盖板的竖直剖视图；

图5-8以剖视图示出主支撑结构框架中的连续式纤维带的布置方式；

- 图5示出加强筋中的竖直的连续式纤维带；

- 图6示出相距表面有一段竖直距离的水平的连续式纤维带；

- 图7示出上面的连续式纤维带和下面的水平的连续式纤维带；

- 图8示出竖直的连续式纤维带和下面的水平的连续式纤维带；

图9示出主支撑结构，其带有对角线式地或交叉地布置的连续式纤维带；

图10a、b、c示出带有对角线式的筋条的加强筋状或槽架状梁；

图11a、b示出肋条中的竖直的连续式纤维带；

图12示出与主支撑结构和后窗玻璃连接的塑料外护覆件；

图13示出后盖板的另一范例，其带有明显倒圆的框架和两个连续式纤维带。

图1和2示出本发明的用于汽车的后盖板1或后门，其具有由纤维增强的热塑性塑料构成的结构，且具有铰链5、锁6和后窗玻璃2。后盖板具有一体的主支撑结构10，该主支撑结构带有周边的抗弯曲的框架11，该框架具有上面的横梁12、两个旁侧的纵梁13、14和至少一个下面的横梁15。该主支撑结构由纤维增强的造型材料20构成，该造型材料带有至少两个浸渍的内置的连续式纤维带21，造型材料与后窗玻璃2力配合地连接，并与后窗玻璃一起形成抗弯曲的结构。在这里，连续式纤维带21以伸展的方式内置到框架11中，且相对于后盖板的表面H竖直（v）地布置，具体为，连续式纤维带21相对于表面H竖直地布置，和/或相距表面H有一段竖直距离d（见图3）。作为传递力的抗弯的连接区域22，纤维增强的造型材料20通过其空间形体使得连续式纤维带相互连接，且框架11具有造型材料20的加强筋式的增强件24，或者被构造成加强筋状。由此得到一种重量减轻、机械特性改善且制造简化的后盖板。加强筋状框架11还可以附加地具有肋条状的增强件25。

图3以剖视图示出相对于后盖板的外表面H采用竖直布置放置的位于框架11的加强筋24中的内置的连续式纤维带21：

- 该连续式纤维带相距表面H（也就是相距该表面的切向面）有一段竖直距离d；

- 和/或该连续式纤维带相对于表面H竖直地朝向。在图3中，水平的（h）连续式纤维带21.2和21.3相距表面H有一段距离d，竖直的（v）连续式纤维带21.1相对于H在竖直方向上延展。

在图1和2的范例中，连续式纤维带在框架11中按如下方式竖直地布置：

图1示出，在旁侧的纵梁13和14（见图5）中有两个竖直的（v）连续式纤维带21.2和21.2，在下面的横梁15中有一个下面的水平的（h）相距表面有一段距离d的连续式纤维带21.3，在表面H（见图7）上有一个上面的水平的连续式纤维带21.4。

图2示出，在旁侧的纵梁中采用两种不同的可能的布置方案：

- 按照左边的方案，在纵梁13中：在后窗玻璃2的区域中，一个下面的水平的（h）连续式纤维带21.2相距表面H有一段距离d，而在后窗玻璃下面的区域中，在表面H上有一个附加的第二水平的（h）连续式纤维带21.3；

- 按照右边的方案，在纵梁14中在后窗玻璃区域内：连续式纤维带21.4在此水平地（h）伸展，且相距表面H有一段距离d，而对于后窗玻璃下面的区域，该连续式纤维带转向竖直方向（v）。

按照这两种方案，在上面的横梁12中有一个水平的（h）连续式纤维带21.1，在下面的横梁15中有一个水平的（h）连续式纤维带21.6，它相距表面H有一段距离d，还有一个竖直的（v）连续式纤维带21.5（见图8）。

有利地，连续式纤维带21在框架11的顶角17中也可以弯曲，例如从纵梁弯曲至横梁，如图1中，连续式纤维带21.1、21.2从纵梁13、14弯曲至上面的横梁12，一直伸到铰链5。在图2的右边，连续式纤维带21.4在顶角17处弯曲至下面的横梁15。

同样很重要的是，连接区域22利用纤维增强的造型材料20的空间形体（例如加强筋状或肋条状）使得连续式纤维带相互连接，例如，连续式纤维带21.1和21.2在框架11的顶角17中连接，且按照图1在上面的横梁12中连接。

视后盖板或后门的形状和大小而定，优选给框架11以及框架11内部的区域33构造有加强筋状的增强件24和肋条状的增强件25。由此按照图1和2，在后窗玻璃2的下边缘中有一个附加的成型的加强筋状横梁16，它在此带有用于雨刷电机7的保持件28。该横梁16也可以具有一个附加的连续式纤维带21.7（图2）。如图1和2所示，主支撑结构通常还具有开口32，这些开口被主支撑结构10上的外护覆件27遮盖住。连续式纤维带21经过优选设计，使得它们朝向承重部位34延伸，从而可以直接由这些连续式纤维带承受作用力：按照图1，在弹性减振部件8和铰链5所在的承重部位34处，由连续式纤维带21.1和21.2承受作用力，而在锁6所在的承重部位34处，由连续式纤维带21.3和21.4承受作用力。在这里，作为承重部位34，可以把用于固定锁6、铰链5、弹性减振部件8和雨刷电机7的嵌接件28简单地内置到主支撑结构10中，用于承受所施加的力。

图4所示为后盖板的示意性的竖直剖视图（类似于图1），在其纵梁13、14中有竖直（v）的连续式纤维带21。在此，主支撑结构10在后窗玻璃2附近的区域中还具有轻质塑料外护覆件27作为外皮或车身表面，这些塑料外护覆件固定在或者优选粘接在主支撑结构10上，以及被喷漆或着色。可以在后窗玻璃附近把这种外护覆件安置在下面（27.1）、上面（27.2）或旁边。作为外护覆件，也可以把塑料后挡板30固定或粘接在主支撑结构10上。主支撑结构10带有加强筋状的抗弯曲的周边框架11，它优选可以在外部可见表面（H）上在后窗玻璃2之外-主要在下面-被作为外护覆件27的塑料层遮盖住，该外护覆件与主支撑结构10力配合地连接，因而可以附加地提高后盖板的抗弯曲和抗扭曲的强度。在图4的范例中，后挡板30设置在后窗玻璃的上方，由此也可以安装附加组件31比如第三刹车灯、天线或倒车相机。还可以在主支撑结构10的内侧面部分区域中安置附加的内护覆件29作为内衬（例如毡层或轻质塑料层）。替代地，该内护覆件29也可以由纤维增强的塑料（带有或没有连续式纤维）构成，且与主支撑结构力配合地连接，由此形成附加的增强件。弹性减振部件8在此支撑在带有保持件28的铰链5上，并支撑在底盘3上。

图5-8以横剖视图示出在框架11的加强筋24中采用不同布置方式的连续式纤维带21，该连续式纤维带相对于后盖板的表面H布置在竖直方向（v）上。浸渍的连续式纤维带21被内置到造型材料20中。在有些区域中，主支撑结构形成内部的可见表面35（且未被内衬遮盖住），在这些区域中，连续式纤维带优选被造型材料20遮盖住，从而可见表面35由造型材料20构成，如图5-7所示。

图5示出在由纤维增强的造型材料20构成的槽架或加强筋24中内置的竖直的（v）连续式纤维带21。该造型材料可以附加地具有增强件25，如图10所示，且例如形成纵梁13、14。

图6示出带有内置的水平的（h）连续式纤维带21的加强筋，该连续式纤维带相距表面H有一段竖直距离d，在这里，该表面由以力配合方式粘接的后窗玻璃2形成，且与该后窗玻璃相结合地形成抗弯曲的框架11。

图7示出框架11的一个范例，其在表面H上带有水平的（h）连续式纤维带21.1，且在加强筋24中有一个相距表面隔开一段竖直距离d的水平的连续式纤维带21.2。这种结构以及图5和8的结构，都单独地也就是在无后窗玻璃的情况下，形成了抗弯曲的框架结构11。附加的被粘接的轻质塑料层作为外护覆件27尤其可以在后窗玻璃下面的区域中额外地起到增强作用。

图8示出一种加强筋24，其带有相距表面H隔开一段距离d的下面的水平的连续式纤维带21.1和在此（看不见地）位于内表面上的竖直的连续式纤维带21.2。作为另一方案，朝向表面H再往上一些也可以有一个较厚的竖直的连续式纤维带21.3，它与连续式纤维带21.1一起组合成一种抗弯曲的结构。

图9示出抗弯曲的主支撑结构10的其它方案，其带有叉状的也就是交叉竖直布置的连续式纤维带21.1和21.2，或者带有对角线式的（26）连续式纤维带21.4和21.5，以及在后窗玻璃2下面的区域中带有一直延伸到主支撑结构10的下顶角17的连续式纤维带21.3。在交叉部位26，竖直的连续式纤维带21.1、21.2可以分别在一半的高度（d/2）局部地变形，以便能在给定高度（d）相交叉。或者，可以通过上面的和下面的水平的连续式纤维带以及位于它们之间的交叉的竖直的连续式纤维带来形成交叉部位。

图10a、b以两个视图示出梁结构或纵梁或横梁，这种梁结构优选是带有对角线状或叉状筋条25的槽架或加强筋24。全部内置的连续式纤维带21也内置在纤维增强的造型材料20的加强筋状和/或肋条状结构中。图10c附加地示出了力配合地连接的覆盖层27，由此形成一种封闭的抗扭转的型材，例如作为图1中的上面的横梁12。

图11a、b以两个视图示出了一个范例，在肋条25中有竖直的连续式纤维带21，该肋条从一个加强筋壁（24）连续地过渡至对面的加强筋壁。

纤维增强的造型材料20能实现任意造型，内置的连续式纤维带21根据机械荷载要求进行优化布置和成型，利用由这种造型材料构成的主支撑结构10的按照本发明设计的构造，采用所述连续式纤维带，即可得到较轻的构造简单的主支撑结构10，进而得到这种后盖板1或后门。这改善了机械特性，并使得制造经济合理、成本低廉。此外，还可以实现在很大程度上形式自由的各种不同的后盖板或后门，例如也可以把锁和铰链设置在后门的旁侧。为此也可以使得内置的连续式纤维带21优选相应地弯曲和成型。

优选可以采用挤压方法或注塑方法来制造主支撑结构10，其带有置入到工具模具中的成型的且形状稳定的连续式纤维带或连续式纤维型材。这种有利的制造方法例如在WO 2004/024426中给出。浸渍的连续式纤维带或连续式纤维型材优选由处于聚合物基质中的UD（单向的）连续式纤维（例如聚丙烯中的连续式玻璃纤维）构成，纤维增强的造型材料20的平均纤维长度优选至少为2mm（尽管也可以使用短纤维）。视要求而定，可以利用长度为5-10mm及以上的纤维实现进一步改善的机械特性（用长纤维进行增强）。当然也可以采用其他聚合物和增强纤维（例如聚酰胺PA和碳纤维）。

作为另一方案，图12示出了框架11，在该框架上的部分区域中粘接有塑料外护覆件27，且在该外护覆件上粘接有后窗玻璃2。

图13也示出了后盖板1的另一方案，其带有明显弯曲的纵梁13、14，这些纵梁在下面过渡至倒圆的横梁15。后窗玻璃2在此朝向C柱弯曲。连续式纤维增强件仅由两个竖直的连续式纤维带21.1和21.2构成，这些连续式纤维带从铰链5开始，经由纵梁一直伸展到横梁15，并在那里搭接且力配合地连接（22）。在这里，例如可以在玻璃2下面设置有塑料后挡板30。

在本说明书中使用了如下附图标记：

1                     后盖板、后门

2                     后窗玻璃

3                     底盘

5                     铰链

6                     锁

7                     雨刷电机

8                     弹性减振部件

10                   主支撑结构

11                   周边的框架

12                   上面的横梁

13、14           旁侧的纵梁

15、16           下面的横梁

17                   11的顶角

20                   纤维增强的造型材料

21                   连续式纤维带、连续式纤维型材

22                   21之间的连接区域

24                   加强筋、槽架

25                   筋条

26                   叉形的对角线式的布置结构

27                   塑料外护覆件、外层

28                   嵌接件、保持件

29                   内外护覆件、内衬

30                   后挡板

31                   附加组件

32                   10中的开口

33                   带有24、25的区域

34                   承重部位

35                   可见表面

H                    后盖板的外表面、H的切向面

v                     相对于H竖直、相对于H的竖直方向

h                     水平方向

d                    相距H的竖直距离

Claims (15)

1. 一种用于汽车的后盖板（1）或后门，具有由纤维增强的热塑性塑料构成的局部支撑结构，且具有铰链（5）、锁（6）和后窗玻璃（2），其特征在于

- 一体的主支撑结构（10），该主支撑结构带有周边的抗弯曲的框架（11），该框架具有上面的横梁（12）、两个旁侧的纵梁（13、14）和至少一个下面的横梁（15）；

- 该主支撑结构由纤维增强的造型材料（20）构成，该造型材料带有至少两个浸渍的内置的连续式纤维带（21），造型材料与后窗玻璃（2）力配合地连接，并与后窗玻璃一起形成抗弯曲的结构；

- 其中连续式纤维带（21）以伸展的方式内置到框架（11）中，且相对于后盖板的表面（H）竖直（v）地布置；

- 具体为，连续式纤维带（21）相对于表面（H）竖直地布置，和/或相距表面（H）有一段竖直距离（d）；

- 其中作为传递力的抗弯曲的连接区域（22），纤维增强的造型材料（20）通过其空间形体使得连续式纤维带相互连接；

- 框架（11）具有造型材料（20）的加强筋式的增强件（24）。

2. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于主支撑结构（10），该主支撑结构在框架（11）上且在框架（11）的内部具有区域（33），所述区域带有加强筋状的增强件（24）和肋条状的增强件（25）。

3. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于朝向承重部位（34）延伸的连续式纤维带（21）。

4. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于后窗玻璃（2）下边缘处的附加的加强筋状横梁（16）。

5. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于纵梁（13、14）中的相对于表面（H）竖直地（v）布置的连续式纤维带（21）。

6. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于框架（11）的具有竖直的（v）连续式纤维带和水平的（h）连续式纤维带的部分。

7. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于框架（11）的具有上面的连续式纤维带（21）和下面的水平的（h）连续式纤维带（21）的部分。

8. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于后窗玻璃（2）下面的连续式纤维带（21）的对角线式或叉状的布置结构（26）。

9. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于被构造成带有对角线式筋条的槽架或加强筋（24）的横梁和/或纵梁。

10. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于，主支撑结构（10）的可见表面（35、H）由纤维增强的造型材料（20）构成，或者由外护覆件（27）构成。

11. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于后窗玻璃之外的与主支撑结构（10）连接的塑料的外护覆件（27）。

12. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于固定在或粘接在主支撑结构（10）上的塑料的后挡板（30）。

13. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于作为承重部位（34）的嵌接件（28），所述嵌接件作为用于锁（6）、铰链（5）、雨刷电机（7）或弹性减振部件（8）的固定件内置到主支撑结构（10）中。

14. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于，主支撑结构（10）采用挤压方法或注塑方法来制造，该主支撑结构带有置入到工具模具中的形状稳定的浸渍的连续式纤维带（21）。

15. 如权利要求1所述的后盖板，其特征在于，主支撑结构（10）在部分区域中具有附加的力配合地连接的内衬（29）。

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