CN106457698A - 用于制造局部增强的型材构件的方法以及借助该方法制成的构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造局部增强的型材构件的方法，包括下述步骤：提供由纤维增强的塑料制成的待增强的主型材(11)，提供由塑料制成的、用于局部增强主型材(11)的副型材(12、13)，将副型材(12、13)设置在主型材(11)的外表面上以便产生型材构件(10)，加热型材构件(10),借助对外表面的压力加载以及同时以反压力对型材构件的内表面的压力加载来材料锁合地连接主型材(11)和副型材(12、13)。

Description

用于制造局部增强的型材构件的方法以及借助该方法制成的 构件
技术领域
本发明涉及一种用于制造局部增强的型材构件的方法以及一种相应制成的型材构件。
背景技术
为了由纤维增强的塑料制造型材构件，例如已知将成型的泡沫芯以由玻璃纤维或碳纤维制成的纤维网缠绕。所述纤维材料可已经用基质预先浸渍或之后被供应给浸渍工艺。但是，通过这种方式难以实现高变形度。
因此，由DE102012018804A1已知一种用于制造具有更高变形度的用于机动车的结构构件的方法，其中，首先通过包覆变形软管来制造纤维复合半成品，并且随后通过弯曲进行变形以实现高的变形度。通过同时以反压力对变形软管加载压力来避免弯曲过程期间的凸鼓。
通过这种方式产生的纤维复合构件被制造为连续构件并且必须被切割到期望的长度。由此，纤维复合构件在其整个长度上具有一致的材料类型和材料厚度或者说壁厚，该材料厚度或者说壁厚由之后的构件的具有最大预期负荷的那个位置限定。因此，受载较小的区段具有相同的厚度并且与之相应地是超尺寸的。
由EP2465665A1已知一种方法，该方法建议局部包覆结构构件以便有针对性地增强该结构构件。为此，金属的空心型材被局部以预浸物(Preprags)多次缠绕。但是该缠绕过程是耗费的并且需要随后硬化基质。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种型材构件，该型材构件至少减少上述缺点并且因此能尽可能简单地制成。
该任务借助根据权利要求1的方法以及具有权利要求11的特征的型材构件来实现。
据此建议一种用于制造局部增强的型材构件的方法，包括下述步骤：
a.提供由纤维增强的塑料制成的待增强的主型材；
b.提供由塑料制成的用于局部增强主型材的副型材；
c.将副型材设置在主型材的外表面上以便产生型材构件；
d.加热型材构件；
e.借助对外表面的压力加载以及同时以反压力对型材构件内表面的压力加载来材料锁合地连接所述主型材和副型材。
所描述的方法提供如下优点，即不仅主型材而且副型材均可独立于之后的型材构件的制造而制造并且可提前生产。因此例如可能的是，所述型材制成为用米量的物品并被切割到预先限定的长度。
在此，主型材由纤维增强的塑料制成并且优选已经完全硬化。根据使用目的，短纤维、长纤维或连续纤维适合作为增强纤维。当然也可使用这些纤维的混合物。所述纤维可包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、天然纤维或其它适合用于增强塑料的纤维以及这些纤维的混合物。副型材包括非纤维增强的塑料或也包括纤维增强的塑料。
在理想的情况下将热塑性塑料应用于两种型材，其中，两种型材的相应的塑料材料可互不相同。即可能的是，相对于主型材而言，作为用于副型材的材料可使用相同的塑料材料，但也可使用不同的塑料材料、不同的纤维长度或不同的纤维类型。在此明确可以是所述替代方案的所有组合。选择不同的增强纤维类型和/或纤维长度提供了如下特别的可能性：增强程度能够有针对性地匹配于局部要求。因此，主型材可例如以长纤维增强，而副型材则构造为以连续纤维增强的。
在任何情况下，通过将副型材设置在为其规定的位置上使主型材基于局部的壁厚增加而增强。该设置首先可包括将副型材纯粹定位在主型材的外表面上。随后通过如下方式将两型材实际上连接成共同的型材构件：加热所述两型材并且通过作用到型材构件的外表面上的压力加载以及作用到内表面上的压力加载使所述两型材彼此压紧。
因此无需附加的材料、尤其是粘合剂或类似物。而是材料锁合地压紧主型材的经加热的塑料材料与副型材的经加热的塑料材料。这意味着，这些塑料材料至少部分彼此连接、优选彼此熔合，从而产生一件式的型材构件。通过这种方式将副型材材料锁合地与主型材连接并且至少局部增强该主型材。
因此，所述型材构件仅在副型材的位置、优选在具有高预期负荷的位置上具有相应的增强部。反之，具有低预期负荷的位置则可以在没有附加的增强部的情况下仅具有主型材的壁厚并且因此与局部增强的位置相比构造成壁更薄的。该结构允许基于需求的局部增强部的尤其简单的制造并且同时减少了材料用量以及整个构件重量。当然，为了增强主型材的多个位置可设置多于一个的副型材。
根据一种优选实施方式，加热型材构件的步骤包括同时以支撑压力对型材构件的内表面加载压力。
基于支撑压力可防止已加热或正加热的型材构件在型材构件的材料强度或刚度随着加热增加而减小时塌陷、凸鼓或凹陷。为此，支撑压力限定相对于外部压力略微提高的内部压力。为了实现支撑功能，该内部压力可根据所使用的塑料材料例如为0.5至5bar、优选约1bar。
此外，所述方法可包括如下步骤：
-液密连接主型材的第一端部与流体导入管路；和/或
-液密连接主型材的第二端部与流体导出管路，
以便将压力流体导入和/或导出主型材以用于对内表面产生压力加载。
据此，通过将压力流体导入主型材中以用于产生支撑压力和/或反压力可实现对内表面的压力加载。例如压缩空气、水、油或其它液体适合作为压力流体。它们经由流体导入管路被导入由主型材内表面限定的主型材内部空间。作为选择可在主型材的第二端部上经由流体导出管路又导出该流体。
例如可通过主型材和/或设置在那里的副型材的基质过量(塑料过量)来实现在相应端部与流体导入管路或与流体导出管路之间的密封性。所述过量可设置在主型材和/或副型材的内表面上和/或外表面上，从而可实现足够的密封性并且因此可省去主型材内部的变形软管。
所述流体导入管路和/或流体导出管路可分别具有夹爪作为用于与主型材和/或副型材连接的耦联件。优选所述夹爪可以在流体导入管路和/或流体导出管路的那侧具有用于调节流量的阀。
也可选择对压力流体进行调温、尤其是加热或冷却压力流体，以便在压力加载期间相应地加热或冷却型材构件。加热型材构件的步骤可尤其通过使用相应加热的压力流体实现。
优选所述方法此外包括将型材构件设置在模具中的步骤，其中，借助模具实现对型材构件外表面的压力加载。这意味着，为了连接副型材与主型材将型材构件放入模具中并且压紧。所产生的反压力可例如小于500bar、优选小于200bar、尤其优选小于100bar。
在此，所述型材构件可在模具外部就已经被加热和/或在模具本身中被加热。外部加热可例如借助外部热源、尤其是非接触式热辐射器、例如紫外线热辐射器或红外线热辐射器进行。作为替代或附加，已经描述的导入经加热的压力流体可用于加热型材构件。
作为附加，所述借助模具对型材构件外表面的压力加载此外包括使型材构件变形。这意味着，在模具中不仅仅实现主型材与副型材的连接。而是可使整个型材构件变形为新的形状。在此，所述内表面的压力加载可以(如描述的那样)作为反压力用于防止主型材凹陷或凸鼓。与此相应地可以尤其简单的方式产生具有高变形度的构件。
根据优选的实施方式，所述副型材具有C形或U形的横截面或在周向方向上封闭的横截面。此外，所述主型材可具有在周向方向上封闭的横截面。
当副型材的横截面构造成C形或U形时，副型材可这样设置在主型材上，使得副型材借助C形或U形形状的腿至少部分地包围主型材。在副型材横截面封闭的情况下，该副型材构成空心型材，其中，主型材设置在封闭的横截面内部并且甚至完全被其包围。根据横截面的设计结构，副型材可侧向或者说横向于主型材的纵向方向插到主型材上或沿其纵向方向推套到主型材上。优选所述纵向方向与型材的挤出方向相同。
主型材和/或副型材的在周向方向上封闭的型材尤其可理解为空心型材，该空心型材的壁在垂直于型材纵向延伸的剖面中构造成连续且无中断的。横截面本身可具有任意形状或取决于之后的构件形状。优选尤其是圆形、椭圆形、弯曲的和多边形的横截面。多边形横截面的角部可选择倒圆。例如主型材和副型材可具有相同的横截面形状。
但是根据一种实施方式，副型材的内横截面等于或大于主型材的外横截面。由此可确保副型材能插到或沿纵向方向推套到主型材上。
此外，将副型材设置在主型材上的步骤可包括将副型材局部固定在主型材上。这可尤其借助连接机构、外部保持工具和/或至少局部材料锁合的连接实现。因此可防止副型材在接下来的作业步骤中从主型材脱离或在两型材材料锁合地彼此连接之前相对于期望的位置移动。
此外，所述方法可包括在主型材内部设置变形软管以用于以反压力和/或支撑压力对内表面加载压力的步骤。因此，主型材的壁本身不用作压力流体的容器。而是变形软管设置在主型材内部并且该变形软管被填充以压力流体，使得该变形软管支撑在壁或内表面上。压力流体相应地经由变形软管的壁对主型材的内表面进行加载。
如已经所述的那样，主型材和/或副型材可制成为用米量的物品。与此相应地，所述方法包括将主型材和/或副型材切割到相应预先限定的长度的步骤。优点是在用于连续生产半成品的方法中尤其简单的制造，例如制成为挤压型材或借助拉挤成型、尤其制成为空心型材。作为附加，所述各型材的制造能够在空间和时间上与加工成型材构件的不连续加工脱耦，使得用于实际的型材构件的生产节奏时间和周期时间不会受这两个型材的制造影响。
所述方法不仅适合用于凸形的几何结构而且也适合用于凹形的几何结构。包括后续注塑过程的进一步加工也是可能的，以便例如在型材构件上安装功能元件、如肋、嵌件或法兰。因为可省去芯系统，所以此外可能的是，设置有型材构件的事后发泡以改进碰撞特性或者利用型材构件的相应空腔以保护管路引导部和/或缆线引导部。
此外规定一种型材构件，其中，所述型材构件借助所描述的方法制成。
所述型材构件例如可以是机动车的纵向支架、横向支架、座椅横向支架、尾部横向支架、前端支架、车顶框架、发动机支架、碰撞型材、导杆和/或稳定器。
附图说明
下面借助实施例参照附图详细阐述本发明。附图如下：
图1示出根据说明书的方法的第一步骤；
图2示出第二步骤；
图3示出第三步骤；
图4示出第四步骤；
图5示出第五步骤；和
图6示出所述方法的第六步骤。
具体实施方式
在图1中示出一种用于制造局部增强的型材构件10的方法的第一步骤。据此首先提供由纤维增强的塑料制成的待增强的主型材11。还设置有两个由塑料或也由纤维增强的塑料制成的副型材12、13，用于局部增强主型材11。
仅为了更好的清楚性，下述说明规定使用两个副型材用以在两个不同位置增强主型材。但是当然也可借助仅一个副型材亦或借助多个副型材类似地实施该方法。
两个副型材12、13设置在主型材11的外表面11a上。在图1中提供第二副型材13，以将其沿纵向方向L推套到主型材11上。为此，副型材12、13的相应内横截面等于或大于主型材11的外横截面。纵向方向L沿主型材11的轴向延伸方向延伸。所述两个副型材12、13例如具有C形或U形横截面或作为空心型材具有在周向方向上封闭的横截面(分别未示出)。而具有在周向方向上封闭的横截面的主型材构造为空心型材(也未示出)。
图2示出已推套上的状态，其中，两个副型材12、13设置在主型材11上相应待增强的位置上。这种布置形成待进一步加工的型材构件10。为了防止两个副型材12、13相对于主型材11滑动，可实施副型材12、13在主型材11上的未示出的局部固定。这可尤其借助连接机构、外部保持工具和/或至少局部材料锁合的连接实现。
图3示出主型材11的第一端部14与流体导入管路15的液密连接和主型材11的第二端部16与流体导出管路17的液密连接。在此，压力流体D可在第一端部14上导入到主型材11中以便对内表面11b产生压力加载并且在第二端部16上被导出(参见图4)。
在图4中示出下一步骤：加热型材构件10。为此可例如仅设置外部热源18、尤其是红外线灯。在加热型材构件11期间可优选通过如下方式同时实现以支撑压力对型材构件11的内表面11b的压力加载：将压力流体D导入到主型材11中。作为替代或附加，可通过可选地加热导入的压力流体D来加热所述型材构件10。
随后，将加热的型材构件10放入模具20中，该模具包括上模和能够相对于该上模运动的下模，其中，借助所述模具实现对型材构件的外表面的压力加载。为此，模具20在型材构件10放入之后封闭并且对其进行挤压。
根据一种替代顺序(未示出)，可首先将型材构件10放入模具20中并且在那里也借助外部热源、集成到模具中的热源或必要时加热的压力流体D进行加热。
如在图6中借助封闭的模具20所示的那样，在此借助对外表面的压力加载和同时以反压力对型材构件10内表面的压力加载来材料锁合地连接主型材11与两个副型材12、13。作为附加，这样构造模具20，使得借助模具20对型材构件10外表面的压力加载此外引起整个型材构件11的变形。型材构件10的内表面由主型材11的内表面11b构成。而型材构件10的外表面不仅由外表面11a而且在局部增强的位置也由副型材12、13的外表面限定。
由此可得到所需要的构件形状。型材构件10可例如是机动车的纵向支架、横向支架、前端支架、车顶框架、导杆和/或稳定器。

Claims (13)

1.用于制造局部增强的型材构件的方法，包括下述步骤：
a.提供由纤维增强的塑料制成的待增强的主型材(11)；
b.提供由塑料制成的用于局部增强所述主型材(11)的副型材(12、13)；
c.将副型材(12、13)设置在主型材(11)的外表面(11a)上以便产生型材构件(10)；
d.加热型材构件(10)；并且
e.借助对外表面的压力加载以及同时以反压力对型材构件(10)的内表面加载压力来材料锁合地连接主型材(11)和副型材(12、13)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，加热型材构件(10)的步骤包括同时以支撑压力对型材构件(10)的内表面加载压力。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括如下步骤：
-液密连接主型材(11)的第一端部(14)与流体导入管路(15)；和/或
-液密连接主型材(11)的第二端部(16)与流体导出管路(17)，
以便将压力流体导入和/或导出主型材(11)用于对内表面(11b)产生压力加载。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在第一端部与流体导入管路之间和/或在第二端部与流体导出管路之间的密封性通过主型材在内表面(11b)上和/或在主型材(11)的外表面(11a)上的基质过量实现。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述方法包括将型材构件(10)设置在模具(20)中的步骤，其中，借助模具(20)对型材构件(20)的外表面实现压力加载。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，借助模具(20)对型材构件(10)的外表面的压力加载此外包括使型材构件(10)变形。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述副型材(12、13)具有C形或U形的横截面或在周向方向上封闭的横截面，并且所述主型材(11)具有在周向方向上封闭的横截面。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述副型材(12、13)的内横截面等于或大于主型材(11)的外横截面。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，将副型材(12、13)设置在主型材(11)上的步骤包括将副型材(12、13)局部固定在主型材(11)上、尤其是借助连接机构、外部保持工具和/或至少局部材料锁合的连接来局部固定在主型材上。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述方法包括在主型材(11)内部设置变形软管以便以反压力和/或支撑压力对内表面加载压力的步骤。
11.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述主型材(11)和/或副型材(12、13)被制成为用米量的物品，并且该方法包括将主型材(11)和/或副型材(12、13)切割为相应预先限定的长度的步骤。
12.型材构件，其特征在于，所述型材构件(10)借助根据权利要求1至11之一所述的方法制成。
13.根据权利要求12所述的型材构件，其特征在于，所述型材构件(10)是机动车的纵向支架、横向支架、前端支架、车顶框架、发动机支架、碰撞型材、导杆和/或稳定器。
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