CN111770825A - 具有多个有机板件的结构构件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

特别是提出了一种结构构件，其包括至少两个有机板件(10A～10E)，它们至少区段式地彼此上下相叠并且分别具有纤维层(100)，其中，至少在有机板件(10A～10E)的纤维层(100)中构造出至少一对彼此对齐的孔(101)，有机板件(10A～10E)在至少一对彼此对齐的孔处彼此形状锁合地连接。此外还给出了一种制造结构构件的方法。

Description

具有多个有机板件的结构构件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的结构构件以及一种根据权利要求9所述的制造结构构件的方法。
背景技术
结构构件特别是在汽车领域中可以例如具有支撑的和/或结构化的功能。可能的使用位置是多种多样的；例如座椅框架、门和车体的部件。
由DE 10 2013 213 711 A1已知由有机板制造结构构件。在此，对有机板件进行热改型处理以制造结构构件。
由纤维加强的，尤其是连续纤维加强的热塑性塑料制成的板状材料(半成品)被称为有机板。(连续的)纤维可以呈例如由玻璃纤维，芳纶纤维，碳纤维或塑料纤维构成的无屈曲织物、梭织物或针织物的形式嵌入热塑性基质中。因此，有机板是可热成型的(可热改型的)复合材料。例如聚烯烃(特别是聚丙烯)以及有机玻璃、聚碳酸酯、聚苯乙烯和/或聚酰胺适合作为基质材料。当有机板以塑料材料注射成型时，热塑性基质可以熔化，由此可以与注射成型的塑料材料产生材料锁合(stoffschlüssig)的连接。因此，有机板是极其通用的材料，利用其可以制造重量轻且稳定性高的结构构件。
申请人从实践知道，结构构件由多个有机板件制造。为了使各个有机板件在完成的结构构件中可靠地彼此紧固，通常将有机板件彼此相对较大的重叠地放置并热压。为了使有机板件彼此可靠地保持叠置，必须提供较大的重叠面积。但是，对于结构构件的稳定性而言，通常不需要如此大的重叠区域。由于有机板的制造非常复杂，因此需要在结构构件上有效使用。此外，已经表明，有机板件的热压必须在相对小的最佳温度窗口内进行。因此，对温度的精确监控会使制造过程变得相对复杂。
发明内容
本发明的任务是提供一种能够最有效地使用有机板的结构构件。
该任务通过根据权利要求1的结构构件解决。
这种结构构件，特别是用于机动车的结构构件，包括两个或更多个有机板件，它们至少区段式地彼此上下相叠，尤其彼此平齐地叠置。有机板件分别具有纤维层。至少在有机板件的纤维层中构造出一对或多对彼此对齐的孔，有机板件在孔处(并且借助孔)彼此紧固，具体而言，通过形状锁合(formschlüssig)的连接，特别是通过有机板件彼此的形状锁合彼此紧固。一对彼此对齐的孔中的一个孔构造在一个有机板件上，而该对中的另一个孔构造在另一个有机板件上。
以这种方式，可以以特别可靠的方式并且以特别小的重叠将两个或更多个有机板件(也可以称为有机体)彼此紧固。这是因为将有机板件形状锁合地紧固到彼此对齐(例如，布置成彼此吻合)的孔能够实现有机板件彼此特别可靠的紧固。这能够实现有机板的特别有效的材料利用。有机板件彼此之间的紧固尤其以不可松脱的连接方式进行。例如，一个有机板件的一个区段在其中构造出孔的地方从后方嵌接另一个有机板件。
各个有机板件可以例如分别构造为有机板坯料，例如从较大的有机板材中切出或冲压出来。当制造有机板坯料时，期望产生少量废料以实现有机板件的最有效利用。所提出的结构构件甚至可以实现的是，在结构构件中提供那些之前作为废物被丢弃的较小的有机板件。
另外，所提出的结构构件能够实现的是，例如以能承受更大负载的(例如，较厚和/或设有较厚的纤维层的)有机板件构造出结构构件的承受更大的应力的区域，尤其是即使这些区域相对较小也是可行的。这也使得能够特别有效地使用有机板。
有机板件可以是连续纤维加强的有机板件。术语“连续纤维加强的”应理解为，用于加强的纤维的长度主要通过(至少在改型过程之前)板状的有机板件的尺寸限界。因此可以规定，纤维在连续纤维加强的有机板件的边缘内基本上不中断。
尤其可以在有机板件的纤维层之间形成形状锁合的连接。例如，有机板以其纤维层延伸，例如，以一个孔的边缘插入另一有机板件的孔中，以建立形状锁合的连接。对齐的孔的区域中的纤维层也可以至少部分地推移到彼此之中或混合在一起，以使各个纤维之间存在形状锁合。纤维层之间的形状锁合能够实现有机板件的特别可靠的连接。
替选地或附加地，填充物可以延伸穿过至少一对彼此对齐的孔。填充物可以材料锁合地与一个或两个有机板件的热塑性基质连接(并因此在有机板件之间建立材料锁合的连接)。填充物实现有机板件的特别可靠的连接。填充物可以例如由注塑材料，特别是纤维加强的(例如长玻璃纤维加强的)注塑材料构成。换句话说，有机板件可以借助注塑材料彼此缝合。
填充物包括例如与其中至少一个有机板件的基质相同的材料或由该材料组成。特别地，它可以包括与基质相同的材料，并且可以附加地以纤维加强。由此可以实现有机板件的特别可靠的材料锁合的(必要时另外是纤维加强的)连接。
填充物特别是延伸穿过一对(或多对)彼此对齐的孔。在有机板件的彼此重叠的一侧或两侧上，填充物可以分别与保持件一体地(特别是材料一致地)构造。保持件分别具有比彼此对齐的孔更大的直径。以这种方式可以实现有机板件的特别可靠的形状锁合的连接。
在一个实施例中，提供了若干对彼此对齐的孔，它们分别至少构造在有机板件的纤维层中。例如，提供了多于五对，多于十对或多于二十对的彼此对齐的孔。由此，即使在很小的重叠区域上，也能够特别可靠地将有机板件彼此紧固。另外，于是可以以小直径构造各个孔。
可以在至少两对彼此对齐的孔之间构造加强肋，这些孔分别至少引入到彼此重叠的有机板件的纤维层中。特别地，加强肋沿着有机板件中的至少一个有机板件从一对延伸到另一对。加强肋可以特别与至少两对彼此对齐的孔的填充物一体式地构造。这样，可以将填充物固定在其位置上。另一方面，这些孔提供了加强肋的特别可靠(例如材料一致)的紧固部位。
可以在至少两对彼此对齐的孔之间在重叠的有机板件的两侧上分别构造出至少一个加强肋。由此实现结构构件的特别稳定的加强。加强肋可以例如是通过成对的彼此对齐的孔的填充物一体式地(特别是材料一致地)彼此连接。
通过具有权利要求9的特征的方法也解决了上述任务。
然后提出一种用于制造结构构件的方法，该方法包括以下步骤：
-提供两个或更多个有机板件，特别是呈有机板坯料的形式(所述提供可以包括切割有机板材以形成其中一个或多个有机板件)；
-将有机板件布置成使有机板件区段式地或至少区段式地彼此上下相叠，尤其彼此平齐地叠置；并且
-将至少一个延伸穿过两个有机板件的通孔引入到，特别是刺穿(彼此上下相叠的)有机板件，并且在通孔处构造有机板件的形状锁合的连接(特别是通过有机板件彼此的形状锁合)。
有机板件的形状锁合的连接的构造可以由通孔的引入实现，为此，例如通过刺穿使两个有机板件的材料区段彼此嵌接。
有机板件在通孔处的特别是不可松脱的紧固可以实现有机板件彼此之间特别可靠的紧固，从而有机板件可以以特别小地重叠来布置。这能够实现有效地使用有机板材料。
布置有机板件、引入通孔并将有机板件彼此紧固的步骤可以在同一模具中，特别是在注塑模具中进行。
可以在引入通孔之前或之后将有机板件改型。可选地，在将有机板件引入到注塑模具之前或有机板件在注塑模具中时其进行加热，并且在注塑模具闭合时将其改型。作为改型的替选或补充，有机板件也可以彼此压紧，这能够实现彼此之间的额外地面式的粘附。
可以在有机板件的加热状态下引入至少一个延伸穿过两个有机板件的通孔。其中每个有机板件的基质都可以通过加热有机板件而塑性变形。
可选地，通孔借助至少一个例如呈针的形式的冲子(共同地)引入(彼此上下相叠)的有机板件中。冲子可以附接在注塑模具上。通过冲子冲入到预先加热的有机板件中，可以在不切断纤维的情况下引入孔。例如，可以将有机板件的纤维层的纤维推挤开。在这种情况下，纤维层可以彼此互锁和/或形状锁合地从后方嵌接。因此，可以使用冲子或针将有机板件彼此缝合。
可选地，将注塑材料注射成型到有机板件上(在注塑模具中)，其中，给至少一个延伸穿过有机板件的通孔充填由注塑材料形成的填充物和/或注射成型有加强肋或其他的功能元件。加强肋和填充物可以作为连续的注塑区段注射成型到有机板上。
优选地，至少两个、特别是更多个分别延伸穿过有机板件的通孔引入到有机板件中，这能够实现特别可靠地紧固。
因此，可以将至少一个加强肋注射成型到有机板件上，由此加强肋将至少两个通孔(特别是还有引入其中的填充物)彼此连接。
该方法尤其可以构造用于制造根据在此描述的任意构造方案的结构构件。在各个实施方案的相应优点方面，参考上下文的相应描述。
附图说明
下面将参考附图中所示的示例性实施例进一步阐述本发明所基于的构思。其中：
图1A至图1C示出两个有机板件的示意性截面图，这两个有机板件共同以冲子穿孔并且相互连接；
图2A至图2D示出在制造结构构件的不同阶段中的两个有机板件的示意性俯视图；
图3示出了用于制造车门的结构构件的三个有机板件的立体图；
图4A和图4B示出根据图3的三个有机板件的部分彼此上下相叠布置的两侧的俯视图；
图5A和5B示出以根据图4A和4B的布置制造的结构构件的两侧的俯视图；
图5C和5D示出根据图5A和5B的结构构件的两侧的立体图；并且
图6A和6B示出具有根据图6A和6B的结构构件的车门内板的两侧的俯视图。
具体实施方式
图1A示出了两个有机板件10A和10B，它们在图1A所示的区域中彼此上下相叠，当前在面式地贴靠。有机板件10A、10B分别包括呈纤维垫形式的作为无屈曲织物或梭织物的纤维层100。纤维层100分别被嵌入由热塑性塑料制成的基质102中。有机板件10A、10B尤其分别由热塑性玻璃纤维梭织物或无屈曲织物制造。
图1A还示出了冲子2，冲子具有与有机板件10A、10B相邻的尖端20。例如，有机板件10A、10B在模具中(例如注塑模具)夹紧。冲子2可以支承在注塑模具上，例如以可移动的方式支承在注塑模具上。冲子2具有例如3mm至4mm的直径。
图1B示出了在冲子2垂直于有机板件10A、10B的表面地移动并且因此使孔101(具有冲子2的直径)穿刺入有机板件10A、10B中之后的根据图1A的有机板件10A、10B。有机板件10A、10B因此借助冲子(特别是共同地)被刺穿或冲孔。
两个有机板件10A、10B的孔101彼此同轴地对准。孔101彼此重叠，也就是说，它们彼此对齐地布置。孔共同形成穿过两个有机板件10A、10B的通孔DL。
有机板件10A、10B的刺穿尤其可以在加热有机板件10A、10B之后进行。在孔101的区域中，有机板件10A、10B的纤维层100的纤维被冲子2的尖端20向侧面推移。通过(共同地)孔101的冲入，有机板件10A、10B在孔101的区域中彼此围嵌。在(被针刺的)有机板件10A、10B之间存在形状锁合，有机板件10A、10B通过该形状锁合彼此紧固。
彼此紧固的有机板件10A、10B形成结构构件1。结构构件1例如是汽车的装饰部件或车身部件。
在借助冲子2刺穿有机板件10A、10B之后，冲子2再次从通孔DL拉出。然后将填充物例如引入到通孔DL中。通过注塑注入。
通孔DL用作用于注塑材料的流动通道。
图1C示出了在将填充物11引入到通孔DL中(即，有机板件10A、10B的两个孔101中)之后的有机板件10A、10B。填充物11将有机板件10A、10B在孔101的区域中固定在形状锁合的位置中。
此外，不仅通孔DL的内部被充填填充物11。附加地，除了孔101的边缘之外，还将填充物11的材料扩展到上下置放的有机板件10A、10B的两侧。因此，在有机板件10A、10B的两侧构造出保持件13，该保持件13在通孔DL处提供了有机板件10A、10B的特别可靠的形状锁合的连接。
图1C还示意性地示出了(打开的)注塑模具4，该注塑模具用于注射成型注塑材料并且可选地用于将有机板件10A、10B改型，在注塑模具上以可移动的方式地支承有冲子2。
参考图2A至2D，现在将进一步阐述用于制造多次被针刺的结构构件1‘的方法。
在第一步骤中，提供两个有机板件10A、10B(也称为有机体)，参见图2A，这例如可以包括从较大的有机板材的切割件(例如冲裁件)。两个有机板件10A、10B均是扁平且平坦的，其中，也可以以此处描述的方式连接非平坦的有机板件。冲孔、改型和注塑优选在同一模具中进行。
在另一步骤中，有机板件10A、10B按如下方式布置，即，它们区段式地彼此上下相叠，参见图2B。在这种情况下，有机板件10A、10B在重叠区域UB中彼此上下相叠，特别是面式地贴靠。有机板件10A、10B的区段式彼此上下相叠的布置特别是可以通过将有机板件10A、10B放置在模具(例如注塑模具)中来实现。
在另一步骤中，若干通孔DL被引入穿过两个有机板件件10A、10B，见图2C。每个通孔DL的引入可以如结合针对单个通孔DL的图1A和1B的详细说明的那样进行。
在此，一方面，可以以同一个冲子2引入多个或全部通孔DL(一个接一个)。另一方面，也可以针对每个要穿刺出的通孔DL提供单独的冲子2，从而可以同时穿刺出所有通孔DL。
在根据图2C的示例中，将多行和多列通孔DL的网格，更确切地说是矩阵，引入有机板件10A、10B中。
通过对有机板件10A、10B进行冲孔或针刺，使得这些有机板件已经彼此紧固并共同形成结构构件1‘。
在接下来的步骤中，通过针刺出的通孔DL注射出肋，即加强肋11，具体地，通过以注塑模具进行注射成型而实现，参见图2D。
作为注塑材料，例如使用长纤维加强的材料，特别是长玻璃纤维加强的注塑材料。
根据图2D，加强肋11用作保持件(类似于根据图1C的保持件13)。另外，加强肋11加强结构构件1‘，例如抗扭。
在根据图2D的示例中，每个通孔DL都借助加强肋11与至少两个相邻的通孔DL连接。在当前情况下，一组相互平行的加强肋11在多个通孔DL上延伸。另一组相互平行的加强肋11垂直于前述的一组加强肋11地延伸。
通过注射穿过通孔DL，使注射成型的加强肋11具有特别好的稳定性。
可以在相互连接的有机板件10A、10B的两侧可选地构造(注射成型出)加强肋11，这可以进一步提高结构构件1‘的稳定性。
通过针刺的通孔DL对有机板件10A、10B的注射成型也可以称为“注射缝合”。因为它具有与例如借助线的缝纫类似的效果。通过通孔DL注射的注塑材料在多个通孔DL之上材料一致地延伸穿过通孔DL并且穿过加强肋11。由此实现了两个有机板件10A、10B的特别可靠的连接。
因为有机板件10A、10B特别可靠地彼此紧固，所以重叠区域UB可以相对较小地构造。这样可以节省大量的有机板。另外，可以以尽可能小的重量对结构构件1‘的稳定性进行基于需求的改进调整。
可选地，有机板件10A、10B(例如，与注射缝合同时地)被热压(特别是在熔融状态下)，以实现有机板件10A、10B彼此之间的进一步改善的紧固。
在图1A至2D中，分别示出了两个有机板件10A、10B的连接。然而，当然也可以以上述方式将两个以上的有机板件10A、10B彼此连接。在此，也可以穿刺出穿过两子层以上的彼此上下相叠的有机板件的通孔，例如穿过三个或更多的彼此上下相叠的有机板件。
图3示出了多个有机板件的另一个实施例，在此是三个有机板件10C～10E。
有机板件10C～10E已经根据图3进行了预成型，即，通过改型(特别是热成型)分别由平坦的有机板件制造。
有机板件10C～10E构造成用于共同地构造出呈车辆的车门内板的部件形式的结构构件1“。有机板件10C～10E具有彼此不同的特性。在此，各个有机板件10C～10E在由各自的有机板件10C～10E构造出的区域中匹配结构构件1“的要求。
第一有机板件件10C在完成的结构构件1“中形成面式的区段，例如，组件支架的一部分，并且由(薄)有机板制造，在当前情况下，其厚度为0.6毫米。第二有机板件10D在完成的结构构件1”中形成了车门内板的水平支架的一部分。第二有机板件10D由中等厚度的有机板件制造，在当前情况下为1.0mm的厚度。第三有机金属板10E在完成的结构构件1“中形成了车门内板的纵梁的一部分。纵梁必须承受特别重的负载。因此，第一有机板件10C由厚的有机板件制造，在当前示例中，具有1.5mm的厚度。
图4A和图4B示出了有机板件10C～10E处于彼此上下相叠布置的状态。第一有机板件10C和(较小的)第二有机板件10D在第二有机板件10D的整个面上重叠。因此，第二有机板件10D加强了第一有机板件10C。第一有机板件10C和(较小的)第三有机板件10E部分重叠。第二有机板件10D和第三有机板件10E不重叠。
图5A至5D示出了完成的结构构件1“。通过注射缝合将三个有机板件10C～10E彼此紧固。若干通孔DL将第一与第二有机板件10C、10D以及第一与第三有机板件10C、10E连接。
在结构构件1“的两侧上构造出加强肋11的网。
有机板件10C～10E的边缘以注塑材料包封。由此，可以保护有机板件10C～10E的纤维层。可选的孔眼或其他连接元件在结构构件1“上注射成型。所有注射成型的区段都可以以无低切的形式构造，从而简化制造。
此外，在当前示例中，在结构构件1“的从外部可见的部分上，在此是纵梁上，构造出面式包覆注射的区域14。另一个面式包覆注射的区域呈窗调节器的导轨(的至少一部分)的形式构造。尤其是从外部可见的面可以通过相应的注塑设有表面结构，例如粒结。
图6A和6B示出了用于车门的车门内板3，其中，根据图5A～5D的结构构件1“形成了车门内板3的部件。结构构件提供结构相关的功能(并且在所示示例中还提供支撑功能)。
在图6A和6B所示的示例中，结构构件1“与金属板连接，例如拧接，该金属板构造成其余的车门内板3。替选地，车门内板3的其余部件以这里所述的结构构件的形式制造。
根据图5A～5D所示的结构构件1“的构造仅是示例性的。例如，结构构件可以构造成整个门内板。为此，可以通过注射缝合将若干有机板件相互连接。
附图标记列表
1、1‘、1“ 结构构件
10A～10E 有机板件
100 纤维层
101 孔
102 基质
11 填充物
12 加强肋
13 保持件
14 面式包覆注射的区域
2 冲子
3 门内板
4 注塑模具
20 尖端
DL 通孔
UB 重叠区域

Claims (15)

1.结构构件(1、1‘、1“)，所述结构构件包括至少两个有机板件(10A～10E)，所述有机板件至少区段式地彼此上下相叠并且所述有机板件分别具有纤维层(100)，其中，至少在所述有机板件(10A～10E)的纤维层(100)中构造出至少一对彼此对齐的孔(101)，所述有机板件(10A～10E)在所述至少一对彼此对齐的孔处彼此形状锁合地连接。
2.根据权利要求1所述的结构构件(1、1‘、1“)，其特征在于，在所述有机板件(10A～10E)的纤维层(100)之间构造出形状锁合的连接。
3.根据权利要求1或2所述的结构构件(1、1‘、1“)，其特征在于，有填充物(11)延伸穿过所述至少一对彼此对齐的孔(101)。
4.根据权利要求3所述的结构构件(1、1‘、1“)，其特征在于，所述填充物(11)包括与所述有机板件(10A～10E)中的至少一个有机板件的基质(102)相同的材料或由与所述有机板件中的至少一个有机板件的基质相同的材料组成。
5.根据权利要求3或4所述的结构构件(1、1‘、1“)，其特征在于，所述填充物(11)延伸穿过成对的彼此对齐的孔(101)并且在彼此重叠的有机板件(10A～10E)的两侧上分别与保持件(13)一体式地连接，所述保持件与彼此对齐的孔(101)相比具有更大的直径。
6.根据前述权利要求中任一项所述的结构构件(1、1‘、1“)，其特征在于，设置有若干彼此对齐的、分别至少构造在所述有机板件(10A～10E)的纤维层(100)中的孔(101)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的结构构件(1、1‘、1“)，其特征在于，在至少两对彼此对齐的孔(101)之间构造出加强肋(12)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的结构构件(1、1‘、1“)，其特征在于，在至少两对彼此对齐的孔(101)之间在彼此上下相叠的有机板件(10A～10E)的两侧上分别构造出至少一个加强肋(12)。
9.用于制造结构构件(1、1‘、1“)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供至少两个有机板(10A～10E)；
-将所述有机板件(10A～10E)布置成使所述有机板件至少区段式地彼此上下相叠；并且
-将至少一个延伸穿过所述至少两个有机板件(10A～10E)的通孔(DL)引入到所述有机板件(10A～10E)中，以便在所述通孔(DL)处形成所述有机板件(10A～10E)的形状锁合的连接。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述有机板件(10A～10E)的加热状态下引入所述至少一个延伸穿过两个有机板件(10A～10E)的通孔(DL)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，借助冲子(2)使所述至少一个延伸穿过两个有机板件(10A～10E)的通孔(DL)穿刺入所述有机板件(10A～10E)中。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，将注塑材料注射成型到所述有机板件(10A～10E)上，其中，给所述至少一个延伸穿过所述有机板件(10A～10E)的通孔(DL)充填由注塑材料形成的填充物(11)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，将至少两个分别延伸穿过所述有机板件(10A～10E)的通孔(DL)引入到所述有机板件(10A～10E)中。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将至少一个加强肋(12)注射成型到所述有机板件(10A～10E)上，所述加强肋将两个通孔(DL)彼此连接。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，所述方法构造成用于制造根据权利要求1至8中一项所述的结构构件。
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