CZ20001323A3 - Složený konstrukční prvek - Google Patents

Description

Složený konstrukční prvek

Oblast techniky

Předkládaný vynález se týká složeného konstrukčního prvku, složeného nejméně ze dvou skořepinovítých nebo ploše utvořených dílků, spojených přes diskrétní spojovací místa, přičemž tyto díly jsou tvořeny materiály s rozdílným roztažnostním chováním.

Dosavadní stav techniky

Stavební prvky tohoto typu se v odpovídajícím provedení používají především pro různé automobilové součástky, ale také jako konstrukční prvky jiných technických druhů zboží. Obvykle jsou tvořeny kombinací kovu a plastické hmoty. Použití kovu a plastické hmoty v jednom konstrukčním prvku, které se označuje jako hybridní technika, nabízí tu výhodu, že lze cíleně využívat přednosti rozdílných materiálů a navzájem je kombinovat. Přitom jsou především velkoplošné, předběžně tvarované kovové díly vloženy do vstřikovacího stroje a obestříkány spojitými oblastmi z plastické hmoty, přičemž jako přednost této technologie je chápána především úspora výrobních a následujících montážních kroků. Struktury plastické hmoty, nastříkané na kovový díl, které jsou často opatřeny vyztužovacími žebry, zvyšují stabilitu a pružnost kovového dílu pod rozdílnými zatíženími, neboť mohou dobře přenášet a rozkládat účinné síly v konstrukčním prvku.

Je obvyklé vytvářet spojení mezi díly takovéhoto spojovacího tělesa prostřednictvím tvarového styku součástí mezi • · ·

• · · · jednotlivými díly. K tomu se například v EP 0 370 342 B1 navrhuje skořepinovité těleso, které může sestávat z hluboko taženého ocelového plechu nebo ze zformovaného umělého plechu s vloženou matricí ze skelného vlákna, s vyztužovacími žebry z nastříkané plastické hmoty, přičemž spojení s tělesem probíhá na diskrétních spojovacích místech přes průlomy v tělese, kterými nastříkaná plastická hmota dosahuje skrze a přes plochy průlomů. Takovéto spojovací těleso může tvořit například podélný nosník podvozku motorového vozidla.

Z EP 0 414 878 B1 jsou známy automobilové dveře, které vykazují desku tvořenou kovovou částí, na kterou je zformován díl z plastické hmoty s vyztužovacími žebry. Tento spojovací materiál tvoří prvek vnitřní struktury automobilových dveří.

V EP 0 672 576 B1 je popsána stavební jednotka pro oblast čelní stěny a oblast kokpitu osobního automobilu, zamontovaná do karoserie motorového vozidla, kde je tato stavební jednotka ve své nosné substanci vytvořena za dvou spojovacích dílů, které jsou rovněž tvořeny z hluboko taženého plechu a na něm nastříkané plastické hmoty. Plechové části jsou zformovány odpovídajícím způsobem vzhledem k vyskytujícímu se zatížení a opatřeny vyvrtanými otvory, prolomeními apod. coby ukotveními pro nastříkanou plastickou hmotu ke skořepinovitému ukotvení téže hmoty na plechové části. Nastříkaná plastická hmota je zformována tak, že je jí tvořeno žebrování, vyztužující plechové části, a odpovídající upínače pro různé přídavné části.

Vedle výše uvedeným výhod mají však spojovací tělesa z kovu a plastické hmoty, vyráběná v hybridní technice, rovněž nevýhody. Jedna z těchto nevýhod je založena na různé roztažnosti použitých materiálů. Tento fakt může vést k abnormálně vysokým nárokům na materiál kvůli měnícím se teplotám, jimž jsou pochopitelně vystaveny i konstrukční prvky • · • · • · · · v motorových vozidlech, což negativně ovlivňuje životnost takovýchto spojovacích těles. Při výrobě spojovacích těles s nastříkanými částmi je navíc třeba vzít v úvahu fakt, že na příslušný konstrukční prvek, na který se stříká, což je obvyk le plechový díl, jsou kladeny zvlášť vysoké požadavky ohledně přesnosti.

Podstata vynálezu

Tady tedy nastupuje předkládaný vynález, jehož úloha spo čivá v tom, zajistit u složeného konstrukčního prvku výše uve děného typu, aby tepelné roztažení a tolerance rozměru konstrukčního prvku mohly být vyrovnány.

V souladu s vynálezem je uvedená úloha řešena tak, že v oblasti spojovacích míst mezi jednotlivými díly jsou účinné profilové prvky z elastického materiálu.

Podle předmětného vynálezu je tak zajištěno, že přes spo jovací místa jednotlivých dílů mohou být kompenzovány rozdíly v jejich tepelné roztažnosti, a že tak mohou být zároveň vyrovnány výrobní tolerance.

Podle přednostní formy provedení vynálezu jsou diskrétní spojovací místa tvořena diskrétními spojovacími prvky, které jsou vytvořeny na jednom díle a na ně nasadítelnými prolomeními apod., umístěnými na druhém díle. To umožňuje jednoduché spojení jednotlivých dílů.

Podle další formy provedení vynálezu jsou rovněž hrany resp. okrajové oblasti jednoho dílu, které jsou v kontaktu s druhým dílem, opatřeny dalšími elastickými profilovými prvky, a zejména jimi obklopeny.

Zvláště snadným způsobem lze elastické profilové prvky upevnit pomocí nástřiku na příslušném dílu.

Pokud se týká materiálu, půjde zejména u dílu, opatřeného diskrétními spojovacími prvky, o díl z plastické hmoty, vyrobený vstřikováním, který tak může být rovněž zvláště snadno opatřen vyztužovacími žebry apod.

Z důvodů pevnosti a stability musí být díl, vykazující prolomení, proveden jako zesilovací díl z ocelového plechu, který je navíc opatřený elastickými profilovými prvky.

Složený konstrukční prvek v souladu s vynálezem může dále zahrnovat ještě třetí díl, což je rovněž díl z plastické hmoty, vyrobený vstřikováním.

Tento třetí díl se s dalšími díly spojuje zvláště jednoduchým způsobem přes diskrétní spojovací prvky jednoho dílu, přičemž zesilovací díl je předepsán mezi oběma ostatními jednotlivými díly.

U konstrukčního prvku v souladu s vynálezem může být alespoň jeden z vnějších dílů proveden skořepínovitě a opatřen hladkou a rovněž rovnou vnější plochou.

Podle toho, jakému zatížení má být konstrukční prvek v souladu s vynálezem vystaven, může být dále výhodné, vykazuje-li zesilovací díl zahnutý okraj, který jedním okrajem apod. přesahuje zvnějšku jeden z dalších dílů a je přes oddělená zajišťovací místa na přesahujících okrajích zajištěn proti ohýbání .

Odpružující účinek v oblasti zajišťovacích míst při zatížení, ať už v důsledku odpovídajícího vnějšího zatížení nebo při zatížení termickém, je pak zajištěn, jsou-li na zajišťovacích místech rovněž zařazeny elastické profilové prvky.

Konstrukční prvky provedené v souladu s vynálezem mohou nalézt zvláště výhodné použití jako konstrukční prvky nebo komponenty konstrukčních prvků motorového vozidla.

• · ·

• · · · · · · · # • 9 9 9999 · 9 9 9

9999 ·· 99 9· ··

Přehled obrázků na výkresech

Další charakteristické rysy, přednosti a detaily vynálezu budou nyní popsány na základě obrázků, představujících více příkladů provedení. Přitom zobrazují:

obrázek la perspektivní pohled na jeden díl formy provedení konstrukčního prvku v souladu s vynálezem, která se skládá ze tří jednotlivých dílů, obrázek lb pohled na druhou stranu stavebního/konstrukčního prvku z obrázku la, obrázky 2a až 2c perspektivní a od sebe posunuté zobrazení tří jednotlivých dílů konstrukčního prvku z obrázku la, obrázek 3a podélný řez konstrukčním prvkem podél šrafovaně zakreslené linie 3a-3a na obrázku la, obrázek 3b příčný řez konstrukčním prvkem, zobrazeným na obrázku la, podél linie 3b-3b, obrázek 2d další formu provedení jednoho z dílů, obrázek 4 příčný řez konstrukčním prvkem s tímto jednotlivým dílem, obrázky 5a a 5b dva jednotlivé díly s další variantou provedení, vždy v perspektivním pohledu, obrázek 6a detail X z obrázku 5a, ovšem viděno z vnitřní strany tohoto dílu ve dvou variantách zobrazení a obrázek 6b detail Y z obrázku 5b.

• · • 4 • · • 444 • · · ···· · · · · ·· ···· ·· 44 ·· ··

Příklady provedení vynálezu

Na obrázku la a lb znázorněná, třemi složenými díly tvořená forma provedení konstrukčního prvku 1 je otevřená konstrukce, která může nalézt použití například u podélného nosníku podvozku nebo u dveřního nosníku osobního motorového vozidla. Přitom je zobrazena jedna z koncových oblastí zde jinak do délky roztaženou konstrukci tvořícího konstrukčního prvku .1. Základní resp. horní část 2 spojovacího tělesa 1. je tvořena dílem z plastické hmoty, jehož znázornění je zřejmé z obrázku 2a. Zesilovací díl 12, zobrazený na obr. 2b, je vytvořen ze zahnutého ocelového plechu, spodní část 22, zobrazený na obr. 2c, je opět díl z plastické hmoty. Je třeba zmínit, že označení horní část 2 a spodní část 22 nevypovídají nic o skutečné poloze těchto stavebních/konstrukčních prvků ve složeném konstrukčním prvku 1, tato označení slouží pouze k rozlišení jednotlivých dílů.

Horní část 2 je konstrukční prvek, vyrobený vstřikováním, jehož provedení bude nyní blíže popsáno pomocí obr. 2a.

Horní část 2_ zahrnuje základní desku 3, jejíž vnější povrch je zde proveden hladce a rovně. Základní deska 3 je na svých podélných stranách ohraničována rámovými díly 4a a má na svém zobrazeném konci koncový díl 4b, který je zde zobrazen formou kvádru a přesahuje rámcové díly 4a.

Na vnitřní straně jsou na horní části 2 vytvořena vyztužovací žebra 5a, 5b. Vyztužovací žebra 5a, která probíhají pravoúhle k a mezi rámcovými díly 4a, rozdělují vnitřní stranu do stejně velkých úseků, z nichž je na obrázcích kompletně zobrazen pouze jeden, a v nichž vyztužovací žebra 5b probíhají hvězdicovitě vycházejíce z rámcových dílů 4a směrem k středové oblasti. Zde končí vyztužovací žebra 5b na spojovacím prýk^u 6, • · • · • · • ··· který je proveden jako cylindrické duté těleso a v potřebné výšce, která zde odpovídá výšce koncové části 4b. Spojovací prvek 6 má patní část 6a, která tvoří spolu s krátkými vybráními 5c na vyztužovacích žebrech 5b přijímací místo pro profilový prvek 17a, který je ještě třeba popsat.

Obrázek 2b ukazuje druhou složku konstrukčního prvku 1, zesilovací díl 12, provedený jako plechový díl, který je zde tvořen rovnou plechovou deskou 13, která na jedné ze svých podélných stran vykazuje pravoúhle zahnutý okrajový díl 14. U tohoto příkladu provedení je z hlediska dimenzování zesilovací díl 12 proveden tak, že jeho šířka odpovídá šířce horní části 2, jeho délka je odpovídajícím způsobem přizpůsobena délce horní části 2. Zesilovací díl 12 je určen k tomu, aby byl přes spojovací prvky 6 spojen s horní částí 2, a má proto v odpovídajících odstupech prolomení 16. Průměr prolomení 16 je větší než vnější průměr spojovacích prvků 6. Takto zbývající meziprostor je vyplněn již zmíněným elastickým profilovým prvkem 17a. Rovněž okrajové hrany zesilovacího dílu 12, vstupující do kontaktu s horní částí 2 a popřípadě i s další, ještě nepopsanou spodní částí 22, jsou zapuštěné do elastických profilových prvků ve formě lišt 17b, které v zásadě obklopují hrany.

Oboustranné nanášení elastického materiálu na profilové prvky 17a, 17b, probíhá přednostně vstřikováním, takže se potřebným transportem materiálu během tohoto postupu vytvoří jak na spodní, tak na vrchní straně zesilovacího prvku 12 spojovací můstky 18a, 18b, které ovšem nemají žádnou další funkci.

K přijetí spojovacích můstků 18a jsou ve vyztužovacích žebrech 5a předepsány prohloubeniny 5d. Profilové prvky 17a, 17b a s nimi i spojovací můstky 18a, 18b jsou vyrobeny z materiálu zpracovávatelného vstřikováním, který je po ztvrdnutí elastic• ·

999 ký, například z polyuretanu. Vhodné jsou i jiné stříkatelné a elastické plastické hmoty stejně jako stříkatelné gumové směsi .

Třetí díl, z nějž je tvořeno spojovací těleso JL, je spodní část 22, tvořená plastickou hmotou, která u tohoto příkladu provedení vykazuje otevřenou konstrukci. Spodní část z plastické hmoty 22 může být zhotovena jako díl vytvořený vstřikováním nebo může být rovněž vyrobena nastříkáním obou již spojených dílů 2 a 12.

U zobrazeného příkladu provedení je spodní část 22 oddělený díl vyrobený vstřikováním, který se skládá z rámcových dílů 22a, 22b a který je jinak proveden téměř totožně jako základní díl 2. Spodní část 22 je proto opatřena vyztužovacími žebry 25b, která odpovídají vyztužovacím žebrům 5b horní části 2, a vyztužovacími žebry 25b, probíhajícími paprskovitě mezi sousedními vyztužovacími žebry 25a. Tato končí v cylindrickém spojovacím dílu 26, jehož vnitřní průměr odpovídá vnějšímu průměru spojovacího prvku 6 horní části 2. I zde je spojovací část 26 spolu s krátkými vybráními 25c utvořena tak, že je dán prostor k přijmutí profilového prvku 17a.

Ke spojení tří dílů 2, 12 a 22 v jeden celek, konstrukční prvek ly se zesilovací díl 12 prostřednictvím svých prolomení 16 a následně spodní část 22 se svými spojovacími díly 26 nasadí na spojovací prvky 6 horní části 2.

Profilové lišty 17b, obklopující okrajové hrany zesilovacího dílu 12, přitom elasticky podpírají díly z plastické hmoty 2 a 22 proti plechovému dílu 12, předepsanému uprostřed.

Řezové zobrazení na obr. 3a a 3b ukazují složený konstrukční prvek I. a zvláště stanovení resp. umístění profilových prvků 17a, 17b.

• · φ φ • φφφ φφφ φφφφ φφφφ φφ φφφφ φφ φφ φφ φφ

Pevné připojení spodní části 22 k horní části 2 se může realizovat prostřednictvím zde nezobrazených západkových spojení, lepení, přivaření apod. Spojení lze, jak už bylo zmíněno, realizovat rovněž nastříkáním spodní části 22.

Podstatné u předmětného vynálezu nyní je, aby byl dán k dispozici složený konstrukční prvek, vhodný pro mnoho účelů použití, jehož jednotlivé části mohou být vyrobeny z různých materiálů, což je spojeno s výhodami pro celkovou hmotnost složeného konstrukčního prvku, a rovněž zaručuje žádoucí pevnost a životnost, přičemž rozdílná tepelná roztažnost použitých materiálů může být kompenzována. Díky použití elastických profilových prvků je totiž dán k dispozici dostatečný prostor pro různou tepelnou roztažnost materiálů. Zároveň mohou být rovněž vyrovnány výrobní tolerance jednotlivých dílů. Kromě toho mohou profilové prvky plnit i izolační funkci. U složených konstrukčních prvků v souladu s vynálezem dále exis tuje možnost vytvořit horní část 22 s hladkým povrchem, přičemž může být zajištěno, že síla stěny je v této oblasti konstantní .

Jako materiál pro obě části, 2, 22, přicházejí v úvahu v zásadě všechny známé termoplastické umělé látky a směsi látek, eventuálně se zesílenými vlákny. Tyto materiály mají obvykle větší tepelnou roztažnost než ocelový plech.

U druhé možné formy provedení je rovněž spodní část 22' provedena uzavřeně a opatřena hladkým povrchem. Obr. 2d ukazuje pouze vnější perspektivní pohled na spodní část 22', analogicky k zobrazení spodní části 22' na obr. 2c.

Oproti spodní části 22 je spodní část 22' provedena s deskou 23', pokrývající rámcové díly 22'a, 22'b, která je zároveň přes rámcový díl 22'b poněkud prodloužena, aby u složeného konstrukčního prvku pokrývala i koncovou část 4b • 9

999 horní části 2. Oba další díly konstrukčního prvku, horní část 2 a zesilovací díl 12, mohou být provedeny tak, jak je to znázorněno na obr. 2a a 2b a výše popsáno. Také ostatní provedení spodní části 22 odpovídá spodnímu dílu 22. Řezové znázornění na obr. 4 ukazuje příčný řez složeným konstrukčním prvkem v oblasti spojovacího prvku 6 s uzavřeně provedenou spodní částí 22^z. Shodně provedené díly jsou přitom opatřeny stejnými vztahovými čísly.

Aby se v každém případě zabránilo neúmyslnému ohnutí zesilovacího dílu 12 pod zátěží, mohou být podniknuta další opatření. Obrázky 5a a 5b ukazují spolu s obr. 6a a 6b možnou formu provedení zajišťovacích míst, působících mezi zesilovacím dílem 12 a spodní částí 22. Tato zajišťovací místa jsou zvláště předepsána v pravidelných odstupech, přičemž na ob. 5a a 5b je znázorněno jen jedno. Obr. 6a a 6b mohou příslušná provedení přesněji přiblížit.

Jak vyplývá z obr. 5b ve spojení s obr. 6b, je na rámcovém dílu 22a spodní části 22 v oblasti jednoho vyztužovacího žebra 25b, probíhajícího od spojovacího dílu 26 pravoúhle k rámcovému dílu 22a, rámcový díl 22a zformován poněkud dovnitř, takže tam vznikne dovnitř přemístěná čelní část 27, která je vzdálená od opěrné části 28, vytvořené na okraji spodní části 22 a je s ní spojená přes spojovací patu 29. Tímto způsobem se vytvoří přijímací místo pro v zásadě protilehle shodně utvořené části na zesilovacím dílu 12.

Obr. 6a, sestávající ze dvou částí, kde je příslušné uspořádání na zesilovacím dílu 12 zobrazeno zespoda a zevnitř, objasňuje v pravé části tohoto obrázku uspořádání v oblasti okrajové části 14 zesilovacího dílu 12. Prostřednictvím matricování a perforování jsou přitom na odpovídajících místech okrajové části 14 vytvořeny ukotvovací díly 19. Přitom je • 9 • · • 999

9 9 9

9·· 9999 9 · 9 ·

9999 99 99 99 99 v pravé části obr. 6a ukázáno uspořádání okrajové části 14, profilový prvek 17c, který je ještě třeba popsat, je zobrazen pouze šrafovaně. Jak vyplývá z levé části obr. 6a, je ukotvovací díl 19 zapuštěn do materiálu profilového prvku 17c. Uspořádání profilového prvku 17c probíhá nyní tak, že je tento opatřen prohloubením 30, kterým profilový prvek 17c přesahuje spojovací patu 29 a sedí na ní. Je samozřejmé, že vytvoření profilového prvku 17c, které probíhá přednostně nastříkáním, je řešeno tak, že je na zajišťovacíci místech dosaženo optimální harmonizace. Spojovací můstky 18c z elastického materiálu profilového prvku 17c, zobrazené ještě v levé části obr.

6a, vznikají během výroby vstřikováním.

Díky předepsání takovýchto zajišťovacích míst není jen účinně zabráněno neúmyslnému ohnutí zesilovacího dílu 12, nýbrž je i zde dbáno na to, aby díky předepsání elastického profilového prvku mohly být vyrovnány různé tepelné roztažnosti. Přitom je významný především odpružující účinek zajišťovacích míst při zatížení - vnější zátěž nebo termická zátěž.

V souladu s vynálezem provedené složené konstrukční prvky nemusí zahrnovat tři části, mohou být též předepsány pouze dva ze zobrazených a popsaných částí, ovšem jedna z nich musí být zesilovací díl 12. Výše popsaná zajišťovací místa tak mohou být analogicky předepsána na obou těchto částech.

Složený konstrukční prvek v souladu s vynálezem může být k jiným konstrukčním prvkům připojen kupříkladu západkovým spojením resp. s nimi spojen.

Elastické profilové prvky mohou být dále zhotovovány jako oddělené části a umístěny na jednotlivých částech spojovacího tělesa na předepsaných místech. Přitom může být dále materiál, tvořící elastické profilové prvky, u složené horní a spodní části nastříkán do odpovídajícím způsobem předepsaných dutých • 4

9 • 944 prostor. Jak již bylo zmíněno, přicházejí jako materiál pro profilové prvky v úvahu především polyuretan nebo guma, lze však použít i jiné pěnové hmoty nebo elastické plastické hmo

Claims (12)

1. PATENTOVÉ • ·

   11 9911

   NÁROKY

   1. Složený konstrukční prvek nejméně ze dvou skořepinovítých nebo ploše utvořených dílů, které jsou navzájem spojitelné přes diskrétní spojovací místa, přičemž oba jednotlivé díly jsou vytvořeny z materiálů s rozdílným termickým roztažnostním chováním, vyznačující se m, že v oblasti spojovacích míst mezi jednotlivými díly (2, 12, 22, 22') jsou účinné profilové prvky (17a) z elastického materiálu.
2. 2. Složený konstrukční prvek podle nároku 1, vyznačující se tím, že diskrétní spojovací místa jsou tvořena diskrétními spojovacími prvky (6), které jsou vytvořeny na jednom z dílů (2), a na ně nasaditelnými prolomeními (16) apod., která jsou předepsána na druhé dílu (12) .
3. 3. Složený konstrukční prvek podle kteréhokoli z nároků 1 nebo

   2, vyznačující se tím, že oblasti hran resp. okrajové oblasti (14) jednoho dílu (12), které jsou v kontaktu s jiným dílem (2), jsou opatřeny dalšími elastickými profilovými prvky (17b) a zvláště jimi obklopeny.
4. 4. Složený konstrukční prvek podle kteréhokoli z nároků 1 až

   3, vyznačující se tím, že elastické profilové prvky (17a, 17b) jsou na příslušném dílu (12) nastříkány .
5. 5. Složený konstrukční prvek podle kteréhokoli z nároků 1 až

   4, vyznačující se tím, že díl (2), opatřený diskrétními spojovacími prvky (6) je díl z plastické hmoty, vyrobený vstřikováním, který je přednostně opatřený vyztužovacími žebry (5a, 5b).

   • * • · • to • to • toto* ♦ · toto > · · · · ·· ··· ·· · ··· *to·· ···· toto to··· toto toto ·· ··
6. 6. Složený konstrukční prvek podle kteréhokoli z nároků 1 až

   5, vyznačující se tím, že prolomení (16) vykazující díl je zesilovací díl (12) z ocelového plechu, opatřený elastickými profilovými prvky (17a, 17b).
7. 7. Složený konstrukční prvek podle kteréhokoli z nároků 1 až

   6, vyznačující se tím, že zahrnuje třetí díl (22), což je přednostně díl z plastické hmoty, vyrobený vstřikováním.
8. 8. Složený konstrukční prvek podle nároku 7, vyznačující se tím, že třetí díl (22) je oddělený konstrukční prvek, který je s dalšími díly spojen přes diskrétní spojovací prvky (6) prvního dílu (2), přičemž zesilovací díl (12) je umístěn mezi těmito díly (2, 22).
9. 9. Složený konstrukční prvek podle kteréhokoli z nároků 1 až

   8, vyznačující se tím, že alespoň jeden z vnějších dílů (2, 22) je proveden skořepinovitě a má hladký vnější povrch.
10. 10. Složený konstrukční prvek podle kteréhokoli z nároků 1 až

    9, vyznačující se tím, že zesilovací díl (12) vykazuje zahnutý okraj (14), který jedním okrajem apod. zvnějšku překrývá jeden z dalších dílů a je přes oddělená zajišťovací místa na přesahujících okrajích zajištěn proti ohnutí.
11. 11. Složený konstrukční prvek podle nároku 10, vyznačující se tím, že na zajišťovacích místech jsou rovněž připojeny elastické profilové prvky.
12. 12. Použití složeného konstrukčního prvku podle kteréhokoli z nároků 1 až 11 jako konstrukčního prvku nebo komponentu konstrukčního prvku motorového vozidla.