CZ305313B6 - Vyztužený konstrukční díl - Google Patents

Abstract

Vyztužený konstrukční díl (1, 1´), sestává z nejméně jednoho plastového profilu (2, 3) vyztuženého alespoň v úsecích jeho vnějších stěn (4, 5) podélnými výztužnými prvky (6), orientovanými ve směru podélné osy (A) plastového profilu (2, 3). Plastové profily (2, 3) jsou tvořeny spodní plochou (10, 11) se dvěma podélnými postranními plochami (12, 13) a dvěma příčnými postranními plochami (14, 15) opatřenými na svých horních okrajích obvodovými přírubovými plochami (9) pro možnost jejich vzájemného spojení do uzavřeného skříňového profilu. Výztužné prvky (6) plastových profilů (2, 3) jsou přitom tvořeny kovovými dráty s povrchovým tvarováním (7) pro jejich zakotvení po celé své délce do materiálu plastového profilu (2, 3) a pro zachycení tahových sil při jeho zatížení ohybem.

Description

Předložený vynález se týká vyztuženého konstrukčního dílu, určeného zejména pro použití v automobilovém průmyslu.

Dosavadní stav techniky

Takovéto vyztužené konstrukční díly mohou být v automobilovém průmyslu použity např. jako nosné struktury v motorových vozidlech, především jako příčné nosníky za přístrojovou deskou v motorových vozidlech. Příčný nosník slouží k vytvoření propojení mezi nosnými tzv. Asloupky v motorovém vozidle, na které se může zavěsit přístrojová deska, klimatizace, ložisko sloupku řízení na straně řízení, airbag nebo i další montážní skupiny. Za tímto účelem musí příčný nosník vykazovat vysokou tuhost, aby mohl zachytit síly, které se přenášejí od volantu přes připojení sloupku řízení.

Známé jsou příčné nosníky, konstruované z ocelových trubek. Tyto nosníky mají ovšem velmi vysokou hmotnost, což má negativní účinek na spotřebu paliva. V průběhu dalšího vývoje se proto z důvodu redukce hmotnosti vyráběly příčné nosníky v kombinaci kovu a plastů. Z dokumentu EP 0 370342 je znám takovýto hybridní příčný nosník, který sestává z kovového tělesa miskovitého tvaru, v jehož vnitřku jsou uspořádána výztužná žebra. Toto žebrování je tvořeno vstříknutým plastem aje spojeno s tělesem pomocí více otvorů.

Ze spisu FR 2877633 je dále známý příčný nosník, sestávající z kovového, plastového nebo hybridního trubkového profilu, opatřeného alespoň dvěma obvykle podélně uspořádanými výztužnými prvky ve formě výztužných lan, které je možno předepnut na patřičné předpětí pomocí různých napínacích zařízení. Tato výztužná lana přitom mohou být uspořádána vně nebo uvnitř trubkového profilu, případně mohou procházet i stěnou trubkového profilu a být na svých volných koncích opatřeny opěrami pro jejich ukotvení ve vybráních, vytvořených v jejich upevňovacích deskách.

Předložený vynález si klade za úkol další zdokonalení vyztuženého konstrukčního dílu, sloužícího především jako příčný nosník k propojení mezi A-sloupky motorového vozidla tak, aby vykazoval nízkou hmotnost, vysokou mechanickou stabilitu a tuhost, a aby jeho výroba byla zároveň jednoduchá a cenově výhodná.

Podstata vynálezu

Tento úkol je řešen vyztuženým konstrukčním dílem, sestávajícím z nejméně jednoho plastového profilu, vyztuženého alespoň v úsecích jeho vnějších stěn podélnými výztužnými prvky, orientovanými ve směru podélné osy plastového profilu, podle předkládaného vynálezu. Podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že plastové profily jsou tvořeny spodní plochou se dvěma podélnými postranními plochami a dvěma příčnými postranními plochami, přičemž podélné a příčné postranní plochy jsou opatřeny na svých horních okrajích obvodovými přírubovými plochami pro možnost jejich vzájemného spojení do uzavřeného skříňového profilu. Výztužné prvky těchto plastových profilů jsou přitom tvořeny kovovými dráty s povrchovým tvarováním pro jejich zakotvení po celé své délce do materiálu plastového profilu a zachycení tahových sil při jeho zatížení ohybem.

Tyto plastové profily tak mají charakter shora otevřených těles podélného vaničkovitého tvaru s průřezem ve tvaru písmene ve tvaru písmene U, jejichž vzájemným spojením do uzavřeného

-1 CZ 305313 B6 skříňového tvaru a pak z nich sestavený konstrukční díl podle vynálezu vykazuje ještě větší tuhost.

Výztužné prvky, tvořené dráty, jejichž průměr činí přednostně 3 až 4 mm, lze přitom předtvarovat a svým vnějším tvarem jednoduchým způsobem, tj. ohýbáním apod., tak přizpůsobit odpovídajícímu tvarování těchto plastových profilů.

Podstata vynálezu spočívá dále v tom, že plastové profily jsou s výhodou ještě vyztuženy vnitřním žebrováním, přičemž výztužné prvky jsou umístěny v oblasti spodních ploch plastových profilů.

Podstata vynálezu spočívá rovněž i v tom, že spojení plastových profilů do uzavřeného skříňového profiluje provedeno přednostně lepením nebo svařováním podél jejich obvodových přírubových ploch.

Plastové profily jsou přednostně tvořeny termoplastovými kompozitními materiály, obzvláště termoplasty, zpevněnými skleněnými, uhlíkovými nebo aramidovými vlákny, především polypropylenem, polyamidem a póly karbonátem.

Použitím plastových materiálů je tak u řešení dle vynálezu docíleno zřetelného snížení celkové hmotnosti vyztuženého konstrukčního dílu, přičemž obstříknutím a integrací výztužných prvků ve vnějších vrstvách vyztuženého konstrukčního dílu se přesto docílí vysoké pevnosti.

Provedení popsané ve vynálezu dovoluje výrobu cenově výhodnější než u konstrukčních dílů vyrobených jako lisované ocelové díly nebo jako rámové trubkové struktury. Vložením výztužných prvků do vnějších vrstev plastové struktury se při použití vyztužených konstrukčních dílů v motorovém vozidle dosáhne zlepšení chování při nárazu.

Použitím drátů jako výztužných prvků, může být pomocí jednoduchých běžně dostupných prvků vyroben cenově výhodný vyztužený konstrukční díl s tím, že jak je již výše uvedeno, pro rozdílně tvarované vyztužené konstrukční díly mohou být dráty jednoduchým způsobem předtvarovány.

Díly provedené podle vynálezu mohou být nasazeny v karoseriích motorových vozidel jako nosné struktury v pátých dveřích, bočních dveřích nebo v nosičích nárazníků, aby při zatížení vyztuženého konstrukčního dílu ohybem zachytily tahové síly.

Objasnění výkresů

Vynález je dále blíže popsán na výkresech příkladných provedení vyztuženého konstrukčního dílu dle vynálezu, kde v prostorovém znázornění představuje:

Obr. 1 - vyztužený konstrukční díl ve tvaru polootevřené vany,

Obr. 2 - vyztužený konstrukční díl s uzavřenou plastovou strukturou a

Obr. 3 - vyztužený konstrukční díl podle obr. 1 v řezu s odkrytými výztužnými prvky.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vyztužený konstrukční díl 1 v zobrazeném příkladném provedení vynálezu sestává dle obr. 1 a obr. 3 z plastového profilu 2 ve tvaru protáhlého miskovitého resp. vaničkovitého tělesa, jehož podélná osa je označena písmenem A. Těleso vykazuje v průřezu v podstatě profil ve tvaru písmene U a je ohraničeno spodní plochou 11, dvěma podélnými postranními plochami 12, 13, a dvěma příčně probíhajícími postranními plochami 14, 15. Postranní plochy tělesa 12, 13, 14, 15

-2CZ 305313 B6 jsou na horních okrajových hranách pravoúhle zalomeny směrem ven, a tvoří kontinuálně probíhající ohnutý okraj s obvodovými přírubovými plochami 9. Základní těleso plastového profilu 2 tvoří vnější vrstvy 4 plastové struktury. Uvnitř tělesa jsou mezi postranními stěnami 12, 13, 14, 15 uspořádána výztužná plastová žebra, tvořící vnitřní žebrování 8. Tato výztužná žebra jsou uspořádána ve směru od postranních stěn 12, 13 v rozmezí úhlů 30 až 60 stupňů, přednostně 45 stupňů.

U tohoto výkresově znázorněného příkladu provedení probíhají výztužná žebra vnitřního žebrování 8 ve směru od postranních stěn 12, 13 pod úhlem +/- 45 stupňů. Tato výztužná žebra jsou, jak je znázorněno, uspořádána tak, že tvoří kosočtvercovou mříž ve vnitřku tělesa. Aby se zvýšila stabilita plastové struktury, jsou v jejích vnějších vrstvách 4 v okrajových oblastech spodní plochy U vloženy výztužné prvky 6, které jsou charakteru ve směru podélné osy A orientovaných vláken. Tyto výztužné prvky 6 jsou ve znázorněném příkladu provedení tvořeny kovovými dráty, které ve svém povrchu mají tvarování 7. Tato tvarování 7 mohou být tvořena otvory, drážkami apod., umístěnými v pravidelných odstupech. Ve vybavení upřednostňovaném vynálezcem jsou tyto výztužné prvky 6 z kovových drátů, přednostně z oceli, a jsou opatřeny povrchovou úpravou, aby bylo zabráněno korozi. Ocelové dráty vykazují přednostně průměr mezi 3 až 4 mm.

Při výrobě vyztuženého konstrukčního dílu i se výztužné prvky 6 z kovu obstřikují plastem. Při vstříknutí plastu do příslušných tvarování 7 ve výztužných prvcích 6 se dosáhne požadovaného spojení mezi plastem a kovem. V dalších alternativách vynálezu mohou být výztužné prvky 6 uspořádány v podélném směru po celé šířce vyztuženého konstrukčního dílu I, nebo také jenom v určitých úsecích. Při vlastní výrobě vyztuženého konstrukčního dílu i se v prvním kroku vloží do vstřikovací formy v paralelních odstupech výztužné prvky 6, tvořené dráty. Poté se vystříkne základní těleso s výztužnými žebry a přitom se zastříknou výztužné prvky 6 plastem. Ve vstřikovacím procesu mohou být taktéž nastříknuty přímo na strukturní konstrukční díl upevňovací prvky pro různé montážní skupiny. Bližší podrobnosti ohledně vstřikovacího procesu se na tomto místě neuvádějí, jelikož jsou odborníkům známé. Jako plasty pro základní těleso s výztužnými žebry mohou být použity termoplastické kompozitní materiály, např. termoplast vyztužený skleněným, uhlíkovým nebo aramidovým vláknem, např. polypropylen, polyamid, polykarbonát.

V případě dalších provedení může těleso vyztuženého konstrukčního dílu 1 vykazovat v průřezu nebo po délce jiná konstrukční a tvarová řešení. Výztužné prvky 6, tvořené dráty, mohou přitom být jednoduchým způsobem přizpůsobeny odpovídajícímu tvarování základního tělesa.

V provedení zobrazeném na obr. 2 jsou dva takovéto plastové profily 2, 3 spojeny do jednoho uzavřeného vyztuženého konstrukčního dílu Γ. Oba jednotlivé plastové profily 2, 3 jsou provedeny identicky a odpovídají provedení zobrazenému na obr. 1 a obr. 3. Oba tyto polootevřené plastové profily 2, 3, a to spodní plastový díl 2, který je tvořen vnějšími vrstvami 4 plastové struktury, a horní plastový díl 3, tvořený vnějšími vrstvami 5 plastové struktury a obrácený svojí spodní plochou 10 vzhůru, jsou spojeny podél svých obvodových přírubových ploch 9. Spojení na těchto švech může být provedeno lepením nebo svařováním a je jím možno dosáhnout jednoho vyztuženého konstrukčního dílu J/, s uzavřeným průřezem, který vykazuje ještě větší tuhost.

Claims (4)

1. Vyztužený konstrukční díl (1, T), sestávající z nejméně jednoho plastového profilu (2, 3), vyztuženého alespoň v úsecích jeho vnějších stěn (4, 5) podélnými výztužnými prvky (6), orientovanými ve směru podélné osy (A) plastového profilu (2, 3), vyznačující se tím, že plastové profily (2, 3) jsou tvořeny spodní plochou (10, 11) se dvěma podélnými postranními plochami (12, 13) a dvěma příčnými postranními plochami (14, 15), opatřenými na svých horních okrajích obvodovými přírubovými plochami (9) pro možnost jejich vzájemného spojení do uzavřeného skříňového profilu, přičemž výztužné prvky (6) plastových profilů (2, 3) jsou tvořeny kovovými dráty s povrchovým tvarováním (7) pro jejich zakotvení po celé své délce do materiálu plastového profilu (2, 3) a zachycení tahových sil při jeho zatížení ohybem.

2. Vyztužený konstrukční díl podle nároku 1, vyznačující se tím, že plastové profily (2, 3) jsou dále vyztuženy vnitřním žebrováním (8), přičemž výztužné prvky (6) jsou umístěny v oblasti spodních ploch (10, 11) plastových profilů (2, 3).

3. Vyztužený konstrukční díl podle nároku 3, vyznačující se tím, že spojení plastových profilů (2, 3) do uzavřeného skříňového profilu je provedeno lepením nebo svařováním podél jejich obvodových přírubových ploch (9).

4. Vyztužený konstrukční díl podle alespoň jednoho z předchozích nároků, vyznačující se tím, že plastové profily (2, 3) jsou tvořeny termoplastovými kompozitními materiály, obzvláště termoplasty, zpevněnými skleněnými, uhlíkovými nebo aramidovými vlákny, především polypropylenem, polyamidem a polykarbonátem.