DE102014204113A1

DE102014204113A1 - Kunststoff-Kompositstruktur und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102014204113A1
Application number: DE201410204113
Authority: DE
Inventors: Keiichi Sato; Daiya Yamashita; Hiroshi Kato; Toshiaki Fujii
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2014-09-18
Also published as: US20140272243A1; US9314990B2; JP2014172334A; CN104044266B; CN104044266A; JP5990480B2

Abstract

An einem Ende eines ersten Kunststoff-Kompositelements (12) und an einem Ende eines zweiten Kunststoff-Kompositelements (14) werden Kopplungsteile ausgebildet, um die Enden miteinander zu verbinden. Zum Beispiel können die Kopplungsteile wellige Teile (28a, 28b) sein, die konkave Abschnitte (24) und konvexe Abschnitte (26) enthalten. In diesem Fall werden die welligen Teile (28a, 28b) anfänglich erhitzt und weich gemacht. Dann werden, in einer Formeinheit, jeweilige Paare von gegenüberliegenden konvexen Abschnitten (26, 26) miteinander überlappt, und jeweilige Paare von gegenüberliegenden konkaven Abschnitten (24, 24) werden zur Bildung eines nicht überlappenden Raums (60) genutzt. Die überlappenden konvexen Abschnitte (26, 26) werden gepresst und gequetscht, so dass ein thermoplastisches Basisharz und darin enthaltene Fasern zu dem nicht überlappenden Raum (60) hin fließen. Danach wird das thermoplastische Harz abgekühlt und gehärtet, wodurch das erste Kunststoff-Kompositelement (12) und das zweite Kunststoff-Kompositelement (14) integral verbunden werden, um eine Kunststoff-Kompositstruktur (10) zu erhalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kunststoff-Kompositstruktur, die durch integrales Verbinden von faserverstärkten thermoplastischen Kunststoff-Kompositelementen erhalten wird, welche diskontinuierliche Fasern enthalten. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kunststoff-Kompositstruktur.
Ein faserverstärktes thermoplastisches Kunststoff-Komposit (nachfolgend auch einfach als Kunststoff-Komposit bezeichnet) ist ein Material, das Fasern wie etwa Glas- oder Kohlefasern enthält, die mit thermoplastischem Harz imprägniert sind. In den letzten Jahren ist ein solches Kunststoff-Komposit als Material für Fahrzeugkarosserie-Komponenten (wie etwa Boden oder Monocoque-Komponente) untersucht worden.
Allgemein hat eine Fahrzeugkarosserie-Komponente eine große Abmessung. Um daher die gesamte Komponente in einem Formungsprozess herzustellen, ist eine groß bemessene Formvorrichtung erforderlich, um während des Formungsprozesses eine hohe Last auszuüben. Eine solche groß bemessene Formvorrichtung ist teuer und verbraucht während des Formungsprozesses eine große Energiemenge. Daher ist diese Art von Formvorrichtung für die Massenproduktion im Hinblick auf die hohen Einrichtungskosten und hohen Betriebskosten nachteilig.
Die große Komponente kann man erhalten, indem man eine Vielzahl von Elementen miteinander verbindet, die separat hergestellt worden sind. Falls jedoch diese separaten Elemente mittels Muttern und Bolzen oder Nieten (so genannten Metallbefestigungselementen) mechanisch miteinander verbunden werden, sind ein Bohrvorgang und ein Befestigungsvorgang erforderlich, was in hohen Betriebskosten resultiert. Ferner erhöht sich das Gewicht der Komponente aufgrund der Metallbefestigungselemente. Darüber hinaus tritt in diesem Fall elektolytische Korrosion an einem Kontaktabschnitt zwischen den Verstärkungselementen und den Metallbefestigungselementen auf. Ferner kann es erforderlich sein, im Hinblick auf unterschiedliche mechanische Ausdehnungskoeffizienten der Materialien Gegenmaßnahmen zu ergreifen.
Die Elemente können auch durch andere bekannte Prozesse miteinander verbunden werden, wie etwa Thermoschweißen, Vibrationsschweißen, Ultraschallschweißen oder Laserschweißen. Jedoch erzeugen diese Prozesse keine ausreichende Schweißfestigkeit.
In einem Verfahren gemäß JP 11-090986 A werden die Elemente zuerst erhitzt und angeschmolzen, so dass die Verstärkungsfaser an der Oberfläche der Verbindung partiell freiliegt, und danach werden die angeschmolzenen Elemente pressgeformt und verschweißt. Die JP 11-090986 A beschreibt, dass die durch dieses Schweißverfahren erhaltene Verbindung ein ausgezeichnetes Erscheinungsbild hat und eine hohe Schweißfestigkeit erreicht.
Wie aus den 1, 4 und 5 der JP 11-090986 A ersichtlich, muss eine Stufenstruktur an jedem Element ausgebildet werden, das gemäß dem oben beschriebenen Schweißverfahren verbunden wird. Daher kann die resultierende Komponente keine flache Gestalt haben. Selbst wenn die Komponente keine flache Gestalt haben soll, hat die Verbindung zwischen den Elementen unvermeidlich eine große Dicke und somit ein erhöhtes Gewicht.
Ferner hat die durch das obige Schweißverfahren erhaltene Verbindung keine ausreichende Schweißfestigkeit.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kunststoff-Kompositstruktur anzugeben, die leichtgewichtig ist und die eine ausreichende Verbindungsfestigkeit und ausreichende Steifigkeit besitzt.
Eine prinzipielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine große integrierte Kunststoff-Kompositstruktur anzugeben, die bei Bedarf eine flache Verbindung haben kann.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung der Kunststoff-Kompositstruktur anzugeben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Kunststoff-Kompositstruktur angegeben, die ein erstes Kunststoff-Kompositelement und deren zweites Kunststoff-Kompositelement aufweist, die beide diskontinuierliche Fasern enthalten. Das erste Kunststoff-Kompositelement und das zweite Kunststoff-Kompositelement sind integral miteinander verbunden, und die diskontinuierlichen Fasern sind in einer Verbindung, die zwischen dem ersten Kunststoff-Kompositelement und dem zweiten Kunststoff-Kompositelement ausgebildet ist, zufällig orientiert.
Als Resultat von intensiven Untersuchungen haben die Erfinder herausgefunden, dass in herkömmlichen Kunststoff-Kompositstrukturen diskontinuierliche Fasern der Verbindung der Kunststoff-Kompositelemente nicht zufällig ineinander verschlungen sind. Daher resultiert die Verbindungskraft der Verbindung allein aus der Kunststoffschweißung.
Im Gegensatz hierzu sind in der Kunststoff-Kompositstruktur der vorliegenden Erfindung die diskontinuierlichen Fasern in der Verbindung, die zwischen den ersten und zweiten Kunststoff-Kompositelementen gebildet ist, zufällig orientiert und ineinander verschlungen. Demzufolge werden die thermoplastischen Basisharze in den Elementen verschweißt und verbunden, und die diskontinuierlichen Fasern werden ineinander verschlungen, wodurch die resultierende Verbindung eine ausgezeichnete Festigkeit und Steifigkeit erreicht.
Es kann ein zusätzliches drittes Kunststoff-Kompositelement, das diskontinuierliche Fasern enthält, integral mit dem zweiten Kunststoff-Kompositelement verbunden werden. Es versteht sich, dass die diskontinuierlichen Fasern in der Verbindung zwischen dem zweiten Kunststoff-Kompositelement und dem dritten Kunststoff-Kompositelement ebenfalls zufällig orientiert und ineinander verschlungen sind. Daher zeigt auch die Verbindung zwischen den zweiten und dritten Kunststoff-Kompositelementen eine ausgezeichnete Festigkeit und Steifigkeit.
Die Verbindungen können eine flache Oberflächengestalt haben. Nachfolgend werden die Gründe beschrieben, welche ermöglichen, dass die flache Oberflächenverbindung ausgebildet wird und die diskontinuierlichen Fasern in der Verbindung zufällig ineinander verschlungen werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Kompositstruktur angegeben, in dem ein erstes Kunststoff-Kompositelement und ein zweites Kunststoff-Kompositelement verbunden werden, die beide diskontinuierliche Fasern enthalten.
Das Verfahren umfasst:
einen Überlappungsschritt zur Bildung eines Kopplungsteils und eines nicht überlappenden Raums, der ein anderer Abschnitt als das Kopplungsteil ist, zwischen einem Ende des ersten Kunststoff-Kompositelements und einem Ende des zweiten Kunststoff-Kompositelements, wobei die Enden durch das Kopplungsteil gekoppelt werden;
einen Verbindungsschritt zum Ausüben einer Last auf das Kopplungsteil und die Enden, um den nicht überlappenden Raum zu füllen und das Kopplungsteil und die Enden integral zu verbinden bzw. zu verkleben, um hierdurch eine Kunststoff-Kompositstruktur mit einer Verbindung herzustellen, worin die diskontinuierlichen Fasern in der Verbindung zufällig orientiert werden; und
einen Heizschritt zum thermischen Weichmachen von zumindest dem Kopplungsteil vor dem Überlappungsschritt, nach dem Überlappungsschritt oder während des Verbindungsschritts.
In der vorliegenden Erfindung überlappt das Kopplungsteil mit dem Kunststoff-Kompositelement, so dass es damit integral verbunden wird (das gegenüberliegende Material bildet), wohingegen der andere Abschnitt als das Kopplungsteil mit dem gegenüberliegen Material nicht überlappt und davon getrennt ist, um den nicht überlappenden Raum zu bilden. Danach werden das Kopplungsteil und das gegenüberliegende Material verpresst (einer Last ausgesetzt). Da das Kopplungsteil vor oder während des Pressprozesses erhitzt und weich gemacht wird, fließen während des Pressprozesses das themoplastische Harz und die diskontinuierlichen Fasern in dem Kopplungsteil in den nicht überlappenden Raum. Danach werden das Kopplungsteil und das gegenüberliegende Material gekühlt und härten dabei aus, wodurch das Kopplungsteil und das gegenüberliegende Material verbunden und integriert werden.
Die diskontinuierlichen Fasern werden aufgrund des oben beschriebenen Flusses in der Verbindung zufällig orientiert, so dass die diskontinuierlichen Fasern zufällig miteinander verschlungen werden. Somit werden die thermoplastischen Basisharze in den Elementen verschweißt und verbunden, und die diskontinuierlichen Fasern werden verschlungen, wodurch die Kunststoff-Kompositstruktur eine Verbindung mit ausgezeichneter Festigkeit und Steifigkeit bildet.
Das Kopplungsteil kann an dem ersten Kunststoff-Kompositelement und/oder dem zweiten Kunststoff-Kompositelement ausgebildet sein. Natürlich können die Kopplungsteile sowohl an dem ersten Kunststoff-Kompositelement als auch dem zweiten Kunststoff-Kompositelement ausgebildet werden. In diesem Fall können die Kopplungsteile miteinander überlappen.
Als das Kopplungsteil kann zumindest ein zusätzliches Kunststoff-Kompositelement verwendet werden, das diskontinuierliche Fasern enthält. In diesem Fall können das erste Kunststoff-Kompositelement und das zweite Kunststoff-Kompositelement voneinander getrennt sein, und das zusätzliche Kunststoff-Kompositelement (das Kopplungsteil) können mit sowohl den ersten und zweiten Kunststoff-Kompositelementen überlappen, so dass die ersten und zweiten Kunststoff-Kompositelemente durch das zusätzliche Kunststoff-Kompositelement miteinander gekoppelt werden.
Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Fläche eines Überlappungsabschnitts in dem Kopplungsteil zu der Fläche des nicht überlappenden Raums 0,75 bis 2.
Wenn das obige Flächenverhältnis zumindest 0,75, aber kleiner als 1 ist, kann die Verbindung eine ausgezeichnete Festigkeit und Steifigkeit erlangen, während sie dünner ist als das erste Kunststoff-Kompositelement und das zweite Kunststoff-Kompositelement. Somit kann die Verbindung als Vertiefung ausgebildet werden. Wenn andererseits das obige Flächenverhältnis größer als 1, aber höchstens 2 ist, kann die Festigkeit und Steifigkeit der Verbindung weiter verbessert werden, und die Verbindung kann als Vorsprung ausgebildet werden.
Falls die Verbindung als Vertiefung oder Vorsprung ausgebildet wird, wie oben beschrieben, kann die Vertiefung oder der Vorsprung als Designform genutzt werden. Somit kann die Vertiefung oder der Vorsprung der Verbindung dazu genutzt werden, ein Kunststoff-Kompositprodukt mit ausgezeichnetem Erscheinungsbild zu erhalten, das eine Vertiefung oder einen Vorsprung enthält.
Wenn das obige Flächenverhältnis (das heißt, das Verhältnis der Fläche des Überlappungsabschnitts in dem Kopplungsteil zu der Fläche des nicht überlappenden Raums) 1 ist, werden das thermoplastische Harz und die diskontinuierlichen Fasern in dem Überlappungsabschnitt in dem Kopplungsteil vollständig in den nicht überlappenden Raum überführt, so dass die Verbindung eine flache Oberfläche bildet. Daher kann die Verbindung als flaches Oberflächenteil ausgebildet werden.
Wie oben beschrieben, kann durch geeignetes Steuern des Flächenverhältnisses die Verbindung als Vertiefung, flaches Oberflächenteil oder Vorsprung ausgebildet werden.
Es kann ein zusätzliches drittes Kunststoff-Kompositelement, das diskontinuierliche Fasern enthält, integral mit dem zweiten Kunststoff-Kompositelement in der Kunststoff-Kompositstruktur verbunden werden.
In diesem Fall enthält das Verfahren ferner:
einen zweiten Überlappungsschritt zur Bildung eines zweiten Kopplungsteils und eines zweiten nicht überlappenden Raums, der ein anderer Abschnitt als das zweite Kopplungsteil ist, zwischen einem Ende des zweiten Kunststoff-Kompositelements und einem Ende eines dritten Kunststoff-Kompositelements, das diskontinuierliche Fasern enthält, wobei die Enden durch das zweite Kopplungsteil gekoppelt werden;
einen zweiten Verbindungsschritt zum Ausüben einer Last auf das zweite Kopplungsteil und auf die Enden des zweiten Kunststoff-Kompositelements und des dritten Kunststoff-Kompositelements, um den zweiten nicht überlappenden Raum zu füllen und das zweite Kopplungsteil mit den Enden des zweiten Kunststoff-Kompositelements und des dritten Kunststoff-Kompositelements integral zu verbinden bzw. zu verkleben, um hierdurch die Kunststoff-Kompositstruktur mit einer zweiten Verbindung herzustellen, wobei die diskontinuierlichen Fasern in der zweiten Verbindung zufällig orientiert werden; und
einen zweiten Heizschritt zum thermischen Weichmachen von zumindest dem zweiten Kopplungsteil vor dem zweiten Überlappungsschritt, nach dem zweiten Überlappungsschritt oder während des zweiten Verbindungsschritts.
Der Verbindungsschritt des integralen Verbindens der ersten und zweiten Kunststoff-Kompositelemente und der zweite Verbindungsschritt des integralen Verbindens bzw. Verklebens der zweiten und dritten Kunststoff-Kompositelemente können gleichzeitig ausgeführt werden. Darüber hinaus können der Schritt zur Bildung des Kopplungsteils und der Schritt der Bildung des zweiten Kopplungsteils gleichzeitig ausgeführt werden. In diesem Fall kann die Kunststoff-Kompositstruktur effizient hergestellt werden.
Natürlich können der Verbindungsschritt und der zweite Verbindungsschritt auch separat ausgeführt werden, um zum Beispiel eine Kunststoff-Kompositstruktur mit großer Abmessung herzustellen.
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher ersichtlich, worin bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung nur als Illustrationsbeispiele gezeigt sind.
1 ist eine schematische Gesamtperspektivansicht einer Kunststoff-Kompositstruktur gemäß einer ersten Ausführung;
2 ist eine schematische horizontale Querschnittsansicht einer Verbindung der Kunststoff-Kompositstruktur;
3A bis 3C sind schematische Prozess-Flussdiagramme eines Beispiels zur Herstellung der Kunststoff-Kompositstruktur aus einem ersten Kunststoff-Kompositelement mit einem welligen Teil und einem zweiten Kunststoff-Kompositelement mit einem welligen Teil;
4 ist eine schematische Explosionsperspektivansicht einer Heizvorrichtung zum Heizen der welligen Teile;
5 ist eine schematische Seitenansicht der welligen Teile, die in einer Formeinheit einander überlappen;
6 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Hauptteils des überlappenden Abschnitts;
7 ist eine schematische Seitenansicht einer Oberform, die in der in 5 gezeigten Position abgesenkt wird;
8A und 8B sind schematische Prozessflussdiagramme des Beispiels zur Herstellung einer Kunststoff-Kompositstruktur aus einem ersten Kunststoff-Kompositelement und einem zweiten Kunststoff-Kompositelement, die keine welligen Teile haben;
9A bis 9C sind schematische Prozessflussdiagramme eines Beispiels zur Herstellung der Kunststoff-Kompositstruktur aus einem ersten Kunststoff-Kompositelement mit einem anderen welligen Teil und einem zweiten Kunststoff-Kompositelement mit einem anderen welligen Teil;
10 ist eine schematische Gesamtperspektivansicht einer Kunststoff-Kompositstruktur gemäß einer zweiten Ausführung;
11 ist eine schematische Explosionsperspektivansicht an erwärmten welligen Teilen eines zweiten Kunststoff-Kompositelements, die mit Enden eines ersten Kunststoff-Kompositelements und eines dritten Kunststoff-Kompositelements in einer Formeinheit überlappen, um die Kunststoff-Kompositstruktur von 10 herzustellen;
12 ist eine schematische Seitenansicht des welligen Teils des zweiten Kunststoff-Kompositelements, das mit dem Ende des ersten Kunststoff-Kompositelements überlappt;
13 ist eine schematische Draufsicht eines ersten Kunststoff-Kompositelements und eines zweiten Kunststoff-Kompositelements, die durch ein Kopplungsteil, das zusätzliche Kunststoff-Kompositelemente enthält, gekoppelt sind (damit überlappen); und
14 ist eine schematische Draufsicht des ersten Kunststoff-Kompositelements und des zweiten Kunststoff-Kompositelements, die durch ein anderes Kopplungsteil, das zusätzliche Kunststoff-Kompositelemente enthält, gekoppelt sind (damit überlappen), die sich von der in 13 gezeigten Form unterscheiden.
Nachfolgend werden verschiedene bevorzugte Ausführungen der Kunststoff-Kompositstruktur sowie ein Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung im Detail und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Gesamtperspektivansicht einer Kunststoff-Kompositstruktur 10 gemäß einer ersten Ausführung. Die Kunststoff-Kompositstruktur 10 hat im Wesentlichen eine flache plattenartige Gestalt, die ein erstes Kunststoff-Kompositelement 12 und ein zweites Kunststoff-Kompositelement 14 enthält. Ein Ende des ersten Kunststoff-Kompositelements 12 ist mit einem Ende des zweiten Kunststoff-Kompositelements 14 verklebt und damit integriert, und daher hat die Kunststoff-Kompositstruktur 10 eine Verbindung 16.
Das erste Kunststoff-Kompositelement 12 ist aus faserverstärktem Harzmaterial zusammengesetzt. Das faserverstärkte Harzmaterial enthält ein thermoplastisches Basisharz und diskontinuierliche Fasern (gehackte Fasern), die in dem thermoplastischen Harz zufällig verteilt sind. Das zweite Kunststoff-Kompositelement 14 ist aus dem gleichen Material aufgebaut. Die diskontinuierlichen Fasern können aus Glasfasern und Kohlefasern ausgewählt sein, und sind bevorzugt Kohlefasern, die eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, Festigkeit und Steifigkeit aufzeigen.
Die Verbindung 16 wird durch Erwärmen und Pressen gebildet, wodurch die Enden des ersten Kunststoff-Kompositelements 12 und des zweiten Kunststoff-Kompositelements 14 integral miteinander verklebt werden, wie nachfolgend beschrieben wird. Zum Zwecke der Darstellung wird nachfolgend ein von der Verbindung 16 abweichendes Teil des ersten Kunststoff-Kompositelements 12 als „erstes Teil 18” bezeichnet, und ein von der Verbindung 16 abweichendes Teil des zweiten Kunststoff-Kompositelements 14 wird als „zweites Teil 20” bezeichnet.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang dem in 1 gezeigten Pfeil II-II, oder in anderen Worten, ist eine schematische Ansicht eines horizontalen Querschnitts der Verbindung 16. Falls, wie nachfolgend beschrieben, Enden der Kunststoff-Kompositelemente einfach erwärmt und gepresst werden, werden in der resultierenden Verbindung zwischen den Elementen die diskontinuierlichen Fasern darin nicht zufällig miteinander verschlungen. Im Gegensatz hierzu werden, wie in 2 gezeigt, die diskontinuierlichen Fasern 22 in der Verbindung der Kunststoff-Kompositstruktur 10 zufällig orientiert. In anderen Worten, die diskontinuierlichen Fasern 22 werden in der Verbindung 16 zufällig miteinander verschlungen. Die Gründe für dieses Merkmal der Erfindung werden nachfolgend beschrieben.
In der vorliegenden Ausführung hat die Kunststoff-Kompositstruktur 10 flache Oberflächen. Das erste Teil 18, die Verbindung 16 und das zweite Teil 20 sind in einer einzigen Ebene angeordnet, so dass zwischen dem ersten Teil 18 und der Verbindung 16 oder zwischen der Verbindung 16 und dem zweiten Teil 20 keine sichtbaren unebenen Abschnitte gebildet werden.
Darüber hinaus werden zwischen dem ersten Teil 18 und der Verbindung 16, oder zwischen der Verbindung 16 und dem zweiten Teil 20, keine klaren Grenzen ausgebildet. Somit hat die Kunststoff-Kompositstruktur 10 eine so genannte nahtlose Struktur. Übrigens ist in 1 die Verbindung 16 (das heißt, die jeweils verklebten Enden davon) mit gestrichelten Linien gezeigt, um die Position der Verbindung 16 klarzustellen.
Obwohl somit die Kunststoff-Kompositstruktur 10 durch integrales Verkleben der zwei Kunststoff-Kompositelemente 12, 14 hergestellt wird, werden darin keine unebenen Abschnitte ausgebildet. Daher kann die Kunststoff-Kompositstruktur 10 in einer Komponente mit einem gewünschten flachen Oberflächenerscheinungsbild verwendet werden. Ferner kann eine Dickenzunahme der Verbindung 16 verhindert werden.
Da die diskontinuierlichen Fasern 22 in der Verbindung 16 miteinander verschlungen sind (siehe 2), zeigt die Verbindung 16 eine ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit und Steifigkeit. Daher kann verhindert werden, dass sich das erste Kunststoff-Kompositelement 12 und das zweite Kunststoff-Kompositelement 14 an der Verbindung 16 trennen.
Demzufolge hat die Kunststoff-Kompositstruktur 10 der ersten Ausführung ein ausgezeichnetes Erscheinungsbild, eine ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit und Steifigkeit. Es können eine Mehrzahl solcher Kunststoff-Kompositstrukturen 10, 10 integral miteinander verbunden werden, um eine große Komponente herzustellen. Es versteht sich, dass eine solche Komponente ein ausgezeichnetes Erscheinungsbild, eine ausgezeichnete Verbindungsfestigkeit und Steifigkeit hat. Die Komponente kann in einer Fahrzeugkarosserie oder dergleichen verwendet werden.
Die Kunststoff-Kompositstruktur 10 der ersten Ausführung kann in der folgenden Weise hergestellt werden.
Zunächst werden das erste Kunststoff-Kompositelement 12 und das zweite Kunststoff-Kompositelement 14 vorbereitet. Während dieses Schritts haben das erste Kunststoff-Kompositelement 12 und das zweite Kunststoff-Kompositelement 14 jeweils eine einfache flache plattenartige Form.
Die Enden des ersten Kunststoff-Kompositelements 12 und des zweiten Kunststoff-Kompositelements 14 werden einem Schneidprozess unterzogen, um wellige Teile 28a, 28b auszubilden, welche konkave Abschnitte 24 und konvexe Abschnitte 26 (Kopplungsteile) daran enthalten, wie in 3A gezeigt. Die welligen Teile 28a, 28b haben die gleiche Phase. In der vorliegenden Ausführung haben die konvexen Abschnitte 26 jeweils einen gleichschenklig-dreieckigen Vorsprung mit einem Scheitelwinkel von angenähert 90°. Daher haben die welligen Teile 28a, 28b ein zahnförmiges Profil.
Die Enden mit den welligen Teilen 28a, 28b werden erhitzt und gepresst. Der Heizschritt und der Pressschritt können gleichzeitig oder separat durchgeführt werden. Die Heiz- und Pressschritte, die separat ausgeführt werden, werden nachfolgend im Detail beschrieben.
Zum Beispiel kann eine in 4 gezeigte Heizvorrichtung 30 zum Heizen der welligen Teile 28a, 28b verwendet werden. Die Heizvorrichtung 30 wird nachfolgend schematisch beschrieben.
Die Heizvorrichtung 30 enthält einen unteren Trägerblock 32 und einen oberen Trägerblock 34. Der untere Trägerblock 32 enthält zwei Einsetzlöcher 36a, 36b, die sich in der Längsrichtung erstrecken. Stabheizer 38a, 38b, die von der nicht dargestellten Steuerschaltung elektrisch verbunden sind, werden in die Einsetzlöcher 36a, 36b eingesetzt.
An der Oberseite des unteren Trägerblocks 32, angenähert in der Mitte der Breitenrichtung davon, steht ein langer Sitzvorsprung 40 zu dem oberen Trägerblock 34 vor und erstreckt sich in der Längsrichtung. Demzufolge werden auf der Oberseite des unteren Trägerblocks 32 eine erste flache Oberfläche 42a und eine zweite flache Oberfläche 42b jederseits des Sitzvorsprungs 40 ausgebildet. Darüber hinaus werden mehrere Bolzenstopplöcher 44 an der Oberseite des Sitzvorsprungs 40 ausgebildet.
An dem oberen Trägerblock 34 ist eine Sitznut 46 in einer Position entsprechend dem Sitzvorsprung 40 ausgebildet. Der Sitzvorsprung 40 wird in die Sitznut 46 eingesetzt, wenn der obere Trägerblock 34 auf den unteren Trägerblock 32 gestapelt wird.
Der obere Trägerblock 34 enthält Einsetzlöcher 36c, 36d, die vertikal oberhalb der Einsetzlöcher 36a, 36b ausgebildet sind. Stabheizer 38c, 38d werden jeweils in die Einsetzlöcher 36c, 36d eingesetzt.
Eine Mehrzahl von Bolzendurchgangslöchern 48 sind in dem oberen Trägerblock 34 ausgebildet und erstrecken sich von der Oberseite des oberen Trägerblocks 34 zur Deckfläche der Sitznut 46. Bolzen 50 werden in die Bolzendurchgangslöcher 38 eingesetzt und in die Bolzenstopplöcher 44 geschraubt.
Die welligen Teile 28a, 28b werden in der folgenden Weise mittels der obigen Heizvorrichtung 30 erhitzt.
Zuerst werden das wellige Teil 28a des ersten Kunststoff-Kompositelements 12 und der wellige Teil 28b des zweiten Kunststoff-Kompositelements 14 jeweils auf die erste flache Oberfläche 42a und die zweite flache Oberfläche 42b gelegt.
Der obere Trägerblock 34 wird auf den unteren Trägerblock 32 derart gestapelt, dass der Sitzvorsprung 40 in der Sitznut 46 sitzt. Die Bolzen 50 werden in die Bolzendurchgangslöcher 48 eingesetzt und die Bolzenstopplöcher 44 geschraubt, um den oberen Trägerblock 32 mit dem unteren Trägerblock 34 zu verbinden. Im Ergebnis sind das Ende (das das wellige Teil 28a enthält) des ersten Kunststoff-Kompositelements 12 und das Ende (das das wellige Teil 28b enthält) des zweiten Kunststoff-Kompositelements 14 zwischen dem unteren Trägerblock 32 und dem oberen Trägerblock 34 geschichtet. Danach werden die Stabheizer 38a und 38d jeweils in die Einsetzlöcher 36a und 36d eingesetzt.
Wenn sich die Heizvorrichtung 30 im vorgenannten Zustand befindet, wird den Stabheizern 38a bis 38d von der Steuerschaltung elektrische Energie zugeführt. Die Stabheizer 38a bis 38d werden erhitzt, und daher werden auch das Ende (welliges Teil 28a) des ersten Kunststoff-Kompositelements 12 und das Ende (welliges Teil 28b) des zweiten Kunststoff-Kompositelements 14, die zwischen dem unteren Trägerblock 32 und dem oberen Trägerblock 34 aufgenommen sind, erhitzt. Im Ergebnis werden die die welligen Teile 28a, 28b enthaltenden Enden weich.
Das erste Kunststoff-Kompositelement 12 und das zweite Kunststoff-Kompositelement 14 werden zu einer Formvorrichtung überführt, wie etwa einer in 5 gezeigten Formeinheit 52.
Die Formeinheit 52 enthält eine Unterform 54 und eine Oberform 56. Die Unterform 54 ist eine stationäre Form, und die Oberform 56 kann durch einen Hubmechanismus (nicht gezeigt) zur Unterform 54 hin und von dieser weg bewegt werden. Ein im Wesentlichen rechteckiger Rahmen 58 wird an der Unterform 54 angeordnet und fixiert. Das erste Kunststoff-Kompositelement 12 und das zweite Kunststoff-Kompositelement 14 werden in dem Rahmen 58 angeordnet, und die erhitzten Enden werden miteinander überlappt. Übrigens sind die erhitzten Enden (erhitzte Teile) in 5 schraffiert gezeigt.
Während dieses Schritts werden, wie in 3B gezeigt, die konvexen Abschnitte 26, 26 in den welligen Teilen 28a, 28b miteinander überlappt, so dass ein nicht überlappender Raum 60 zwischen jedem Paar von konkaven Abschnitten 24, 24, die einander gegenüberliegen, ausgebildet wird.
6 ist eine vergrößerte schematische Ansicht des nicht überlappenden Raums 60 und von benachbarten Bereichen. In diesem Fall ist der nicht überlappende Raum 60 angenähert rhombenförmig. In der ersten Ausführung werden die konvexen Abschnitte 26, 26 derart überlappt, dass die Fläche S1 des nicht überlappenden Raums 60 gleich der Fläche S2 des überlappenden Abschnitts der konvexen Abschnitte 26, 26 ist. Somit erfüllen die Flächen S1 und S2 die Bedingung S2/S1 = 1.
Wenn, wie in 5 gezeigt, das erhitzte Teil des zweiten Kunststoff-Kompositelements 14 auf das erhitzte Teil des ersten Kunststoff-Kompositelements 12 gestapelt wird, wird das nicht erhitzte Teil des zweiten Kunststoff-Kompositelements 14 mit der Unterform 54 in Kontakt gebracht. Das erhitzte Teil (Ende) des zweiten Kunststoff-Kompositelements 14 wird weich gemacht, und daher lässt sich das zweite Kunststoff-Kompositelement 14 am erhitzten Teil leicht biegen.
Wie in 7 gezeigt, wird der Hubmechanismus aktiviert, um die Oberform 26 abzusenken. Die überlappenden Enden (erhitzten Teile) werden gegeneinander gepresst und gequetscht, wodurch sie miteinander integriert werden und die Verbindung 16 bilden. Übrigens repräsentieren die in 7 schraffiert gezeigten Linien keinen Querschnitt, sondern bezeichnen erhitzte Teile, in der gleichen Weise wie in 5. Die schraffierten Linien überlappen in den Enden, die durch das Pressen und Verquetschen vermischt (und integriert) sind.
Während des Press- und Quetschprozesses fließt das Basismaterial (thermoplastisches Harz) in den überlappten konvexen Abschnitten 26 in den Richtungen der in 6 gezeigten Pfeile. Daher wird der nicht überlappende Raum 60 mit dem Basismaterial und den diskontinuierlichen Fasern 22 gefüllt, wodurch Höhendifferenzen der überlappten konvexen Abschnitte 26, 26 eliminiert werden. Somit wird die Verbindung 26 als flaches Oberflächenteil ausgebildet. Fall sich während dieses Schritts das erste Kunststoff-Kompositelement 12 und das zweite Kunststoff-Kompositelement 14 ausdehnen, werden die Enden des ersten Kunststoff-Kompositelements 12 und des zweiten Kunststoff-Kompositelements 14 durch den Rahmen 58 gestoppt.
Die Verbindung 16 wird gekühlt und hart, um die Kunststoff-Kompositstruktur 10 herzustellen. Wie in den 1 und 3C gezeigt, enthält die Kunststoff-Kompositstruktur 10 das erste Teil 18 (das hauptsächlich dem nicht erhitzten Teil des ersten Kunststoff-Kompositelements 12 entspricht), die Verbindung 16 und das zweite Teil 20 (das hauptsächlich dem nicht erhitzten Teil des zweiten Kunststoff-Kompositelements 14 entspricht). Die Kunststoff-Kompositstruktur 10 hat eine flache Oberfläche. Darüber hinaus werden an dem ersten Teil 18, der Verbindung 16 oder dem zweiten Teil 20 keine unebenen Abschnitte und klare Grenzen erzeugt.
Wenn die erhitzten Teile einander überlappen und gegeneinander gedrückt und gepresst werden, fließen das Basismaterial und die diskontinuierlichen Fasern 22 in der oben beschriebenen Weise (siehe 6). In der Verbindung 16 werden, aufgrund dieses Fließens, die diskontinuierlichen Fasern 22 zufällig miteinander verschlungen. Demzufolge zeigt die Verbindung 16 eine ausgezeichnete Festigkeit und Steifigkeit.
Falls, wie in den 8A und 8B gezeigt, ein erstes Kunststoff-Kompositelement 62 und ein zweites Kunststoff-Kompositelement 64 geformt werden, deren jedes eine flache plattenartige Gestalt ohne wellige Teile 28a, 28b hat, und wenn dann ein Ende des ersten Kunststoff-Kompositelements 62 und ein Ende des zweiten Kunststoff-Kompositelements 64 erhitzt, überlappt und gegeneinander gepresst und gequetscht werden, werden die diskontinuierlichen Fasern 22 in der Verbindung zwischen den Elementen nicht zufällig miteinander verschlungen. Dies kann auf die Tatsache zurückgehen, dass, während des Schritts des Pressens der überlappenden Enden, das Basismaterial und diskontinuierlichen Fasern 22 nicht in der vorgenannten Weise fließen. Daher kann die Verbindung, die durch herkömmliche Kunststoffschweißung erhalten wird, keine überragende Festigkeit und Steifigkeit erlangen.
Wie oben beschrieben, kann die Kunststoff-Kompositstruktur 10, in der die Verbindung 16 die ausgezeichnete Festigkeit und Steifigkeit aufzeigt, hergestellt werden, indem an den Enden die welligen Teile 28a, 28b ausgebildet werden, wonach die welligen Teile 28a, 28b überlappt und integral miteinander verklebt werden.
Obwohl gemäß der ersten Ausführung die welligen Teile 28a, 28b eine zahnartige Form haben, ist die Form der welligen Teile darauf nicht beschränkt. Zum Beispiel können, wie in den 9A bis 9C gezeigt, die welligen Teile 28c, 28d so ausgebildet werden, dass sie jeweils eine Sinuswellenform haben. Ferner wird auch in diesem Fall, in der gleichen Weise wie in den 3A bis 3C gezeigt, der nicht überlappende Raum 60 gefüllt und werden die diskontinuierlichen Fasern 22 in der Verbindung 16 zufällig orientiert.
Obwohl gemäß der ersten Ausführung die welligen Teile 28a, 28b, 28c, 28d an jedem der Enden ausgebildet werden, braucht ein vorstehendes Teil auch nur an zumindest einem der zu überlappenden Enden ausgebildet werden. Die Form des Kunststoff-Kompositelements, das der Verklebung unterzogen wird, ist nicht auf die plattenartige Gestalt beschränkt, wie oben beschrieben, sondern kann auch eine dreidimensionale Gestalt haben. Im Folgenden wird eine zweite Ausführung mit einer solchen dreidimensionalen Gestalt beschrieben.
10 ist eine schematische Gesamtperspektivansicht einer Kunststoff-Kompositstruktur 70 gemäß der zweiten Ausführung. Wie in 10 gezeigt, ist die Kunststoff-Kompositstruktur 70 im Querschnitt C-förmig, mit einer nach unten weisenden Öffnung. Die Kunststoff-Kompositstruktur 70 enthält ein langes erstes Kunststoff-Kompositelement 72, ein kurzes zweites Kunststoff-Kompositelement 74 und ein langes drittes Kunststoff-Kompositelement 76, die in dieser Reihenfolge in der Längsrichtung angeordnet und integral verklebt sind. Zwischen dem ersten Kunststoff-Kompositelement 72 und dem zweiten Kunststoff-Kompositelement 74, oder zwischen dem zweiten Kunststoff-Kompositelement 74 und dem dritten Kunststoff-Kompositelement 76, werden keine unebenen Abschnitte und klaren Grenzen ausgebildet. Ferner hat in der vorliegenden Ausführung die Kunststoff-Kompositstruktur 70 nahtlose flache Oberflächen. Übrigens ist in 10 das zweite Kunststoff-Kompositelement 74 durch gestrichelte Linien gezeigt, um deren Position vor der Verklebung klarzustellen.
In der zweiten Ausführung sind wellige Teile 78a, 78b an den Enden des zweiten Kunststoff-Kompositelements 74 ausgebildet, wohingegen die Enden des ersten Kunststoff-Kompositelements 72 und des dritten Kunststoff-Kompositelements 74 jeweils eine geradlinige Form haben (siehe 11). Die welligen Teile 78a, 78b werden auf den geradlinigen Enden angeordnet, und werden dann gepresst und verquetscht, um Verbindungen auszubilden. Dieser Prozess wird nachfolgend beschrieben.
In der zweiten Ausführung sind, ähnlich dem Fall der ersten Ausführung, das erste Kunststoff-Kompositelement 72, das zweite Kunststoff-Kompositelement 74 und das dritte Kunststoff-Kompositelement 76 aus faserverstärktem Kunststoffmaterial zusammengesetzt. Das faserverstärkte Kunststoffmaterial enthält das thermoplastische Basisharz und die diskontinuierlichen Fasern 22 (siehe 2), und die diskontinuierlichen Fasern 22 sind in dem thermoplastischen Harz zufällig verteilt. Die diskontinuierlichen Fasern 22 können aus Glasfasern und Kohlefasern ausgewählt werden und sind bevorzugt Kohlefasern.
Ferner sind, wie in 2 gezeigt, in den Verbindungen der Kunststoff-Kompositstruktur 70, die diskontinuierlichen Fasern 22 zufällig orientiert und somit miteinander verschlungen. Daher haben, in der zweiten Ausführung, wie in der ersten Ausführung, die Verbindungen eine überragende Festigkeit.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung der Kunststoff-Kompositstruktur beschrieben.
Wie in 11 gezeigt, sind, gemäß der zweiten Ausführung, das erste Kunststoff-Kompositelement 72 und das zweite Kunststoff-Kompositelement 76 langgestreckte Elemente, die vor dem Verkleben einen C-förmigen Querschnitt haben. Wie oben beschrieben, sind an dem ersten Kunststoff-Kompositelement 72 und dem dritten Kunststoff-Kompositelement 76 keine welligen Teile ausgebildet.
Vor dem Heizschritt hat das zweite Kunststoff-Kompositelement 74 eine angenähert flache plattenartige Gestalt, und die welligen Teile 78a, 78b, welche die konkaven Abschnitte 80 und die konvexen Abschnitte 82 enthalten, sind an beiden Enden des zweiten Kunststoff-Kompositelements 74 ausgebildet. Das zweite Kunststoff-Kompositelement 74 dieser Gestalt kann vorbereitet werden, indem beide Enden einer flachen Platte geschnitten werden, so dass das zweite Kunststoff-Kompositelement kürzer ist als das erste Kunststoff-Kompositelement 72 und das dritte Kunststoff-Kompositelement 76.
Das erste Kunststoff-Kompositelement 72 und das dritte Kunststoff-Kompositelement 76 werden in eine Formvorrichtung gelegt, wie etwa einer in 11 gezeigten Formeinheit 84.
Nachfolgend wird die Formeinheit 84 schematisch beschrieben. Die Formeinheit 84 enthält eine Unterform 86 und eine Oberform 88. Die Unterform 86 ist eine stationäre Form, und die Oberform 88 kann durch einen Hubmechanismus (nicht gezeigt) zur Unterform 86 hin und von dieser weg bewegt werden. Die Unterform 86 ist eine so genannte männliche Form mit einer Basis 89 und einem Trägervorsprung 90. Die Oberform 88 ist eine so genannte weibliche Form mit einer Einsetzvertiefung 92, in die der Trägervorsprung 90 eingesetzt wird. Eine Pressform (nicht gezeigt), die unabhängig von der Oberform 88 angehoben und abgesenkt werden kann, ist in der Einsetzvertiefung 92 angeordnet. Die Formeinheit 84 enthält ferner Stopper 94a, 94b, die im Querschnitt C-förmig sind.
Das erste Kunststoff-Kompositelement 72 und das dritte Kunststoff-Kompositelement 76 werden auf dem Trägervorsprung 90 der Unterform 86 angeordnet. Somit wird der Trägervorsprung 90 von dem ersten Kunststoff-Kompositelement 72 und dem dritten Kunststoff-Kompositelement 76 bedeckt. Unterdessen wird das gesamte zweite Kunststoff-Kompositelement 74 einschließlich den welligen Teilen 78a, 78b durch einen Heizofen oder dergleichen erhitzt. Dementsprechend wird das erhitzte zweite Kunststoff-Kompositelement 74 weich. Wenn daher das weiche zweite Kunststoff-Kompositelement 74 auf der Oberseite des Trägervorsprungs 90 derart angeordnet wird, dass die welligen Teile 78a, 78b mit Enden des ersten Kunststoff-Kompositelements 72 und des dritten Kunststoff-Kompositelements 76 überlappen, lässt sich der Abschnitt des zweiten Kunststoff-Kompositelements 74, der außerhalb der Oberseite vorsteht, entlang der vertikalen Wand des Trägervorsprungs 90 leicht biegen. In 11 ist das gebogene zweite Kunststoff-Kompositelement 74 separat von dem ersten Kunststoff-Kompositelement 72 und dem dritten Kunststoff-Kompositelement 76 gezeigt.
Wie in 12 gezeigt, überlappen die konvexen Abschnitte 82 in den welligen Teilen 78a, 78b des zweiten Kunststoff-Kompositelements 74 mit den Enden des ersten Kunststoff-Kompositelements 72 und des dritten Kunststoff-Kompositelements 76, so dass ein nicht überlappender Raum 96 zwischen dem Ende des ersten Kunststoff-Kompositelements 72 und jedem der konkaven Abschnitte 80 in dem welligen Teil 78 ausgebildet wird. Die Fläche S3 des nicht überlappenden Raums 96 ist gleich der Fläche S4 des überlappenden Abschnitts des konvexen Abschnitts 82 mit dem Ende des ersten Kunststoff-Kompositelements 72. Somit erfüllen die Flächen S3 und S4 die Bedingung S4/S3 = 1. Die Stopper 94a, 94b werden an gewünschten Positionen an der Oberseite des ersten Kunststoff-Kompositelements 72 und der Oberseite des dritten Kunststoff-Kompositelements 76 angeordnet.
Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, wird auch ein nicht überlappender Raum 96 zwischen dem Ende des dritten Kunststoff-Kompositelements 76 und jedem der konkaven Abschnitte 80 in dem welligen Teil 78b des zweiten Kunststoff-Kompositelements 74 ausgebildet. Die Fläche des nicht überlappenden Raums 96 ist gleich der Fläche des überlappenden Abschnitts des konvexen Abschnitts 82 in dem welligen Teil 78b und dem Ende dritten Kunststoff-Kompositelements 76.
Als nächstes wird die Oberform 88 (siehe 11) durch den Hubmechanismus zu der Unterform 86 abgesenkt, so dass der Trägervorsprung 90 in die Einsetzvertiefung 92 eingeführt wird. Wenn die Oberform 88 ihre unterste Position erreicht, wird die in der Einsetzvertiefung 92 angeordnete Pressform abgesenkt, um den Bereich von den überlappenden Abschnitten des welligen Teils 78a und dem Ende des ersten Kunststoff-Kompositelements 72 zu den überlappenden Abschnitten des welligen Teils 78b und dem Ende des dritten Kunststoff-Kompositelements 76 zu verpressen. Die überlappenden Abschnitte werden auf diese Weise gepresst und verquetscht.
Während dieses Schritts fließen die konvexen Abschnitte 82, die auf das Ende des ersten Kunststoff-Kompositelements 72 gestapelt sind, in den Richtungen der in 12 gezeigten Pfeile. Daher wird der nicht überlappende Raum 96 mit dem Basismaterial und den diskontinuierlichen Fasern 22 gefüllt, und werden Höhenunterschiede des konvexen Abschnitts 82, der mit dem Ende überlappt, eliminiert. Somit wird die Verbindung als flaches Oberflächenteil ausgebildet. Falls sich während dieses Schritts das zweite Kunststoff-Kompositelement 74 ausdehnt, werden die Enden des zweiten Kunststoff-Kompositelements durch die Stopper 94a, 94b gestoppt. Es versteht sich, dass die konvexen Abschnitte 82, die auf das Ende des dritten Kunststoff-Kompositelements 76 gestapelt sind, auf eine gleiche Weise fließen.
Die Verbindungen werden gekühlt und hart, um die Kunststoff-Kompositstruktur 70 herzustellen. Wie in 10 gezeigt, enthält die Kunststoff-Kompositstruktur 70 das lange erste Kunststoff-Kompositelement 72, das kurze zweite Kunststoff-Kompositelement 74 und das lange dritte Kunststoff-Kompositelement 76, die in dieser Reihenfolge in der Längsrichtung angeordnet und miteinander verklebt sind. In der Verbindung zwischen dem ersten Kunststoff-Kompositelement und dem zweiten Kunststoff-Kompositelement 74, oder in der Verbindung zwischen dem zweiten Kunststoff-Kompositelement 74 und dem dritten Kunststoff-Kompositelement 76 sind keine unebenen Abschnitte und klaren Grenzen ausgebildet. Daher hat die Kunststoff-Kompositstruktur 70 eine flache Oberfläche.
In der zweiten Ausführung fließen, ähnlich dem Falle der ersten Ausführung, das Basismaterial und die diskontinuierlichen Fasern 22 in der oben beschriebenen Weise in den überlappenden Abschnitten (siehe 12). Daher werden die diskontinuierlichen Fasern 22 in den Verbindungen zufällig orientiert, und daher werden die diskontinuierlichen Fasern 22 miteinander verschlungen. Demzufolge zeigen die Verbindungen eine ausgezeichnete Festigkeit und Steifigkeit.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die ersten und zweiten Ausführungen beschränkt, die oben beschrieben worden sind. Es können verschiedene Änderungen und Modifikationen an den Ausführungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Obwohl zum Beispiel gemäß der ersten Ausführung (siehe 6) die Flächen S1 und S2 die Bedingung S2/S1 = 1 erfüllen, kann das Verhältnis S2/S1 auch im Bereich von 0,75 ≤ S2/S1 ≤ 2 liegen. Wenn das Verhältnis S2/S1 zumindest 0,75, aber weniger als 1 beträgt, kann die Verbindung eine ausgezeichnete Festigkeit erreichen, und kann dünner sein als das erste Teil 18 und das zweite Teil 20. Somit kann die Verbindung als Vertiefung ausgebildet werden. Wenn andererseits das Verhältnis S2/S1 größer als 1, aber höchstens 2 ist, kann die Festigkeit der Verbindung weiter verbessert werden, und die Verbindung kann als Vorsprung ausgebildet werden. Eine solche Vertiefung oder ein solcher Vorsprung kann als Designmerkmal genutzt werden.
Obwohl gemäß der zweiten Ausführung (siehe 12) die Flächen S3 und S4 die Bedingung S4/S3 = 1 erfüllen, versteht es sich, dass das Verhältnis S4/S3 auch im Bereich von 0,75 ≤ S4/S3 ≤ 2 liegen kann.
In der zweiten Ausführung werden der Schritt des integralen Verbindens des ersten Kunststoff-Kompositelements 72 mit dem zweiten Kunststoff-Kompositelement 74, und der Schritt des integralen Verbindens des zweiten Kunststoff-Kompositelements 74 mit dem dritten Kunststoff-Kompositelement 76 gleichzeitig ausgeführt. Zum Beispiel kann für einen Fall, worin das erste Kunststoff-Kompositelement 72, das zweite Kunststoff-Kompositelement 74 und das dritte Kunststoff-Kompositelement 76 große Abmessungen haben und es daher schwierig ist, die Anordnung aller Kopplungsteile in der Formeinheit auszuführen, kann der Schritt des integralen Verbindens des zweiten Kunststoff-Kompositelements 74 mit dem dritten Kunststoff-Kompositelement 76 auch nach dem Schritt des integralen Verbindens des ersten Kunststoff-Kompositelements 72 mit dem zweiten Kunststoff-Kompositelement 74 durchgeführt werden. In anderen Worten, diese Schritte können bei Bedarf auch separat ausgeführt werden.
Die welligen Teile 28a bis 28d, 78a, 78b können auch während des Formungsprozesses der Kunststoff-Kompositelemente 12, 14, 77 ausgebildet werden.
In der vorliegenden Erfindung unterliegen die welligen Teile 28a bis 28d, 78a, 78b keiner besonderen Beschränkung, so lange das Kopplungsteil, das mit dem gegenüberliegenden Material überlappt, und der nicht überlappende Raum, der mit dem gegenüberliegenden Material nicht überlappt, gebildet werden können.
Obwohl gemäß den ersten und zweiten Ausführungen die welligen Teile 28a bis 28d, 78a, 78b konvexe Abschnitte 26, 82 haben, die als Kopplungsteile der Kunststoff-Kompositelemente 12, 14, 77 ausgebildet sind, können auch zusätzliche Kunststoff-Kompositelemente 89, 100 als Kopplungsteile verwendet werden, wie in den 13 und 14 gezeigt.
In der in 13 gezeigten Ausführung sind mehrere zusätzliche Kunststoff-Kompositelemente 98, die im Wesentlichen rhombenförmig sind, auf das erste Kunststoff-Kompositelement 62 und das zweite Kunststoff-Kompositelement 74 gestapelt, die eine einfache plattenartige Gestalt haben. Daher werden das erste Kunststoff-Kompositelement 62 und das zweite Kunststoff-Kompositelement 64 und die Kunststoff-Kompositelemente 98 verkoppelt, und es werden nicht überlappende Räume 102 zwischen dem ersten Kunststoff-Kompositelement 62 und den Kunststoff-Kompositelementen 98 ausgebildet, sowie auch zwischen den Kunststoff-Kompositelementen 98 und dem zweiten Kunststoff-Kompositelement 64. In diesem Fall können Ecken der benachbarten Kunststoff-Kompositelemente 98, 98 miteinander überlappen.
In der in 14 gezeigten Ausführung sind das erste Kunststoff-Kompositelement 62 und das zweite Kunststoff-Kompositelement 64 durch die zusätzlichen Kunststoff-Kompositelemente 100 gekoppelt, welche im Wesentlichen rechteckförmig sind, und nicht überlappende Räume 104 sind zwischen den separaten Kunststoff-Kompositelementen 100, 100 ausgebildet.
In den Ausführungen der 13 und 14 unterliegen, wie im Falle der ersten und zweiten Ausführungen, das thermoplastische Basisharz und die diskontinuierlichen Fasern 22 in den Kunststoff-Kompositelementen 98, 100 einer Bewegung, wodurch die nicht überlappenden Räume 102, 104 mit dem thermoplastischen Basisharz und den diskontinuierlichen Fasern 22 gefüllt werden. Demzufolge werden die diskontinuierlichen Fasern 22 in den Verbindungen zufällig orientiert.
An einem Ende eines ersten Kunststoff-Kompositelements 12 und an einem Ende eines zweiten Kunststoff-Kompositelements 14 werden Kopplungsteile ausgebildet, um die Enden miteinander zu verbinden. Zum Beispiel können die Kopplungsteile wellige Teile 28a, 28b sein, die konkave Abschnitte 24 und konvexe Abschnitte 26 enthalten. In diesem Fall werden die welligen Teile 28a, 28b anfänglich erhitzt und weich gemacht. Dann werden, in einer Formeinheit, jeweilige Paare von gegenüberliegenden konvexen Abschnitten 26, 26 miteinander überlappt, und jeweilige Paare von gegenüberliegenden konkaven Abschnitten 24, 24 werden zur Bildung eines nicht überlappenden Raums 60 genutzt. Die überlappenden konvexen Abschnitte 26, 26 werden gepresst und gequetscht, so dass ein thermoplastisches Basisharz und darin enthaltene Fasern zu dem nicht überlappenden Raum 60 hin fließen. Danach wird das thermoplastische Harz abgekühlt und gehärtet, wodurch das erste Kunststoff-Kompositelement 12 und das zweite Kunststoff-Kompositelement 14 integral verbunden werden, um eine Kunststoff-Kompositstruktur 10 zu erhalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11-090986 A [0006, 0006, 0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Kompositstruktur (10) durch Verbinden eines ersten Kunststoff-Kompositelements (12) und eines zweiten Kunststoff-Kompositelements (14), die beide diskontinuierliche Fasern enthalten, wobei das Verfahren aufweist: einen Überlappungsschritt zur Bildung eines Kopplungsteils (28a, 28b) und eines nicht überlappenden Raums (60), der ein anderer Abschnitt als das Kopplungsteil (28a, 28b) ist, zwischen einem Ende des ersten Kunststoff-Kompositelements (12) und einem Ende des zweiten Kunststoff-Kompositelements (14), wobei die Enden durch das Kopplungsteil (28a, 28b) gekoppelt werden; einen Verbindungsschritt zum Ausüben einer Last auf das Kopplungsteil (28a, 28b) und die Enden, um den nicht überlappenden Raum (60) zu füllen und das Kopplungsteil (28a, 28b) und die Enden integral zu verbinden, um hierdurch eine Kunststoff-Kompositstruktur (10) mit einer Verbindung herzustellen, worin die diskontinuierlichen Fasern in der Verbindung zufällig orientiert werden; und einen Heizschritt zum thermischen Weichmachen von zumindest dem Kopplungsteil (28a, 28b) vor dem Überlappungsschritt, nach dem Überlappungsschritt oder während des Verbindungsschritts.
Das Verfahren nach Anspruch 1, worin das Kopplungsteil (28a, 28b) an dem ersten Kunststoff-Kompositelement (12) und/oder dem zweiten Kunststoff-Kompositelement (14) ausgebildet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin zumindest ein zusätzliches Kunststoff-Kompositelement (100), das diskontinuierliche Fasern enthält, als das Kopplungsteil verwendet wird, und das Kopplungsteil mit sowohl dem ersten Kunststoff-Kompositelement (12) als auch dem zweiten Kunststoff-Kompositelement (14), die voneinander getrennt sind, überlappt wird, so dass das erste Kunststoff-Kompositelement (12) und das zweite Kunststoff-Kompositelement (14) durch das Kopplungsteil gekoppelt werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin das Verhältnis der Fläche eines Überlappungsabschnitts in dem Kopplungsteil (28a, 28b) zur Fläche des nicht überlappenden Raums (60) 0,75 bis 2 beträgt.
Das Verfahren nach Anspruch 4, worin das Verhältnis der Fläche des Überlappungsabschnitts in dem Kopplungsteil (28a, 28b) zur Fläche des nicht überlappenden Raums (60) 1 ist.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner aufweist: einen zweiten Überlappungsschritt zur Bildung eines zweiten Kopplungsteils (78a, 78b) und eines zweiten nicht überlappenden Raums (96), der ein anderer Abschnitt als das zweite Kopplungsteil (78a, 78b) ist, zwischen einem Ende des zweiten Kunststoff-Kompositelements (14) und einem Ende eines dritten Kunststoff-Kompositelements (14), das diskontinuierliche Fasern enthält, wobei die Enden durch das zweite Kopplungsteil (78a, 78b) gekoppelt werden; einen zweiten Verbindungsschritt zum Ausüben einer Last auf das zweite Kopplungsteil (78a, 78b) und auf die Enden des zweiten Kunststoff-Kompositelements (14) und des dritten Kunststoff-Kompositelements (76), um den zweiten nicht überlappenden Raum (96) zu füllen und das zweite Kopplungsteil (78a, 78b) mit den Enden des zweiten Kunststoff-Kompositelements (14) und des dritten Kunststoff-Kompositelements (76) integral zu verbinden, um hierdurch die Kunststoff-Kompositstruktur (70) mit einer zweiten Verbindung herzustellen, wobei die diskontinuierlichen Fasern in der zweiten Verbindung zufällig orientiert werden; und einen zweiten Heizschritt zum thermischen Weichmachen von zumindest dem zweiten Kopplungsteil (78a, 78b) vor dem zweiten Überlappungsschritt, nach dem zweiten Überlappungsschritt oder während des zweiten Verbindungsschritts.
Das Verfahren nach Anspruch 6, worin der Verbindungsschritt und der zweite Verbindungsschritt gleichzeitig durchgeführt werden.
Kunststoff-Kompositstruktur (10), die ein erstes Kunststoff-Kompositelement (12) und ein zweites Kunststoff-Kompositelement (14) aufweist, die beide diskontinuierliche Fasern enthalten, worin das erste Kunststoff-Kompositelement (12) und das zweite Kunststoff-Kompositelement (14) integral miteinander verbunden sind, und die diskontinuierlichen Fasern in einer Verbindung zwischen dem ersten Kunststoff-Kompositelement (12) und dem zweiten Kunststoff-Kompositelement (14) zufällig orientiert sind.
Die Kunststoff-Kompositstruktur (10) nach Anspruch 8, die ferner ein drittes Kunststoff-Kompositelement (76) aufweist, das die diskontinuierlichen Fasern enthält, worin das dritte Kunststoff-Kompositelement (76) mit dem zweiten Kunststoff-Kompositelement (14) integral verbunden ist, und die diskontinuierlichen Fasern in einer Verbindung zwischen dem zweiten Kunststoff-Kompositelement (14) und dem dritten Kunststoff-Kompositelement (76) zufällig orientiert sind.