DE102015105998A1

DE102015105998A1 - Strukturierter Kraftfahrzeug-Aufprallträger

Info

Publication number: DE102015105998A1
Application number: DE102015105998.3A
Authority: DE
Inventors: Jacob Hundley; Nilesh Mankame; Alan Jacobsen; Eric Clough; Hanif Muhammad; Stuart Brown; Elisabeth Berger
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2015-10-29
Also published as: CN105015462A; US9376074B2; US20150307044A1

Abstract

Eine gekrümmte mehrlagige Aufprallstruktur für ein Fahrzeug mit einem Mikrogerippekern. Bei einer Ausführungsform umfasst die mehrlagige Aufprallstruktur eine Mikrogerippeschicht, die zwischen zwei Deckschichten eingeschoben ist, eine Mikrogerippeschicht, die für eine Energieabsorption auf der Außenseite einer der Deckschichten ausgelegt ist, und eine Verkleidungsplatte in Kontakt mit der energieabsorbierenden Mikrogerippeschicht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine gekrümmte mehrlagige Aufprallstruktur und genauer gesagt eine gekrümmte Aufprallstruktur, die einen Mikrogerippekern umfasst, der zwischen einer oberen und unteren Haut eingeschoben ist und eine energieabsorbierende Mikrogerippeschicht auf der Außenseite der oberen Haut aufweist.
Beschreibung der verwandten Technik
Moderne Fahrzeuge sind mit einer Reihe von Aufprallträgern ausgestattet, die gegen Kollisionen und Aufpralle mit Objekten, wie etwa anderen Fahrzeugen, strukturelle Integrität bereitstellen. Genauer gesagt werden Aufprallträger herkömmlicherweise bei Fahrzeugmodellen verwendet, um die Insassen vor Aufprallen von vorne, von der Seite und/oder von hinten zu schützen, indem sie für den Fall eines Fahrzeugzusammenstoßes Energie durch Verformung absorbieren und die ausgeübten dynamischen Lasten auf andere energieabsorbierende Teilsysteme am Fahrzeug verteilen. Beispielsweise ist es bekannt, Aufprallträger in einer vorderen Energiehandhabungs- oder Stoßfänger-Baugruppe, einer hinteren Energiehandhabungs- oder Stoßfänger-Baugruppe und Seitenaufprall-Baugruppen an einem Fahrzeug bereitzustellen. Aufprallträger vorne und hinten am Fahrzeug werden gewöhnlich als Stoßstangen bezeichnet und Aufprallträger an den Seiten des Fahrzeugs werden manchmal als Anfahrschutzstangen bezeichnet. Auf jeden Fall ist es wünschenswert, einen Aufprallträger mit geringer Masse, hoher Biegesteifigkeit und Festigkeit und hoher Energieabsorption pro Masseeinheit bereitzustellen. Die Bedingung eines geringen Gewichts wird durch Kraftstoffverbrauchsnormen und die Tatsache vorgeschrieben, dass sich die Aufprallträger sowohl sehr nahe als auch sehr weit vom Massenschwerpunkt des Fahrzeugs befinden. Das Maximieren der Biegesteifigkeit und Festigkeit ist notwendig, falls der Träger Aufpralle auf geringer Geschwindigkeit schadenfrei überstehen und die Aufpralllasten während der Dauer eines Aufprallereignisses auf hoher Geschwindigkeit übertragen soll. Ferner führt ein hoher Grad von Energieabsorption zu einer reduzierten Lastübertragung auf die Insassen des Fahrzeugs, wodurch sich die Sicherheit erhöht.
Bei einem bekannten vorderen Energiehandhabungssystem eines Fahrzeugs besteht ein Aufprallträger aus einer oberen und unteren Deckschicht kombiniert mit einem internen Strukturkern, um einen hochenergetischen Aufprallwiderstand bei geringem Gewicht und günstigen Kosten bereitzustellen. Typischerweise umfasst der Aufprallträger für ein derartiges System Schichten aus Aluminium, Stahl, Kohlefaser usw., die stranggepresst oder gewalzt werden usw. Eine harte energieabsorbierende Schicht kann auf dem Aufprallträger gebildet sein und die allgemeine Form einer äußeren Verkleidungsplatte auf der Seite, die näher an der Verkleidung liegt, und die der Vorderseite des Aufprallträgers auf der Seite, die näher an dem Aufprallträger liegt, aufweisen. Eine weiche energieabsorbierende Schicht wird dann auf der harten energieabsorbierenden Schicht gebildet, und die vordere Verkleidungsplatte wird dann über der weichen energieabsorbierenden Schicht bereitgestellt. Die Kombination der harten energieabsorbierenden Schicht und der weichen energieabsorbierenden Schicht stellt einen Übergang zwischen dem Aufprallträger und der vorderen Verkleidungsplatte bereit, damit sich das System an die gewünschte Form der vorderen Verkleidungsplatte anpassen kann, die erhebliche Winkel und Formen aufweisen kann, die durch die Gestaltung des Fahrzeugs bedingt sind. Die harte energieabsorbierende Schicht und die weiche energieabsorbierende Schicht stellen auch einen Übergang zwischen der Verkleidungsplatte und dem Aufprallträger bereit, um Aufpralle auf geringer Geschwindigkeit wirksam zu absorbieren, ohne die Integrität des Systems in Frage zu stellen.
Es ist in der Technik bekannt, Fahrzeug-Aufprallträger bereitzustellen, die mehrlagige Strukturen aufweisen. Diese Aufprallträger aus dem Stand der Technik können allgemein in drei Modelle eingestuft werden, nämlich Hohlträger, die vollständig oder teilweise mit einem Polymer- oder Metallschaumstoff verstärkt sind, ein- oder doppelseitige Deckschichten, die mit einem wabenartigen Zellkern verstärkt sind, und geformte, zusammengesetzte Aufprallträger. Für hohle, zusammengesetzte Röhrenstrukturen mit Metall- oder Polymermatrix, die vollständig oder teilweise mit einem leichten Schaumstoffkern verstärkt sind, kann das Material, das für den Kern verwendet wird, entweder ein Metall- oder ein Polymerschaumstoff sein, der verschweißt, mechanisch angebracht oder passend in die Röhrenstruktur eingepresst wird. Der Zweck des Kerns besteht darin, Scherlasten in den mehrlagigen Strukturen zu tragen und für den Fall eines Aufpralls auf einer geringen oder hohen Geschwindigkeit Energie zu absorbieren, wobei der Unterschied von der Dichte und der Zusammensetzung des Schaumstoffs abhängig ist. Die Verwendung von wabenförmig oder wabenartig angeordneten Zellkernen, um eine Verstärkung für eine oder zwei flache Deckschichten bereitzustellen, umfasst offenseitige mehrlagige Modelle und wabenförmige, getrennt versteifte oder Weinkisten-Strukturen, die sich von der Vorderseite des Aufprallträgers nach hinten in Richtung auf den Fahrgastraum des Fahrzeugs erstrecken. Wenn zwischen dem Kern und dem Fahrgastraum eine keine zweite Deckschicht enthalten ist, dann muss das Kernmaterial relativ dicht sein, da es den Großteil der Biegesteifigkeit für die Struktur neben der Scherlastübertragung bereitstellt.
Für durchgehende oder nicht durchgehende faserverstärkte Polymermatrix-Verbundaufprallträger kann das Matrixmaterial entweder ein thermoplastisches oder ein duroplastisches Polymer sein, das durch Harzinjektion, Formpressen, Blasformen oder andere ähnliche Fertigungsprozesse eingeführt wird.
Es ist ebenfalls in der Technik bekannt, ein dreidimensionales Netzwerk aus Photopolymer-Hohlleitern anzufertigen, das eine unitäre Gerippe- oder Gitterarchitektur umfasst, die nachstehend auch als Mikrogerippe oder Mikrogitter bezeichnet wird. Beispielsweise offenbaren die US-Patente Nr. 7,653,279 und 7,382,959 einen Prozess zum Anfertigen einer derartigen Mikrogerippestruktur. Im Allgemeinen umfasst der Prozess das Bereitstellen eines Behälters oder einer Form, der bzw. die mit einem Volumen eines härtbaren Monomers gefüllt wird und mit einer Maske abgedeckt wird, die strategisch positionierte Öffnungen umfasst. UV-Lichtquellen werden mit Bezug auf die Maske positioniert, und die Belichtung mit kollimiertem UV-Licht durch die Maskenöffnungen bildet eine Reihe von untereinander verbundenen, selbstverbreitenden Photopolymer-Hohlleitern, die hier als Streben bezeichnet werden, um die Gerippe- oder Gitterarchitektur zu bilden. Sobald die Photopolymer-Hohlleiter gebildet wurden, wird das unpolymerisierte Monomer, das dem UV-Licht nicht ausgesetzt wurde, aus dem Behälter entleert. Die Mikrogerippestruktur kann dann einem Nachhärtungsvorgang unterzogen werden, um die Vernetzungsdichte in den Photopolymer-Hohlleitern zu erhöhen. Diese Nachhärtung kann durch thermisches Härten, eine zusätzliche Belichtung mit UV-Licht, ein gleichwertiges Verfahren oder eine Kombination davon erreicht werden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt eine gekrümmte mehrlagige Aufprallstruktur für ein Fahrzeug mit einem Mikrogerippekern. Bei einer Ausführungsform umfasst die mehrlagige Aufprallstruktur eine Mikrogerippeschicht, die zwischen zwei Deckschichten eingeschoben ist, eine Mikrogerippeschicht, die für eine Energieabsorption auf der Außenseite einer der Deckschichten ausgelegt ist, und eine Verkleidungsplatte in Kontakt mit der energieabsorbierenden Mikrogerippeschicht.
Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung und den beiliegenden Ansprüchen hervorgehen, die zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen zu sehen sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine Draufsicht eines Fahrzeugs, die Stellen am Fahrzeug zeigt, an denen Aufprallträger bereitgestellt werden können;
2 eine Querschnittsansicht, die ein bekanntes vorderes Stoßfänger-Energiehandhabungssystem für ein Fahrzeug zeigt;
3 eine isometrische Ansicht eines gekrümmten Aufprallträgers, der eine obere und untere Deckschicht mit einer dazwischen gebildeten Mikrogerippestruktur umfasst;
4 eine isometrische Ansicht einer Mikrogerippearchitektur, die für die diversen hier beschriebenen Mikrogerippestrukturen geeignet ist;
5 eine Querschnittsansicht, die ein vorderes Stoßfänger-Energiehandhabungssystem für ein Fahrzeug zeigt, das zwei Mikrogerippeschichten umfasst;
6 eine auseinandergezogene Seitenansicht eines Energiehandhabungssystems, das zwei Mikrogerippeschichten umfasst;
7 eine isometrische Ansicht einer Mikrogerippestruktur und Einfassung;
8 eine auseinandergezogene isometrische Ansicht der in 6 gezeigten Struktur, die in eine Trägerstruktur eingeschoben ist; und
9 eine isometrische Ansicht der in 8 gezeigten Mikrogerippestruktur, die an Segmenten aufgeschnitten ist, um sie biegsam zu machen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung über eine strukturelle Aufprallbaugruppe, die zwei getrennte Mikrogerippeschichten umfasst, ist rein beispielhafter Art und keineswegs dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen einzuschränken. Insbesondere weist die hier offenbarte strukturelle Aufprallbaugruppe eine bestimmte Anwendung für eine Aufprall-Strukturbaugruppe eines Fahrzeugs auf. Wie es jedoch der Fachmann verstehen wird, kann die offenbarte strukturelle Aufprallbaugruppe andere Anwendungen aufweisen.
Wie es nachstehend ausführlich besprochen wird, schlägt die vorliegende Erfindung eine Reihe von Strukturen und diesbezüglichen Verfahren vor, um eine Kraftfahrzeug-Aufprallträgerbaugruppe mit einer mehrlagigen Konstruktion, die ein strukturiertes Kernmaterial umfasst, das hier als Mikrogerippestruktur oder Mikrogerippekern bezeichnet wird, bereitzustellen. Das strukturierte Kernmaterial besteht aus einem sich wiederholenden Satz von geordneten dreidimensionalen Polymer-Hohlleitern. Obwohl mehrlagige Strukturen in der Technik der Fahrzeug-Aufprallträger bekannt sind, unterscheidet sich die vorliegende Erfindung von anderen Modellen durch die Verwendung und den Bildungsprozess für den mehrlagigen Mikrogerippekern. Wie es noch besprochen wird, ermöglicht eine mehrlagige Struktur mit einem strukturierten Mikrogerippekern Fähigkeiten und Leistungen des Aufprallträgers, die bisher unter Verwendung bekannter Verfahren nicht möglich waren.
Das Material des Mikrogerippekerns besitzt erhöhte Steifigkeit und Festigkeit gegenüber alternativen stochastischen mehrlagigen Kernmaterialien, wie etwa Metall- oder Polymerschaumstoffen, angesichts der Tatsache, dass es eine präzise Steuerung der räumlichen Anordnung des Materials ermöglicht. Eine höhere Steifigkeit und Festigkeit in dem mehrlagigen Kern führt zu reduzierten Reparaturkosten für den Fall von Aufprallen auf geringer Geschwindigkeit. Die Materialien des Mikrogerippekerns können im Vergleich zu anderen hochfesten und hochsteifen Kernmaterialien, wie etwa Metall- oder Verbundwaben, zu viel geringeren Kosten hergestellt werden. Da der Mikrogerippekern an Ort und Stelle gebildet wird und direkt auf die gekrümmten Oberflächen, Befestigungselemente und verwinkelten Seiten verschweißt wird, entfällt die Notwendigkeit einer kostspieligen sekundären Bearbeitung und mehrstufiger Verschweißvorgänge, die mit wabenförmigen Kernen verknüpft sind. Der Prozess zum Fertigen des Mikrogerippes ermöglicht eine Funktionsabstufung, eine räumliche Regelung der physischen und mechanischen Eigenschaften des Kerns in allen drei Dimensionen unter Verwendung eines einzigen Materials, was mit keiner der anderen mehrlagigen Kernformen möglich ist, die an verschiedenen Stellen in dem Kern einheitliche physische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Bei einem Aufprallträger kann die Funktionsabstufung verwendet werden, um eine verbesserte strukturelle Unterstützung in bestimmten Bereichen des Trägers, wie etwa an Anbringungspunkten, in der Mitte des Trägers oder an eventuellen Aufprallstellen bereitzustellen. Die Polymermaterialien des Mikrogerippekerns können in mehrlagige Modelle integriert werden, die Aluminium, Stahl oder kohlefaserverstärkte Polymerdeckschichten oder eine beliebige Kombination davon enthalten, ohne Korrosionsschutzvorrichtungen oder Beschichtungen zu benötigen. Dies ist bei Kernmaterialien, wie etwa Aluminiumwaben oder Schaumstoffe, die einen kathodischen Schutz benötigen, wenn sie auf Stähle oder kohlenfaserverstärkte Polymere aufgetragen werden, nicht der Fall. Die Oberflächen von vorderen und hinteren Aufprallträgern sind häufig mit einer weichen energieabsorbierenden Schicht bedeckt, um unter Bedingungen eines Aufpralls auf geringer Geschwindigkeit eine Verletzung für Fußgänger zu verhindern. Dieses energieabsorbierende Material wird nach der Fertigung des Trägers hinzugefügt, wodurch sich die Anzahl der Einzelteile und der Herstellungsaufwand erhöhen. Im Vergleich kann der gleiche Mikrogerippeprozess verwendet werden, um sowohl die weiche energieabsorbierende Schicht als auch die harte energieabsorbierende Schicht zu bilden, indem man die Dicke, die Orientierung, die Dichte, die chemische Zusammensetzung der Photopolymer-Hohlleiter in jeder Schicht ändert. Die Bildung einer integrierten energieabsorbierenden Schicht auf der Außenseite des Aufprallträgers während der Herstellung der mehrlagigen Konstruktion spart Zeit und Kosten und reduziert die Anzahl der dazugehörigen Einzelteile.
Die Verwendung einer mehrlagigen Konstruktion, insbesondere mit Mikrogerippekern, erweitert auch den Gestaltungsraum für Aufprallträger, um Geometrien zu bilden, die nicht hergestellt werden können, wenn nur monolithisches Metall für faserverstärkte Polymerverbundstoffe verwendet wird. Das mehrlagige Modell kann inhärente Einschränkungen für Prozesse des Strangpressens, des Zieh-Strangpressens, des Prägens und des Laminierens umgehen, indem einfache Formen für die Metall- oder Verbundmaterialien der Deckschichten verwendet werden, um ein Sandwich mit komplexer Geometrie zu erstellen.
Innerhalb der mehrlagigen Konstruktion führt die Struktur des Mikrogerippekerns zu einer höheren Steifigkeit und Festigkeit im Vergleich zu stochastischen Kernmaterialien aus dem Stand der Technik. Zusätzlich ermöglicht die Mikrogerippearchitektur eine räumliche Anpassung der Eigenschaften des Trägers, um vorweggenommene Aufprallbedingungen zu erfüllen. Die Möglichkeit, die Leistung des Mikrogerippekerns über den ganzen Träger funktionsmäßig abzustufen, stellt das höchste Niveau der strukturellen Wirksamkeit sicher, d.h. das Material wird nur dort angeordnet, wo es notwendig ist. Das hier vorgelegte Fertigungsverfahren bietet ebenfalls erhebliche Verbesserungen gegenüber früheren Herstellungsverfahren von mehrlagigen Aufprallträgern. Die resultierende Formgebung des Mikrogerippes führt zu einer kostengünstigeren Struktur im Vergleich zu einem wabenförmigen Kern gleichwertiger Leistung auf Grund der arbeitsintensiven Bearbeitung und der mehrstufigen Verschweißvorgänge, die zum Einbauen der wabenförmigen Struktur notwendig sind. Ferner kann der gleiche Fertigungsprozess des Mikrogerippes verwendet werden, um zusätzliche Einzelteile, wie etwa eine vordere oder hintere energieabsorbierende Polsterung, in die Struktur des Aufprallträgers zu integrieren, wodurch sich die Anzahl der Einzelteile und die Herstellungsdauer reduzieren.
In Längsrichtung kann der Aufprallträger einen nicht prismatischen Querschnitt aufweisen, wobei der Querschnitt über die Länge variieren an, indem entweder die Dicke der Deckschichten, die Dicke des Kerns oder die Dichte, die Architektur oder die Zusammensetzung des Kerns, d.h. die Funktionsabstufung, geändert wird. Bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung weist der Träger entlang einer Achse eine Krümmung auf, so dass die zur Oberfläche senkrechten Vektoren des mehrlagigen Querschnitts über die Länge des Trägers zueinander nicht parallel sind. Bei einer zusätzlichen Ausführungsform kann der Träger gerade sein, so dass alle Senkrechten zur Querschnittsoberfläche des Trägers in Längsrichtung des Trägers parallel sind. Bei einer Ausführungsform ist die Breitenabmessung des Aufprallträgers gegen Luft- oder Fluidströmung abgedichtet, so dass die beiden Deckschichten, welche die äußere Oberfläche des Trägers umfassen, einen geschlossenen Umfang bilden. Alternativ kann der Querschnitt des Trägers offen sein, so dass die oberen und unteren Deckschichten nicht verbunden sind und nur durch den strukturierten Kern angebracht sind.
Zusätzlich zu dem strukturierten Material des Mikrogerippes, das den Kern des mehrlagigen Aufprallträgers bildet, können andere Materialien des Mikrogerippes auf der oberen Deckschichtoberfläche des Trägers eingearbeitet sein, um als energieabsorbierendes Polstermaterial zu dienen. Diese energieabsorbierenden Gerippeschichten werden nur auf einer Seite von der Deckschicht getragen, wobei die nach außen gerichtete Oberfläche uneingeschränkt oder mit einer dünnen Deckschicht verschweißt ist. Typischerweise bestehen diese energieabsorbierenden Gerippematerialien aus anderen Polymeren im Vergleich zu denjenigen, die für den mehrlagigen Kern des Aufprallträgers verwendet werden, so dass das äußere energieabsorbierende Material biegsamer als der innere Strukturverstärkungskern ist.
Bei dem Modell des Aufprallträgers können mechanische Anbringungs- oder Trägermaterialmerkmale zu dem Träger hinzugefügt werden, um ihn mit der umgebenden Fahrzeugstruktur zu koppeln oder eine Funktionalität für den Fall eines Zusammenstoßes bereitzustellen. Insbesondere kann der Mikrogerippekern direkt um Innen- oder Außengewindeeinsätze herum gebildet sein, die Positionen für die mechanischen Anbringungen bereitstellen, die durch eine oder beide Deckschichtoberflächen hindurch gehen. Es können auch Abschleppvorrichtungen zu der mehrlagigen Aufprallträgerstruktur hinzugefügt werden, um einen festen Punkt für die Anbringung eines Abschleppseils bereitzustellen, falls das Fahrzeug fahrunfähig ist. Die Abschleppvorrichtungen können an dem Aufprallträger unter Verwendung des zuvor erwähnten Prozesses zum Integrieren von Befestigungsmitteln befestigt werden, können direkt mit der Deckschicht verschweißt werden, oder können direkt an den Träger geschweißt werden, falls eine der mehrlagigen Deckschichten metallisch ist.
Es können durchgehende kohlefaserverstärkte Polymer-Matrixverbundstoffe verwendet werden, um die Deckschichten des mehrlagigen Aufprallträgers zu bilden. Der hier beschriebene Fertigungsprozess des Mikrogerippes ist jedoch mit diversen unterschiedlichen Materialien kompatibel, wozu nicht durchgehende Kohlefaserverbundstoffe, durchgehende oder nicht durchgehende Glasfaserverbundstoffe, unverstärkte Polymere, Aluminiumlegierungen, Baustähle oder eine beliebige Kombination davon gehören. Dies bedeutet, dass die beiden Deckschichten in dem Aufprallträger aus dem gleichen Material bestehen können oder dass sie aus unterschiedlichen Materialien bestehen können. Der letztgenannte Fall ist besonders vorteilhaft, wenn die kritische Eigenschaft, welche die Materialauswahl bestimmt (z.B. Steifigkeit, Masse, Kosten, Formbarkeit usw.) für die beiden Deckschichten unterschiedlich ist. Falls jedoch unterschiedliche Materialien für die Deckschichten verwendet werden, dann kann die Gestaltung mit offenem Querschnitt notwendig sein, um kathodische Korrosion oder ähnliche Materialprobleme zwischen den Deckschichten selber und nicht dem Kern zu verhindern.
Die Kernstruktur des Mikrogerippes in dem mehrlagigen Aufprallträger besteht aus einem geordneten dreidimensionalen Netzwerk von selbstverbreitenden Polymer-Hohlleitern, die unter Verwendung einer geregelten Belichtung durch kollimierte UV-Lichtquellen in vorgegebenen Orientierungen durch eine Vielzahl von Öffnungen in einer Maske aus einem Photomonomerharz gezogen werden. Es kann ein beliebiges UV-härtbares Photomonomer oder eine Mischung davon, die das selbstverbreitende Phänomen aufweist, verwendet werden, um die Mikrogerippe- oder Mikrogitter-Architektur zu bilden. Alternativ kann das Mikrogerippe unter Verwendung der zuvor erwähnten Photopolymerisationstechnik gebildet werden und dann durch Galvanisieren oder chemisches Beschichten, Umkehrgießen, Aufdampfen, Oxidieren, Tauchbeschichten, Sputtern oder einen anderen geeigneten Prozess in ein hohles oder festes metallisches, keramisches oder polymeres Material, das anders als das ursprüngliche Photopolymer ist, umgewandelt oder verbessert werden. Bei bestimmten Ausführungsformen des Herstellungsprozesses des Aufprallträgers wird der Mikrogerippekern direkt auf einer der beiden mehrlagigen Deckschichten gezogen. Die zweite Deckschicht wird dann unter Verwendung eines Klebematerials, das auf die Deckschicht und/oder das Mikrogerippe aufgetragen wird, zu dem Kern hinzugefügt. Dieser Klebstoff kann aus einer ein- oder mehrteiligen Paste für einen durchgehenden Folienbogen bestehen. Zusätzliche Materialien, wie etwa Glas, Gittergewebe oder syntaktische Füllmittel, können zu dem Klebstoff hinzugefügt werden, um die Regelung der Dicke der Bindelinie zu bewahren.
Die Fertigung der oberen und unteren Deckschichten ist der erste Schritt für die Produktion des hier angesprochenen Aufprallträgers. Bei einer Ausführungsform bestehen diese Deckschichten aus einem durchgehenden kohlefaserverstärkten duroplastischen oder polymeren Verbundstoff, der aus pultrudierten Abschnitten erzeugt wird. Zusätzlich zu diesen Ausführungsformen können die Deckschichten mit nicht durchgehender Kohlefaserverstärkung, durchgehender oder nicht durchgehender Glasfaserverstärkung, thermoplastischen Polymermatrizen, unverstärkten Polymeren, Metalldeckschichten, wie etwa Stählen, Aluminiumlegierungen usw., oder einer beliebigen Kombination derselben erzeugt werden. Folglich können Herstellungsverfahren, die für jede Materialart geeignet sind, verwendet werden, um die Deckschichten zu erzeugen, einschließlich ohne Einschränkung Warmformen, Sprühen, Spritzgießen, Harzinjektion, Blasformen, Prägen, Gießen, Falzen, Walzen, Strecken, Ziehen usw.
Die oberen und unteren Deckschichten werden gebildet, um ein offenes oder geschlossenes mehrlagiges Profil zu erzielen. Zusätzlich kann jede Deckschicht einen prismatischen oder nicht prismatischen Querschnitt über die Trägerlänge aufweisen, in Abhängigkeit von dem Trägermodell und den Fähigkeiten der Herstellungsprozesse, die verwendet werden, um den Träger zu formen, d.h. pultrudierte Deckschichten müssen prismatisch sein. Haftaktivatoren oder Konversionsschichten können ebenfalls auf die Oberflächen der Deckschichten in Kontakt mit dem Mikrogerippekern aufgetragen werden, um eine starke Haftbindung zu bilden.
Wenn das Aufprallträgermodell eine Krümmung entlang einer oder mehrerer Achsen enthält, besteht ein Verfahren zum Einbringen der Krümmung darin, mit flachen Deckschichtmaterialien zu beginnen und sie nach dem Bilden des Mikrogerippekerns in die endgültige gekrümmte Form zu bringen. In diesem Fall enthalten weder die oberen noch die unteren Deckschichten eine ursprüngliche Krümmung vor dem Ziehen des Kerns. Bei zusätzlichen Ausführungsformen besitzen die Deckschichtmaterialien eine ursprüngliche Krümmung, d.h. sie sind nicht flach gebildet, und werden während des Fertigungsprozesses des Mikrogerippes in eine flache Form fixiert, und können dann beim Lösen aus der Fixierung wieder ihre gekrümmte Form einnehmen.
Der nächste Schritt im Fertigungsverfahren des Aufprallträgers besteht darin, die Mikrogerippe-Kerngestalt direkt auf einer oder den beiden Deckschichten zu bilden. Der Prozess des Bildens des Mikrogerippes besteht darin, eine Photomonomer-Lösung in eine Form in Kontakt mit einer der Deckschichten zu geben, eine zweidimensionale Fläche auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Deckschicht und der Form zu maskieren, das flüssige Monomer kollimierten UV-Lichtquellen in spezifischen Orientierungen durch die gemusterte Maske hindurch auszusetzen und dann die Maske, die Form und das überschüssige Monomer zu entfernen, um eine vernetzte dreidimensionale Polymer-Struktur zu erzeugen, die mit der Oberfläche einer oder der beiden Deckschichten verschweißt wird. Wenn eine Deckschicht in der mehrlagige Struktur auf der Wellenlänge des kollimierten Lichts, das verwendet wird, um das Mikrogerippe zu bilden, durchlässig ist, dann kann die gesamte mehrlagige Struktur in einem einzigen Vorgang gebildet werden, indem das Monomer den UV-Lichtquellen durch die durchlässige Deckschicht hindurch ausgesetzt wird. Anschließend wird bei dieser Ausführungsform das Mikrogerippe auf den Oberflächen der beiden Deckschichten in Kontakt mit dem Monomer gebildet und verschweißt. Falls beide der Deckschichten auf der Wellenlänge des kollimierten Lichts, das verwendet wird, um das Mikrogerippe zu bilden, nicht durchlässig sind, dann muss eine Deckschicht unter Verwendung eines sekundären Prozesses, wie es in den folgenden Abschnitten beschrieben wird, an der belichteten Mikrogerippe-Oberfläche befestigt werden.
Falls die Deckschichten ursprünglich gekrümmt sind, dann muss eine der Deckschichten vor dem Bilden des Mikrogerippes in einer flachen Konfiguration fixiert werden. Falls die Deckschichten dagegen ursprünglich flach sind, dann ist keine zusätzliche Fixierung notwendig. Falls der mehrlagige Aufprallträger ein Modell mit geschlossenem Querschnitt umfasst, dann ist die Form, die das flüssige Monomerharz enthält, auf der geschlossenen Seite des Trägers nicht notwendig, sondern nur an den Endpunkten des Trägers, falls diese Abschnitte offen sind. Während des Prozesses des Bildens des Mikrogerippes können Befestigungseinsätze mit Innen- oder Außengewinde in das flüssige Monomer eingefügt werden, um an Ort und Stelle verschweißte mechanische Anbringungspunkte in dem Kern zu bilden.
Unabhängig von der Krümmung, der Durchlässigkeit und den Abschnittseigenschaften des Trägers werden nach dem Bilden des Kerns auf einer der Deckschichten das überschüssige Monomerharz, die Form und die Mustermaske entfernt. Die Form und die Maske werden dann zur Wiederverwendung gereinigt, und das nicht polymerisierte Harz kann wiederverwertet und verwendet werden, um den Kern eines nächsten Aufprallträgers zu bilden. Die dreidimensionale vernetzte Polymer-Mikrogerippestruktur wird dann unter Verwendung einer kurzen Belichtung mit starkem UV-Licht nachgehärtet, um die Struktur vollständig zu polymerisieren und sie in einer endgültigen Konfiguration festzulegen. Alternativ kann die Nachhärtung thermisch, d.h. in einem Ofen, erreicht werden. Vor diesem Nachhärtungsprozess kann das Mikrogerippe noch eine Verformung erfahren, ohne einen Restspannungszustand in den Kern einzubringen. Falls daher der Aufprallträger mit einer Krümmung um eine oder mehrere Achsen herum ausgelegt ist, und das Deckschichtmaterial in einer flachen Form erzeugt wird, kann eine Fixierung verwendet werden, um dem Träger vor dem Nachhärten des Kerns den notwendigen Krümmungsgrad zu verleihen. Beim Nachhärten wird der Träger aus der Fixierung entnommen, wobei die verliehene Krümmung durch den steifen, nachgehärteten Mikrogerippekern bewahrt wird. Falls dagegen die Deckschicht ursprünglich in einer gekrümmten Form gebildet ist, und dann das Nachhärten freistehend ausgeführt wird.
Sobald der Mikrogerippekern in seiner endgültigen Form nachgehärtet wurde, und falls die beiden Deckschichten nicht durchlässig sind, wird der mehrlagige Aufprallträger zusammengebaut, indem die obere Deckschicht mit dem Mikrogerippekern und auch der unteren Deckschicht, falls ein Modell mit geschlossenem Querschnitt verwendet wird, verschweißt wird. Während die Haftbindung zwischen dem Mikrogerippekern und der unteren Deckschicht direkt während des Prozesses des Bildens des Mikrogerippes entsteht, erfordert die Bindung zwischen der oberen Deckschicht und dem Mikrogerippe einen sekundären Vorgang. Bei einer Ausführungsform umfasst dieser sekundäre Vorgang eine Tauch- oder Rollbeschichtung einer Schicht aus Klebepaste auf die freigelegte obere Oberfläche des Mikrogerippes und die untere Deckschicht, und dann das Bringen der oberen Deckschicht in Kontakt mit dieser Klebeschicht. Die Bindungsfläche der oberen Deckschicht kann eine Konversionsschicht, eine Grundierung oder einen anderen Haftaktivator aufweisen, die bzw. der vor diesem Schritt des Zusammenbauens aufgetragen wird. Bei zusätzlichen Ausführungsformen können andere Vorgänge zum Verschweißen oder Zusammenfügen verwendet werden, um die obere Deckschicht an dem Mikrogerippekern und der unteren Deckschicht zu befestigen, wozu ohne Einschränkung Schmelzschweißen, Ultraschallschweißen, Haftfilmverbindung, Reibschweißen, Sprühklebstoffverbindung, Presspassung, mechanische Anbringung usw. gehören. Es ist wichtig zu beachten, dass es nicht notwendig ist, das gleiche Zusammenfügungsverfahren auf die Schnittstelle zwischen Mikrogerippe und oberer Deckschicht anzuwenden, wie dasjenige, das auf die Schnittstelle zwischen der oberen Deckschicht und der unteren Deckschicht angewendet wird.
Bei einer zusätzlichen Ausführungsform wird bzw. werden eine oder mehrere Mikrogerippestrukturen zu der oberen Deckschicht der mehrlagigen Struktur vor dem Verschweißen der oberen Deckschicht mit dem Aufprallträger hinzugefügt. Diese zusätzlichen Mikrogerippestrukturen dienen als harte oder weiche energieabsorbierende Schichten, die vom Fahrzeug nach außen gerichtet sind, um Fußgänger zu schützen, die bei einem dynamischen Ereignis mit dem Aufprallträger in Kontakt kommen. Diese energieabsorbierenden Schichten werden zu der oberen Deckschicht genauso hinzugefügt wie der Struktur-Mikrogerippekern zu der unteren Deckschicht hinzugefügt wird.
Sobald die obere Deckschicht auf den Aufprallträger aufgetragen wurde, werden die Fertigstellungsvorgänge angewandt, um die zuvor beschriebenen möglichen Merkmale zu integrieren. Beispielsweise können abtragende Bearbeitungsvorgänge ausgeführt werden, um Abschnitte des Trägers zu kürzen oder um Löcher zur Feuchtigkeitsableitung aus dem Kern bereitzustellen. Zusätzlich können Halterungen oder mechanische Anbringungen hinzugefügt werden, um es dem Träger zu ermöglichen, mit umgebenden Fahrzeugkomponenten eine Schnittstelle zu bilden und Lasten darauf zu übertragen. Falls eine Abschleppvorrichtung in dem Trägermodell enthalten ist, wird sie ebenfalls in dieser Phase durch mechanische Befestigungsmittel oder durch Verschweißen oder Anschweißen an einer Deckschicht angebracht.
1 ist eine Draufsicht eines Fahrzeugs 10, das einen vorderen Stoßstangen-Aufprallträger 12, einen hinteren Stoßstangen-Aufprallträger 14 und seitliche Anfahrschutzträger 16 umfasst. Die Abbildung des Fahrzeugs 10, die in 1 gezeigt wird, ist dazu gedacht, den Zusammenhang der nachstehend besprochenen Erfindung zu geben, um Stellen an dem Fahrzeug 10 zu zeigen, an denen hoch schlagfeste, jedoch leichte Strukturträger gewöhnlich an einem Fahrzeug bereitgestellt werden.
2 ist eine Querschnittsansicht eines bekannten vorderen Stoßstangen- und Energiehandhabungssystems 20 von der Art, die zuvor kurz angesprochen wurde. Das Energiehandhabungssystem 20 umfasst eine vordere Verkleidungsplatte 22, die eine Gestaltung und Konfiguration für einen bestimmten Fahrzeugstil aufweist, und ist die sichtbare Seite für die vordere Stoßstange des Fahrzeugs. Verkleidungen von Fahrzeugen gibt es in diversen Formen, Größen und Materialien, und sie sind typischerweise sehr dünn und leicht. Beispielsweise kann die Verkleidungsplatte 22 ein dünnes thermoplastisches Material sein, das konfiguriert ist, um eine schön anzusehende Oberfläche aufzuweisen, die durch einen beliebigen geeigneten Kunststoff-Formprozess gebildet werden kann. Die Verkleidungsplatte 22 kann eine beliebige geeignete Form aufweisen, die scharfe Kanten umfasst, wie durch den Knick 24 dargestellt.
Das Energiehandhabungssystem 20 umfasst einen Aufprallträger 26 auf der Rückseite des Systems 20, der die Hauptstrukturintegrität des Systems 20 gegen Aufpralle bereitstellt, um die Fahrzeuginsassen besser zu schützen. Der Aufprallträger 26 kann ein beliebiger geeigneter Aufprallträger sein, der in der Technik bekannt ist, wie etwa Aufprallträger, die aus Aluminium oder Stall stranggepresst oder gewalzt werden. Eine harte energieabsorbierende Schicht 28, wie etwa ein hochdichter Strukturschaumstoff, ist an dem Aufprallträger 26 gesichert, wie etwa durch mechanisches Einpassen, Klebstoff oder dergleichen, und stellt einen Übergang zwischen dem Aufprallträger 26, der typischerweise eine leicht gekrümmte Konfiguration aufweist, die durch einen Formprozess einfach zu erzeugen ist, mit der stärker gekrümmten Verkleidungsplatte 22 bereit. Die harte energieabsorbierende Schicht 28 stellt auch eine Energieabsorption während Aufprallen, im Allgemeinen energiearmen und langsamen Aufprallen, bereit. Eine weiche energieabsorbierende Schicht 30 wird auf die harte energieabsorbierende Schicht 28 geklebt, wie etwa durch mechanisches Einpassen, Klebstoff oder dergleichen, und kann eine weichere Schaumstoffschicht sein, welche die Verkleidungsplatte 22 trägt, eine Polsterung bereitstellt, die Verletzungen durch Interaktion mit Fußgängern mindert und eine Schicht bereitstellt, die kleinere Stöße „auffängt”. Die Verkleidungsplatte 22 ruht wiederum auf der weichen energieabsorbierenden Schicht 30.
Die vorliegende Erfindung schlägt vor, mehrlagige Mikrogerippestrukturen und Trägerbaugruppen für Struktur- und/oder Energiehandhabungssysteme in einem Fahrzeug, wie etwa das vordere Energiehandhabungssystem 20, zu verwenden. Wie es noch besprochen wird, hebt das vorgeschlagene Energiehandhabungssystem, das die Mikrogerippestruktur verwendet, die Notwendigkeit für drei getrennte Komponenten des Aufprallträgers 26, der harten energieabsorbierenden Schicht 28 und der weichen energieabsorbierenden Schicht 30 auf, um Leistungen zu reduzieren, die Kosten und Gewicht in Frage stellen.
3 ist eine isometrische Ansicht eines mehrlagigen Mikrogerippekernträgers 40, der eine obere Deckschicht 42, wie etwa eine Schicht aus Aluminium oder Kohlefaserverbundstoff, und eine untere Deckschicht 44, die ebenfalls eine Schicht aus Aluminium oder Kohlefaserverbundstoff ist, umfasst, wobei die Deckschichten 42 und 44 nicht unbedingt aus dem gleichen Material bestehen müssen, und wobei der Träger 40 eine allgemein gekrümmte Form aufweist. Eine Mikrogerippestruktur 46, die polymerisierte Streben 48 umfasst, wird auf der unteren Deckschicht 44 durch die dem Fachmann bekannten Prozesse zum Fertigen eines Mikrogerippes gebildet. Die obere Deckschicht 42 wird dann an den Strebenknoten gesichert, die zusammengefügte Ende der Streben 48 definieren, die von dem Prozess zum Fertigen des Mikrogerippes bereitgestellt werden, indem der Bogen 42 an den Knoten geklebt oder verschweißt wird. Bei dieser Ausführungsform ist der Träger 40 an den Rändern durch Randplatten 32 geschlossen, die ein gefaltetes Teil eines der Bögen 42 oder 44 oder eine getrennte Platte sein können, das bzw. die an die Bögen 42 und 44 angeschweißt oder damit verschweißt wird oder durch ein anderes Mittel daran gesichert wird.
4 ist eine isometrische Ansicht einer Mikrogerippestruktur 34, die polymerisierte Streben 36 von der hier besprochenen Art umfassen, die durch bekannte Techniken zum Fertigen von Mikrogerippe gebildet werden, und für die Mikrogerippestruktur 46 sowie diverse andere hier besprochene Mikrogerippestrukturen geeignet sind. Die Knoten 38 sind auf einer oberen Oberfläche der Struktur 34 abgebildet.
Der Träger 40 in 3 ist dazu gedacht, eine allgemeine Darstellung der Art von gekrümmten Trägern zu sein, die mit einer hier beschriebenen Fahrzeug-Aufprallträger-Baugruppe versehen sein kann. Der Prozess zum Fertigen des Mikrogerippes kann derart konfiguriert und bereitgestellt werden, dass die Mikrogerippestruktur 46 auf stark und kompliziert gekrümmten Trägerbögen oder Platten gebildet werden kann. 5 ist eine Querschnittsansicht eines vorderen Energiehandhabungssystems 50, das eine vordere Verkleidungsplatte 52 mit der gleichen Konfiguration wie die vordere Verkleidungsplatte 22 aus 2 aufweist. Bei dieser Ausführungsform werden der Aufprallträger 26, die harte energieabsorbierende Schicht 28 und die weiche energieabsorbierende Schicht 30 aus 2 durch mehrlagige Strukturen mit Mikrogerippekern ersetzt, wie beschrieben. Die Funktionen der harten energieabsorbierenden Schicht 30 und des Aufprallträgers 26 aus 2 werden von einem nicht prismatischen mehrlagigen Träger mit einem Mikrogerippekern 56, einer oberen Deckschicht 64 und einer unteren Deckschicht 58 erfüllt. Die Funktion der weichen energieabsorbierenden Schicht wird von der Mikrogerippeschicht 60 mit weniger wirksamem Modul erfüllt, die auf der oberen Deckschicht 64 des mehrlagigen Trägers gezogen wird. Die weiche energieabsorbierende Mikrogerippestruktur 60 weist einen weniger wirksamen Modul auf als der Mikrogerippekern 54, der von einem oder mehreren von der Dicke der Mikrogerippestruktur, der Materialart der Streben 56 und 62 und der Größe und dem Durchmesser der Streben 56 und 62, der Beabstandung der Streben 56 und 62, Kombinationen davon usw. bereitgestellt werden kann. Der Bogen 64 wird an die Knoten der Mikrogerippestruktur 54 ebenso geklebt wie die Deckschicht 42 an die Mikrogerippestruktur 46 geklebt wurde. Die vordere Verkleidungsplatte 52 wird dann derart eingebaut, dass sie in Kontakt mit den oberen Knoten der Mikrogerippestruktur 60 steht.
6 ist eine Abbildung einer auseinandergezogenen Mikrogerippe-Baugruppe 70, um dazu beizutragen, das Bilden der harten energieabsorbierenden Mikrogerippestruktur 54 und der weichen energieabsorbierenden Mikrogerippestruktur 60, auf die zuvor Bezug genommen wurde, zu zeigen. Die Baugruppe 70 umfasst eine harte energieabsorbierende Mikrogerippestruktur 72, die ein Mikrogerippe 74 umfasst, das polymerisierte Streben 76 aufweist, die auf einer Deckschicht 78 gebildet sind. Während der Herstellung der Struktur 72 wird die Fläche, in der das Mikrogerippe 74 gebildet wird, durch eine geeignete Einfassung (nicht gezeigt) blockiert, und eine Maske wird über der Einfassung bereitgestellt. Dann wird Harz in die Einfassung gegossen, und mehrere Lichtquellen belichten das Harz mit kollimiertem Licht durch die Öffnungen der Maske hindurch, um die Streben 76 zu bilden. Obwohl sich die Streben 76 in ihrem teilweise gehärteten Zustand befinden, wird das restliche Monomerharz aus der Einfassung entfernt, und das verbleibende teilweise gehärtete Mikrogerippe 74 wird durch eine geeignete Wärmequelle oder UV-Strahlung ausgehärtet. Die Baugruppe 70 umfasst auch eine weiche energieabsorbierende Mikrogerippestruktur 80, die ein Mikrogerippe 82 umfasst, das Streben 84 aufweist, die auf einer oberen Deckschicht 86 gebildet sind. Die Struktur 80 wird durch den gleichen Prozess wie die harte energieabsorbierende Struktur 72 gebildet, und wenn die beiden Strukturen 72 und 80 ausgehärtet sind, wird die obere Deckschicht 86 mit dem Mikrogerippe 74 durch einen Haftbindungsvorgang oder einen anderen geeigneten Zusammenfügungsprozess verschweißt.
Bei der zuvor besprochenen Ausführungsform wird die harte energieabsorbierende Mikrogerippeschicht von der weichen energieabsorbierenden Mikrogerippeschicht getrennt gebildet, und dann wird der untere Bogen der weichen energieabsorbierenden Schicht an der oberen Oberfläche der Mikrogerippestruktur der harten energieabsorbierenden Schicht gesichert. Die vorliegende Erfindung schlägt auch vor, einige dieser Herstellungsschritte zu reduzieren, um die Kosten zu reduzieren, indem die harte energieabsorbierende Mikrogerippestruktur sowohl mit einem oberen Bogen als auch mit einem unteren Bogen gebildet wird.
7 ist eine isometrische Ansicht einer Mikrogerippestruktur 90, die eine Trägereinfassung 92 umfasst. Die Mikrogerippestruktur 90 wird nur zur Diskussion und Erläuterung mit einer Quadratform gezeigt, wobei die bestimmte Form der Struktur 90 eine beliebige Form, Breite, Höhe, Länge usw. für ein bestimmtes Struktur- und/oder Energiehandhabungssystem eines Fahrzeugs aufweisen kann oder ansonsten die Formen umfasst, die in 5 gezeigt werden. Die Einfassung 92 umfasst bei diesem Beispiel sechs Seitenwände 94, um die vollständige Trägereinfassung 92 zu definieren, wobei eine der Seitenwände 94 abgenommen ist, um einen Mikrogerippekern 96 zu zeigen, der in der Einfassung 92 gebildet ist, die polymerisierte Streben 98 umfasst. Die Seitenwände 94 bestehen aus einem sehr dünnen Material mit geringer struktureller Integrität, wie etwa aus dünnen Kunststoffbögen, die nur ausgelegt sind, um das flüssige Polymerharz während des Bildens des Mikrogerippekerns 96 in der Einfassung 92 zu halten. Insbesondere ist die Einfassung 92 möglichst leicht und dünn ausgebildet, um ihren Zweck zu erfüllen, das ungehärtete Harz zu halten, um Material und Kosten sparen zu können.
Mindestens eine obere Platte 100 der Trägereinfassung 92 besteht aus einem UV-durchlässigen Material, wie etwa Acryl, das es dem UV-Härtungslicht für das Polymerharz in der Einfassung 92 ermöglicht, die Streben 98 auf bekannte Art und Weise zu bilden. Insbesondere wird eine geeignete Maske 104, die Öffnungen 106 umfasst, über der Platte 100 positioniert, und eine Konfiguration von UV-Lichtquellen 108 strahlt UV-Licht durch die Maske 104 und durch die Platte 100 hindurch, so dass es das Polymerharz in der Trägereinfassung 92 auf bekannte Art und Weise teilweise härtet, um den Mikrogerippekern 96 zu bilden. Da das Licht auf die Innenseite aller Platten 94 trifft, wird der Mikrogerippekern 96 an allen Platten 94 der Einfassung 92 gesichert, wenn er gebildet wird, und insbesondere an den oberen und unteren Platten der Einfassung 92. Die anderen Platten 94 als die obere Platte 100 können ebenfalls aus dem UV-durchlässigen Material bestehen oder können gegebenenfalls aus einem weniger kostspieligen Material bestehen. Die Ablauflöcher 102 werden in der Einfassung 92 bereitgestellt, um das nicht gehärtete flüssige Harz zu entfernen, das darin verbleibt, nachdem der Mikrogerippekern 96 bis zu mindestens einem teilweise gehärteten Zustand gebildet wurde.
Wie erwähnt, sind die Platten 94 der Einfassung 92 sehr dünn und stellen nicht die strukturelle Integrität bereit, die für Aufprallträger, Energiehandhabungssysteme, Strukturelemente usw. für ein Fahrzeug notwendig sind. Obwohl sich der Mikrogerippekern 96 in einem teilweise gehärteten Zustand in der Trägereinfassung 92 befindet, wird er in eine Struktureinfassung eingesetzt, die diese Funktion erfüllt. 8 ist eine auseinandergezogene isometrische Ansicht einer Strukturbaugruppe 110, welche die Mikrogerippestruktur 90 und eine äußere Struktureinfassung 112, in welche die Struktur 90 eingesetzt ist, umfasst. Insbesondere umfasst die Struktureinfassung 112 vier Seitenplatten 116, die eine offene innere Fläche 114 definieren, die eine offene Seite 118 aufweist, durch welche die Struktur 90 eingesetzt wird. Obwohl die Struktureinfassung 112 gezeigt wird, wie sie die gleiche Form wie die Struktur 90 aufweist, kann die Struktureinfassung 112 eine etwas andere Form als die Struktur 90 aufweisen. Da der Mikrogerippekern 96 nur teilweise gehärtet ist und die Einfassung 92 sehr dünn ist, ist die Struktur 90 biegsam und flexibel, so dass sie man sie biegen und ohne Weiteres an die Form der äußeren Einfassung 112 anpassen kann. Sobald die Struktur 90 in die Einfassung 112 eingesetzt wurde, wird sie daran auf beliebige geeignete Art und Weise gesichert, wie etwa durch Schrauben 120, Klebstoff oder andere geeignete Befestigungsmittel. Der Mikrogerippekern 96 wird nun auch ausgehärtet, wie etwa durch Setzen der Baugruppe 110 in einen Ofen. Die Kombination der äußeren Einfassung 112 und der eingefassten Mikrogerippestruktur 90 bildet ein Strukturelement, das für Steifigkeit, Festigkeit, Energieabsorption usw. ausgelegt sein kann. Die Einfassung 112 kann aus einem beliebigen geeigneten Material für eine bestimmte Anwendung bestehen, wie etwa einem verschleißbeständigen, chemikalienbeständigen Material mit hohem Modul, und kann durch eine beliebige geeignete Technik, wie etwa durch Walzen, ausgebildet werden. Ferner kann die Struktur 112 die bestimmte Form des Energiehandhabungssystems oder einer anderen gewünschten Anwendung aufweisen. Durch das Trennen des Fertigungsprozesses für die Struktur 90 und die äußere Einfassung 112 können für ein wirksames Volumen der erzeugten Teile verschiedene Prozesse und Fertigungstechniken verwendet werden.
Obwohl die äußere Einfassung 112 als einstückiges Element gezeigt wird, kann die Einfassung 112 bei anderen Ausführungsformen in mehreren Teilen konfiguriert sein, wobei beispielsweise die Einfassung 92 in ein Stück eingesetzt wird, und ein anderes Stück dann über das erste Stück gesetzt wird und daran gesichert wird. Es sei ferner zu beachten, dass der Mikrogerippekern 96 nicht unbedingt der Form der äußeren Einfassung 112 entsprechen muss, wobei die Struktur 90 nur einen Teil der Einfassung 92 ausfüllt.
Die obige Diskussion umfasst das Härten des Mikrogerippekerns 96 bis auf seinen endgültigen starren Zustand, nachdem die Struktur 90 in die äußere Einfassung 112 eingesetzt wurde, um es zu ermöglichen, dass sie sich ohne Weiteres an die äußere Einfassung 112 anpasst, bevor sie ausgehärtet wird. Für bestimmte Fertigungsprozesse kann es jedoch wünschenswert sein, den Mikrogerippekern 96 auszuhärten, bevor die Struktur 90 in die Einfassung 112 eingesetzt wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Mikrogerippekern 96 in der Einfassung 92 unter Verwendung von normalen Prozessen zum Fertigen von Mikrogerippe ausgehärtet. Falls das Harz ein bestimmtes Duroplastmaterial ist und die Einfassung 92 aus einer geeigneten Materialart besteht, bewirkt das Erhitzen des Mikrogerippekerns 96 und der Einfassung 92 über eine bekannte Übergangstemperatur T_g für die bestimmten Materialien hinaus, dass diese Materialien biegsam und flexibel werden, wobei sie dann an die Einfassung 112 angepasst werden können, während sie über der Übergangstemperatur gehalten werden. Die Temperatur T_g liegt unter einer Temperatur, auf der die Struktur 90 unabänderlich beschädigt wird. Sobald sich die Struktur 90 in der Einfassung 112 befindet, um die Baugruppe 110 zu bilden, kann dann die Temperatur unter die Übergangstemperatur T_g reduziert werden, auf welcher der Mikrogerippekern 96 in seinen starren gehärteten Zustand zurückkehrt. Dieser Prozess des Erhitzens des Mikrogerippekerns 96, nachdem er ausgehärtet wurde, damit er sich der gewünschten Form anpasst, kann Vorteile gegenüber denen der Prozesse mit Nachhärten der Mikrogerippestruktur, auf die zuvor Bezug genommen wurde, aufweisen, weil er eine wiederholte Formänderung zulässt, um sich besser an die Prozessbedingungen des mehrlagigen Mikrogerippe-Strukturträgers anzupassen.
9 ist eine isometrische Ansicht der Struktur 90, welche die Struktur 90 zeigt, die länger als in 6 ist, jedoch die gleiche Konfiguration aufweist. Falls die äußere Struktureinfassung 112 eine gekrümmte Konfiguration aufweist, dann kann es wünschenswert sein, Schlitze 122 in den Platten 94 in bestimmten Intervallen entlang der Länge der Struktur 90 zu bilden, um flexible Segmente 124 in der Struktur 90 zu bilden, die es ermöglichen, sich einfacher an die gekrümmte Form der äußeren Einfassung 112 anzupassen.
Die vorstehende Diskussion offenbart und beschreibt rein beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird aus dieser Diskussion und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen ohne Weiteres erkennen, dass diverse Änderungen, Modifikationen und Variationen daran vorgenommen werden können, ohne Geist und Umfang der Erfindung, wie sie in den nachstehenden Ansprüchen definiert wird, zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7653279 [0006]
US 7382959 [0006]

Claims

Strukturbaugruppe, umfassend: – eine steife Mikrogerippeschicht, die einen Basisbogen und einen darauf gebildeten Mikrogerippekern umfasst; und – einen oberen Bogen, der an dem Mikrogerippekern gegenüber dem Basisbogen befestigt ist, um eine mehrlagige Mikrogerippestruktur zu bilden.
Strukturbaugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend eine energieabsorbierende Mikrogerippeschicht, die den oberen Bogen und einen Mikrogerippekern, der darauf gebildet ist, umfasst, wobei die energieabsorbierende Mikrogerippeschicht weniger starr als die steife Mikrogerippeschicht ist, wobei die Strukturbaugruppe ferner eine Platte umfasst, die an dem Mikrogerippekern der energieabsorbierenden Schicht gegenüber dem oberen Bogen gesichert ist.
Strukturbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der obere Bogen eine andere Form als der Basisbogen aufweist.
Strukturbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die steife Mikrogerippeschicht und die energieabsorbierende Mikrogerippeschicht beide gekrümmte Schichten sind.
Strukturbaugruppe nach Anspruch 4, wobei die energieabsorbierende Mikrogerippeschicht einen höheren Krümmungsgrad als die steife Mikrogerippeschicht aufweist.
Strukturbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die energieabsorbierende Mikrogerippeschicht weniger starr ist als die steife Mikrogerippeschicht, auf Grund von einem oder mehreren von der Dicke der Schicht, dem Durchmesser der Mikrogerippestreben, der Beabstandung der Streben, der Orientierung der Streben und des Materials, aus dem die Streben bestehen.
Strukturbaugruppe nach Anspruch 2, wobei der obere Bogen an den Enden von Mikrogerippestreben auf einer Oberfläche des steifen Mikrogerippekerns geklebt ist.
Strukturbaugruppe nach Anspruch 7, wobei die energieabsorbierende Mikrogerippeschicht und die steife Mikrogerippeschicht durch getrennte Prozesse zum Fertigen von Mikrogerippe gebildet werden, bevor sie zusammen gesichert werden.
Strukturbaugruppe nach Anspruch 1, wobei einer oder mehrere von dem Basisbogen und dem oberen Bogen auf der Wellenlänge des Lichts, das verwendet wird, um die Mikrogerippeschichten zu bilden, durchlässig ist bzw. sind.
Strukturbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Basisbogen und der obere Bogen aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus thermoplastischen Bögen, duroplastischen Bögen, Aluminiumbögen, Stahlbögen, Glasfaser-Verbundbögen und Kohlefaser-Verbundbögen ausgewählt werden.