-
HINTERGRUND
-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kompositelements einschließlich eines rohrförmigen Metallteils und eines faserverstärkten Harzmaterials, um das Metallteil zu stärken.
-
Stand der Technik
-
Es wurden Kompositelemente herkömmlich hergestellt, welche ein Metallteil umfassen, an welches ein faserverstärktes Harzmaterial einschließlich mit verstärkender Faser imprägnierten Polymerharz zur Verstärkung angebracht ist.
JP 2003-129611 A offenbart ein derartiges Kompositelement, welches unter Annahme entwickelt wird, dass die Biegebelastung auf ein rohrförmiges Element aus Aluminiumlegierung wirkt. Dieses Kompositelement enthält ein faserverstärktes Harzmaterial, welches auf der Oberfläche des rohrförmigen Elements angeordnet ist, wo die Biegebelastung wirkt. Ein derartiges Kompositelement wird durch direktes Anbringen des faserverstärkten Harzmaterials an der Oberfläche des Metallteils, beispielsweise mit Klebstoff, hergestellt.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Um das durch Biegen eines derartigen rohrförmigen Elements erhaltene Metallteil zu verstärken, kann ein faserverstärktes Harzmaterial einschließlich verstärkenden Fasern, welche eine Orientierungsrichtung aufweisen und mit nicht ausgehärtetem duroplastischem Harz imprägniert sind, können an der Metallplatte angebracht sein, und anschließend kann das duroplastische Harz thermisch ausgehärtet bzw. gehärtet werden. Wenn ein derartiges faserverstärktes Harzmaterial einschließlich eines nicht ausgehärteten, duroplastischen Harzes an die Außenwand des Metallteils, welches nach innen gebogen ist, gefolgt vom thermischen Härten des duroplastischen Harzes, angebracht ist, kann die ausreichende Verstärkung des Metallteils nicht erreicht werden.
-
Dies liegt daran, dass Druckspannung in der Längsrichtung auf die Außenwand des rohrförmigen Elements auf der Innenseite der Biegerichtung während des Biegens wirkt, und dadurch die Außenwand wie Wellen deformiert wird. Dies bildet alternierende konkave Bereiche und konvexe Bereiche auf der Oberfläche der Außenwand. Wenn ein faserverstärktes Harzmaterial an eine derartige Oberfläche angebracht ist, welche alternierende konkave Bereiche und konvexe Bereiche aufweist, werden verstärkende Fasern mit einer Orientierungsrichtung ebenso diesen konkaven Bereiche und konvexen Bereiche folgen, um sich zu wellen. Als ein Ergebnis wird die Orientierung der verstärkenden Fasern gestört, und dadurch kann die erwartete Verstärkungswirkung von den verstärkenden Fasern nicht ausreichend erhalten werden.
-
Hinsichtlich des Vorstehenden, stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Kompositelements bereit, welches eine ausreichende Wirkung der Verstärkung eines Metallteils mit einem faserverstärkten Harzmaterial ausüben kann, wenn das Metall durch Biegen eines rohrförmigen Elements erhalten wird.
-
Hinsichtlich des Vorstehenden, stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Kompositelements gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Kompositelement einschließlich eines rohrförmigen Metallteils und eines faserverstärkten Harzmaterials her, um das Metallteil zu verstärken. Das Verfahren umfasst: Biegen eines rohrförmigen Metallelements mit einer plattenähnlichen Außenwand, welche sich in der Längsrichtung derart erstreckt, dass Druckspannung auf die Außenwand wirkt, um das Metallteil herzustellen; Herstellen einer plattenähnlichen Metallplatte oder Herstellen einer Metallplatte durch Biegen oder Krümmen der plattenähnlichen Metallplatte in Übereinstimmung mit einer Biegeform des Metallteils; Anbringen eines faserverstärkten Harzmaterials an eine Oberfläche der hergestellten Metallplatte, wobei das faserverstärkte Harzmaterial einschließlich eines Fasersubstrats verstärkende Fasern enthält, welche eine Orientierungsrichtung aufweisen und mit nicht ausgehärtetem duroplastischen Harz imprägniert sind, gefolgt vom thermischen Härten des duroplastischen Harzes, um ein Verstärkungselement herzustellen; und Verbinden der Metallplatte des Verstärkungselements mit einer Oberfläche der Außenwand des Metallteils.
-
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Metallteil durch Biegen eines rohrförmigen Metallelements derart her, dass Druckspannung auf die Außenwand wirkt. Eine derartige Druckspannung, welche auf die Außenwand in der Längsrichtung wirkt, deformiert die Außenwand, um sich in der Längsrichtung zu wellen. Dies bildet alternierende konkave Bereiche und konvexe Bereiche an der Oberfläche der Außenwand entlang der Längsrichtung.
-
Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung stellt zuerst eine plattenähnliche Metallplatte her, anstatt direktem Anbringen eines faserverstärkten Harzmaterials an die Oberfläche der Außenwand. Alternativ stellt das Verfahren eine Metallplatte her, welche durch Biegen oder Krümmen der plattenähnlichen Metallplatte in Übereinstimmung mit einer Biegeform des Metallteils erhalten wird.
-
Als nächstes bringt das Verfahren ein faserverstärktes Harzmaterial an die hergestellte Metallplatte an. Die Oberfläche der Metallplatte weist keine alternierenden konkaven Bereiche und konvexen Bereiche wie in der Oberfläche der Außenwand auf, und ist flach oder ist eine flache Oberfläche, welche in einer bestimmten Richtung gebogen oder gekrümmt ist. Die Ausrichtung der verstärkenden Fasern des faserverstärkten Harzmaterials, welches an einer derartigen Oberfläche angebracht ist, wird deshalb nicht gestört. Auf diese Weise ist das duroplastische Harz thermisch gehärtet, während die Orientierung der verstärkenden Fasern beibehalten wird. Folglich kann das erhaltene Verstärkungselement verstärkende Fasern aufweisen, welche gut ausgerichtet sind. Die Metallplatte des dadurch erhaltenen Verstärkungselements wird mit der Oberfläche der Außenwand des Metallteils verbunden, wodurch das erhaltene Kompositelement ausreichend mit dem faserverstärkten Harzmaterial verstärkt werden kann.
-
Man beachte, dass wenn das Fasersubstrat des faserverstärkten Harzmaterials verstärkende Fasern mit einer Orientierungsrichtung enthält, kann das Verstärkungselement die verstärkende Wirkung ausüben, ungeachtet der Orientierungsrichtung, verglichen mit der Konfiguration einschließlich eines faserverstärkten Harzmaterials, welches direkt an dem gebogenen Metallteil angebracht ist. Vorzugsweise wird das faserverstärkte Harzmaterial an die Oberfläche der Metallplatte beim Schritt der Herstellung des Verstärkungselements angebracht, sodass die verstärkenden Fasern entlang der Längsrichtung des Metallteils ausgerichtet bzw. orientiert sind.
-
Zum Beispiel, wenn das faserverstärkte Harzmaterial direkt am Metallteil angebracht wird, sodass die verstärkenden Fasern entlang der Längsrichtung der Oberfläche der Außenwand ausgerichtet sind, mäandern die verstärkenden Fasern leicht kontinuierlich entlang der Längsrichtung und werden gestört. Dies baut die Verstärkungswirkung der verstärkenden Fasern stark ab. Im Gegensatz dazu, stellt das Verfahren dieses Aspekts das Verstärkungselement derart her, dass die verstärkenden Fasern entlang der Längsrichtung des Metallteils ausgerichtet sind. Dies verhindert das Mäandern der verstärkenden Fasern entlang der Längsrichtung des Metallteils und kann die verstärkenden Fasern platzieren, welche gut ausgerichtet sind. Folglich kann sich die Wirkung der Verstärkung des Metallteils mit dem Verstärkungselement verbessern.
-
Das rohrförmige Element (d.h., das Metallteil) kann aus jeden Metallen, wie rostfreier Stahl, Kupferlegierung, und Aluminiumlegierung hergestellt sein. In einem bevorzugten Aspekt ist das Metallteil aus Aluminiumlegierung hergestellt.
-
Wenn ein faserverstärktes Harzmaterial direkt an einem Metallteil angebracht wird, gefolgt vom thermischen Härten, wird die Aluminiumlegierung des Metallteils ebenso erwärmt, was eine Verringerung der Festigkeit des Metallteils aufgrund von Überalterung bewirken kann. Entsprechend diesem Aspekt wird das duroplastische Harz während des Schrittes der Herstellung des Verstärkungselements thermisch gehärtet, was eine derartige Verringerung der Festigkeit des Metallteils verhindern kann.
-
Wenn das Metallteil aus Aluminiumlegierung hergestellt ist, ist das Material der verstärkenden Fasern nicht beschränkt, insbesondere, solange sie das Metallteil verstärken können, und die Materialien umfassen Kohlefasern und Glasfasern. In einem bevorzugten Aspekt sind die verstärkenden Fasern Kohlefasern.
-
Für die Konfiguration bzw. Ausrichtung eines faserverstärkten Harzmaterials, welches direkt an einem Metallteil angebracht ist, kann ein Kontakt der Aluminiumlegierung des Metallteils mit Kohlenstoff in den Kohlefasern galvanische Korrosion der Aluminiumlegierung bewirken. Um dies zu verhindern, muss eine Beschichtung, wie eine Beschichtung der Elektrotauchlackierung bzw. Galvanisierung auf die Oberfläche des Metallteils aufgetragen werden. Im Gegensatz dazu wird das faserverstärkte Harzmaterial dieses Aspekts mit dem Metallteil mittels der Metallplatte verbunden, und somit ist eine derartige Beschichtung für das Metallteil nicht notwendig. Insbesondere kann die auf ein Metallteil aufgetragene Beschichtung der Elektrotauchlackierung die Festigkeit des Metallteils aufgrund von Überalterung degradieren bzw. herabsetzen, da die Aluminiumlegierung des Metallteils ebenfalls erwärmt wird. Dieser Aspekt kann eine derartige Abnahme der Festigkeit verhindern.
-
Ein Verfahren zur Herstellung eines Kompositelements gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine ausreichende Wirkung der Verstärkung eines Metallteils mit einem faserverstärkten Harzmaterial ausüben, wenn das Metallteil durch Biegen eines rohrförmigen Elements erhalten wird.
-
Figurenliste
-
- 1 ist ein Fließdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Kompositelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
- 2 ist eine schematische Ansicht, um den Schritt der Herstellung eines Metallteils in 1 zu erklären;
- 3A ist eine Querschnittsansicht entlang den Pfeilen A-A von 2;
- 3B ist eine Querschnittsansicht entlang den Pfeilen B-B von 3A;
- 3C ist eine Querschnittsansicht entlang den Pfeilen C-C von 3A;
- 4 ist eine schematische Ansicht, um den Schritt der Herstellung eines verstärkenden Elements in 1 zu erklären;
- 5 ist eine schematische Ansicht, um den Verbindungsschritt in 1 zu erklären;
- 6A ist eine Querschnittsansicht eines Kompositelements an der Position in 3A;
- 6B ist eine Querschnittsansicht entlang den Pfeilen D-D von 6A;
- 6C ist eine Querschnittsansicht entlang den Pfeilen E-E von 6A;
- 7 ist eine schematische Ansicht, um den Schritt der Herstellung einer Metallplatte gemäß einem geänderten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform zu erklären; und
- 8 ist eine schematische Ansicht, um den Schritt des Verbindens eines verstärkenden Elements, welches mit der Metallplatte in 7 hergestellt ist, mit einem Metallteil zu erklären.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
Bezugnehmend auf die 1 und 8, beschreibt das Nachstehende einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
-
Wie in der unteren Zeichnung von 5, oder in der unteren Zeichnung von 8 gezeigt, stellt die vorliegende Ausführungsform ein Kompositelement 1 einschließlich eines rohrförmigen Metallteils 2 und eines faserverstärkten Harzmaterials 5 her, um das Metallteil 2 zu verstärken. Bezugnehmend auf 1 beschreibt das Nachstehende dieses Herstellungsverfahren im Detail.
-
Schritt S1 der Herstellung des Metallteils
-
Zuerst wird der Schritt S1 der Herstellung eines Metallteils ausgeführt. Bei diesem Schritt wird ein rohrförmiges Metallteil 2, welches verstärkt werden soll, hergestellt. Insbesondere, wie in der oberen Zeichnung von 2 gezeigt, wird ein rohrförmiges Element 2A aus Metall hergestellt, welches plattenähnliche Außenwände 21A bis 24A aufweist, welche sich in der Längsrichtung erstrecken.
-
Das rohrförmige Element 2A der vorliegenden Ausführungsform ist ein rechteckiges, quadratisches Rohr, welches einen Hohlraum innerhalb desselben aufweist. Das rohrförmige Element 2A umfasst ein Paar an gegenüberliegenden Außenwänden 21A und 22A und ein Paar an gegenüberliegenden Außenwänden 23A und 24A, welche kontinuierlich zu den Außenwänden 21A und 22A sind. Diese Außenwände 21A bis 24A definieren einen Hohlraum 25 entlang der Längsrichtung des rohrförmigen Elements 2A.
-
Das rohrförmige Element kann eine oder mehrere Rippen enthalten, welche zwischen den gegenüberliegenden Außenwänden 21A und 22A auslaufen. Dies kann die Festigkeit eines Metallteils, welches hergestellt werden soll, erhöhen, was nachstehend beschrieben wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind alle Außenwände 21A bis 24A wie Platten. Die Außenwände außer der Außenwand 21B können gekrümmt sein, so lange die Außenwand 21B wie eine Platte ist, welche an der Innenseite der Biegerichtung nach dem Biegen sein wird (wo Druckspannung in der Längsrichtung wirkt). Auf diese Weise ist die Gestalt des rohrförmigen Elements nicht besonders beschränkt.
-
Das rohrförmige Element 2A, welches hergestellt werden soll, ist aus Metall, und die Materialien des rohrförmigen Elements umfassen Carbonstahl bzw. Kohlenstoffstahl, Edelstahl, und Aluminiumlegierung. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Aluminiumlegierung verwendet. Die Aluminiumlegierungen umfassen Al-Cu-basierte Aluminiumlegierung, Al-Cu-Mg-basierte Aluminiumlegierung, Al-Cu-Mg-Ni-basierte Aluminiumlegierung, Al-Si-basierte Aluminiumlegierung, Al-Si-Mg-basierte Aluminiumlegierung und Al-Si-Cu-Mg basierte Aluminiumlegierung.
-
Als nächstes, wie in der unteren Zeichnung von 2 gezeigt, wird das hergestellte rohrförmige Element 2A aus Metall derart gebogen, dass die Außenwand 21A auf der Innenseite der Biegerichtung ist und die Außenwand 22A auf der Außenseite der Biegerichtung ist, wodurch ein Metallteil 2 hergestellt wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist das rohrförmige Element 2A auf beiden Seiten gebogen.
-
Wie in der oberen Zeichnung von 2 gezeigt, haben die Außenwand 21A und die Außenwand 22A vor dem Biegen dieselbe Länge entlang der Längsrichtung des rohrförmigen Elements 2A. Nach dem Biegen ist jedoch die Länge der Außenwand 21 auf der Innenseite der Biegerichtung entlang der Längsrichtung kürzer als die Länge der Außenwand 22 auf der Außenseite der Biegerichtung.
-
Wenn das rohrförmige Element 2A auf diese Weise derart gebogen ist, dass die Außenwand 21A auf der Innenseite der Biegerichtung ist, um das Metallteil 2 herzustellen, wirkt eine Druckspannung auf die Außenwand 21A in der Längsrichtung. Folglich wird, wie in 3A gezeigt, die Außenwand 21 des Metallteils wie Wellen in der Längsrichtung deformiert. Mit anderen Worten, das Verfahren der vorliegenden Ausführungsform biegt das rohrförmige Element derart, dass Druckspannung auf die plattenähnliche Außenwand 21 entlang der Längsrichtung wirkt.
-
Eine Deformation wie Wellen bildet alternierende konkave Bereiche 21a und konvexe Bereiche 21b an der Oberfläche der Außenwand 21 entlang der Längsrichtung. Wie in 3B gezeigt, ist der konkave Bereich 21a ebenso in der Breitenrichtung der Außenwand 21 vertieft, und wie in 3C gezeigt, quellt der konvexe Bereich 21b ebenso in der Breitenrichtung der Außenwand 21.
-
Wenn ein faserverstärktes Harzmaterial an einer derartigen Oberfläche mit alternierenden konkaven Bereichen 21a und konvexen Bereichen 21b angebracht ist, werden verstärkende Fasern mit einer Orientierungsrichtung mäandern (wellen), um einer derartigen Form der Oberfläche zu folgen. Dies stört die Ausrichtung der verstärkenden Fasern, und dadurch kann die erwartete Wirkung der verstärkenden Fasern nicht ausreichend erhalten werden. Um dies zu verhindern, stellt das Verfahren der vorliegenden Ausführungsform eine Metallplatte 3 her, wie in der folgenden Reihe von Schritten gezeigt, und stellt ein Verstärkungselement 6 mit dieser Platte her.
-
Schritt S2 der Herstellung der Metallplatte
-
Insbesondere wird Schritt S2 der Herstellung der Metallplatte ausgeführt. Bei diesem Schritt wird eine Metallplatte 3 hergestellt, welche mit der Oberfläche der Außenwand 21 beim nachstehend beschriebenen Verbindungsschritt S4 verbunden wird. Die Metallplatte 3 der vorliegenden Ausführungsform wird mit einem Bereich der Oberfläche der Außenwand 21 welche im Wesentlichen nicht durch die Biegung gebogen ist, verbunden. Die herzustellende Metallplatte 3 ist deshalb eine flache Platte, wie in 4 gezeigt.
-
Die Größe, die Dicke und das Material der Metallplatte 3 sind nicht besonders beschränkt, so lange es nicht die Orientierung bzw. Ausrichtung der nachstehend beschriebenen, verstärkenden Fasern stört, und kann mit dem Metallteil 2 verbunden werden. Die Metallplatte 3 muss das Metallteil 2 nicht direkt verstärken, und das nachstehend beschriebene, faserverstärkte Harzmaterial 5 verstärkt das Metallteil 2. Die Metallplatte 3 kann deshalb dünner als die Außenwand 21 sein. Dies kann das hergestellte Kompositelement 1 leichter bezüglich des Gewichts machen.
-
Die Materialien der Metallplatte 3 umfassen Carbonstahl bzw. Kohlenstoffstahl, Edelstahl, und Aluminiumlegierung. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Aluminiumlegierung verwendet. Die Aluminiumlegierungen umfassen die Materialien, welche für das rohrförmige Element 2A aufgezählt wurden. Die Metallplatte 3 aus Aluminiumlegierung kann die Qualität des Verbindens der Metallplatte 3 mit dem Metallteil 2 aus Aluminiumlegierung erhöhen. Man beachte, dass, wenn die nachstehend beschriebenen, verstärkenden Fasern Kohlefasern sind, kann eine Beschichtung der Korrosionsschutz-Elektrotauchlackierung auf die Oberfläche der Metallplatte 3 aufgetragen werden, auf welche das faserverstärkte Harzmaterial 5 derart angebracht wird, um einen Kontakt mit den verstärkenden Fasern zu vermeiden.
-
Schritt S3 der Herstellung des Verstärkungselements
-
Als nächstes wird der Schritt S3 der Herstellung eines Verstärkungselements ausgeführt. Bei diesem Schritt wird zuerst, wie in 4 gezeigt, ein faserverstärktes Harzmaterial 5A an die Oberfläche der hergestellten Metallplatte 3 mittels eines duroplastischen Klebstoffs 4A angebracht. Das faserverstärkte Harzmaterial 5A ist ein vorimprägniertes Fasermaterial einschließlich eines Fasersubstrats 5b, welches verstärkende Fasern 5a mit einer Orientierungsrichtung aufweist und mit nicht ausgehärtetem, duroplastischem Harz imprägniert ist.
-
Insbesondere wird das faserverstärkte Harzmaterial 5A an die Oberfläche der Metallplatte 3 derart angebracht, dass die verstärkenden Fasern 5a, welche das Metallteil 2 verstärken, entlang der Längsrichtung des Metallteils 2 ausgerichtet bzw. orientiert sind. Alternativ können, wenn die verstärkenden Fasern 5a eine Orientierungsrichtung aufweisen, die verstärkenden Fasern 5a ausgerichtet werden, um beispielsweise die Längsrichtung des Metallteils 2 zu schneiden.
-
Als nächstes wird das angebrachte, faserverstärkte Harzmaterial 5A erwärmt, um das duroplastische Harz thermisch zu härten. Zu dieser Zeit wird ebenso der Klebstoff 4A gehärtet. Dies kann das Verstärkungselement 6 einschließlich des faserverstärkten Harzmaterials 5, welches an die Metallplatte 3 über die Klebeschicht 4 angebracht ist, erreichen.
-
In der vorliegenden Ausführungsform weist die Oberfläche der Metallplatte 3 keine alternierenden konkaven Bereiche und konvexen Bereich wie in der Oberfläche der Außenwand 21 auf, und ist flach. Die verstärkenden Fasern 5a des faserverstärkten Harzmaterials 5A, welche an der Oberfläche angebracht sind, wellen deshalb nicht, und deshalb wird die Orientierung der Fasern nicht gestört.
-
Die Anbringungsfläche der Metallplatte 3 ist eine flache Seitenfläche (einfache Oberfläche). Dies kann verhindern, dass Luft zwischen der Metallplatte 3 und dem faserverstärkten Harzmaterial 5A eindringt, und ein Hohlraum bzw. eine Lücke tritt kaum im Inneren des faserverstärkten Harzmaterials 5A auf.
-
Auf diese Weise wird das duroplastische Harz thermisch gehärtet, während die Ausrichtung der verstärkenden Fasern 5a beibehalten wird und ermöglicht dem faserverstärkten Harzmaterial 5A an der Oberfläche und im Inneren des Materials im Wesentlichen frei von Hohlräumen zu sein. Folglich kann das erhaltene Verstärkungselement 6 die ausgezeichnete Wirkung des Verstärkens mit den verstärkenden Fasern 5a aufweisen.
-
Das Fasersubstrat 5b kann gewoben einschließlich einfach-gewebt, Körper-gewebt, Satin-gewebt sein, so lange es verstärkende Fasern mit einer Orientierungsrichtung umfasst. Das Fasersubstrat 5b der vorliegenden Ausführungsform kann die verstärkenden Fasern 5a umfassen, welche parallel für die Ausrichtung der verstärkenden Faser 5a entlang der Längsrichtung des Metallteils 2 angeordnet sind, oder derartige Fasern teilweise enthalten kann.
-
Die verstärkenden Fasern 5a umfassen Glasfasern, Kohlefasern, Aramidfasern, Aluminiumoxidfasern, Borfasern, Stahlfasern, PBO-Fasern und hochfeste Polyethylenfasern. Die verstärkenden Fasern 5a der vorliegenden Ausführungsform sind Kohlefasern.
-
Die duroplastischen Harze zur Imprägnierung des Fasersubstrats 5b umfassen Epoxidharze, Phenolharze, Melaminharze, Harnstoffharze, Silikonharze, Maleimidharze, Vinylesterharze, ungesättigte Polyesterharze, Cyanatharze, und Polyimidharze. Das duroplastische Harz der vorliegenden Ausführungsform ist ein Epoxidharz.
-
Der Klebstoff 4A ist ein duroplastischer Klebstoff. Hinsichtlich des faserverstärkten Kompositmaterials 5A wird Harz desselben Typs wie das Harz zur Imprägnierung des Fasersubstrats 5b bevorzugt. Statt des Klebstoffs 4A kann ein Klebeblatt verwendet werden. Da die Metallplatte 3 der vorliegenden Ausführungsform aus Aluminiumlegierung ist, wird der Klebstoff 4A vorzugsweise derart angeordnet, dass die verstärkenden Fasern 5a, einschließlich Kohlefasern, nicht in direkten Kontakt mit der Metallplatte 3 kommen. Dies kann einen Kontakt zwischen der Aluminiumlegierung und dem Kohlenstoff verhindern und dadurch kann die galvanische Korrosion der Aluminiumlegierung unterdrückt werden.
-
Die Materialien der Metallplatte 3 und der verstärkenden Fasern 5a können derart ausgewählt werden, um die Korrosion zu vermeiden, und derart, dass das faserverstärkte Harzmaterial 5A direkt an die Metallplatte 3 angebracht sein kann. In einem derartigen Fall ist der Klebstoff 4A nicht notwendig. Wenn die Metallplatte 3 beispielsweise aus Stahl ist, kann eine derartige Korrosion vermieden werden, selbst wenn die verstärkenden Fasern 5a Kohlefasern sind.
-
Schritt S4 des Verbindens
-
Als nächstes wird der Schritt S4 des Verbindens ausgeführt. Bei diesem Schritt, wird das Verstärkungselement 6 mit dem rohrförmigen Metallteil 2, wie in 5 gezeigt, verbunden. Insbesondere wird die Metallplatte 3 des Verstärkungselements 6 mit der Oberfläche der Außenwand 21 des Metallteils 2 verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform bedeckt die Metallplatte 3 des Verstärkungselements 6 einen Teil der Oberfläche der Außenwand 21. Anschließend wird Schweißen, wie Lichtbogen-Schweißen, kontinuierlich zwischen der Metallplatte 3 und der Außenwand 21 entlang der Kante der Metallplatte 3 ausgeführt.
-
Folglich wird, wie in den 6A bis 6C gezeigt, die Metallplatte 3 mit der Außenwand 21 an der Kante mittels des Schweißteils 9 verbunden. Wie in der vorliegenden Ausführungsform, kann ein Füllmaterial 8, wie ein Klebstoff, nach Bedarf zwischen der Metallplatte 3 und der Außenwand 21 vor dem Schweißen angeordnet werden. Dies entfernt die Lücke zwischen der Metallplatte 3 und der Außenwand 21 und kann die Festigkeit des erhaltenen Kompositelements 1 erhöhen. Wenn das Füllmaterial 8 Klebstoff ist, kann sich die Verbindungsstärke bzw. Verbindungsfestigkeit zwischen der Metallplatte 3 und der Außenwand 21 erhöhen.
-
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Schweißen kontinuierlich entlang der Kante der Metallplatte 3 ausgeführt. Stattdessen wird Schweißen an Stellen entlang der Kante der Metallplatte 3 ausgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Füllmaterial 8 zwischen der Metallplatte 3 und der Außenwand 21 angeordnet. Dieses Füllmaterial 8 kann weggelassen werden, wenn die Vertiefung bzw. Aussparung des konkaven Bereichs 21a und das Quellen des konvexen Bereichs 21b an der Außenwand 21 klein sind.
-
In der vorliegenden Ausführungsform ist das faserverstärkte Harzmaterial 5 nicht unmittelbar am Metallteil 2 angebracht. Stattdessen ist das faserverstärkte Harzmaterial 5 an der Metallplatte 3 angebracht, welche eine flache Oberfläche aufweist, gefolgt durch thermisches Härten. Dies erlaubt die Verstärkung des Metallteils 2 mit dem Verstärkungselement 6, welches die Orientierung bzw. Ausrichtung der verstärkenden Fasern 5a beibehält.
-
Die verstärkenden Fasern 5a mäandern deshalb nicht, und die verstärkenden Fasern 5a, welche richtig ausgerichtet sind, können entlang der Längsrichtung des Metallteils 2 angeordnet werden. Folglich kann sich die Wirkung der Verstärkung des Metallteils 2 mit dem Verstärkungselement 6 erhöhen.
-
Das duroplastische Harz wird während der Herstellung des Verstärkungselements 6 thermisch gehärtet, und dadurch ist das Metallteil 2 während des thermischen Härtens nicht thermisch beeinträchtigt. Dies bedeutet, dass sich, wenn das Metallteil 2 aus Aluminiumlegierung ist, die Aluminiumlegierung bezüglich seiner Festigkeit aufgrund der Überalterung durch Wärme während dem thermischen Härten nicht verschlechtert.
-
Da die Metallplatte 3 des Verstärkungselements 6 und das Metallteil 2 durch Schweißen verbunden sind, besteht eine Verbindung zwischen den Metallmaterialien. Dies kann die Verbindungsfestigkeit zwischen der Metallplatte 3 und der Außenwand 21 erhöhen. Man beachte, dass die Metallplatte 3 und das Metallteil 2 in der vorliegenden Ausführungsform durch Schweißen verbunden sind, und sie können durch eine Komponente, wie einer Niete, einer Schraube, oder einem Bolzen verbunden sein. In diesem Fall dient die Metallplatte 3 des Verstärkungselements 6 als eine darunterliegende Schicht für das faserverstärkte Harzmaterial 5, welche den Bruch des faserverstärkten Harzmaterials 5 aufgrund von externer Kraft, welche durch Lochbohrung vor dem Verbinden, oder aufgrund von externer Kraft während des Verbindens wirkt, verhindern kann. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Metallplatte 3 und das Metallteil 2 nur mit Klebstoff miteinander verbunden sind, oder sie können durch Reibung verbunden sein.
-
Für die Konfiguration eines faserverstärkten Harzmaterials, welches unmittelbar an einem Metallteil angebracht ist, kann ein Kontakt der Aluminiumlegierung des Metallteils mit Kohlenstoff in den Kohlefasern oft galvanische Korrosion der Aluminiumlegierung auslösen. Um dies zu vermeiden, muss eine Beschichtung, wie eine Beschichtung durch Elektrotauchlackierung, auf die Oberfläche des Metallteils aufgetragen werden. Im Gegensatz dazu wird das faserverstärkte Harzmaterial 5 der vorliegenden Ausführungsform mit dem Metallteil 2 mittels der Metallplatte 3 verbunden, und deshalb ist eine derartige Beschichtung nicht notwendig. Insbesondere eine Beschichtung durch Elektrotauchlackierung, welche auf ein Metallteil aufgebracht wird, kann die Festigkeit des Metallteils aufgrund von Überalterung herabsetzen, da die Aluminiumlegierung des Metallteils ebenso erwärmt wird. Im Gegensatz dazu kann die vorliegende Ausführungsform eine derartige Herabsetzung der Festigkeit verhindern.
-
Die Metallplatte 3 der vorstehenden Ausführungsform wird mit einem Teil der Oberfläche der Außenwand 21 verbunden, welche durch das Biegen beim Metallplatten-Herstellungsschritt S2 im Wesentlichen nicht gebogen ist. Die Metallplatte 3 wird deshalb als eine flache Platte hergestellt. Für die Konfiguration, um die gesamte Außenwand 21 zu verstärken, wird beispielsweise eine plattenähnliche Metallplatte 3A wie in einem geänderten Beispiel von 7 hergestellt, und eine Metallplatte 3 wird durch Biegen dieser Metallplatte 3A entsprechend der Biegeform des Metallteils 2 hergestellt.
-
Eine derartig gebogene Metallplatte 3 weist keine alternierenden konkaven Bereiche und konvexen Bereiche auf der Oberfläche auf und weist eine glatte Oberfläche auf, da die flache Seitenfläche der plattenähnlichen Metallplatte 3A in der vorbestimmten Richtung gebogen ist. Deshalb wellen, wenn das faserverstärkte Harzmaterial 5 an der Oberfläche einer derartigen Metallplatte 3 durch ein ähnliches Verfahren wie dem vorstehenden, wie in der oberen Zeichnung von 8 gezeigt, angebracht ist, die verstärkenden Fasern 5a des faserverstärkten Harzmaterials 5 nicht, und die Ausrichtung der Fasern wird nicht gestört.
-
Das dadurch hergestellte Verstärkungselement 6 wird mit dem Metallteil 2 verbunden, wodurch das Metallteil 2 effektiver verstärkt werden kann. In diesem geänderten Beispiel ist die plattenähnliche Metallplatte 3A entsprechend der Biegeform des Metallteils 2 gebogen. In einem anderen bzw. weiteren Beispiel, in welchem das Metallteil leicht gebogen ist, kann die Metallplatte 3A in Übereinstimmung mit einer derartigen Biegeform des Metallteils 2 gebogen sein.
-
Das in diesen Ausführungsformen erhaltene Kompositelement 1 kann beispielsweise für die Verstärkung einer Stoßstange, oder für einen Türaufprallträger für Automobile verwendet werden.
-
Dies ist eine detaillierte Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend genannten Ausführungsformen beschränkt, und das Design kann verschieden geändert werden, ohne vom Konzept der vorliegenden, in den angefügten Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kompositelement
- 2
- Metallteil
- 2A
- Rohrförmiges Element
- 3
- Metallplatte
- 4
- Klebeschicht
- 4A
- Klebemittel
- 5
- Faserverstärktes Harzmaterial (nach dem thermischen Härten)
- 5A
- Faserverstärktes Harzmaterial (vor dem thermischen Härten)
- 6
- Verstärkungselement
- 9
- Schweißteil
- 21
- Äußere Wand (nach dem Biegen)
- 21A
- Äußere Wand (vor dem Biegen)
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
