DE112012002694T5

DE112012002694T5 - Components made of thermoplastic composites

Info

Publication number: DE112012002694T5
Application number: DE112012002694.2T
Authority: DE
Inventors: Pieter Theodorus Gerardus Volgers; Martyn Douglas Wakeman
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-03-06
Also published as: US20130004696A1; WO2013003393A1

Abstract

Ein Bauteil 1, das aus einem thermoplastischen Verbundwerkstoff, der Fasern und ein thermoplastisches Polymer umfasst, hergestellt ist. Das Bauteil weist ein Loch 2 auf, das in demselben angeordnet ist um ein Element 10 zur Ausbildung einer Verbindung aufzunehmen, und eine Verstärkung 6, die in dem Bereich des Lochs 2 bereitgestellt wird und so angeordnet ist, dass sie eine vorbestimmte Durchreißbahn 5 festlegt, der das Element in dem Fall folgen soll, dass eine Bruchlast angelegt wird.A component 1 made of a thermoplastic composite comprising fibers and a thermoplastic polymer. The component has a hole 2 arranged therein to receive a connection member 10 and a reinforcement 6 provided in the region of the hole 2 and arranged to define a predetermined tear path 5, which should follow the element in the event that a breaking load is applied.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft Bauteile, hergestellt aus thermoplastischem Verbundwerkstoff, der Fasern und thermoplastisches Polymer umfasst.The present invention relates to components made of thermoplastic composite comprising fibers and thermoplastic polymer.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART

Mit dem Ziel, Metallteile zur Gewichtseinsparungen und Kostenminderung zu ersetzen, während sich eine vergleichbare oder überlegene mechanische Leistung ergibt, sind Strukturen auf der Grundlage von Verbundwerkstoffen, die eine Polymermatrix umfassen, die einen Faserwerkstoff enthält, entwickelt worden. Mit diesem wachsenden Interesse sind, auf Grund von deren ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften, die sich aus der Kombination des Faserwerkstoffs und der Polymermatrix ergeben, faserverstärkte Kunststoff-Verbundstrukturen entworfen worden und werden in verschiedenen Endnutzungsanwendungen verwendet. Es sind Fertigungstechniken entwickelt worden, um das Imprägnieren des Faserwerkstoffs mit einer Polymermatrix zu verbessern, um die Eigenschaften der Verbundstruktur zu optimieren. Bei sehr anspruchsvollen Anwendungen, wie beispielsweise Konstruktionsteilen bei Automobil- und Luft- und Raumfahrtanwendungen, sind Verbundwerkstoffe wegen einer einzigartigen Kombination von geringem Gewicht, hoher Festigkeit und Temperaturbeständigkeit erwünscht.With the aim of replacing metal parts for weight savings and cost reduction while providing comparable or superior mechanical performance, structures based on composites comprising a polymer matrix containing a fiber material have been developed. With this growing interest, because of their excellent physical properties resulting from the combination of the fiber material and the polymer matrix, fiber reinforced plastic composite structures have been designed and used in various end-use applications. Manufacturing techniques have been developed to improve the impregnation of the fiber material with a polymer matrix in order to optimize the properties of the composite structure. For very demanding applications, such as automotive and aerospace design components, composites are desired because of a unique combination of low weight, high strength, and temperature resistance.

Thermoplastische Verbundwerkstoffe werden hergestellt unter Verwendung eines Fasermaterials, wie beispielsweise von Vliesstoffstrukturen, Textilien, unverfestigten Faservliesen und Kombinationen derselben, wobei das Fasermaterial mit einer Polymerharz-Zusammensetzung imprägniert wird. Es gibt verschiedene Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Verbundwerkstoffen (thermoplastic composites, TPC), einschließlich des Laminierens, des Vorimprägnierens und des Pulverimprägnierens. Bei dem Laminierungsverfahren werden Lagen von Fasermaterial und Lagen von Polymerfolie abwechselnd gestapelt, um eine gestapelte Struktur zu bilden. Diese Struktur wird Hitze und Druck ausgesetzt, um zu einer Imprägnierung des Fasermaterials mit dem Polymer zu führen. Das Ergebnis ist in diesem Fall eine Bahn, die im Wesentlichen verfestigt ist, d. h., sie hat einen sehr geringen Porengehalt. Solche thermoplastischen Verbundwerkstoffe werden typischerweise als Laminate bezeichnet.Thermoplastic composites are made using a fibrous material, such as nonwoven structures, textiles, unconsolidated nonwoven fabrics, and combinations thereof, wherein the fibrous material is impregnated with a polymeric resin composition. There are various methods of making thermoplastic composites (TPC) including lamination, preimpregnation and powder impregnation. In the lamination process, layers of fibrous material and layers of polymer film are alternately stacked to form a stacked structure. This structure is subjected to heat and pressure to result in impregnation of the fiber material with the polymer. The result in this case is a web which is substantially solidified, i. h., it has a very low pore content. Such thermoplastic composites are typically referred to as laminates.

Bei dem Vorimprägnierungsverfahren wird auf das Fasermaterial ein geschmolzenes Polymer aufgebracht, zum Beispiel durch Tauchen, Extrudieren einer geschmolzenen Folie oder durch Spritzen. Das Ergebnis ist in diesem Fall eine weniger verfestigte Struktur, bei welcher das Fasermaterial teilweise mit dem Polymer imprägniert ist.In the preimpregnation process, a molten polymer is applied to the fibrous material, for example, by dipping, extruding a molten film or by spraying. The result in this case is a less consolidated structure in which the fiber material is partially impregnated with the polymer.

Bei dem Pulverimprägnierungsverfahren werden Lagen aus Fasermaterial mit Lagen aus fein pulverisiertem festem Polymer aufgebaut. Danach wird die Struktur Hitze und Druck ausgesetzt, was zur Imprägnierung des Faserwerkstoffs mit dem Polymer führt. In diesem Fall ist das Ergebnis eine Bahn, die im Wesentlichen verfestigt ist, d. h., mit einem sehr geringen Porengehalt.In the powder impregnation process, layers of fibrous material are built up with layers of finely powdered solid polymer. Thereafter, the structure is subjected to heat and pressure, resulting in the impregnation of the fiber material with the polymer. In this case, the result is a web that is substantially solidified, i. h., with a very low pore content.

Thermoplastische Verbundwerkstoffe können dazu verwendet werden, Bauteile zu formen und ihnen strukturelle Festigkeit zu verleihen. Bei einer typischen Anwendung wird der thermoplastische Verbundwerkstoff erhitzt, um das Polymer teilweise zum Schmelzen zu bringen. Danach kann er geformt werden, um zu ermöglichen, dass er einer Form angepasst wird. Sobald er in der Form platziert ist, werden die Formteile geschlossen und das gleiche Polymer wie in dem thermoplastischen Verbundwerkstoff oder ein anderes Polymer, das eine Verträglichkeit mit demselben aufweist, wird in die Form eingespritzt, um den thermoplastischen Verbundwerkstoff ganz oder teilweise einzukapseln. Das Ergebnis ist ein überformter Artikel, der den thermoplastischen Verbundwerkstoff in sich aufweist, um strukturelle Festigkeit zu verleihen.Thermoplastic composites can be used to form components and give them structural strength. In a typical application, the thermoplastic composite is heated to partially melt the polymer. Thereafter, it may be shaped to enable it to conform to a shape. Once placed in the mold, the mold parts are closed and the same polymer as in the thermoplastic composite or other polymer having compatibility therewith is injected into the mold to partially or completely encapsulate the thermoplastic composite. The result is a reshaped article having the thermoplastic composite in it to impart structural strength.

Häufig müssen mit thermoplastischen Verbundwerkstoffen hergestellte Bauteile an anderen Bauteilen, Rahmen, Strukturen usw. angebracht oder befestigt werden. Dies kann zum Beispiel dadurch getan werden, dass das Bauteil mit einem Loch in demselben hergestellt und ein Mittel zum Verbinden, wie beispielsweise ein Stift, Bolzen, Stab oder dergleichen, (ein „Verbindungselement”) eingefügt wird, um ein „stiftbelastetes” Loch zu formen. Selbstverständlich erzeugen das Loch und die Anbringung des Verbindungselements eine innewohnende Schwache in dem Bauteil derart, dass, wenn eine starke Beanspruchung auftritt, das Teil wahrscheinlich an dem Loch oder um dasselbe brechen wird.Frequently, components made with thermoplastic composites must be attached or attached to other components, frames, structures, etc. This can be done, for example, by making the component with a hole in it and inserting a means for connecting such as a pin, bolt, rod or the like (a "connector") to a "pin-loaded" hole to shape. Of course, the hole and the attachment of the connector create an inherent weakness in the component such that when a heavy load occurs, the member will likely break at or around the hole.

Die Gestaltung einer Verbindungsstelle in einem thermoplastischen Verbundwerkstoff-Bauteil zielt herkömmlicherweise darauf, die Festigkeitsleistung des stiftbelasteten Lochs durch das Verändern der verfügbaren Parameter, wie beispielsweise Lochdurchmesser, Laminatdicke und Laminatlegung (d. h., Ausrichtung der Fasern in den unterschiedlichen Faserlagen) zu optimieren. Dies ermöglicht es dem Konstrukteur, die wahrscheinlichste Art des Bruchs und folglich die Bruchlast des stiftbelasteten Lochs zu bestimmen. Unterschiedliche Brucharten schließen Folgendes ein: Nettoquerschnittsbruch, wo der mit dem Loch geformte Werkstoff eine Nettoquerschnittsfläche hat, die geringer ist als dessen Fläche, wo es kein Loch gibt, so dass die sich ergebende verringerte Festigkeit zu einem Bruch des Werkstoffs bei Zugspannung führt, Schublagerbruch, wobei das Verbindungselement den Werkstoff, auf dem es lastet, zerdrückt (am häufigsten bei isotropen Werkstoffen und unüblich für Verbundwerkstoffe, die anisotrop sind), und Durchreißbruch, wobei das Verbindungselement den Werkstoff durchreißt oder ausreißt.The design of a joint in a thermoplastic composite component conventionally seeks to optimize the strength performance of the pin-loaded hole by altering the available parameters such as hole diameter, laminate thickness, and laminate lay (ie, orientation of the fibers in the different fiber layers). This allows the designer to determine the most likely type of fracture and hence the breaking load of the pin-loaded hole. Different fracture types include: net cross-sectional fracture where the material formed with the hole has a net cross-sectional area that is less than its area where there is no hole, so the resulting reduced strength will result in breakage of the material under tensile stress, thrust bearing rupture with the fastener crushing the material on which it bears (most commonly in isotropic materials and uncommon for composite materials that are anisotropic) and tearing failure whereby the fastener ruptures the material or pull out.

Es ist häufig wünschenswert, dass Bauteile von Fahrzeugen auf eine Weise brechen, die eine gute Energieaufnahme gewährleistet, weil durch das Aufnehmen von Energie bei einem Zusammenstoß weniger Energie verfügbar ist um andere Fahrzeugbauteile zu beschädigen. Obwohl ein Durchreißbruch von den Brucharten bei einer stiftbelasteten Verbindungsstellenkonstruktion die beste Energieaufnahme gewährleisten kann, haben die gegenwärtigen Erfinder erkannt, dass es möglich ist, die Energieaufnahme während eines Durchreißbruchs zu verbessern.It is often desirable that components of vehicles break in a manner that ensures good energy absorption because by absorbing energy in a crash, less energy is available to damage other vehicle components. Although a rupture failure of the break types in a pin-loaded joint structure can ensure the best energy absorption, the present inventors have realized that it is possible to improve the energy absorption during a rupture failure.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung stellt ein Bauteil bereit, das aus einem thermoplastischen Verbundwerkstoff, der Fasern und ein thermoplastisches Polymer umfasst, hergestellt ist, wobei das Bauteil ein Loch aufweist, das in demselben angeordnet ist, um ein Element zur Ausbildung einer Verbindung aufzunehmen, und eine Verstärkung aufweist, die in dem Bereich des Lochs bereitgestellt wird und so angeordnet ist, dass sie eine vorbestimmte Durchreißbahn festlegt, dem das Element in dem Fall folgen soll, dass eine Bruchlast angelegt wird.The present invention provides a component made of a thermoplastic composite comprising fibers and a thermoplastic polymer, the component having a hole disposed therein to receive a member for forming a connection, and a reinforcement which is provided in the region of the hole and arranged to define a predetermined tear path to be followed by the element in the event that a breaking load is applied.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die Offenbarung ist gerichtet auf ein Bauteil, das aus einem thermoplastischen Verbundwerkstoff, der Fasern und ein thermoplastisches Polymer umfasst, hergestellt ist, wobei das Bauteil ein Loch aufweist, das in demselben angeordnet ist, um ein Element zur Ausbildung einer Verbindung aufzunehmen, und eine Verstärkung aufweist, die in dem Bereich des Lochs bereitgestellt wird und so angeordnet ist, dass sie eine vorbestimmte Durchreißbahn festlegt, dem das Element in dem Fall folgen soll, dass eine Bruchlast angelegt wird.The disclosure is directed to a component made of a thermoplastic composite comprising fibers and a thermoplastic polymer, the component having a hole disposed therein to receive a member for forming a connection, and a reinforcement which is provided in the region of the hole and arranged to define a predetermined tear path to be followed by the element in the event that a breaking load is applied.

Durch das Bereitstellen einer Verstärkung in dem Bereich des Lochs, die eine vorbestimmte Durchreißbahn definiert, dem das Element (wie beispielsweise ein Bolzen, Stab, Stift oder dergleichen) in dem Fall folgen soll, dass eine Bruchlast angelegt wird, kann der Weg der Durchreißbahn in dem thermoplastischen Verbundwerkstoff des Bauteils so gewählt werden, dass eine hohe Energieaufnahme gewährleistet ist und sich ein fortschreitendes Brechen der Struktur ergibt. Dies ist einem Durchreißbruch bei einem herkömmlichen Bauteil gegenüberzustellen, wo die Bruchbahn durch den niedrigsten Energieausgleich oder einen katastrophalen Bruch der Hauptstruktur weg von dem Lasteinleitungspunkt bestimmt wird, wodurch das Energieaufnahmevermögen einer solchen Konstruktion begrenzt wird. Wenn möglich, wird die Durchreißbahn dem Weg folgen, der beim Fortschreiten die wenigste Energie aufnimmt. Jedoch findet die maximale Energieaufnahme statt, wenn die maximale Anzahl an Fasern zerbrochen werden muss, damit das Reißen des Werkstoffs fortschreitet. Folglich kann zum Beispiel bei einer Ausführungsform der Erfindung das Verbindungselement den Werkstoff entlang eines Weges durchreißen, wobei Fasern zerbrochen werden, die den Weg queren, was bei jedem Faserbruch zu einer Energieaufnahme führt, wobei der Weg so gewählt wird, dass die Anzahl der entlang der Länge desselben zerbrochenen Fasern maximiert wird. Bei einer herkömmlichen Konstruktion wäre der Weg des geringsten Widerstandes (aber nicht der maximalen Energieaufnahme) einer parallel zu der Faserrichtung oder zu der hauptsächlichen Faserrichtung, wenn es mehr als eine gibt.By providing a reinforcement in the region of the hole that defines a predetermined tear path to which the element (such as a bolt, rod, pin or the like) should follow in the event that a breaking load is applied, the path of the tear path may be in the thermoplastic composite material of the component are chosen so that a high energy absorption is ensured and results in a progressive breaking of the structure. This is contrasted with a tearing failure in a conventional component where the break path is determined by the lowest energy balance or catastrophic breakage of the main structure away from the load application point, thus limiting the energy absorption capacity of such a design. If possible, the tear path will follow the path that takes up the least energy as it progresses. However, the maximum energy absorption occurs when the maximum number of fibers has to be broken in order for the cracking of the material to proceed. Thus, for example, in one embodiment of the invention, the fastener may rupture the material along a path, fracturing fibers that traverse the path, resulting in energy absorption at each fiber break, the path being selected such that the number of along the Length of the same broken fibers is maximized. In a conventional design, the path of least resistance (but not maximum energy absorption) would be one parallel to the fiber direction or to the main fiber direction if there were more than one.

Das Verbindungselement kann passend geformt sein, um das Durchreißen des Polymer-Werkstoffs in dem Fall, dass eine Bruchlast angelegt wird, zu erleichtern. Passend geformte Verbindungselemente können nicht-runde Verbindungselemente sein, die entlang ihrer Längsachse vieleckige, quadratische, rechteckige oder dreieckige Querschnitte aufweisen. Andere geformte Verbindungselemente können Verbindungselemente sein, die herausstehende Rippen aufweisen, die das Durchreißen des Polymer-Werkstoffs in dem Fall, dass eine Bruchlast angelegt wird, erleichtern. Es wird für die fachkundige Person zu erkennen sein, dass die Form des in dem Bauteil vorliegenden Lochs vorzugsweise an die Form des Verbindungselements angepasst sein sollte.The connecting element may be suitably shaped to facilitate rupture of the polymer material in the event that a breaking load is applied. Properly shaped fasteners may be non-round fasteners having polygonal, square, rectangular or triangular cross-sections along their longitudinal axis. Other shaped fasteners may be fasteners having protruding ribs that facilitate rupture of the polymer material in the event that a breaking load is applied. It will be appreciated by those skilled in the art that the shape of the hole in the component should preferably be adapted to the shape of the connector.

Während es bekannt ist, das Rippen oder eine Faserverstärkung um ein Loch gestaltet werden, um ein Verbindungselement zu stützen und die örtlichen Beanspruchungen um das Loch zu verringern, wodurch die Belastbarkeit der Verbindungsstelle gesteigert wird, treffen diese Strukturen keine Vorkehrungen zum Vorbestimmen einer Durchreißbahn durch den Werkstoff, was zu einem plötzlichen katastrophalen Bruch der Struktur führen kann.While it is known that ribs or fiber reinforcement may be formed around a hole to support a fastener and reduce local stresses around the hole, thereby increasing the load capacity of the joint, these structures do not provide for predetermining a tear through the web Material, which can lead to a sudden catastrophic break in the structure.

Ein zusätzliches Problem ist, dass bei der Fertigung eines thermoplastischen Verbundwerkstoffs auf Grund von Abweichungen und Ungenauigkeiten bei Fertigungsvorgängen die Faseranordnung nicht genau so sein wird wie theoretisch entworfen. Dies kann dazu führen, dass die Bruchbahn auf eine nicht vorhersagbare Weise verändert wird. Dies ist noch mehr der Fall, wenn thermoplastische Verbundwerkstoffbahnen verwendet werden, wobei die endgültige Form der Gewebestruktur oder Verstärkung in einem Bahnstanzvorgang gefertigt wird. Veränderungen bei der Bruchbahn könnten zu einer Verformung der Struktur auf eine nicht vorhergesehene oder unerwünschte Weise führen. Wieder kann das Vorbestimmen einer Durchreißbahn durch den Werkstoff das Problem abschwächen.An additional problem is that in the manufacture of a thermoplastic composite due to deviations and inaccuracies in manufacturing operations, the fiber arrangement will not be exactly as theoretically designed. This can result in the break path being altered in an unpredictable manner. This is even more the case when thermoplastic Composite webs are used, wherein the final shape of the fabric structure or reinforcement is made in a web punching process. Changes in the orbit could result in deformation of the structure in an unforeseen or undesirable manner. Again, predetermining a tear path through the material can mitigate the problem.

Dadurch, dass veranlasst wird, dass der Durchreißbruch auf eine bevorzugte Weise stattfindet, kann die Energieabführung gesteuert werden, und der Bruch kann fortschreitend sein. Zum Beispiel ist es im Fall eines Autositzrahmens wünschenswert, dass der Bruch auf eine vorhersagbare, bevorzugte Weise erfolgt, um den Insassen so stark wie möglich zu schützen.By causing the tearing failure to occur in a preferred manner, the energy dissipation can be controlled and the fracture can be progressive. For example, in the case of a car seat frame, it is desirable for the break to occur in a predictable, preferred manner to protect the occupant as much as possible.

Die Verstärkung, welche die vorbestimmte Durchreißbahn definiert, kann durch zusätzliche Fasern oder durch eine oder mehrere Rippen bereitgestellt werden. Die zum Herstellen von thermoplastischen Verbundwerkstoffen verwendeten Überformungsverfahren gewährleisten die Gestaltungsfreiheit zum Bereitstellen einer solchen Verstärkung. Jedoch kann diese Gestaltungsfreiheit nicht nur dazu verwendet werden, den Bereich um das Loch zu verstärken, sondern ebenfalls dazu, die Bruchsbahn, wenn ein Durchreißbruch auftritt, so zu definieren, dass die Energieaufnahme, verglichen mit einer ungesteuerten Durchreißbahn, maximiert wird.The reinforcement defining the predetermined tear path may be provided by additional fibers or by one or more ribs. The overmolding processes used to make thermoplastic composites ensure freedom of design to provide such reinforcement. However, not only can this freedom of design be used to reinforce the area around the hole, but also to define the rupture web when a rupture occurs so as to maximize energy absorption as compared to an uncontrolled rip-through.

Die Verstärkung kann nahe an, aber nicht genau an einem kritischen Bereich, wo zu erwarten ist, dass ein Bruch auftritt, angeordnet sein. Folglich kann die Durchreißbahn der Verstärkung benachbart sein. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungsformen ist die Verstärkung länglich, und die Durchreißbahn folgt derselben benachbart der Länge der Verstärkung. Eine längliche Durchreißbahn kann gerade oder gekrümmt sein.The gain may be located close to but not exactly at a critical area where a break is expected to occur. Consequently, the tear strip may be adjacent to the reinforcement. In certain preferred embodiments, the reinforcement is elongated and the tear-through track follows it adjacent the length of the reinforcement. An elongated tear path can be straight or curved.

Ein Paar von Verstärkungen kann die Durchreißbahn zwischen denselben definieren. Diese Anordnung kann eine deutlich definierte Bahn bereitstellen, um die Anzahl der während des Bruchs zerbrochenen Fasern und die aufgenommene Energie zu maximieren. Das Paar von Verstärkungen ist vorzugsweise parallel zueinander.A pair of reinforcements may define the tear-through path therebetween. This arrangement can provide a well-defined trajectory to maximize the number of fibers fractured during the fracture and the energy absorbed. The pair of reinforcements is preferably parallel to each other.

Die Durchreißbahn wird vorzugsweise an dem Loch beginnen und von demselben weg durch den thermoplastischen Verbundwerkstoff ausgehen. Die Bahn kann sich radial von dem Loch aus erstrecken. Die Bahn kann von dem Rand des Lochs ausgehen und sich von demselben weg in einer Richtung mit einem Winkel zwischen einer radialen Richtung, die sich von der Mitte des Lochs aus bis zu dem inneren Ende der Bahn erstreckt, und einer Richtung, tangential zu dem Rand des Lochs an dem inneren Ende der Bahn, erstrecken. Die Bahn kann sich in einer Richtung mit einem Winkel zu dieser radialen Richtung (d. h., der radialen Richtung, die sich von der Mitte des Lochs aus bis zu dem inneren Ende der Bahn erstreckt) erstrecken, der zwischen 1° und 90° oder 5° und 90° oder 10° und 90° oder 15° und 90° oder 20° und 90° oder 10° und 80°, insbesondere zwischen 40° und 50° liegt.The tear strip will preferably begin at the hole and exit from it through the thermoplastic composite. The web may extend radially from the hole. The web may extend from the edge of the hole and away from it in a direction at an angle between a radial direction extending from the center of the hole to the inner end of the web and a direction tangent to the edge of the hole at the inner end of the web. The web may extend in a direction at an angle to this radial direction (ie, the radial direction extending from the center of the hole to the inner end of the web) that is between 1 ° and 90 ° or 5 ° and 90 ° or 10 ° and 90 ° or 15 ° and 90 ° or 20 ° and 90 ° or 10 ° and 80 °, in particular between 40 ° and 50 °.

In jedem Fall kann der Weg der Bahn in Abhängigkeit von der Anordnung der Fasern und auf eine solche Weise gestaltet sein, dass die maximale Anzahl von Fasern die Bahn quert und während des Bruchs zerbrochen wird.In either case, the path of the web may be designed in dependence on the arrangement of the fibers and in such a way that the maximum number of fibers traverses the web and is broken during fracture.

Die in dem thermoplastischen Verbundwerkstoff enthaltenen Fasern können Stapel- oder Endlosfasern sein und können ausgewählt sein aus Glasfaser, Metallfaser, Keramikfaser, Kohlenstofffaser oder Aramidfaser.The fibers contained in the thermoplastic composite material may be staple or continuous fibers and may be selected from glass fiber, metal fiber, ceramic fiber, carbon fiber or aramid fiber.

Die in dem thermoplastischen Verbundwerkstoff enthaltenen Fasern können in der Form von einem oder mehreren Faserwerkstoffen vorhanden sein.The fibers contained in the thermoplastic composite material may be in the form of one or more fiber materials.

So, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff „Fasermaterial” auf ein beliebiges Vliesstoff-Textil, gewebtes Textil, gewirktes Textil oder nicht gekräuseltes Textil, das sich vorzugsweise in einer Ebene mit dem thermoplastischen Verbundwerkstoff befinden kann.As used herein, the term "fibrous material" refers to any nonwoven fabric, woven fabric, knit textile or non-crimped textile which may preferably be in-plane with the thermoplastic composite.

Geeignete Vliesstoff-Textilien können aus Endloswirrgelege-Matten, Schnittstrangmatten oder Filzen ausgewählt sein.Suitable nonwoven fabrics may be selected from endless batt mats, cut strand mats or felts.

Geeignete gewebte Textilien können zum Beispiel aus Textilien mit nicht vorgespannter Bindung, wie beispielsweise Leinwand- oder Panamabindung, Textilien mit Köper- oder Satinbindung, oder Textilien mit vorgespannter Bindung ausgewählt sein.Suitable woven fabrics may be selected from, for example, nonbiased fabrics such as canvas or panama weave, twill or satin weaves, or pretensioned fabrics.

In dem Fall, dass die Fasern als ein Fasermaterial, wie beispielsweise ein gewebtes Textil, vorhanden sind, erstrecken sich die Fasern vorzugsweise in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung, senkrecht zu der ersten Richtung.In the case that the fibers are present as a fibrous material, such as a woven fabric, the fibers preferably extend in a first direction and in a second direction, perpendicular to the first direction.

Geeignete nicht gekräuselte Textilien können zum Beispiel aus unidirektionalen, biaxialen oder quasi-isotropen Textilien ausgewählt sein.Suitable non-crimped textiles may, for example, be selected from unidirectional, biaxial or quasi-isotropic textiles.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der thermoplastische Verbundwerkstoff eine Kombination von mehreren Lagen von Fasermaterialien, wie beispielsweise eine Kombination aus Vliesstoff-Textil und gewebtem oder gewirktem Textil, umfassen. Beispiele einer solchen Kombination können eine Lage aus Vliesstoff-Textil und eine Lage aus gewebtem oder gewirktem Textil, eine Lage aus Vliesstoff-Textil und zwei oder mehr Lagen aus gewebtem oder gewirktem Textil, wobei die Lage aus Vliesstoff-Textil zwischen den zwei Lagen aus gewebten oder gewirkten Textilien angeordnet ist.In a preferred embodiment, the thermoplastic composite may comprise a combination of multiple layers of fibrous materials, such as a combination of nonwoven fabric and woven or knitted fabric. Examples of such a combination may be a layer of nonwoven textile and a layer of woven or knitted textile, a layer of nonwoven textile and two or more layers of woven or knitted textile, the layer of nonwoven textile between the two layers of woven or knitted textiles is.

Das Bauteil kann ferner ein metallisches Element, wie beispielsweise ein Metallblech, umfassen, das einen Kanal oder eine Rille aufweist, dafür angeordnet, eine vorbestimmte Durchreißbahn zu definieren, der das Verbindungselement in dem Fall, dass eine Bruchlast angelegt wird, folgen soll. Alternativ kann das metallische Element ebenfalls eine Reihe von eng benachbarten Löchern aufweisen, die dafür angeordnet sind, eine vorbestimmte Durchreißbahn zu definieren, der das Verbindungselement in dem Fall, dass eine Bruchlast angelegt wird, folgen soll.The component may further comprise a metallic element, such as a metal sheet, having a channel or groove arranged to define a predetermined tear path to follow the connection element in the event that a breaking load is applied. Alternatively, the metallic element may also have a series of closely spaced holes arranged to define a predetermined tear path to follow the connecting element in the event that a breaking load is applied.

Vorzugsweise sind der Kanal, die Rille oder die Reihe von eng benachbarten Löchern in dem Metallblech auf eine solche Weise ausgewählt, dass das Verbindungselement den Verbundwerkstoff entlang einer Richtung, im Wesentlichen mit 45° zu der ersten und der zweiten Richtung der in dem Bauteil enthaltenen Fasern, durchreißt derart, dass die Anzahl der entlang der Länge der Bahn zerbrochenen Fasern maximiert wird.Preferably, the channel, groove, or series of closely spaced holes in the metal sheet are selected in such a manner that the connector retains the composite along a direction substantially at 45 ° to the first and second directions of the fibers contained in the component , breaks through such that the number of fibers broken along the length of the web is maximized.

Das Bauteil kann ferner entlang der vorbestimmten Durchreißbahn, der das Element in dem Fall, dass eine Bruchlast angelegt wird, folgen soll, durch das Bereitstellen von zusätzlichen, eng benachbarten Löchern entlang der Durchreißbahn geschwächt werden. Solche Löcher können durch Bohren, Spanen oder durch das Modifizieren der Form für das Bauteil, zum Beispiel das Hinzufügen von Stiften, wo die zusätzlichen Löcher geformt werden sollen, erzielt werden.The component may also be weakened along the predetermined tear path to follow the element in the event that a breaking load is applied by providing additional, closely spaced holes along the tear path. Such holes can be achieved by drilling, machining, or by modifying the shape of the component, for example adding pins where the additional holes are to be formed.

Andere Maßnahmen, um die vorbestimmte Durchreißbahn zu modifizieren, der das Element in dem Fall, dass eine Bruchlast angelegt wird, folgen soll, können Bereiche sein, in denen die in dem Bauteil enthaltene Faser unterbrochen ist, d. h., wo die Fasern entlang der vorbestimmten Durchreißbahn verschoben oder teilweise gebrochen sind, um den Fasergehalt oder die Festigkeit entlang der Durchreißbahn örtlich zu vermindern. Eine solche Unterbrechung kann erzielt werden durch das Modifizieren der Form für das Bauteil durch das Hinzufügen von Stiften, die auf halbem Wege durch den Formungszyklus zurückgezogen werden derart, dass die Faser unterbrochen wird und die zuvor von den Stiften (z. B., Stiften, die als lineare Stempel oder Messer geformt sind) eingenommenen Löcher oder Schlitze danach während des Überformungsvorgangs mit Polymer gefüllt werden.Other means for modifying the predetermined tear path to follow the element in the event that a breaking load is applied may be areas in which the fiber contained in the component is broken, i. where the fibers are displaced or partially broken along the predetermined tear path to locally reduce fiber content or strength along the tear path. Such an interruption can be achieved by modifying the shape for the component by adding pins that are retracted midway through the molding cycle such that the fiber is broken and that has previously been separated from the pins (e.g., pins, which are formed as linear punches or knives) are then filled with polymer during the overmolding process.

Ferner können wenigstens zwei Bänder eines unidirektionalen Textils parallel zueinander innerhalb des thermoplastischen Verbundwerkstoffs entlang einer Richtung, im Wesentlichen mit 45° zu der ersten und der zweiten Richtung der in dem Bauteil enthaltenen Faser, angeordnet sein derart, dass die Anzahl von zerbrochenen Fasern entlang der Länge der vorbestimmten Durchreißbahn, der das Verbindungselement in dem Fall, dass eine Bruchlast angelegt wird, folgen soll, maximiert wird.Further, at least two bands of unidirectional fabric may be disposed parallel to each other within the thermoplastic composite along a direction substantially at 45 ° to the first and second directions of the fiber contained in the component such that the number of broken fibers along the length the predetermined tear path, which is to follow the connecting element in the event that a breaking load is applied, is maximized.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der thermoplastische Verbundwerkstoff entlang der vorbestimmten Durchreißbahn, der das Element in dem Fall, dass eine Bruchlast angelegt wird, folgen soll, eine verringerte Dicke haben, die zum Beispiel durch das Ausfräsen eines Teils des Verbundwerkstoffs oder durch das dementsprechende Modifizieren der Form für das Bauteil erzielt wird.In a preferred embodiment, the thermoplastic composite may have a reduced thickness along the predetermined tear-through path that is to follow the element in the event that a breaking load is applied, for example, by milling a portion of the composite or modifying the composite Form is achieved for the component.

Es ist wünschenswert, das Bauteil derart zu gestalten, dass die Durchreißbahn an der Position in der Umgebung des Lochs startet oder beginnt, wo die Verstärkung das Loch schneidet und wo die Verstärkung die vorbestimmte Durchreißbahn von dem Loch in dem Bauteil definiert.It is desirable to design the component such that the tear-through path starts or begins at the position in the vicinity of the hole where the reinforcement intersects the hole and where the reinforcement defines the predetermined tear-through path from the hole in the component.

Es gibt viele Bauteilgestaltungen, welche die Position entlang des Bauteillochs beeinflussen, wo die Risseinleitung beginnt. Jedes solches Verfahren dreht sich um das Steuern der Beanspruchungsniveaus in dem Bauteil.There are many component designs that affect the position along the component hole where crack initiation begins. Each such method is about controlling the stress levels in the component.

Zum Beispiel kann die Dicke der TPC-Bahn derart modifiziert werden, dass die Dicke der TPC-Bahn an der Position, wo es wünschenswert ist, dass die Risseinleitung auftritt, geringer ist. Die Risseinleitung sollte dann auftreten, wo die TPC-Bahn am dünnsten ist, da die TPC-Bahn an dieser Position am meisten beansprucht werden wird.For example, the thickness of the TPC web may be modified such that the thickness of the TPC web is less at the position where it is desirable for the crack initiation to occur. The crack initiation should occur where the TPC web is thinnest because the TPC web will be most stressed at that position.

Die Dicke eines überformten Polymers kann ebenfalls dazu verwendet werden, die Positionierung der Risseinleitung zu bewirken. Falls die Dicke des überformten Polymers an der Position geringer ist, wo die Risseinleitung gewünscht wird, sollte die Risseinleitung auftreten, wo das überformte Polymer am dünnsten ist, weil das überformte Bauteil an dieser Position am meisten beansprucht wird. Die Dicke der TPC-Bahn kann an der gleichen Position, wo das überformte Polymer seine geringste Dicke hat, ebenfalls dünner sein.The thickness of an overmolded polymer can also be used to effect the positioning of the crack initiation. If the thickness of the overmolded polymer is lower at the position where crack initiation is desired, crack initiation should occur where the overmolded polymer is thinnest because the overmolded component is most stressed at that position. The thickness of the TPC web may also be thinner at the same position where the overmolded polymer has its smallest thickness.

Die Position der Risseinleitung kann ebenfalls bestimmt werden durch das Beimischen von Glasfaser- und Kohlenstofffaserwerkstoffen in dem Bauteil so dass bei einem globalen Bauteil aus Kohlenstofffasern der Bereich oder die Position um das Loch, wo die Risseinleitung des Bauteils gewünscht wird, eine niedrigere Konzentration von Glasfasern umfassen wird. Während des Betriebs des Bauteils werden die Beanspruchungen während einer Lasteinleitung örtlich die Belastbarkeit des Bauteils überschreiten, wo die Konzentration der Glasfasern in dem Bauteil am geringsten ist, und erzwingen, dass die Risseinleitung an dieser Position erfolgt. Dieses gleiche Konzept kann unter Verwendung von Stahlkord oder Stahlgeflecht, die in die Bauteilstruktur eingeformt sind, verwendet werden. Die Position in dem Bauteil, wo gewünscht wird, dass die Risseinleitung fortschreitet, wird keinerlei Stahlgeflecht oder -kord um fassen.The position of the crack initiation can also be determined by admixing fiberglass and carbon fiber materials in the component such that, for a global carbon fiber member, the region or position around the hole where crack initiation of the component is desired has a lower concentration of glass fibers will include. During operation of the component, the stresses during a load application will locally exceed the load capacity of the component where the concentration of the glass fibers in the component is lowest, and force the crack initiation to occur at that position. This same concept can be used using steel cord or steel mesh molded into the component structure. The position in the part where it is desired that the crack initiation progresses will not involve any steel braid or cord.

Der thermoplastische Verbundwerkstoff kann Fasern, die sich in einer ersten Richtung erstrecken, und Fasern, die sich in einer zweiten Richtung, senkrecht zu der ersten Richtung, erstrecken, umfassen, und die Durchreißbahn kann sich in einer Richtung zwischen der ersten und der zweiten Richtung erstrecken. Folglich tritt der Bruch, anstatt entlang einer Bahn parallel zu der einen Menge von Fasern aufzutreten und die andere Menge von Fasern zu zerbrechen, vorzugsweise entlang einer Bahn auf, die den Bruch der beiden Mengen von Fasern mit sich bringt. Die Bahn kann sich in einer Richtung, im Wesentlichen mit 45° zu der ersten und der zweiten Richtung, erstrecken.The thermoplastic composite may comprise fibers that extend in a first direction and fibers that extend in a second direction perpendicular to the first direction, and the tear-through path may extend in a direction between the first and second directions , As a result, rather than occurring along one path in parallel with the one set of fibers and breaking the other set of fibers, the fracture preferably occurs along a path involving the breakage of the two sets of fibers. The web may extend in a direction substantially at 45 ° to the first and second directions.

Die Fasern, die sich in der ersten Richtung erstrecken, können eine größere Faserkonzentration haben als die Fasern, die sich in der zweiten Richtung erstrecken, und die Durchreißbahn kann sich in einer Richtung in einem Winkel α zu der ersten Richtung und in einem Winkel β zu der zweiten Richtung erstrecken, wobei der Winkel α kleiner ist als der Winkel β. Die Richtung der Durchreißbahn kann so gewählt werden, dass sichergestellt wird, dass sowohl die Fasern, die sich in der ersten als auch diejenigen, die sich in der zweiten Richtung erstrecken, während des Bruchs zerbrochen werden, statt dass sich die Bruchbahn parallel zu einer der Faserrichtungen erstreckt.The fibers extending in the first direction may have a greater fiber concentration than the fibers extending in the second direction, and the tear path may be in one direction at an angle α to the first direction and at an angle β extend the second direction, wherein the angle α is smaller than the angle β. The direction of the tear-through path may be selected to ensure that both the fibers extending in the first and those extending in the second direction are fractured during the fracture, rather than causing the fracture path to parallel one of them Fiber directions extends.

Die Offenbarung der vorliegenden Erfindung könnte in einem beliebigen aus einem thermoplastischen Verbundwerkstoff hergestellten Bauteil verwendet werden, wobei eine gesteuerte Bruchbahn und/oder ein Mechanismus für eine gesteigerte Energieaufnahme nützlich wären, wie beispielsweise Bauteilen für Fahrzeuge, zum Beispiel Automobile, Lastkraftwagen, Flugzeuge, Raumfahrzeuge oder Schienenfahrzeuge. Sie kann nützlich sein in Fahrzeugsitzrahmen, Hebetüren, Heckklappen, Seitenaufprallträgern, Stoßfängerträgern, Kofferräumen (Gepäckräumen), Verdecke (Hauben), Hutablagen, Türen oder ein anderes Bauteil, das bei einem Fahrzeugzusammenstoß kritisch belastet werden kann.The disclosure of the present invention could be used in any component fabricated from a thermoplastic composite, where a controlled break path and / or increased energy absorption mechanism would be useful, such as components for vehicles such as automobiles, trucks, aircraft, spacecraft or the like rail vehicles. It may be useful in vehicle seat frames, lift gates, tailgates, side impact beams, bumper beams, luggage compartments, hoods, hat racks, doors, or other component that may be critically loaded in a vehicle collision.

Bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun beschrieben, als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:Certain preferred embodiments of the invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:

1 ein schematischer Grundriß eines Bauteils, das aus einem thermoplastischen Verbundwerkstoff hergestellt ist und ein in demselben geformtes Loch aufweist, ist, 1 FIG. 2 is a schematic plan view of a component made of a thermoplastic composite material having a hole formed therein; FIG.

2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform ist, 2 is a schematic view of a second embodiment,

3a und 3b jeweils die Fasern in einem thermoplastischen Verbundwerkstoff mit einer Durchreißbahn mit minimaler Energie beziehungsweise einer Durchreißbahn mit maximaler Energie zeigen, und 3a and 3b each show the fibers in a thermoplastic composite material with a minimum energy rupture path or a maximum energy rupture path, and

4a und 4b eine andere Ausführungsform zeigen, wobei sie jeweils die Fasern in einem thermoplastischen Verbundwerkstoff mit einer Durchreißbahn mit minimaler Energie beziehungsweise einer Durchreißbahn mit maximaler Energie zeigen. 4a and 4b show another embodiment, each showing the fibers in a thermoplastic composite having a minimum energy rupture pathway and a maximum energy rupture pathway, respectively.

Unter Bezugnahme auf 1 zeigt diese ein Bauteil 1, das aus einem thermoplastischen Verbundwerkstoff hergestellt ist, geformt mit einem Loch 2 durch dasselbe. Das Bauteil ist bahn- oder plattenartig, und das Loch 2 erstreckt sich durch die Dicke der Bahn, senkrecht zu der Ebene der Zeichnung. Ein Verbindungselement 10, wie beispielsweise ein Bolzen, Stift oder Stab oder dergleichen, geht durch das Loch 2 hindurch. Eine Rippe 3 erstreckt sich umlaufend um das Loch 2, um eine Verstärkung und zusätzliche Festigkeit bereitzustellen. Die Rippe ist faktisch ein dickerer Teil des Bahn- oder plattenartigen Bauteils. Drei weitere Rippen 4a, 4b, 4c erstrecken sich in Radialrichtung von der umlaufenden Rippe 3 aus, um weitere Festigkeit bereitzustellen. Eine Durchreißbahn 5 in dem Werkstoff des Bauteils wird durch ein Paar von Rippen 6 definiert. Diese Rippen erstrecken sich von der umlaufenden Rippe 3 aus weg von dem Loch, um so zwischen denselben die Durchreißbahn 5 auf eine solche Weise zu festzulegen, dass sich die Bahn radial weg von dem Loch 2 erstreckt. Die Rippen 6 sind parallel zueinander und mit Zwischenraum angeordnet. Jede Rippe 6 ist gegenüber der Radialrichtung versetzt, damit das Paar von Rippen zwischen denselben einen radialen Weg für die Durchreißbahn 5 festlegen kann. Sie sind entgegengesetzt gegenüber der Radialrichtung versetzt.With reference to 1 shows this a component 1 which is made of a thermoplastic composite formed with a hole 2 through the same. The component is web-like or plate-like, and the hole 2 extends through the thickness of the web, perpendicular to the plane of the drawing. A connecting element 10 , such as a bolt, pin or rod or the like, passes through the hole 2 therethrough. A rib 3 extends all around the hole 2 to provide reinforcement and added strength. The rib is in fact a thicker part of the web or plate-like component. Three more ribs 4a . 4b . 4c extend radially from the circumferential rib 3 to provide further strength. A teardrop 5 in the material of the component is characterized by a pair of ribs 6 Are defined. These ribs extend from the circumferential rib 3 away from the hole, so between them the tear-strip 5 to be set in such a way that the web is radially away from the hole 2 extends. Ribs 6 are arranged parallel to each other and with space. Every rib 6 is offset from the radial direction so that the pair of ribs therebetween provide a radial path for the tear-through path 5 can set. They are opposite to the radial direction offset.

Das Bauteil wird gezeigt, wenn es sich in Verwendung befindet, wobei das Verbindungselement 10 durch das Loch 2 hindurchgeht, um eine verbolzte Verbindungsstelle zu bilden. Das Loch 2 kann daher als ein stiftbelastetes Loch betrachtet werden. Falls eine Belastung angelegt wird, um zu bewirken, dass der Bolzen oder Stab den Werkstoff des Bauteils in einer im Allgemeinen nach oben verlaufenden Richtung durchreißt, wie in 1 zu sehen ist, wird der Bolzen, sobald er die umlaufende Verstärkungsrippe 3 erreicht hat, dazu neigen, einer Bahn zu folgen die durch die Belastung bestimmt wird, aber ebenfalls durch die Struktur des Bauteils bestimmt wird. Das Bereitstellen des Paares von mit Zwischenraum angeordneten Rippen 6 wird dazu neigen, sicherzustellen, dass die Bruchbahn, welcher der Bolzen folgt, entlang des Weges der Durchreißbahn 5, zwischen den mit Zwischenraum angeordneten Rippen 6, verläuft. Bei einer herkömmlichen Gestaltung kann, anstelle der mit Zwischenraum angeordneten Rippen 6, eine einzelne radiale Rippe, ähnlich den Rippen 4a, 4b, 4c, bereitgestellt werden. In diesem Fall würde, während das Durchbrechen der umlaufenden Rippe durch den Bolzen angrenzend an das in Radialrichtung innere Ende einer solchen Rippe erfolgen kann, seine Bahn danach durch die Belastungsbedingungen und den Weg des geringsten Widerstandes bestimmt werden. Da es einen ganzen Quadranten von Werkstoff zwischen der betreffenden Rippe und etwa der Rippe 4a oder 4c geben würde, würde die Bruchbahn nicht einer vorbestimmten Richtung folgen, sondern würde sich stattdessen in einer ungesteuerten Weise ausdehnen.The component is shown when in use, with the connector 10 through the hole 2 goes through to form a bolted joint. The hole 2 can therefore be considered as a pin-loaded hole. If a load is applied to cause the bolt or bar to rupture the material of the component in a generally upward direction, as in FIG 1 is seen, the Bolt once he has the circumferential reinforcing rib 3 has tended to follow a path determined by the load, but also determined by the structure of the component. Providing the pair of spaced ribs 6 will tend to ensure that the tear path following which the bolt passes along the path of the tear path 5 , between the spaced ribs 6 , runs. In a conventional design, instead of the spaced ribs 6 , a single radial rib, similar to the ribs 4a . 4b . 4c , to be provided. In this case, while the piercing of the circumferential rib by the bolt could be adjacent to the radially inner end of such a rib, its path would thereafter be determined by the loading conditions and the path of least resistance. As there is a whole quadrant of material between the rib and about the rib 4a or 4c the break path would not follow a predetermined direction, but instead would expand in an uncontrolled manner.

2 zeigt eine andere Ausführungsform, wobei entsprechende Bezugszeichen verwendet werden. In diesem Fall definiert das Paar von mit Zwischenraum angeordneten Rippen 16 eine Durchreißbahn 5, die sich von dem Loch 12 aus in einer Richtung zwischen einer Radialrichtung und einer Richtung, tangential zu der umlaufenden Rippe 13 an dem inneren Ende der Bahn 5, nach außen erstreckt. Diese Richtung kann durch den Konstrukteur gewählt werden, um die Energieaufnahme während eines Durchreißbruchs zu optimieren. Bei dieser Ausführungsform ist eine Durchreißbahn, die sich in einer Zwischenrichtung erstreckt, besser für die Energieaufnahme als eine Durchreißbahn, die sich in der in 1 gezeigten Radialrichtung erstreckt. In 2 ist der Zwischenwinkel als ein Winkel θ zu der Radialrichtung gezeigt und beträgt in diesem Fall 45 Grad. 2 shows another embodiment, wherein like reference numerals are used. In this case, the pair defines spaced ribs 16 a teardrop 5 extending from the hole 12 from in a direction between a radial direction and a direction tangential to the circumferential rib 13 at the inner end of the track 5 , extends to the outside. This direction can be chosen by the designer to optimize energy absorption during break-through. In this embodiment, a tear-through path that extends in an intermediate direction is better for energy absorption than a tear-away path that extends in the inward direction 1 shown radial direction extends. In 2 For example, the intermediate angle is shown as an angle θ to the radial direction and is 45 degrees in this case.

3a zeigt schematisch eine erste Menge von Fasern 7, die sich in einer ersten Richtung erstrecken, und eine zweite Menge von Fasern 8, die sich in einer zweiten Richtung erstrecken. In diesem Fall erstrecken sich die Fasern 7 senkrecht zu den Fasern 8. Die Fasern sind in einer sogenannten ausgeglichenen Bindung angeordnet, weil sie in beiden Richtungen eine gleiche Faserkonzentration haben. Eine ähnliche Anordnung wird in 3b gezeigt. 3a schematically shows a first set of fibers 7 extending in a first direction and a second set of fibers 8th extending in a second direction. In this case, the fibers extend 7 perpendicular to the fibers 8th , The fibers are arranged in a so-called balanced bond because they have an equal fiber concentration in both directions. A similar arrangement is in 3b shown.

In 3a wird eine Durchreiß-Bruchbahn 5a gezeigt. Dies ist eine Bahn mit minimaler Energie, wobei sie parallel zu den Fasern 7 verläuft, die sich in der ersten Richtung erstrecken, und nur die Fasern 8 zerbricht, die sich in der zweiten Richtung erstrecken. In 3b, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft, wird eine Durchreiß-Bruchbahn 5b gezeigt. Dies ist eine Bahn mit maximaler Energie, wobei sie in einem Winkel zu den beiden Mengen von Fasern verläuft und folglich die beiden Mengen von Fasern zerbricht. Es werden bei der Anordnung von 3b mehr Fasern pro Längeneinheit der Durchreißbahn zerbrochen als bei der Anordnung von 3a. Die in 1 und 2 gezeigten Rippen 6 würden daher, bei bevorzugten Ausführungsformen, so angeordnet werden, dass bewirkt wird, dass die in 3b gezeigte Durchreißbahn 5b angenommen wird.In 3a becomes a tear-through rupture path 5a shown. This is a web of minimal energy, being parallel to the fibers 7 runs, which extend in the first direction, and only the fibers 8th breaks, which extend in the second direction. In 3b , which relates to a preferred embodiment of the invention, becomes a tear-through rupture web 5b shown. This is a maximum energy trajectory, at an angle to the two sets of fibers, thus breaking the two sets of fibers. It will be in the arrangement of 3b more fibers per unit length of the tear path broken than in the arrangement of 3a , In the 1 and 2 shown ribs 6 would therefore, in preferred embodiments, be arranged to cause the in 3b shown tear strip 5b Is accepted.

4a und 4b zeigen Durchreißbahnen 5a und 5b, ähnlich denjenigen, die in 3a und 3b gezeigt werden, aber in diesem Fall im Verhältnis zu einem thermoplastischen Verbundwerkstoff, der Fasern mit einer asymmetrischen Bindung hat. Folglich erstreckt sich eine erste Menge von Fasern 7 mit einer ersten Faserkonzentration in einer ersten Richtung, und eine zweite Menge von Fasern 8 mit einer zweiten Faserkonzentration erstreckt sich in einer zweiten Richtung, senkrecht zu der ersten Richtung. Die in 4a gezeigte Bruchbahn 5a ist eine Bahn mit minimaler Energie. Sie erstreckt sich parallel zu den Fasern 7 und zerbricht nur die Fasern 8. Die in 4b gezeigte Bruchbahn 5b, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft, ist eine Bahn mit maximaler Energie. Diese Bahn zerbricht sowohl die Fasern 7 als auch die Fasern 8. Die Bahn erstreckt sich in einem Winkel α zu der ersten Faserrichtung, d. h., der Richtung der Fasern 7, und in einem Winkel β zu der zweiten Faserrichtung, d. h., der Richtung der Fasern 8, die mit einer niedrigeren Faserkonzentration bereitgestellt werden. Der Winkel α ist kleiner als der Winkel β. 4a and 4b show ripples 5a and 5b , similar to those in 3a and 3b but in this case relative to a thermoplastic composite having fibers with an asymmetric bond. As a result, a first quantity of fibers extends 7 with a first fiber concentration in a first direction, and a second amount of fibers 8th with a second fiber concentration extending in a second direction, perpendicular to the first direction. In the 4a shown breakway 5a is a track with minimal energy. It extends parallel to the fibers 7 and only breaks the fibers 8th , In the 4b shown breakway 5b , which relates to a preferred embodiment of the invention, is a maximum energy trajectory. This web breaks both the fibers 7 as well as the fibers 8th , The web extends at an angle α to the first fiber direction, ie the direction of the fibers 7 , and at an angle β to the second fiber direction, ie, the direction of the fibers 8th that are provided with a lower fiber concentration. The angle α is smaller than the angle β.

Die Bauteile nach der vorliegenden Erfindung können in einer breiten Vielfalt von Anwendungen verwendet werden, wie zum Beispiel als Bauteile für Automobile, Lastkraftwagen, Verkehrsflugzeuge, Raumfahrt-, Schienen-, Handgeräte, Erholung und Sport, strukturelle Bauteile für Maschinen, strukturelle Bauteile für Gebäude, strukturelle Bauteile für Photovoltaikausrüstung oder strukturelle Bauteile für mechanische Geräte.The components of the present invention may be used in a wide variety of applications, such as automotive, truck, commercial aircraft, aerospace, rail, handheld, recreational and sports, structural components for machinery, structural components for buildings, Structural components for photovoltaic equipment or structural components for mechanical devices.

Beispiele von automobilen Anwendungen schließen ohne Begrenzung Sitzbauteile und Sitzrahmen, Motorhaubenstützen, Motorträger, Querlenker und Wiegen, Ersatzradmulden, Fahrgestellverstärkung, Bodenwannen, Frontmodule, Lenksäulenrahmen, Instrumententafeln, Türsysteme, Aufbautafeln (wie beispielsweise horizontale Aufbautafeln und Türtafeln), Hecktüren, Hardtop-Rahmenstrukturen, Faltverdeck-Rahmenstrukturen, Dachstrukturen, Motorhauben, Gehäuse für Getriebe und Leistungsabgabebauteile, Ölwannen, Airbag-Unterbringungsdosen, innere Automobil-Aufprallstrukturen, Motortragstützen, Geländewagenträger, Stoßfängerträger, Fußgängersicherheitsträger, Spritzwände, hintere Hutablagen, Geländefahrzeugschotten, Druckbehälter wie beispielsweise Kühlmittelflaschen und Feuerlöscher und Lastkraftwagen-Druckluftbremssystembehälter, Hybrid-Verbrennungsmotor-/Elektro- oder Elektrofahrzeug-Batterietröge, Automobil-Aufhängungsdreieckslenker und -lenkhebel, Aufhängungsstabilenker, Blattfedern, Fahrzeugräder, Wohnmobil- und Motorradschwingen, Kotflügel, Dachrahmen und Tankklappen ein.Examples of automotive applications include, without limitation, seat assemblies and seat frames, hood supports, engine mounts, control arms and cradles, spare wheel wells, undercarriage reinforcement, floor pans, front modules, steering column frames, instrument panels, door systems, body panels (such as horizontal body panels and door panels), rear doors, hardtop frame structures, folding top Frame structures, roof structures, hoods, housings for transmissions and power output components, oil sumps, airbag storage boxes, automotive interior crash structures, engine mounts, SUVs, bumper beams, pedestrian safety girders, bulkheads, rear parcel shelves, all-terrain vehicle bulkheads, pressure vessels such as coolant bottles and fire extinguishers, and truck air brake system tanks; Hybrid Internal Combustion Engine / Electric or Electric Vehicle Battery Trays, Automotive Suspension Wishbones and Steering Levers, Suspension Stability Bars, Bla springs, vehicle wheels, RV and motorcycle wings, fenders, roof frames and fuel filler flaps.

Beispiele von Erholung und Sport schließen ohne Begrenzung Inline-Skate-Bauteile, Baseballschläger, Hockeystöcke, Ski- und Snowboard-Bindungen, Rucksack-Rückenteile und -gestelle und Fahrradrahmen ein.Examples of recreation and sport include, without limitation, in-line skate components, baseball bats, hockey sticks, ski and snowboard bindings, backpack backs and racks, and bicycle frames.

Claims

A component made of a thermoplastic composite comprising fibers and a thermoplastic polymer, the component having a hole disposed therein for receiving a member for forming a connection and having a reinforcement disposed in the region of the hole is provided and is arranged so that it defines a predetermined tear path, which is to follow the element in the event that a breaking load is applied.

A component according to claim 1, wherein the reinforcement is elongate and the tear-strip tracks longitudinally after the reinforcement adjacent thereto.

A component according to claim 1 or 2, comprising a pair of reinforcements defining the tear-through path therebetween.

The component of claim 3, wherein the pair of reinforcements is generally parallel to each other.

A component according to any one of claims 1 to 4, wherein the tear-through path extends radially from the hole.

A component according to any one of claims 1 to 4, wherein the tear-through path extends from and extends away from the edge of the hole in a direction at an angle between a radial direction extending from the center of the hole to the inner end of the web , and a direction tangential to the edge of the hole at the inner end of the web.

A component according to claim 6, wherein the angle of the track to the radial direction is between 10 and 80 degrees.

The component of claim 6, wherein the angle of the web to the radial direction is between 40 and 50 degrees.

A component according to any one of the preceding claims, wherein the thermoplastic composite comprises fibers extending in a first direction and fibers extending in a second direction perpendicular to the first direction, and wherein the tear-through path extends in a direction between the first and second directions extending first and second directions.

The component of claim 9, wherein the tear-through path extends in a direction substantially at 45 ° to the first and second directions.

The component of claim 9, wherein the fibers extending in the first direction have a greater fiber concentration than the fibers extending in the second direction, and wherein the tear path is in one direction at an angle α to the first direction and extends at an angle β to the second direction, wherein the angle α is smaller than the angle β.

Component according to one of the preceding claims, wherein the reinforcement has the shape of a rib.

Component according to one of the preceding claims, wherein the component is a vehicle component.

A component according to any one of the preceding claims, wherein the component further comprises a metallic element, such as a metal sheet, having a channel or groove arranged to define a predetermined tear path defining the element in FIG in the event that a breaking load is applied, should follow.

A component according to any one of the preceding claims, wherein the member further comprises at least two bands of unidirectional fabric disposed parallel to each other within the thermoplastic composite along a direction substantially 45 ° to the first and second directions of the fiber contained in the component ,