JP2015536850A - 特に車体用の構造部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、構造部品（Ｂ、Ｂ’）の製造方法、特に車体用構造部品の製造方法に関し、金属、熱可塑性材料、および／または繊維強化された熱可塑性材料からなる平板状担体材料（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）を、三次元の部品に成形するとともに、前記担体材料（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）に、熱可塑性材料からなる支持材料（Ｓ、Ｓ’）を設けて、前記担体材料と前記支持材料とで一体的な複合材料を形成する。この方法における製造工程の数を減らし、本方法の生産性を向上させるために、本発明において、前記担体材料（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）と前記支持材料（Ｓ、Ｓ’）で構成される複合材料を、前記担体材料（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）が三次元の部品（Ｂ、Ｂ’）に成形される前に製造し、前記複合材料（Ｗ）を成形前に加熱して熱可塑性材料の成形を可能にし、前記複合材料の成形時にリブ構造（ＲＳ）を前記支持材料（Ｓ、Ｓ’）に押印し、前記リブ構造（ＲＳ）を有する三次元の部品（Ｂ、Ｂ’）の温度を制御し、好適には冷却することを特徴とする。【選択図】図９

Description

本発明は構造部品の製造方法、特に車体用構造部品の製造方法に関し、この方法において、金属、熱可塑性材料、および／または繊維強化された熱可塑性材料からなる平板状担体材料を三次元の構成部品に成形し、この担体材料に熱可塑性材料からなる支持材料を設けて、担体材料と支持材料とで一体的な複合材料を形成する。

本文脈において、構造部品の用語は、特に、自動車用の軽量部品と支持部品とを含む。

ＤＥ１０ ２００８ ０５８ ２２５Ａ１は、混成形式の軽量部品の製造方法を開示しており、この方法で、亜鉛メッキ鉄製の本体は、例えばＵ字形などの形状部品の形態であり、インモールドラミネーションにより熱可塑性材料を含む鋼板を形成して製造されており、完成した軽量部品の本体は、成形された熱可塑性樹脂からなるリブ状の強化構造を有するようになる。

ＤＥ１０ ２００９ ０４２ ２７２Ａ１は、特に車体部品である軽量部品を開示し、これはリブを有するプラスチック製の強化構造を具える板金で製造され、この板金はプラスチック製の強化層に一体的に結合され、次いでプラスチック製の強化構造に一体的に結合される。この軽量部品の製造のために、ＤＥ１０ ２００９ ０４２ ２７２Ａ１は、複数の方法を提案し、それぞれにおいて板金が形成され、次いで半金型に挿入される。この強化層は、強化層を具える熱可塑性マトリックスを有する平板状プレプロダクトから製造される。ここでは、平板状プレプロダクトを加熱し、次いで形成した板金に貼り付ける。強化構造（リブ）の製造のため、この方法の一変形例では、繊維強化された熱可塑性樹脂が押出成形されて、加熱された平板状プレプロダクトの上に配置される。そして半金型が載せられ、２つの半金型が互いに押しつけられる。この方法の他の変形例では、半金型を加熱したプレプロダクトの上に置き、このプレプロダクトは形成した板金の上に配置されて半金型に挿入されており、２つの半金型を互いにプレスすることで、最初に平板状のプレプロダクトを形成した板金に結合する。これにより板金は、平板状プレプロダクトを具えて強化され、プレスから取り外されて、射出成形型の中に挿入される。強化リブの製造のため、押出成型された繊維強化された熱可塑性樹脂が、射出成形型内で平板状プレプロダクトを含んで強化された板金の上に吹き付けられる。

混成形式で軽量部品を製造するこれらの既知の方法では、比較的多くの製造工程または複数の工程の組合せが必要となる。

ここから発展して、本発明は、導入部に記載した種類の方法で、必要とされる製造工程が比較的少なく、比較的生産性の高い方法を特定する目的に基づいている。

この目的を達成するため、請求項１の特徴を具えた方法が提案されている。

本発明による方法は、担体材料と支持材料で構成される複合材料が、この担体材料が三次元の部品に成形される前に製造されること、この複合材料を成形前に加熱して熱可塑性材料の成形を可能にすること、複合材料の成形時にリブ構造を支持材料に押印すること、および、リブ構造を有する三次元の部品の温度を制御して、好ましくは冷却することを特徴とする。

本発明による方法は、完全に結合された半製品を提供し、これをさらに熱成形加工で処理して、完成した構造部品を所望の最終形状とするコンセプトに基づく。これに関する熱成形加工では、穿孔、切断および／または調整などの従来の作業段階を含むことが可能である。したがって、本発明による方法の好ましい構成では、リブ構造を有する部品を、切断し、穿孔し、および／または端部の外形を整える。

リブ構造を支持材料に成形することは、平板状担体材料の形成と経時的に平行して実行されるため、本発明による方法の製造工程の数はかなり削減される。特に、これによって生産性の向上が可能となり、あるいはこれが実現する。

本発明による方法では、板金、熱可塑性のスラブまたは平板状材料、および／または繊維強化された熱可塑性のプレートまたは（オルガノシートと呼ばれる）平板状材料を、平板状担体材料として使用する。この場合の担体材料は、１以上の層、特に２つの層またはサンドイッチ状の材料を具えて実施することができる。多層担体材料の層は、例えば金属と、繊維強化を有するか有さない熱可塑性材料などの、異なる材料から構成されることが好ましい。さらに、本発明による方法は、平板状担体材料が、例えばプレートの形状の、ストリップ材または生地板として加工される実施例を含む。

担体材料は、特に完成した構造部品の外形（形状）を画定する機能を有する。したがって、例えば、担体材料としての板金は、本発明により製造される構造部品の外板を画定することができる。さらに、単一層または多層の担体材料は、本発明により製造された構造部品に一定程度の剛性や強度を与えるが、これだけでは、一般的に構造部品への用途には不十分である。形成した担体材料に加えて、成形されたリブ構造を有する支持材料が、構造部品の十分な剛性と強度を確保するのに役立つ。

本発明により製造された構造部品が、高いエネルギー吸収能力（衝撃エネルギー吸収能力）を有するために、繊維強化された熱可塑性材料（オルガノシート）が担体材料に使用されることが好ましく、この担体材料は、単一層の形態、またはその他の多層の形態、特にサンドイッチ状の複合材料としての実施が可能であり、多層の複合材料の１つの層は金属から構成されることが好ましく、例えば亜鉛メッキされた鋼板などの、鋼鉄から構成されることが特に好ましい。

繊維強化された熱可塑性材料が、本発明による方法の担体材料として、または付加的な担体材料として金属とともに使用された場合、この担体材料は、無機および／または有機材料からなる、長繊維、短繊維、および／または連続繊維を含む。この文脈において、短繊維とは０．１から１ｍｍの範囲の長さの繊維を意味し、長繊維とは１ｍｍから５０ｍｍの範囲の長さ繊維を意味し、連続繊維とは５０ｍｍより長い繊維を意味するものと理解される。

無機繊維（強化繊維）は、ガラス、セラミック、および／または玄武岩の繊維であることが好ましい。対照的に、有機繊維（強化繊維）は例えば、アラミド、ナイロン、および／またはカーボンの繊維で構成される。

担体材料または支持材料の熱可塑性材料は、ポリアミド（ＰＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、アクリロニトル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）、スチレンアクリニトル・コポリマー（ＳＡＮ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、および／またはこれらの混合物であることが好ましい。本発明による方法に使用する熱可塑性材料は、少なくとも８０℃、好ましくは少なくとも１００℃の耐熱性を有する。

熱可塑性支持材料は、平板状の単一層または多層の担体材料に一定の層の厚みで貼り付けられ、この層の厚みは、製造されるリブの厚みおよび／またはリブのサイズに応じたアプリケーションによって寸法が決まり、この厚みは、平板状の単一層または多層の担体材料の厚みの、好ましくは少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも３倍である。

支持材料は、複数の層で担体材料に適用することができる。本発明による方法のさらなる構成では、支持材料の層を、異なる複合材料、異なる領域のサイズ、および／または異なる層の厚みを有する担体材料に適用することを特徴とする。これにより、本発明による複合材料（半製品）から製造された比較的軽量の部品と組み合わせて、最適化された衝撃エネルギー吸収能力、または最適化された剛性を有する構造部品を製造することが可能である。

本発明による方法のさらなる有利な構成は、支持材料を、担体材料の所定のサブエリア領域に適用することを特徴とする。この構成は、比較的軽量または最軽量化された重量の構造部品が、最適な剛性、および／または最適な衝撃エネルギー吸収能力を有するのにも有利である。このために、この方法のさらなる構成では、支持材料を、担体材料の複数のサブエリア領域に、異なる材料構成で、および／または異なる層の厚さで適用する。

構造部品の剛性の最適化、および／または衝撃エネルギー吸収能力の最適化のために、本発明による方法のさらなる有利な構成では、支持材料を担体材料に、個々のストリップの形態、または複数のストリップの形態で適用して、各ストリップが、担体材料の特定のサブエリアの領域を正確にカバーするようにできる。

本発明による方法のさらなる有利な構成では、平板状担体材料と支持材料で構成される複合材料が形成され、温度制御式の成形ツールによって、部品の温度が制御される。この成形ツールは、従来式の「冷却」ツールであってもよいが、これは温度が制御できて、すなわち、要求に応じてアクティブに冷却および／または加熱できてもよい。これにより、この方法の生産性のさらなる向上が可能となる。

格別に高い生産性は、特に、本発明による方法のさらなる構成において、担体材料と支持材料で構成される複合材料が、連続ベルト走行工程で製造され、ストリップ状の担体材料とストリップ状の支持構造とを、互いに一体的に結合する場合に実現する。この構成は、例えばサイドインパクトバー、フロントおよびリヤバンパー、シル（ｓｉｌｌ）、および／または車体のルーフピラーなどの、細長い形状の構造部品に特に適している。

連続ベルト走行工程で製造した複合材料は、巻き取ってコイル状に形成したり、プレートを形成する長さに切断することが可能であり、各々のコイルまたはプレートを、その後さらに所望の構造部品となるように加工することができる。

本発明による方法の他の構成では、担体材料と支持材料で構成される複合材料を、不連続のラミネートおよび／または材料貼付工程で製造し、支持材料を予め製造された担体材料のプレートに少なくとも部分的に適用して、各担体材料のプレートとここに適用した支持材料との間が一体的に結合されるようになっている。この構成は、支持材料を、担体材料の１以上の所定のサブエリア領域に適用するときに特に有利である。これにより、仕立てた支持材料の領域部分（生地板）を、担体材料の１以上の所定のサブエリア領域に適用することが可能である。この場合、仕立てた支持材料の領域部分は、形（形状）、層の厚み、および／または材料の質を異なるようにすることができる。

平板状担体材料と熱可塑性支持材料から製造される複合材料（半製品）の構造は、本発明による方法で異なるように構成することができる。この方法の一構成では、支持材料を、均質で平らな層で担体材料に適用する。この構成は、連続ベルト走行工程により、工程のエンジニアリングに関して比較的容易に実行できるが、これは予め製造されたプレートまたは生地板を、パッチング工程とラミネート工程で使用する場合である。ここで「パッチング」またはパッチング工程とは、仕立てた支持材料の断片の貼付を意味すると理解すべきである。

この方法のさらなる構成によると、使用する支持材料が、繊維強化された熱可塑性材料である。比較的軽量で高い剛性と強度とを有する特に車体の構造部品は、このようにして得られる複合材料（結合半製品）から熱成形により製造することができる。繊維強化された熱可塑性材料を支持材料として使用することで、高い衝撃エネルギー吸収能力を有する、特に軽量の構造部品の実現が可能となる。

剛性と強度を向上させる、本発明により製造される構造部品のリブ構造は、要件に応じて構成され、例えばハニカム形状、長方形、または菱形の構造として実施される。構造／形状は適用例に応じて構成され、不規則な構造も選択可能である。対応して実施されたリブ構造は、高い剛性および強度と、軽量性とを組み合わせた構造部品を提供する。

本発明による方法のさらなる有利な構成は、リブ構造を、少なくとも部分的に拡張性（ａｕｘｅｔｉｃ）リブ構造の形態で押印することを特徴とする。拡張性の構造は、この従来の材料、特に従来のハニカム構造とは逆に、横方向の変形特性を有する。これは、従来の材料またはリブ構造の場合、プラスの引張荷重が引張方向の伸長をもたらし、同時にこれに直交する方向は短縮するが、拡張性構造の場合、単一方向の引張応力は、３つの空間方向すべての長さにおいてプラスの変化をもたらすからである。剛性、衝撃エネルギー吸収能力、弾力性、および破壊強度などの特性には、拡張性リブ構造を組み込むことで、特に大きく有利な効果を与えることができる。拡張性リブ構造により、特に熱へこみ安定性を著しく向上させることができる。

本発明による方法のさらなる好ましく有利な構成は、従属請求項から得られる。

以下において、本発明を複数の例示的な実施例を示した図面を参照して、より詳細に説明する。

図１は、平板状担体材料と熱可塑性支持材料で構成される半製品を製造するプラントの概要を示す。 図２は、平板状担体材料と熱可塑性支持材料で構成される半製品を製造するさらなるプラントの概要を示す。 図３は、それぞれ本発明により製造された半製品の断面図である。 図４は、それぞれ本発明により製造された半製品の断面図である。 図５は、本発明により製造されたさらなる半製品の平面図である。 図６ａおよび６ｂは、本発明により製造されたさらなる半製品の断面図と平面図である。 図７ａおよび７ｂは、本発明により製造されたさらなる別の半製品の断面図と平面図である。 図８は、本発明により製造された半製品の熱成形用プラントの概要を示す。 図９は、本発明により製造された半製品のさらなる熱成形用プラントの概要を示す。 図１０は、本発明により製造された構造部品の様々なリブ構造の平面図である。 図１１は、本発明により製造された構造部品の様々なリブ構造の平面図である。 図１２は、本発明により製造された構造部品の様々なリブ構造の平面図である。 図１３は、本発明により製造された２つの構造部品の斜視図である。 図１４は、本発明により製造された２つの構造部品の斜視図である。

図１は、本発明による複合材料の製造用プラントの概要を示し、結合された半製品は構造部品、特に車体部品となるようにさらに加工される。このプラントで、単一層または多層の平板状担体材料と、単一層または多層の熱可塑性支持材料とで構成される複合材料（半製品）ＷまたはＷ’は、連続ベルト走行工程で製造される。このために、ストリップ状の、好ましくは板金で例えば亜鉛メッキ鋼板である塑性成形可能な担体材料Ｔ１は、コイル状で提供され、コイルから解かれてベルトプレスＰに供給される。適切な場合、繊維強化された熱可塑性材料からなる第２の担体材料の層Ｔ２を、平板状担体材料Ｔ１に適用することができる。担体材料Ｔ１とＴ２の組合せに加えて、担体材料Ｔ１またはＴ２を個別に使用することもできる。この第２の担体材料の層Ｔ２も、同様にコイル状で提供することができる。番号１は、例えば放射ヒーターである加熱装置を表し、これにより担体材料の層Ｔ１に一体的に結合される第２の担体材料の層Ｔ２の側面が、可塑化またはゲル状に形成される。しかしながら、第２の担体材料の層Ｔ２を、好ましくは板金で構成された第１の担体材料の層Ｔ１の上に直接的に押出成形することも、本発明の範囲内である。

さらに、熱可塑性支持材料Ｓを、好ましくは金属のストリップまたは金属・プラスチックの複合材のストリップである、単一層または多層の担体材料のストリップＴ１とＴ２に適用する。図示された例示的な実施例では、熱可塑性支持材料Ｓも同様にコイル状のストリップ（コイル）で示されている。次いで、番号２は加熱装置を表し、これにより、担体材料のストリップＴ１とＴ２に一体的に結合される支持材料ストリップＳの側面が、可塑化またはゲル状に形成される。

ストリップＴ１、Ｔ２およびＳは、偏向手段またはガイドロールによってともに案内され、ベルトプレスＰ内に進入し、ここでともにプレスされてストリップ状の複合材料Ｗを形成する。このために、ベルトプレスＰは、ホットロール３と、これらのロール３に搬送方向に続く冷却装置とを有する。例えば冷却装置は、ベルトプレスに配置された冷却圧力ロール４を具える。担体材料Ｔ１、Ｔ２に適用する熱可塑性支持材料のストリップＳ、または支持材料Ｓの厚みは、適用例に適するよう寸法決めされ、例えば、単一層または多層の担体材料のストリップＴ１、Ｔ２の厚みの数倍である。例えば、担体材料のストリップＴ１および／またはＴ２の厚みは、０．５から１．５ｍｍの範囲であり、一方で熱可塑性支持材料からなるストリップＳの厚みは、４から８ｍｍの範囲である。

連続ベルト走行工程で製造したストリップ状複合材料Ｗは、巻き取られてコイルＣを形成するか、または切断装置５で切断して特定の長さの生地板Ｄとなる。コイルＣまたは生地板Ｄは、したがって結合半製品Ｗ、Ｗ’として利用可能であり、次いで例えば車体部品などの、リブ構造を有する３次元の構造部品となるように加工することができる。結合半製品Ｗ、Ｗ’のさらなる加工、すなわち構造部品の製造を、図８および９に示した例示的な実施例に基づいて以下に説明する。

図２は、本発明による複合材料の製造用プラントのさらなる実施例を示し、結合半製品Ｗ’は、構造部品、特に車体部品となるようにさらに加工される。図２に概略されたプラントで、金属および／または繊維強化された熱可塑性材料（オルガノシート）からなる予め製造されたプレートまたは生地板Ｔ３は、不連続のパッチングおよびラミネート工程で熱可塑性支持材料Ｓ’をコーティングされる。こうして製造された複合材料は、したがって金属および／または繊維強化された熱可塑性材料でなる単一層または多層の平板状担体材料Ｔ３と、単一層か多層の熱可塑性支持材料Ｓ’からなる。

プレートまたは生地板Ｔ３は、例えば、コイルＣ２から解かれて、対応する長さに切断されて製造され、次いで好ましくはロボットである搬送装置６により加工ステーションに搬送され、ここで熱可塑性支持材料Ｓ’が各プレートまたは生地板Ｔ３に適用される。この工程において、支持材料Ｓ’は、単一層または多層の形態で適用することができる。図示された例示的な実施例では、支持材料Ｓ’は、少なくとも１の押出成形装置で適用されている。このために、この押出成形装置は、プレート／生地板に対して移動可能である少なくとも１の貼付ヘッド（押出成形装置出口）７を有することが好ましい。例えば、加工ステーションは、プレート／生地板Ｔ３を受ける搬送ベルト８を有して、貼付ヘッド７を、搬送方向とその逆方向に、および／または搬送方向の横方向に移動可能にすることができる。代替的に、少なくとも１の貼付ヘッド７は、互いに横方向に動作して複数の方向に動くことができる搬送台に取付可能であり、またはロボットアームに取り付けることができる。さらに、第２の担体材料層（中間層）Ｔ４として繊維強化された熱可塑性樹脂を貼り付ける貼付ヘッド１０を有する、対応する押出成形装置を設けることが可能である。

さらに、図２に示すように、熱可塑性支持材料Ｓ’を担体材料Ｔ３またはＴ４の上に直接的に押出成形する代わりに、支持材料Ｓ’を平板状担体材料Ｔ３、Ｔ４に、１以上の既製の領域の生地板（パッチ）で、単一層または多層の形態で適用することも本発明の範囲内である。このために、このプラントは、例えばロボットである配置装置９を具える加工ステーションを有し、これにより、端部の外形が最適化され、中に統合された繊維を有するか有さない熱可塑性材料からなる生地板および／またはパッチＳ’は、金属および／または繊維強化された熱可塑性材料からなる平板状担体材料Ｔ３またはＴ４の、予め決められた１以上の領域の上に配置される。端部の外形が最適化された生地板および／またはパッチＳ’は、この場合平板状担体材料Ｔ３またはＴ４の少なくとも一部分に一体的に結合され、１の材料を他の材料の上に配置して製造する複合材料のプレート、生地板Ｔ３、Ｔ４またはパッチＳ’が、互いに適切な位置にある場合に、互いに対してその位置で固定される。このために、プラントは、好ましくは配置装置９が、少なくとも１の加熱または溶接要素を有しており、これにより、熱可塑性の生地板またはパッチＳ’が、担体材料Ｔ３かＴ４に、または相互に少なくとも部分的に一体的に結合される。

さらに本発明による方法は、相互に重ねて配置されたプレートや生地板Ｔ３、Ｔ４、またはパッチＳ’が、加熱されて、不連続に動作するプレスでともにプレスされることで、相互に一体的に結合されて平板状複合材料（結合半製品）Ｗ’となる実施例も含む。

特に図１または図２に示すように、こうして製造された既製の複合材料の断片、または結合半製品Ｗ’は、パレットに積まれるかコンテナに収集され、多くのこの複合材料の断片Ｗ’が、輸送および／または保管目的のためにまとめられる。

図３から７ｂは、本発明により製造された半製品の複数の例示的な実施例の概要を示す断面図または平面図である。

半製品Ｗは、図３に示すように、板金と、熱可塑性材料または繊維強化された熱可塑性材料からなる平板状担体材料Ｔ１と、熱可塑性材料からなる均質な平板状支持材料Ｓとで構成されている。担体材料Ｔ１が支持材料Ｓに面する側は、この場合、完全に支持材料Ｓでカバーされている。支持材料Ｓの厚みは、適用例に適するように寸法決めされ、例えば、担体材料Ｔ１の厚みの数倍である。好ましくは、平板状支持材料Ｓの厚みは、平板状担体材料Ｔ１の少なくとも３倍は厚い。しかしながら、これよりも薄くすることも可能である。

図４に示す半製品Ｗは、板金（Ｔ１）と熱可塑性オルガノシート（Ｔ２）とからなる２層の担体材料Ｔ１、Ｔ２と、熱可塑性材料からなる均質な平板状支持材料Ｓとで構成されている。この場合、オルガノシートＴ２は、板金Ｔ１と、単一層の熱可塑性支持材料Ｓとの間に配置されている。半製品Ｗの３つの層Ｔ１、Ｔ２およびＳは、互いに対して合致する（ｃｏｎｇｒｕｅｎｔ）ように形成されている。オルガノシートＴ２の厚みは、少なくとも板金Ｔ１の厚みと一致するが；しかしながら、オルガノシートＴ２の厚みは、板金Ｔ１よりもかなり厚いことが好ましい。例えば、オルガノシートＴ２の厚みは、板金Ｔ１の厚みの少なくとも１．５倍である。オルガノシートＴ２は、図４に示すように半製品（複合材料）Ｗから製造されて、高い衝撃エネルギー吸収能力を有する構造部品Ｂを提供する。ほぼ均質の形態のオルガノシートＴ２は、強化繊維として、有機および／または無機の長繊維、短繊維および／または連続繊維を含む。熱可塑性支持材料Ｓの厚みは、担体材料Ｔ１、Ｔ２の厚みの数倍にすることができる。平板状支持材料Ｓの厚みは、２層の担体材料Ｔ１、Ｔ２の厚みの少なくとも２倍であることが好ましい。

図５に概要を示す半製品Ｗ’は、同様に３層の形態である。これは、板金Ｔ３と、平板状で繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ４と、熱可塑性材料からなる均質の平板状支持材料Ｓとで構成されている。繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ４は、強化繊維として、長繊維、短繊維および／または連続繊維を含む。図３および４に示す例示的な実施例とは対照的に、繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ４は、板金Ｔ３の全体の領域にわたってはカバーしておらず、その代わりに板金Ｔ３の所定のサブ領域をカバーしている。この場合、このサブ領域は、比較的広い面積部分と比較的狭い面積部分とを有する非対称の形状にすることができる。繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ４の上に配置された熱可塑性支持材料Ｓは、同様に繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ４の所定のサブ領域をカバーしている。

さらに図５に示す半製品Ｗ’を、繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ４が、熱可塑性支持材料Ｓで満たされた１以上の切り欠き（凹部）を有するように形成することも、本発明の範囲内である。さらに、本発明は、熱可塑性支持材料Ｓを中間層Ｔ４なしに板金Ｔ３に適用して、１以上の切り欠き（凹部）を支持材料Ｓに設けて、ここに１または様々な繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ４を満たすような実施例も含む。

さらに図５は、本発明による方法の構成の概要を示し、ここで半製品Ｗ’は、担体材料または板金Ｔ３をトリミングすることで、次いで製造される構造部品の外形に適応しており、またここで、繊維強化された熱可塑性樹脂からなるパッチＴ４が板金Ｔ３に適用されており、この上に適用された熱可塑性支持材料Ｓからなるパッチは、板金Ｔ３の切断した外形Ｋに、または製造される構造部品の端部の外形に適応している。この場合の繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ４の外形は、例えば、板金Ｔ３の外形（切縁）Ｋから一定の距離で延びている。廃棄物として捨てられる板金の範囲はＶで表されている。板金Ｔ３の形が整えられた後に、繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ４は、覆われていないエッジストリップＲを区画し、例えば図５ではこれは周りを取り囲む形状である。

図５に示す例示的な実施例では、熱可塑性支持材料Ｓからなるパッチは、繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ４または板金Ｔ３の比較的小さな面積だけをカバーしている。したがって、これは局所的熱可塑性パッチと呼ぶことができる。一方で、同様に熱可塑性支持材料ＳからなるパッチＳＰは望むように成形することができ、この外形が、繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ４の外形Ｋ’とほぼ等しく、および／または板金Ｔ３の切縁Ｋと等しく広がるようにすることも可能である。

図６ａと６ｂに示す半製品Ｗは、板金Ｔ１と熱可塑性オルガノシートＴ２とからなる層の担体材料と、熱可塑性材料からなる均質な平板状支持材料Ｓとで構成されており、支持材料Ｓを平板状担体材料Ｔ１、Ｔ２に、連続するストリップの形状で適用して、担体材料のサブエリア領域をカバーしている。ここに示す例示的な実施例では、支持材料Ｓは、オルガノシートＴ２または２層の担体材料Ｔ１、Ｔ２の、カバーされていない２つのエッジストリップＲ１、Ｒ２を区画している。

図７ａと７ｂに示す半製品Ｗは、同様に、板金Ｔ１と、熱可塑性オルガノシートＴ２と、熱可塑性材料からなる均質な平板状支持材料Ｓとで構成されている。この例示的な実施例では、繊維強化された熱可塑性樹脂（オルガノシート）Ｔ２は、また、連続するストリップの形状で板金Ｔ１に適用されている。したがって、オルガノシートＴ２が、板金Ｔ１のカバーされていないエッジストリップＲ３、Ｒ４を区画しており、一方でストリップ形状で適用された支持材料Ｓは、オルガノシートＴ２のカバーされていない２つの連続するエッジストリップＲ１、Ｒ２を区画している。

図５および６ａから７ｂに示す半製品Ｗ、Ｗ’は、これらから製造される構造部品に関して、端部の外形が最適化された、または端部の形状が最適化された半製品を表している。

本発明により製造された半製品Ｗ、Ｗ’は、さらに熱成形工程で加工され、三次元の形状の構造部品Ｂとなる。成形工程時に、リブ構造ＲＳを、同時に熱可塑性支持材料Ｓに押印する。このために、成形ツール内に搬送する前に半製品Ｗ、Ｗ’を加熱して、熱可塑性支持材料Ｓ（および適切な場合は、繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ２またはＴ３）を可塑的に変形可能にして、リブ構造ＲＳが形成できるようになる。

図８は、ストリップ状の半製品Ｗを熱成形し、同時にリブ構造ＲＳを押印するプラントの概要を示す。例えば、ストリップ状の半製品Ｗは、図１に示す連続ベルト走行工程で製造されて、コイルＣの形状で巻き取られていてもよい。（コイルＣから繰り出し得る）ストリップ状の半製品Ｗは、例えば連続炉である加熱装置１１によって、次の熱可塑性材料Ｓの成形に十分な温度まで加熱される。加熱された半製品Ｗを、次いで成形ツール内に導入する。図８で単に概要をおおまかに示されている成形装置は、連続して動作する成形装置として構成され、これにより半製品Ｗをロール成形でＬ字、Ｚ字、またはＵ字形に成形し、例えば、リブ構造ＲＳを同時に、少なくとも１の構築されたインプリントロール（構造化ロール）１２によって加熱された熱可塑性材料内に形成する。こうして製造された形状は、成形装置内で冷却される。このため、成形ロール１３および／またはインプリントロール（構造化ローラー）１２のうちの１つは、１以上の温度制御ダクト（図示せず）を具えることが好ましい。代替または追加的に、例えば形材を、搬送方向に示す成形またはインプリントロール１３、１２の下流で、好ましくはガス冷却の媒体である冷却媒体にさらすこともできる。さらに図８に概要を示すプラントにおいて、形材を、切断し、穿孔し、端部の外形を設定し、および／または一定の長さに切断することもできる。このために必要な切断および／または穿孔用のツールは、例として図８に単に切断ブレード１４として示されている。

図９は、本発明により製造され、プレートＤの形態で予め製造された半製品Ｗ’を熱成形するプラントを示す。例えば、プレートＤは、図１に示す連続ベルト走行工程で、または図２に示す不連続のパッチングおよびラミネート工程で製造することができる。

プレートＤを最初に、次の熱可塑性材料の成形に十分な温度まで加熱する。これは例えば、連続炉または放射加熱装置１１’によって実行される。加熱されたプレートＤを、次いで成形プレス１５内に導入する。成形ツール１５．１、１５．２の成形面は、製造される構造部品Ｂの外形に応じて形成されている。さらに、熱可塑性支持材料Ｓを割りあてられる成形ツール１５．１は、支持材料Ｓに形成されるリブ構造ＲＳのマイナス部分１６を有する。成形プレス内で製造された加熱された構造部品Ｂの温度は、プレス１５内で制御され、例えば冷却される。このため、成形ツール１５．１と１５．２の少なくとも一方は、好ましくは少なくとも熱可塑性支持材料Ｓが割り当てられる成形ツール１５．１が、温度制御ダクト１７を有する。適用例に応じて、従来の「冷却」成形ツールを使用することもできる。

熱可塑性支持材料Ｓに形成されるリブ構造ＲＳは、本発明により製造される構造部品Ｂの剛性と強度を向上させる。リブ構造ＲＳは、ハニカム形（図１０）、ボックス形（図１１）、および／または拡張性（ａｕｘｅｔｉｃ）（図１２）のリブ構造で、熱可塑性支持材料Ｓに少なくとも部分的に形成されることが好ましい。ボックス形のリブ構造は、好ましくは、異なるサイズのボックスで、特にほぼ長方形のボックス（図１１参照）を有する。

本質的に、図面の例示的な実施例には示されていないが、製造部品にいわゆる「機能的統合」、すなわち、例えばねじ、ナット、挿入物などの埋込物をツール内に配置して、次いで成形工程において支持材料で取り込んで（射出成形でカプセル化して）、圧力嵌めと成形ばめがもたらされるようにすることも、本発明の範囲内である。前記リブ構造に加えて、例えば、支持材料からなるねじ用のドームを局所的に形成することも可能である。

図１３および１４は、本発明により製造された２つの構造部品の概要を示す。図１３に示す構造部品Ｂ’は、板金または繊維強化された熱可塑性樹脂からなる担体材料Ｔとしての単一層のシェルと、熱可塑性支持材料Ｓからなるリブ構造ＲＳとを有する。一方で、図１４に示す構造部品Ｂは、板金Ｔ１と繊維強化された熱可塑性樹脂Ｔ２からなる担体材料Ｔとしての２層のシェルと、同様に熱可塑性支持材料Ｓからなる構造ＲＳとを有する。

本発明による方法は、静的および／または動的な荷重がかけられる構造部品に、特に自動車部品の製造に利用することができ、例えばサイドインパクトバー、バンパー、シル、強化シート、ルーフピラーに、また自動車の外板部品において、例えば内側に強化構造を有するドアの外板や、一体化された内部構造を有するフードに使用することが可能である。

Claims (14)

1. 構造部品（Ｂ、Ｂ’）、特に車体用構造部品の製造方法であって、金属、熱可塑性材料、および／または繊維強化された熱可塑性材料からなる平板状の担体材料（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）を、三次元の部品に成形するとともに、前記担体材料（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）に、熱可塑性材料からなる支持材料（Ｓ、Ｓ’）を設けて、前記担体材料（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）と前記支持材料（Ｓ、Ｓ’）とで一体的な複合材料（Ｗ、Ｗ’）を形成する製造方法において、前記担体材料（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）と前記支持材料（Ｓ、Ｓ’）で構成される複合材料を、前記担体材料が三次元の部品（Ｂ、Ｂ’）に成形される前に製造し、前記複合材料を成形前に加熱して熱可塑性材料の成形を可能にし、前記複合材料（Ｗ、Ｗ’）の形成時にリブ構造（ＲＳ）を前記支持材料（Ｓ、Ｓ’）に押印し、前記リブ構造（ＲＳ）を有する三次元の部品（Ｂ、Ｂ’）の温度を制御し、好適には冷却することを特徴とする製造方法。
2. 請求項１に記載の方法において、温度制御式の成形ツール（１５．１、１５．２）によって、前記複合材料が成形され、前記部品（Ｂ、Ｂ’）の温度が制御されることを特徴とする方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、前記リブ構造（ＲＳ）を有する部品を切断し、穿孔し、および／または端部の外形を設定することを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法において、前記担体材料と前記支持材料とで構成される前記複合材料（Ｗ）は、連続ベルト走行工程で製造され、ストリップ状の前記担体材料（Ｔ１、Ｔ２）と、ストリップ状の前記支持材料（Ｓ）とが互いに一体的に結合されることを特徴とする方法。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法において、前記担体材料と前記支持材料とで構成される前記複合材料は、不連続のラミネートおよび／または材料貼付工程で製造され、前記支持材料（Ｓ’）を予め製造された前記担体材料のプレート（Ｔ３）に少なくとも部分的に貼り付けて、各前記担体材料のプレート（Ｔ３）と、ここに貼り付けた前記支持材料（Ｓ’）との間が一体的に結合されることを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法において、前記支持材料（Ｓ、Ｓ’）は前記担体材料（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）に、均質で平らな層の形態で適用されることを特徴とする方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法において、使用する前記支持材料（Ｓ）が、繊維強化された熱可塑性材料であることを特徴とする方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法において、前記支持材料（Ｓ、Ｓ’）は、前記担体材料（Ｔ２、Ｔ４）の１以上の所定のサブエリア領域に適用されることを特徴とする方法。
9. 請求項８に記載の方法において、前記支持材料（Ｓ、Ｓ’）は、前記担体材料（Ｔ２、Ｔ４）の複数のサブエリア領域に、異なる材料構成で、および／または異なる厚さで適用されることを特徴とする方法。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法において、前記支持材料（Ｓ）は、前記担体材料（Ｔ２）に、個々のストリップまたは複数のストリップの形態で適用され、各ストリップが、前記担体材料（Ｔ２）のサブエリア領域をカバーしていることを特徴とする方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の方法において、前記支持材料（Ｓ、Ｓ’）は、前記担体材料（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）に複数の層で適用されることを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、前記支持材料（Ｓ、Ｓ’）の層は、前記担体材料（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）に、異なる材料構成、異なる領域のサイズ、および／または異なる層の厚さで適用されることを特徴とする方法。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法において、前記リブ構造（ＲＳ）は、少なくとも部分的に、拡張性（ａｕｘｅｔｉｃ）のリブ構造の形態で押印されることを特徴とする方法。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の方法において、前記リブ構造（ＲＳ）は、少なくとも部分的に、ハニカム形状のリブ構造の形態で押印されることを特徴とする方法。

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