KR101749484B1 - 구성 요소 및 구성 요소 제조 방법 - Google Patents

구성 요소 및 구성 요소 제조 방법 Download PDF

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더스틴 플로크
베른트 마이어
페다트 누얀
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존슨 컨트롤스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 구조용 구성요소(2) 및 하나의 유기 시트(4)를 포함하는 구성 요소(B) 제조 방법에 관한 것이며, 그 제조 방법은 제 1 단계(S1)에 있어서 직물 호스(3)가 공구(1.1)의 외형 내에 배열되고 그 후에 공구(1.1)가 폐쇄되며, 제 2 단계(S2)에 있어서 플라스틱, 특히 용융물(5)이 폐쇄된 공구(1.1) 내에 배열된 직물 호스(3)로 분사되며, 제 3 단계(S3)에 있어서 유체(6) 및/또는 지지 요소(S)가 직물 호스(3)로 유입되며, 따라서 캐비티(H)가 직물 호스(3) 내에서 형성되며, 유기 시트(4)는 성형 및 플라스틱으로 백몰딩되며, 성형 및 백몰딩된 유기 시트(4)는 구성 요소(B)를 제조하기 위해 구조용 구성요소(2)에 접합된다. 본 발명은 추가적으로 상기 방법에 따라 제조된 구성 요소(B)에 관한 것이다.

Description

구성 요소 및 구성 요소 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING A COMPONENT AND COMPONENT}
본 발명은 특허 청구항 제 1 항의 전제부에 따라서 적어도 구조용 구성요소와 유기 시트에서 형성되는 구성 요소 제조 방법과 이 방법에 의해 제조된 구성 요소에 관한 것이다.
섬유 합성 구조물들을 포함하는 구조용 구성요소들, 예를 들어 유기 시트들로 공지된 것들은 연속적 섬유-보강 열가소성 시트들이며, 이것은 예를 들어 시트-백 후방 벽들의 제조를 위한 종래 기술에 공지되어 있다. 예를 들어, 유기 시트는 주형에서 상응하게 성형되며, 그 후에 바람직하게는 몰딩된, 예를 들어 리브들(ribs)과 같은 기능적인 요소들이 제공된다. 중공형 몸체들의 형태로 구조용 구성요소들의 제조를 위해, 피트-하이브리드 방법(fit-hybrid method)으로 불리는 공지된 방법이 존재하며, 이 방법에 의해 유기 시트의 성형과 동시 사출 성형은 하나의 처리 단계로 가능하다. 후속의 접착 결합 공정에 의해 보통 프로파일들은 폐쇄된다.
이러한 점에 있어서, DE 197 47 021 B4는 연속적 섬유-보강 중공형 몸체들을 사출 성형을 하는 방법에 대해 개시하며, 플라스틱 용융물이 브레이드들(braids)로 분사될 때, a) 브레이드들이 플라스틱 용융물을 통해 안으로부터 밖으로 흐르며, 이들 브레이드들은 따라서 완전히 플라스틱 내에 내장되고, 그 후에 캐비티가 바람직한 임의의 종류의 가스 분사 방법에 의해서나, 또는 그것은, 밀집한 브레이드들을 상응하게 사용하는 것에 의해 만들어지며, b) 브레이드들이 플라스틱 용융물을 통해 흐르지 않으며, 이 브레이드들이 몰딩의 외피를 형성하고, 그 후에 요구되는 가스 분사 방법의 모든 종류에 의해 캐비티가 형성되는 방식으로 용융물의 분사와 후속 압력에 의해 주형 벽들에 맞대여 지탱하게 되는 방식으로 사출 주형에서 하나 또는 그 이상의 층으로 바람직한 임의의 종류의 관형 브레이드들을 위치 지정 및 고정시키는데 사용되는 장치들이 개시된다.
중공형 프로파일을 갖는 구성 요소를 제조하는 방법은 DE 10 2008 046 602 A1에 기술된다. 이 방법에 있어서, 섬유-보강 튜브는 사출 성형 주형으로 위치되며, 몰딩 재료는 사출 성형 주형으로 분사되며, 섬유-보강 튜브는 몰딩 재료에 의해 싸여지고, 이 때 분사 방법은 중공형 프로파일로써 설치된 구성 요소의 일부에서 과도한 몰딩 재료를 제거하는데 사용된다.
DE 10 2007 036 660 A1은 가소화 및 분사하는 배열과 하나 이상의 주형이 제공되는 폐쇄 유닛을 갖는 사출 성형 기계로 보강된 요소 제품을 제조하는 방법과 장치를 개시한다. 이러한 경우에 있어서, 직물 재료는 개방 주형 내에 위치되며, 주형은 폐쇄되고, 직물 재료들은 그에 의해 제 1의 캐비티로 성형되며, 직물 재료는 열의 영향 하에서 완전히 통합된다. 주형은 개방되어 있고, 성형되고 완전히 통합된 제품은 뒤집어지며, 주형은 제 1의 캐비티에 비하여 확장된 제 2의 캐비티를 형성하기 위해 폐쇄되고, 플라스틱 재료는 제 2의 캐비티로 유입되며, 성형되고 완전히 통합된 직물은 사출 성형된 기질 재료에 접합된다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 비하여 개선된, 특히 비용이 덜 소요되는, 적어도 구조적인 구성요소와 유기 시트로부터 형성된 구성 요소를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
방법에 관련하여, 상기 목적은 발명에 따른 제 1 청구항에 특정한 특징들에 의해 달성된다.
적어도 구조용 구성요소와 유기 시트로부터 형성된 구성 요소를 제조하는 방법의 경우에 있어서, 제 1 단계에서 직물 튜브는 주형의 외형 내에 배열되고, 이 때 주형은 폐쇄되며, 게다가, 제 2 단계에서 플라스틱, 특히 용융물은 폐쇄된 주형에 배열된 직물 튜브로 분사되고, 제 3 단계에서 유체 및/또는 지지 요소는 직물 튜브 내에 캐비티를 형성하기 위해 직물 튜브로 유입된다. 플라스틱, 특히 용융물은 그의 융점 이상에서 적절하게 위치하는 온도에서 바람직하게는 액체 플라스틱, 예를 들어 열가소성 물질 또는 열경화성 물질이다. 플라스틱, 특히 용융물이 냉각된 후에, 이것은 직물 튜브의 매설된 섬유들과 함께 중공형 구조용 구성요소를 형성한다. 또한, 유기 시트가 성형되고 플라스틱으로 백몰딩되며, 성형되고 적어도 특정 영역들에서 백몰딩된 유기 시트는 구성 요소를 형성하기 위해 중공형 구조용 구성요소에 재료-접합 방식으로 연결된다.
유체 및/또는 지지 요소는 바람직하게는 낮은 온도를 가져서 직물 튜브로 유체의 유입 후에 플라스틱, 특히 용융물은 냉각된다. 결과적으로, 직물 튜브의 섬유들은 냉각된 플라스틱, 예를 들어 냉각된 용융물 내에 내장되고, 그에 의해 중공형 몸체 프로파일을 갖는 연속적 섬유-보강 열가소성 구조용 구성요소가 제조된다. 결과적으로, 이 방법에 의한 중공형 몸체 프로파일의 제조는 추가적인 결합 방법 없이 가능하며, 구조용 구성요소는 폐쇄된 중공형 프로파일을 기초하여 상대적으로 높은 비틀림 강성을 유리하게 가진다. 결과적으로, 구조용 구성요소는 무게와 특히 굴곡 강성에 있어서 개방 프로파일을 갖는 구조용 구성요소들에 비하여 감소된다.
발명의 바람직한 실시예에 있어서, 사전 결정 가능한 압력에서 유체는 직물 튜브로 유입되며, 그에 의해서 분사된 플라스틱 또는 분사된 용융물은 직물 튜브를 통해 흐르고, 특히 직물 튜브의 벽면으로 스스로, 바람직하게는 균일하게 분배되게 되며, 그에 의해서 직물 튜브는 플라스틱 또는 용융물로 추가적으로 내장된다. 유체는 예를 들어 물이다. 이와는 달리, 팽창식 엔벨로핑 요소, 예를 들어 풍선은 지지 요소로서 직물 튜브의 개방 단부로 유입되고, 유체, 특히 차가운 유체, 예를 들어 공기, 가스 또는 물에 의해 사전 결정 가능한 압력에서, 캐비티가 직물 튜브 내에서 전개되도록 되는 방식으로 거기서 팽창된다. 환언: 직물 튜브는 긴 캐비티를 형성하기 위해 그것의 세로 방향 범위를 따라 적절하게 팽창되고, 지지되어 플라스틱 또는 용융물이 직물 튜브의 내장된 섬유들과 함께 냉각될 때까지 직물 튜브가 이미 분사된 플라스틱 또는 이미 분사된 용융물의 내측으로 추가적으로 내장된다. 지지 요소는 그 후에 제거되거나 그렇지 않으면 구조용 구성요소 내에 남아 있을 수 있다.
추가적인 대안은 예를 들어 폼(foam) 물질과 같은 지지 물질이 직물 튜브 내에 캐비티를 전개시키도록 만들기 위해 지지 요소로서 직물 튜브의 개방 단부로 유입되는 것을 제공한다. 폼(foam) 물질은 편리하게 구조용 구성요소 내에 남아있다.
비틀림 강성과 관련하여 구조용 구성요소를 최적화하기 위해, 구조용 구성요소는 유기 시트와 조합된다. 이러한 목적을 위하여, 본 발명에 따라서 유기 시트가 성형되고, 적어도 특정한 영역들 내에서나 또는 완전히 백몰딩(back-mold)되어, 그 후에 재료-접합 방식으로 구조용 구성요소에 연결된다. 이러한 경우에 있어서, 유기 시트는 보강 구조물, 예를 들어 리브(rib) 구조물이 형성되는 방식으로 플라스틱으로 백몰딩된다.
구조용 구성요소와 유기 시트 사이의 최적의 재료-접합 연결을 보장하기 위하여, 유기 시트는, 적어도 특정한 영역들 내에서 가열된다.
구조용 구성요소를 제조하기 위하여, 본 발명에 따라서 장치에는 직물 튜브가 주형의 외형(contour) 내에 배열될 수 있게 하고, 그 다음에 주형이 폐쇄될 수 있게 하는 주형이 장치에 제공된다. 게다가, 플라스틱, 특히 용융물은 폐쇄된 주형 내에 배열된 직물 튜브의 내측으로 분사될 수 있으며, 유체가 직물 튜브의 내측으로 유입될 수 있다. 주형은 바람직하게는 제조될 구조용 구성요소에 대한 성형과 백몰딩을 위한 조합 주형으로서 형성된다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 구성 요소는 직물 튜브의 내장된 섬유들을 갖는 냉각된 플라스틱이나 또는 냉각된 용융물로부터 형성된 하나 이상의 구조용 구성요소, 및 성형되고 플라스틱으로 백몰딩되고 재료-접합 방식으로 구조용 구성요소에 연결되는 유기 시트를 포함한다.
폐쇄된 중공형 프로파일을 갖는 구조용 구성요소, 그리고 결과적으로 비교적 높은 평면 관성 모멘트를 가지는, 중공형 몸체 프로파일을 갖는 연속적인 섬유-보강 구조용 구성요소가 상기 장치에 의해 제조될 수 있다. 그 결과, 예를 들어 시트-백 후방 벽면의 부재는 개방 프로파일을 갖는 부재보다 더 좁게 만들어질 수 있으며, 그에 의해서 재료와 무게 절감들이 가능하다. 시트-백 후방 벽면은 더 쉽게 그리고 저렴하게 제조될 수 있다. 더욱이, 시트 구조물은 주어진 하중에 대해 적절하게 설계되고, 제조될 수 있다.
본 발명은 첨부된 개략적인 도면들을 기초하여 좀 더 자세하게 설명된다.
도 1은 제 1, 제 2 및 제 3 단계 후에 구조용 구성요소를 제조하는 본 발명에 따른 장치의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 1a 및 도 1b는 제 3 단계에 있어서 구조용 구성요소 내에 캐비티 전개를 만들기 위한 다양한 지지 구성 요소들을 도식적으로 도시한다.
도 2는 구조용 구성요소의 단면도, 특히 길이 방향의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 3은 구성 요소를 형성하기 위해 유기금속 시트에 연결된 구조용 구성요소의 추가 단면도, 특히 횡단면을 개략적으로 도시한다.
도 4는 자동차 탑승자가 자동차 시트 위에 위치하고 있는 자동차 시트의 사시도를 개략적으로 도시한다.
서로 상응하는 부품들에는 모든 도면들에 있어서 동일한 참조 부호들이 제공된다.
도 1은 구조용 구성요소(2)를 제조하기 위한 장치(1)의 단면 묘사, 특히 세로방향의 단면을 도식적으로 도시한다. 도 2는 구조용 구성요소(2)의 세로방향의 단면을 도식적으로 도시하고, 도 3은 구조용 구성요소(2)의 횡단면을 도시하며, 구조용 구성요소는 유기 시트(4)에 연결되며, 구성 요소(B)를 형성한다. 유기 시트(4)는 열가소성 물질로 만들어진 시트형 반가공된 제품이며, 이 제품 내부로 섬유들이 열가소성 물질로 완전히 젖게되는 방식으로 유리의 직물, 탄소 및/또는 아라미드 섬유 또는 이들의 혼합된 형태가 유입된다. 결과적으로 유기 시트들(4)은 연속적 섬유-보강 열가소성 시트들이다.
도 1은 제 1 단계(S1), 제 2 단계(S2) 및 제 3 단계(S3) 중의 장치(1)를 묘사한다.(위에서 아래로 봄).
본 전형적인 실시 예에 있어서, 장치(1)는 바람직하게는 열성형 주형 및 사출 주형을 포함하는 복합 주형으로서 만들어지는 주형(1.1)을 포함한다. 예를 들어, 주형(1.1)은 제 1 주형 몸체와 제 2 주형 몸체를 포함하는 두 개의 파트인, 캐비티-형성 구성 요소 몸체로서 형성된다. 이러한 경우에 있어서, 주형 몸체들 중 하나는 성형 프로파일을 가지며, 제조될 구조용 구성요소(2)의 포지티브 외형으로서, 주형 몸체들 중 다른 것은 적절하게 상응하는 리세스(recess)를 갖는다. 그에 의해서 포지티브 외형과 리세스는 주형(1.1)의 캐비티를 형성한다.
주형(1.1)은 바람직하게는 금속 또는 금속 합금으로부터 만들어진다. 대안으로, 주형(1.1)은 세라믹 또는 플라스틱으로부터 형성되며, 이러한 목적을 위하여 주형(1.1)에는, 금속 코팅이 적어도 캐비티 영역에 제공된다.
제 1 단계(S1)에 있어서, 직물 튜브(3)은 주형(1.1)의 포지티브 외형에 위치된다. 이 때 주형(1.1)은 닫혀있다. 주형(1.1)의 폐쇄는 이러한 경우에 있어서 수동식으로 또는 바람직하게는 자동 방식으로 발생할 수 있다.
제 2 단계(S2)에 있어서, 액체 플라스틱이, 예를 들면 용융물(5)의 형태로서 폐쇄된 주형(1.1)에 배열된 직물 튜브(3)로 분사된다. 이러한 목적을 위하여, 장치(1)는 수동 방식으로 작동되거나 또는 자동 방식으로 작동될 수 있는 분사 기계(더 이상 구체적으로 묘사하지 않음)를 포함한다.
용융물(5)은 적절하게는 그의 용융점 위에 놓이는 온도, 예를 들어 100℃에서 200℃ 사이 온도에서, 예를 들어 액체 플라스틱이다. 이에 특히 적합한 것은 단상이며, 비수용성 열가소성 물질들, 예를 들어 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리프로필렌, 또는 열경화성 물질들, 예를 들어 폴리우레탄이다.
제 3 단계에 있어서, 유체(6), 예를 들어 물은 적절하게 낮은 온도와 적절히 높은 압력에서 직물 튜브(3)로 유입되어서, 직물 튜브(3)의 바깥쪽 벽면 및/또는 안쪽 벽면상의 직물 튜브(3) 상으로 및/또는 그 내부로 이미 분사된 용융물(5)이 자체적으로 바람직하게는 균일하게 분포한다. 캐비티(H)를 전개시키기 위해 직물 튜브(3)의 개방 단부로 유체(6)의 유입 후, 직물 튜브(3)의 섬유들은 냉각시킨 용융물(5)에 내장되게 놓인다. 이것은 주형(1.1)의 포지티브 외형에 따른 중공형 몸체 프로파일을 갖춘 연속적 섬유-보강 열가소성 구조용 구성요소(2)를 제조한다.
도 1a와 도 1b는 지지 구성 요소(S)에 의해 캐비티(H)의 전개를 위한 대체 실시예들을 도시한다. 도 1a에 따른 지지 구성 요소(S)는 팽창식 엔벨로핑(enveloping) 구성 요소(E), 예를 들어 풍선으로서 형성된다.
엔벨로핑 구성 요소(E)는 이미 용융물(5)로 둘러싸인 직물 튜브(3)의 개방 단부로 유입되며, 사전 결정 압력하에서 유체(6), 예를 들어 공기, 물 또는 가스에 의해 팽창되어 캐비티 H는 직물 튜브(3)에서 세로 방향의 범위를 따라 전개되도록 만들어진다. 내장된 직물 튜브(3)을 갖는 용융물(5)이 냉각된 후에, 엔벨롭핑 구성 요소(E)는 제거될 수 있으며, 또는 적합하다면 엔벨롭핑 구성 요소가 남아 있을 수 있으며, 그 후에 예를 들어 중공형 구조용 구성요소(2)의 내부 벽면을 형성한다.
도 1b에 있어서, 지지 물질(M), 예를 들어 폼(foam) 물질은 대체 지지 구성 요소(S)로서 직물 튜브(3)의 개방 단부로 유입될 수 있다.
(더 이상 구체적으로 표시하지 않은) 추가 단계에 있어서, 유기 시트(4)는 형성되고, 유기 시트(4)의 표면은 보강한 구조물, 바람직하게는 리브(rib) 구조물로 백몰딩(backmold)된다. 리브 구조물은 바람직하게는 유기 시트(4)와 동일한 열가소성 물질로 형성된다. 결과적으로, 일체식인 결과적으로 단일체인 구성 요소는 유기 시트(4)와 리브 구조물로 형성된다.
구조용 구성요소(2)에 대한 유기 시트(4)의 접합은 바람직하게는 유기 시트(4)의 열가소성 기질 및/또는 유기 시트(4)와 맞대어 있는 구조용 구성요소(2)의 열가소성적으로 보강된 표면에 의해 발생하며, 이 열가소성 기질은 적절히 가열되어 있다. 그래서, 구조용 구성요소(2)는 유기 시트(4)와 재료-접합 연결상태로 맺어진다. 다시 말해서, 인공적인 융합은 구조용 구성요소(2)와 유기 시트(4) 사이에서 발생한다.
폐쇄된 중공형 프로파일은 구조용 구성요소(2)에 비교적으로 높은 비틀림 강성을 부여한다. 결과적으로, 구조용 구성요소(2)는 개방 프로파일들을 갖는 구조용 구성요소(2)와 비교하면 무게나 특히 굴곡 강성에 있어 감소된다. 예를 들어, 구조용 구성요소(2)는 결과적으로 자동차 시트(7)용 시트-백 후방 벽면의 제조에 적합하다.
도 4는 예로서 주어진 사시도로서 자동차 탑승자(8)가 그 위에 위치하는 자동차 시트(7)를 도시한다.
예를 들어, 자동차 시트(7)의 시트-백 후방 벽면은 구조용 구성요소(2)와 유기 시트(4)에 의해 제조될 수 있으며, 이는 머리받침대 슬리브들, 벨트 디플렉터들 및/또는 벨트 리트렉터 장치용 마운팅이 유기 시트(4)의 주형-내 리브(molded-in rib) 구조물 내에 형성되는 것이 가능하다.
대안적으로 또는 부가적으로, 트림 채널로 공지된, 자동차 시트 커버에 배열되는 채널(9) 내부에 구조용 구성요소(2)를 배열하는 것이 가능하다.
1: 장치
1.1: 주형
2: 구조용 구성요소
3: 직물 튜브
4: 유기 시트
5: 용융물
6: 유체
7: 자동차 시트
8: 자동차 탑승자
9: 채널
B: 구성 요소
E: 엔벨로핑 구성 요소
H: 캐비티
M: 지지 물질
S: 지지 구성 요소
S1: 제 1 단계
S2: 제 2 단계
S3: 제 3 단계

Claims (7)

  1. 적어도 구조용 구성요소(2)와 유기 시트(organo sheet; 4)로부터 형성된 구성 요소(B) 제조 방법으로서,
    제 1 단계(S1)에서, 직물 튜브(woven-fabric tube; 3)가 주형(1.1)의 외형(contour of a mold) 내에 배열되고, 그 후에 주형(1.1)이 폐쇄되며;
    제 2 단계(S2)에서, 액체 플라스틱이 폐쇄된 주형(1.1) 내에 배열되는 직물 튜브(3)로 분사되고;
    제 3 단계(S3)에서, 유체(6) 및 지지 요소(S) 중 적어도 하나가 직물 튜브(3) 내에 캐비티(H)를 형성하기 위해 그리고 직물 튜브(3)를 팽창시키기(inflate) 위해, 직물 튜브(3)의 내측으로 유입되며, 상기 액체 플라스틱이 냉각된 후에, 직물 튜브(3)의 내장된 섬유들(embedded fibers)과 함께 중공형 구조용 구성요소(hollow structural component; 2)를 형성하며,
    유기 시트(4)가 성형되고 플라스틱으로 백몰딩되며(backmolded),
    성형되고 백몰딩된 유기 시트(4)가 구성 요소(B)를 형성하기 위해 재료-접합 방식(material-bonded manner)으로 구조용 구성요소(2)에 연결되고, 이에 의해
    유기 시트(4)가 적어도 특정한 영역들 내에서 가열되고,
    구성 요소(B)를 형성하기 위해, 구조용 구성요소(2)와 유기 시트(4)를 용융 접합(melt bonding)함으로써 재료-접합 방식으로, 상기 성형되고 백몰딩된 유기 시트(4)가 외부에서 구조용 구성요소(2)에 연결되는,
    구성 요소(B) 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    유체(6) 및 지지 요소(S) 중 적어도 하나의 압력은 유입 이전에 결정되는,
    구성 요소(B) 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    직물 튜브(3)가 적어도 특정한 영역들 내에서 이미 분사된 액체 플라스틱의 내측으로 추가적으로 내장되는 것과 같은 방식으로 유체(6) 및 지지 요소(S) 중 적어도 하나가 직물 튜브(3)의 내측으로 유입되는,
    구성 요소(B) 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    유기 시트(4)는 적어도 특정 영역들 내에서 가열되는,
    구성 요소(B) 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    리브(rib) 구조물이 형성되는 방식으로 유기 시트(4)가 플라스틱으로 백몰딩되는,
    구성 요소(B) 제조 방법.

  6. 제 1 항에 있어서,
    적어도 특정한 영역들 내에서 직물 튜브(3)의 내측으로 내장된 용융물(5)이 냉각된 후에, 중공형 몸체 프로파일을 갖는 연속적 섬유-보강 구조용 구성요소(2)가 형성되는,
    구성 요소(B) 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 의해 제조된 구성 요소(B)로서,
    직물 튜브(3)의 내장된 섬유들을 갖는 냉각된(cooled-down) 플라스틱으로부터 형성된 구조용 구성요소(2), 및
    재료-접합 방식으로 구조용 구성요소(2)에 외부에서 연결되는 성형 및 백몰딩된 유기 시트(4)를 포함하는,
    구성 요소(B).
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