KR102134738B1 - 자동차용 구조 부품을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

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브로제 파초이크타일레 에스이 운트 코. 콤만디트게젤샤프트, 밤베르크
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Abstract

연속 섬유가 매립된 열가소성 재료의 판상의 반제품("유기-시트")의 열간 성형에 의해 자동차용 구조 부품(5)을 제조하기 위한 방법으로서, 연속 섬유 또는 연속 섬유층(41 - 46)은 구조 부품(5)의 적어도 하나의 부하 방향(F1, F2)에 대응하는 각도 위치(α, β)에 위치된다.

Description

자동차용 구조 부품을 제조하기 위한 방법{METHOD FOR PRODUCING A STRUCTURAL COMPONENT FOR MOTOR VEHICLES}
본 발명은 자동차용 구조 부품을 제조하기 위한 방법, 특히 자동차 도어의 도어 내피, 도어 모듈 또는 조립체 캐리어로서 형성되는 구조 부품을 제조하기 위한 유기-시트(organo-sheet)에 관한 것이다.
유기-시트는 연속 섬유-보강된 열가소성 재료의 판상의 반제품인 것으로 이해되고, 여기서 유리, 케블라, 탄소 또는 플라스틱 섬유제의 레잉(laying), 직물 또는 편물의 형태의 연속 섬유가 열가소성 매트릭스 내에 매립되어 있다. 매트릭스용 열가소성 재료로서, 예를 들면, 폴리아미드는 섬유에 대한 우수한 부착 특성으로 인해 유용하다.
“연속 섬유-보강"이라는 용어는 보강용 섬유의 길이가 판상의 유기-시트의 크기에 의해 실질적으로 제한되지만, 유기-시트 내에서 섬유는 실질적으로 중단되지 않는 것을 말한다.
유기-시트는 금속 시트와 같은 크기로 절단될 수 있고, 개구를 구비할 수 있으나, 금속 시트보다 경량이고 동시에 높은 표면 강직성 및 강도를 갖는다. 열가소성 매트릭스를 충분히 가열하면, 유기-시트는 금속 시트처럼, 그러나 더 적은 변형 힘을 가함으로써 3차원적으로 변형될 수 있다. 이 목적을 위해, 유기-시트는 먼저 이 유기-시트의 매트릭스를 용융시키기 위해 가열되고, 다음에 유기-시트는 딥드로잉에 의해 성형된다. 그 결과 자동차용 구조 부품, 예를 들면, 도어 모듈, 조립체 캐리어, 도어 내부 패널 및 도어 외부 패널과 같은 도어 요소, 좌석저면 및 등받이와 같은 시트 요소, 그러나 또한 펜더, 플랩 및 후드, 범퍼 등이 경량 구조로 제조될 수 있음과 동시에, 그 결과, 보다 용이한 공정으로 뚜렷한 중량 감소가 달성될 수 있다.
DE 10 2010 001 634 A1로부터 유기-시트의 열성형에 의해 유기-시트로부터 부품을 제조하기 위한 방법이 공지되어 있고, 여기서 부품 내에 컷아웃을 형성하기 위해 유기-시트의 섬유 배열은 열가소성 재료의 매트릭스 내에 매립된 유기-시트의 섬유 배열의 구조를 훼손하지 않고 확장된다.
DE 10 2011 111 232 A1로부터 자동차용 바디 필러 보강재의 역할을 하는 경량 부품이 공지되어 있고, 여기서 상이한 배향 및 개구 및 관통홀을 구비하는 다수의 유기-시트층이 제공되고, 이것은 경량 부품의 크기, 형상 및 위치에서 그 확대된 용도에 맞추어진다.
DE 20 2006 019 341 U1으로부터 구조적 보강재의 역할을 하는, 그리고 주조성형 부품으로서 형성되는 플라스틱 삽입체를 구비하는 유기-시트의 구조 부품이 공지되어 있고, 이것은 점착 연결을 위해 열가소성 보강재로 오버몰딩된다.
본 발명의 목적은 유기-시트로 제조되는 구조 부품의 구조적 내부하성을 증대시키고, 열간 성형 중에 유기-시트의 구조 변화를 고려함으로써 유기-시트 및 이 유기-시트로 제조되는 구조 부품의 안정성을 유지하는 위에 기술된 바와 같은 방법을 제시하는 것이다.
자동차용 구조 부품을 제조하기 위한 구조 부품의 적어도 하나의 부하 방향에 대응하는 각도 위치에 위치되는 연속 섬유 또는 연속 섬유층이 매립된 열가소성 재료의 판상의 반제품을 열간 성형함으로써, 유기-시트로 제조되는 구조 부품의 구조적 내부하성이 증대되고, 열간 성형 중에 유기-시트의 구조 변화를 고려하여 유기-시트 및 이 유기-시트로 제조되는 구조 부품의 안정성이 유지된다.
열가소성 재료 내에 매립되는 연속 섬유 또는 연속 섬유층의 구성에 더하여, 적어도 2 개의 교차하는 연속 섬유층이 제공되고, 교차점에서 고정되고, 적어도 2 개의 교차하는 연속 섬유층의 각도 위치는 구조 부품의 다수의 부하 방향이 지지되도록 반제품의 매트릭스 내에 위치된다.
대안적으로 또는 추가적으로, 구조 부품 증가된 부하의 영역에서, 타이(tie)와 같은 보강 요소가 유기-시트 또는 구조 부품 내에 결합되거나, 구조 부품 상에 설치될 수 있고, 여기서 바람직하게 유기-시트로 제조된 보강 요소는 구조 부품에 용접되거나, 접착되거나, 또는 리벳체결된다.
또한, 유기-시트와 보강 요소를 연결하고, 구조 부품에 힘을 도입하고, 뿐만 아니라 구조 부품에서 힘을 분산시키기 위한 어댑터는 보강 요소에 사출성형되거나, 접착되거나, 크림프체결되거나, 또는 리벳체결될 수 있으므로 어댑터와 보강 요소 사이의 대응하는 연결부는 또한 유기-시트 내의 보강 영역일 수도 있고, 예를 들면, 사출 성형, 접착 또는 리벳체결에 의해 제조될 수 있고, 여기서,
- 어댑터 및 보강 요소는 구조 부품을 제조하기 위한 성형 다이 내에 삽입되고, 및/또는
- 유기-시트의 에지 영역에 배치되고, 어댑터의 배치의 영역에서 에지는 어댑터 상으로 접혀져서 어댑터에 열적으로 용접되는 돌출부를 구비한다.
바람직한 일 실시형태에서, 어댑터는 유기-시트에 일체로 사출성형될 수 있고, 보강 요소에 대한 점착 연결을 생성하는 힘의 경로를 포함한다. 장착용 개구로부터, 어댑터는 보강 요소의 연결 영역의 방향으로, 특히 대응하는 방향으로 향하는 리브 구조를 형성함으로써, 바람직하게는 손가락 형상의 부채꼴로 전개된다.
추가의 일 실시형태에서, 어댑터의 사출 성형면의 반대측인 유기-시트의 면 상에서 성형 다이에 관통-성형(through-molding) 공동이 제공되고, 이것은 보강 요소의 영역에서 보강 요소 또는 유기-시트의 관통-성형에 의해서만 플라스틱 매트릭스의 재료로 충전될 수 있으므로 충전의 정도는 생성될 연결의 품질 특징으로서 사용될 수 있다.
자동차 도어의 도어 모듈 또는 조립체 캐리어로서 형성되는 구조 부품을 위한 유기-시트는 열가소성 재료 내에 매립되는 연속 섬유 또는 연속 섬유층을 포함하는 것이 바람직하고, 이것은 도어 모듈 상에 장착되는 자동차 도어의 기능적 요소의 부하 방향으로 정렬되고, 여기서 특히
- 연속 섬유 또는 연속 섬유층은 윈도우 리프터의 윈도우 창유리의 인발 방향으로, 특히 윈도우 리프터의 가이드 레일에 평행하게 정렬되고, 및/또는
- 연속 섬유 또는 연속 섬유층은 자동차 도어의 도어 록과 도어 힌지 사이에 견인(pull) 연결의 방향으로 정렬되고, 및/또는
- 연속 섬유 또는 연속 섬유층은 도어 폐쇄용 핸들의 부하 방향으로 정렬된다.
본 발명에 의해 달성될 본 발명의 추가의 특징 및 장점은 도면을 참조한 이하의 예시적 실시형태의 설명에 의해 예시된다. 이 설명 및 도면은 또한 청구항에 포함되지 않은 예시적 실시형태의 특징도 개시한다. 이들 특징은 또한 본 명세서에 구체적으로 개시된 것과 다른 조합으로서 발생할 수 있다. 이러한 다수의 특징이 동일한 문장 내에서 또는 다른 종류의 문맥 내에서 언급되어 있다는 사실은 이들이 구체적으로 개시된 조합으로만 발생된다는 것을 의미한다기 보다, 이것은 본 발명의 시행성에 문제가 없다면 원칙적으로 이러한 복수의 특징의 개별 특징이 생략되거나 개변될 수 있다는 것으로 간주되어야 한다.
도 1은 열간 성형 유기-시트를 위한, 특히 자동차 부품용 구조 부품을 제조하기 위한 플랜트의 개략도를 도시하고;
도 2는 유기-시트의 열간 성형용 현가점 및 구조 부품의 바요넷 연결을 위한 인터페이스를 구비하는 자동차 도어의 도어 모듈 또는 조립체 캐리어로서 형성되는 구조 부품의 평면도를 도시하고;
도 3은 현가점에 형성되는 유기-시트의 돌출부를 구비하는 자동차 도어의 도어 모듈 또는 조립체 캐리어로서 형성되는 구조 부품의 평면도를 도시하고;
도 4는 유기-시트의 열간 성형용 예비성형된 장착용 리셉터클을 구비하는 자동차 도어의 도어 모듈 또는 조립체 캐리어용 유기-시트의 개략도를 도시하고;
도 5는 도어 모듈용 유기-시트 내에 결합되어 부하 방향으로 정렬되는 타이의 평면도를 도시하고;
도 6 내지 도 8은 유기-시트 내에 결합된 타이의 힘 도입 및 분산을 위한 어댑터를 구비하는 유기-시트의 에지 영역의 개략도를 도시하고;
도 9 내지 도 12는 유기-시트와 타이의 연결을 위한 보강 수단을 구비하는 유기-시트의 에지 영역의 개략도를 도시하고;
도 13은 장착용 개구 및 보강 요소의 연장 영역의 방향으로 손가락 형상의 부채꼴로 전개된 어댑터를 구비하는 유기-시트의 평면도를 도시하고;
도 14 및 도 15는 도 13의 A-A 선 및 B-B 선을 따른 유기-시트의 단면도를 도시하고;
도 16 및 도 17은 유기-시트의 열가소성 매트릭스 내에 매립된 직물 또는 레잉의 다양한 부하 방향으로 배향되는 섬유의 흐름을 구비하는 도어 모듈 또는 조립체 캐리어용 유기-시트의 개략도를 도시하고;
도 18 내지 도 21은 자동차 도어의 도어 모듈 또는 조립체 캐리어용 열가소성 매트릭스 내에 매립되기 위한 직물층의 다양한 실시형태를 도시하고;
도 22 및 도 23은 유기-시트의 열가소성 매트릭스를 보강하기 위한 2 개의 유형의 직물의 사시도를 도시하고;
도 24는 열가소성 매트릭스를 보강하기 위해 함께 봉합되는 교차층을 구비하는 다축 레잉의 평면도를 도시하고;
도 25 내지 도 28은 유기-시트의 기밀도를 확보하기 위한 추가의 막층(film layer)을 구비하는 층 구조를 갖는 유기-시트의 단면도를 도시한다.
이하에서 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 구조 요소를 표시한다.
실시형태는 본 발명을 제한하지 않고, 단지 예시적 실시형태임에 주의해야 한다.
도 1을 참조하면, 자동차용 구조 부품을 제조하기 위해 유기-시트(2)를 열간 성형하기 위한 플랜트(1)가 개략적으로 도시되어 있다. 플랜트(1)는 판상 또는 평판의 유기-시트(2)가 적층되어 있는 매거진(10)을 포함하고, 유기-시트(2)의 외부 윤곽은 유기-시트(2)로 제조되는 자동차용 구조 부품에 적합되어 있다. 매거진(10)에 인접하여 배치되는 그리퍼(11)를 구비하는 로봇은 교차 화살표(A)의 방향으로, 즉 유기-시트(2)의 평면에 수직 및 유기-시트(2)의 평면의 방향으로 이동되어 매거진(10)으로부터 처리 유닛(12)으로 유기-시트(2)를 수송할 수 있고, 이 처리 유닛은 이중 화살표(B)의 방향으로 이동가능한 라디에이터 유닛(13) 및 추가 부품의 열간 성형 및 일체화 성형을 위한, 또는 처리작업을 위해 제공되는 개구 내로의 사출을 위한 사출 성형기(14)를 구비한다. 반제품으로서 공급되는 레잉, 직물 또는 편물의 형태의 연속 섬유가 매립된 플라스틱 매트릭스로 제조되는 유기-시트(2)는, 도 1에 개략적으로 도시된 플랜트(1)에서, 열간 성형에 의해, 경우에 따라 부품의 사출 성형에 의해, 또는 사출에 의한 개구의 폐쇄에 의해 처리되고, 공급된 상태에서 유기-시트(2)는 이미 이후의 의도된 용도에 맞추어져 있다. 즉, 그 외부 윤곽이 도어 요소, 모듈 캐리어, 도어 내부 패널 및 도어 외부 패널, 좌석저면 및 등받이와 같은 시트 요소, 뿐만 아니라 펜더, 플랩 및 후드, 범퍼 등과 같은 자동차용 구조 부품으로서의 이후의 의도된 용도에 맞추어져 있다.
사출 성형기(14) 내에서의 열간 성형 및 처리를 위해, 유기-시트(2)는 그리퍼(1)를 구비하는 로봇에 의해 매거진(10)으로부터 제거되어 처리 유닛(12)의 현가장치로 수송된다. 이 목적을 위해, 이동식 라디에이터 유닛(13)는 이중 화살표(B)에 대해 상승되거나 하강될 수 있고, 그 후 라디에이터 유닛(13)은 유기-시트(2)를 가열하기 위해 작동된다.
도 2는 자동차 도어의 도어 모듈 또는 조립체 캐리어(5)의 형태의 자동차 구조 부품의 평면도를 도시하는 것으로서, 이것은 자동차 도어의 도어 내부 패널과 도어 모듈 또는 조립체 캐리어(5)의 바요넷 연결을 위해 도어 모듈 또는 조립체 캐리어(5)의 외주의 주위에 분포되어 배치되는 복수의 인터페이스 또는 관통 개구(22)를 구비한다. 동시에 바요넷 연결을 위한 이들 인터페이스 또는 관통 개구(22)는 구조 부품(5)에 형성되는 유기-시트(2)를 니들(needle) 상에 수용하기 위한 현가점의 역할을 하도록 배치 및 형성될 수 있다. 이 목적을 위해, 절연, 관통 개구(22)의 영역에서 라디에이터의 강도를 부분적으로 감소시키는 것, 및 송풍기에 의해 공급되는 차가운 공기에 의해 현가 영역에서 냉각시키는 것에 의해 유기-시트(2)의 열간 성형 중에 관통 개구(22)의 찢어짐을 방지하기 위한 조치가 관통 개구(22)의 영역에서 취해질 수 있다.
자동차 도어의 도어 내부 패널과 도어 모듈(5)의 바요넷 연결을 위한 관통 개구(22)의 배열에 더하여, 공구에 의해 작동가능한 작동 헤드를 구비하는 체결 요소, 바요넷 연결 및 정렬된 도어 내부 패널의 장착점으로서 형성되는 도어 모듈(5)의 관통 개구(22)를 통해 연장되는 섕크, 및 작동 헤드의 영역 내의 체결 헤드가 도어 모듈(5)의 에지에 일체로 형성될 수 있고, 특히 사출-성형될 수 있다. 체결 요소의 체결 헤드를 관통 개구(22)의 에지에서 도어 모듈(5)과 일체로 연결시키는 연결 영역은 사전결정된 파단 영역으로서 형성된다. 즉, 관련된 공구에 의해 체결 요소의 작동 헤드를 작동시키면 체결 요소는 최초로 축방향으로 이동되고, 여기서 체결 요소와 도어 모듈 사이의 연결이 파단된다. 체결 요소의 추가의 축방향 이동 중에, 섕크는, 체결 헤드가 도어 내부 패널의 장착점을 초과하여 위치될 때까지, 관통 개구(22) 뿐만 아니라 도어 내부 패널의 장착점을 통해 연장된다.
체결 요소가 축방향으로 이동된 후에 그 체결 헤드가 더 이상 도어 모듈(5)의 관통 개구(22) 내에 위치하지 않고, 도어 모듈(5)의 도어-구조-측면의 표면으로부터 돌출하고, 그 결과 도어 내부 패널의 장착점을 초과하여 위치되면, 체결 요소는 180° 만큼 회전되어 바요넷 로킹을 발생시킨다.
대안적으로 또는 추가적으로, 천공으로서 형성되는 추가의 현가점(21)이 상부 현가 영역에서 바요넷 연결을 위해 관통 개구(22)들 사이에 제공될 수 있고, 이것은 나사 연결을 위한 추가의 장착점의 역할을 하거나 유기-시트의 열간 성형 후에 도 1에 따른 사출 성형기(14)에 의해 폐쇄된다.
도어 모듈 또는 조립체 캐리어로서 형성되는 구조 부품(5)의 평면도인 도 3은 유기-시트(2)의 열간 성형 중에 이들 현가점에서 유기-시트(2)의 인출을 방지하기 위한 추가의 대안을 도시한 것으로서, 이것은 유기-시트(2) 또는 구조 부품(5)의 윤곽(20)에 돌출부(23)를 제공하는 것으로 이루어지고, 이것은 유기-시트(2)의 열간 성형 중에 도 1에 따른 라디에이터 유닛(13)의 대응하는 위치설정에 기인되어 가열되지 않으므로 유기-시트의 열간 성형 중에 현가점 상에 작용되는 힘을 현가점 측에 전달하는 강성 재료의 연장부를 브릿지(bridge) 구성의 방식으로 현가점의 영역에 형성한다. 이후의 도어 모듈 또는 조립체 캐리어(5)의 구성 중에, 돌출부(23)는 유지되거나, 추가의 처리 및 자동차 도어 내로의 설치 전에 절제될 수 있다.
유기-시트의 현가점의 찢어짐 및 현가점의 영역에서 구조 부품의 약화 또는 열간 성형 중에 유기-시트의 현가점의 변화에 기인되어 구조 부품의 치수 안정성의 결여를 방지하기 위한 추가의 조치가 도 4에 개략적으로 도시되어 있고, 이것은 유기-시트를 수용하기 위한 니들용 키홀 개구로서 형성되는 현가점(24)의 구성으로 이루어지고, 키홀 개구는 니들과 연결되는 개구(240), 및 플라스틱 매트릭스 내에 매립된 직물, 레잉 또는 편물이 현가점에서 신율 요구에 불완전하게 부합될 수 밖에 없으므로 유기-시트의 성형 중에 한정된 항복 방향, 슬라이딩 방향 및 변형 방향을 특정하기 위해 이 개구(240)로부터 멀어지는 방향으로 향하는 슬롯(241)을 구비한다.
슬롯(241)은 유기-시트(2)로 제조되는 구조 부품(5)을, 예를 들면, 자동차 도어와 연결하기 위해 천공(21)의 방향으로 정렬되는 것이 바람직하다. 이 현가점(24)은 추후에 플라스틱 재료의 사출에 의해 폐쇄되므로 유기-시트(2)로 형성되는 구조 부품은, 예를 들면, 바요넷 연결을 위한 인터페이스로서 형성될 수 있는 천공(21)만을 포함하게 된다.
유기-시트로 제조되는 구조 부품의 이후의 사용을 위한 유기-시트를 제조하기 위해, 이후의 의도된 용도 및 구조 부품의 안정성과 내부하성을 증대시키는데 기여하는 다양한 조치가 취해질 수 있다. 이것의 실시예는 이하에서 설명되는 도 5 내지 도 39에 도시되어 있다.
도 5는 도어 모듈 또는 조립체 캐리어(5)로서 형성되는 구조 부품의 평면도를 도시하는 것이고, 여기서 열간 성형 전 또는 열간 성형 중에 도어 모듈(5)의 실질적으로 직사각형 기본 구조에 대해 대각선 방향으로 타이가 정렬되고, 연결점(30, 31)에서 유기-시트(2) 또는 도어 모듈(5)과 연결된다. 바람직하게, 도어 모듈(5)과 타이(3)의 연결은 자동차 도어의 도어 내부 패널과 도어 모듈(5)의 바요넷 연결을 위한 인터페이스 또는 관통 개구(22)에서 수행된다. 연결점(30, 31)이 도어 모듈(5) 내에 결합되거나, 또는 도어 모듈(5)에 유기-시트(2)가 형성된 후에 타이(3)가 도어 모듈(5) 상에 설치되어 용접, 접착, 리벳체결 등에 의해 도어 모듈에 연결된다.
타이(3)의 정렬은 도어 모듈(5) 상에 장착되는, 예를 들면, 윈도우 리프터(6)를 작동시키는 경우에 도어 모듈(5) 상에 작용되는 인장력에 일치되거나, 또는 내부 도어 핸들에 의해 도어 모듈(5) 상에 작용되는 폐쇄 힘에 일치된다.
도 6 내지 도 12에서, 도어 모듈(5)과 타이(3)의 연결점 영역에서 도어 모듈(5)로의 타이(3)의 힘 전달의 다양한 가능성이 예시되어 있다.
도 6 내지 도 8은 유기-시트(2)의 에지 영역(20)을 개략 평면도로 도시한 것이고, 이 도면은 자동차의 추가의 구조 부품, 예를 들면, 자동차 도어의 도어 내부 패널을 구비하는 유기-시트(2)로 제조되는 도어 모듈(5)의 바요넷 연결을 위한 인터페이스로서 제공되는 연결점(30)에서 유기-시트(2)와 타이(3)의 연결을 도시한다.
타이(3) 및 유기-시트(2)로 제조되는 구조 부품 상에 작용되는 인장력의 전달 및 분산을 위해, 어댑터(32)가 타이(3) 또는 유기-시트(2)의 단부에 일체로 성형되거나, 또는 타이(3)에 크립프체결되거나, 접착되거나, 또는 리벳체결된다. 대안적으로, 어댑터(32) 및 타이(3)는 도어 모듈(5)을 제조하기 위한 성형 다이 내에 투입되어 사출된다. 도 7에 따르면, 유기-시트(2)와 어댑터(32)의 연결은 삼각형 어댑터(32)에 분포된 유기-시트(2)와의 장착점(320) 및 타이(3)와의 복수의 장착점(321)을 통해 수행된다.
유기-시트(2)에서 타이(3)와 이 타이(3)의 장착점(30) 사이의 힘 전달을 더욱 최적화하기 위해, 도 8에 따라 어댑터(32) 내에 매립된 섬유 또는 직물(322)이 제공될 수 있고, 이것은 유기-시트(2)의 장착점(320)과 타이(3)를 따라 분포되는 장착점(321)을 연결한다.
도 9 내지 도 12는 도어 모듈(5)의 형태로 유기-시트(2)로 제조되는 구조 부품과 타이(3) 사이의 힘 전달을 위한 추가의 대안을 도시한 것으로서, 이것은 그 에지 영역(20)에서 유기-시트(2) 또는 도어 모듈(5)에 연결된다. 도 9에 따르면, 이 힘 전달의 형태는 유기-시트(2)의 에지 영역(20)을 초과하여 돌출하는 타이(3)의 돌출부(33)로 이루어지고, 이것은 도 9에 따라 화살표(C)의 방향으로 접혀지고, 예를 들면, 초음파 용접 등에 의해 도 10에 따른 위치에서 유기-시트(2)의 장착점(30)에 열적으로 융합된다. 그 결과 도 11의 a 및 b에 개략적으로 도시된 바와 같이 단순 중첩 또는 다중 중첩에 의해 유기-시트(2)와 타이(3)의 연결이 보강된다.
도 12는 타이(3) 내에 안정화 플러그(34)를 유기-시트(2) 또는 구조 부품(5) 내의 개구(50)로서 형성되는 장착점(30) 내에 압입하고, 그 결과 유기-시트(2) 또는 구조 부품(5)과 타이(3)의 확실한 연결을 형성함으로써, 예를 들면, 도어 모듈 또는 조립체 캐리어(5)로서 형성되는 구조 부품을 제조하기 위해 타이(3)와 유기-시트(2) 사이의 최적의 인장력 전달을 위한 보조 조치의 개략 종단면도를 도시한다.
어댑터의 대안적인 구성은 도 13 내지 도 15에 하나의 평면도 및 2 개의 단면도로 도시되어 있다.
도 13은 플라스틱 매트릭스의 일체로 성형된 어댑터(8)를 구비하는 유기-시트(2)의 평면도를 도시하는 것으로서, 이 어댑터는 볼트, 나사 또는 리벳을 관통시키기 위한 장착용 개구(65)로부터 부채꼴로 전개되고, 장섬유의 로빙(roving)의 배치에 의해 더 많은 힘의 경로를 유기-시트(2)와 연결할 수 있도록 손가락처럼 펼쳐진 리브(80)를 포함한다. 이 리브(80)의 구조는 도 13에 따른 유기-시트(2)의 평면도, 어댑터(8)의 일체로 성형된 평판상 플라스틱 매트릭스에 관한 평면도로서의 도 13의 A-A 선에 따른 도 14의 종단면도, 및 도 13의 B-B 선에 따른 도 15의 종단면도에 도시되어 있다.
어댑터(8)와 유기-시트(2) 사이의 확실한 연결을 형성하기 위해, 어댑터(8)의 사출 성형 면의 반대측의 유기-시트(2)의 면 상에서 성형 다이 내에 관통-성형 공동이 제공되고, 이것은 보강 요소 또는 이 보강 요소의 영역 내의 유기-시트(2)를 관통-성형함으로써 어댑터(8)의 플라스틱 매트릭스의 재료로 충전될 수 있다. 어댑터(8)의 재료는 이 목적을 위해 제공되는 지점에서 유기-시트의 구조를 통해 압입되고, 여기서 유기-시트는 관통-성형을 위해 충분히 높은 온도를 가져야 한다. 그러나, 어댑터(8)와의 의도된 확실한 연결을 형성하기 위해 유기-시트(2)의 관통-성형 공동의 영역에 사전-천공(9)을 제공하는 것도 가능하다.
도 14는 어댑터(8)의 플라스틱 매트릭스의 반대측의 유기-시트(2) 면 상의 관통-성형 영역(800)을 도시한다. 특히 어댑터의 재료가 유기-시트의 구조를 통해 직접(즉, 사전-천공(9)을 구비하지 않은 상태에서) 주입되는 경우, 충전 정도는 형성되는 연결을 위한 품질 특징을 나타내므로, 이 관통-성형 영역(800)은 동시에 공정을 제어하는 역할을 한다. 이 영역(800)이 완전히 형성되는 경우, 연결이 적절한 것으로 간주될 수 있고, 반면에 관통-성형 영역(800)의 불완전한 형성은 불충분한 연결인 것으로 평가되어야 한다. 이것은, 예를 들면, 유기-시트의 지나치게 낮은 온도와 같은 공정 관리의 설정된 파라미터로부터의 편차에 기인되는 것일 수 있다.
자동차용 구조 부품을 제조하기 위한 유기-시트 상의 추가의 체결 수단의 배치 및 연결의 대안으로서 또는 추가로, 자동차용 구조 부품을 제조하기 위한 반제품으로서 대응하는 유기-시트의 구조화 또는 구성이 제공될 수 있다. 유기-시트(2)로부터 자동차 도어용 도어 모듈(5)을 제조하기 위한 실시예는 도 16 내지 도 39에 도시되어 있고, 이하에서 상세히 설명한다.도 16 및 도 17은 도어 모듈(5)로서 형성되는 구조 부품의 사용을 위한 유기-시트(2)의 표적화 제조를 위한 실시예를 도시하고, 여기서 도 16에 따르면 플라스틱 매트릭스(40) 내에 매립되는 연속 섬유는 도어 모듈(5) 상에 작용하는 힘의 방향으로 정렬된다.
도 16은, 예를 들면,100°의 사이 각도(α)를 갖는 교차하는 연속 섬유(41, 42)의 직물, 편물 또는 레잉(4)의 일부의 개략도를 도시한다. 도 17에 따르면, 이러한 배향은, 한편으로, 가이드 레일(61, 62)을 구비하는 윈도우 리프터에 의해 도어 모듈(5) 상에 작용되는, 그리고 가이드 레일(61, 62)에 평행하게 배향되는 힘(F1), 및 다른 한편, 도어 폐쇄용 핸들의 연결부(60)로부터 도어 모듈(5)을 향하는, 그리고 도어 모듈(5)의 상부 에지 및 하부 에지에 평행하게 배향되는 힘(F2) 중 하나의 힘에 대응한다. 연속 섬유(41, 42)의 직물 또는 레잉 또는 편물(4)의 섬유 흐름에서 발견되는 힘(F1, F2)의 주 방향은 도어 모듈(5) 내로 힘의 최적의 도입을 유발하므로 유기-시트(2)로 제조되는 도어 모듈(5)의 구조적 강도는 강으로 제조되는 구조 부품의 강도에 대응되고, 여기서 유기-시트로부터 도어 모듈(5)의 제조가 단순화되고, 그 중량이 상당히 감소된다.
사용 분야 및 부하에 따른 구조 부품의 제조를 위한 유기-시트의 성형 및 조성의 가능성이 도 18 내지 도 21에 도시되어 있다.
구조 부품의 부하 및 사용 분야에 따라,
- 유기-시트의 연속 섬유를 위한 상이한 재료,
- 상이한 유형의 직물,
- 상이한 형태의 직물 구조,
- 상이한 수의 플라스틱 매트릭스의 층 및 매립된 연속 섬유,
- 상이한 두께의 개별 층, 및
- 상이한 섬유-매트릭스 비
가 유기-시트(2)의 충돌 특성 및 강직성 뿐만 아니라 유기-시트(2)의 플라스틱 매트릭스 내의 연속 섬유 또는 직물, 레잉 또는 편물의 드레이프성(drapability)을 최적화하기 위해 제공된다.
도 18은 코어 영역(70), 및 코어 영역(70)의 강직성을 증가시키고, 습기로부터 코어 영역(70)을 보호하기 위해 탄소 섬유로 보강된 층을 형성하는 에지 영역(71, 72)의 개략 단면도를 도시한다. 코어 영역(70)은, 예를 들면, 파단 거동 및 충돌 안전성을 최적화하기 위해 아라미드 층으로 이루어지고, 필요한 경우에는 목재 또는 시살과 같은 천연 섬유를 포함할 수 있다.
도 19 내지 도 21은 열간 성형에 의해 유기-시트(2)로 제조되는 구조 부품(5)에 유기-시트(2)를 개별적으로 적용하기 위한 실시예를 도시한다.
이 예시적 실시형태에서, 구조 부품은 서로 평행하게 연장되는 가이드 레일(61, 62)을 구비하는 도어 모듈(5) 상에 장착되는 윈도우 리프터(6), 윈도우 리프터 구동부(63) 및 도어 폐쇄용 핸들을 위한 장착부(60)를 구비하는 도어 모듈(5)로 이루어진다. 구조 부품(5)은 충돌 힘 및 이 구조 부품(5) 상에 장착된 조립체에 의해 가해지는 힘의 양자 모두를 흡수해야 하므로, 구조 부품(5)을 제조하기 위한 유기-시트(2)는 구조 부품(5)의 각각에 부하에 맞춰진 2 개의 부분으로 분할된다.
부분 D에서, 2 개의 교차하는 연속 섬유(43, 44, 45)로 이루어지는 제 1 유형의 직물은 플라스틱 매트릭스 내에 매립되고, 여기서 동일한 방향으로 배향되는 연속 섬유(44, 45)는 2 개의 교차하는 연속 섬유(43, 44)와 다른 유형의 직물로 이루어진다.
제 2 부분(E)에서, 유기-시트(2)는 플라스틱 매트릭스 내에 매립된 교차하는 연속 섬유(43, 44)로 이루어지고, 이것은 반대방향으로 작용되는 힘(F)에 의해 이들 2 개의 교차하는 연속 섬유(43, 44) 사이에, 예를 들면, 80°의 각도(α)를 형성하는 배향으로 당겨진다.
유기-시트(2)의 영역 E에서 플라스틱 매트릭스 내에 매립된 연속 섬유(43)의 수평 배향은 충돌 힘을 흡수하는 기능 및 기본적 강직성을 증대시키는 기능을 하고, 반면에 연속 섬유(43)와, 예를 들면, 80°의 각도로 교차하는 연속 섬유(44)는 윈도우 리프터(6)의 조절 힘을 흡수하도록 윈도우 리프터(6)의 가이드 레일(61, 62)의 배향에 의해 맞추어지는 인발 각도에 맞추어진다. 필요 시, 연속 섬유의 제 3 층은 도어 폐쇄용 핸들의 연결에 의해 도어 모듈(5) 상에 작용되는 폐쇄하는 힘을 흡수하도록, 예를 들면, 20°의 각도로 배향될 수 있다.
도 22 및 도 23에서, 플라스틱 매트릭스 내에 매립되는 직물, 편물 또는 레잉을 제조하기 위한 동일하거나 상이한 연속 섬유(43, 44), 예를 들면, 아라미드의 연결을 위한 다양한 가능성이 개략 사시도로 도시되어 있다.
직물, 편물 또는 레잉의 연속 섬유의 배향을 명시하기 위해, 사시도인 도 24는 각도 β로 교차하는 2 개의 연속 섬유(45, 46)의 배향을 도시하고, 이것은 교차하는 연속 섬유(45, 46)의 층을 안정화하기 위해 교차점(47)에서 함께 봉합된다.
플라스틱 매트릭스 내에 연속 섬유가 매립된 유기-시트는, 자동차용 구조 부품을 제조하기 위한 순수한 플라스틱 모듈에 비해, 뚜렷하게 더 작은 두께를 가지므로, 예를 들면, 유기-시트로 제조되어 자동차 도어에 결합되는 도어 모듈(5)에 의해 건조 공간으로부터 습한 공간을 분리시키기 위한 감소된 기밀도의 문제가 유발된다. 특히 유기-시트의 열간 성형 중에, 보다 큰 변형점에서 통로가 발생될 수 있고, 이것을 통해 습기가 자동차 도어의 습한 공간으로부터 건조 공간으로 이동할 수 있다.
이것을 방지하기 위해, 도 25 내지 도 28에 개략적으로 도시된 구조적 조치가 취해질 수 있고, 여기서 유기-시트의 단면도인 도 25는 연속 섬유를 매립하고 있는 플라스틱 매트릭스의 3 개의 층(81 내지 83)을 도시한다. 이러한 층상 구조의 대응하는 변형 시, 대응하는 관통공이 발생될 수 있고, 이것은 구조 부품의 기능을 손상시킨다.
유기-시트의 2 개의 층 사이, 예를 들면, 도 26에 따른 2 개의 층(81, 82) 사이의 추가의 막층(film layer; 84), 또는 대안적으로 도 27에 따른 층상 구조의 표면 상의 막층(85), 또는 도 28에 따른 유기-시트의 층상 구조의 양면 상의 2 개의 막층(86, 87)의 배치에 의해, 유기-시트의 기밀도가 확보된다. 추가층(84, 85) 또는 추가층(86, 87)은 막, 성형 공정 중에 플라스틱 매트릭스에 수용 및 혼입되는 플리스, 또는 실링 보호 페인트로 이루어질 수 있다.
1: 유기-시트를 열간 성형하기 위한 플랜트
2: 유기-시트
3: 타이
4: 직물, 편물 또는 레잉
5: 구조 부품(도어 모듈 또는 조립체 캐리어)
6: 윈도우 리프터
8: 보강 요소(어댑터)
9: 사전-천공
10: 매거진
11: 그리퍼를 구비한 로봇
12: 처리 유닛
13: 라디에이터 유닛(적외선 라디에이터 또는 복사 가열기)
14: 사출 성형기
20: 유기-시트/구조 부품의 외부 에지 또는 윤곽
21: 천공
22: 인터페이스 또는 관통 개구(바요넷 연결)
23: 돌출부
24: 현가점(키홀 개구)
30, 31: 연결 포인트
32: 어댑터
33: 돌출부
34: 안정화 플러그
40: 플라스틱 매트릭스
41, 42: 연속 섬유
43 - 46: 교차하는 연속 섬유
47: 교차점
50: 개구
60: 도어 폐쇄용 핸들의 장착부
61, 62: 가이드 레일
63: 윈도우 리프터 구동부
65: 장착용 개구
70: 코어 영역
71, 72: 에지 영역
80: 손가락처럼 부채꼴로 전개된 리브
81 - 83: 연속 섬유가 매립된 플라스틱 매트릭스의 층
84 - 87: 막, 플리스, 또는 실링 보호 페인트
240: 개구
241: 슬롯
320, 321: 장착점
322: 섬유 또는 직물
800: 관통-성형 영역
A: 로봇 그리퍼의 이동 방향
B: 이동식 라디에이터 유닛의 이동 방향
C: 접힘 방향
D: 피복 방향
E: 접착제 또는 플라스틱 매트릭스
F1, F2: 힘
α, β: 교차하는 연속 섬유들 사이의 각도

Claims (12)

  1. 자동차 도어의 도어 내피, 도어 모듈 또는 조립체 캐리어용 구조 부품을 제조하는 방법으로서,
    구조 부품은 복층 구조물(81 - 87)을 형성하는 복층 복합체로 이루어진 판상의 반제품("유기-시트(organo-sheet)")를 열간 성형하여 제조되고,
    상기 복층 구조물(81 - 87)은,
    - 연속 섬유(41 - 46) 또는 연속 섬유층들이 매립된 열가소성 플라스틱 매트릭스(40)의 층들(81 - 83); 및
    - 비교적 강성인 공간 구조를 형성하는 동안 구멍 발생을 방지하기 위해 열가소성 플라스틱 매트릭스(40)의 2 개의 층(81, 82) 사이에 배치된 막, 플리스, 또는 실링 보호 페인트로 이루어진 적어도 하나의 실링층(84), 또는
    아라미드, 또는 아라미드와 천연 섬유의 혼합물의 중간층(70) - 상기 중간층(70)은 탄소 섬유로 보강된 열가소성 재료의 외층(71, 72)에 연결되어 강직성을 증가시키고 습기로부터 중간층(70)을 보호하도록 파단 거동 및 충돌 안전성을 최적화하기 위한 것임 -
    을 포함하는, 구조 부품을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간층(70)의 천연 섬유는 목재 또는 시살(sisal)로 이루어지는, 구조 부품을 제조하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실링층(84-87)은 막, 플리스, 또는 실링 보호 페인트로 이루어지는, 구조 부품을 제조하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구조 부품(5)의 증가된 부하의 영역에서, 보강 요소(3, 60)가 상기 유기-시트(2) 또는 상기 구조 부품(5) 내에 결합되거나, 상기 구조 부품(5) 상에 설치되는, 구조 부품을 제조하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    유기-시트(2)로 이루어지는 보강 요소(3)는 상기 구조 부품(5)에 용접되거나, 접착되거나, 또는 리벳체결되는, 구조 부품을 제조하기 위한 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 보강 요소(3)를 상기 유기-시트(2)와 연결하기 위한, 그리고 부하를 받는 상기 구조 부품(5)의 힘 분산을 위한 어댑터(8; 32)를 갖는, 구조 부품을 제조하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 어댑터(8; 32) 및 상기 보강 요소(3)는 상기 구조 부품(5)을 제조하기 위한 사출 성형 공구 내에 투입되어 사출되는, 구조 부품을 제조하기 위한 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 보강 요소(3)의 연결점(30, 31)은 상기 구조 부품(5)의 개구(50) 내에 투입되고, 안정화 요소(34)를 삽입함으로써 상기 구조 부품(5)과 연결되는, 구조 부품을 제조하기 위한 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 어댑터(32)는 상기 유기-시트(2)의 에지 영역(20)에 배치되고, 상기 에지 영역(20)은 상기 어댑터(32)의 배치 영역에서 돌출부(33)를 구비하고, 상기 돌출부(33)는 상기 어댑터(32) 상으로 접혀져서 상기 어댑터(32)에 열적으로 용접되는, 구조 부품을 제조하기 위한 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 어댑터(8)는 상기 유기-시트(2)에 일체로 사출-성형되고, 상기 보강 요소와의 점착(cohesive) 연결을 형성하는 힘의 경로를 포함하고, 이것에 의해 상기 어댑터(8)의 장착용 개구(65)는 부채꼴로 상기 보강 요소의 연결 영역의 방향으로 확장되는, 구조 부품을 제조하기 위한 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 어댑터(8)의 사출 성형면의 반대측의 상기 유기-시트(2)의 면 상에서, 관통-성형 공동이 성형 다이에 제공되고, 상기 관통-성형 공동은 상기 보강 요소 또는 상기 보강 요소의 영역 내의 유기-시트(2)를 통한 성형에 의해 플라스틱 매트릭스로 충전되는, 구조 부품을 제조하기 위한 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 유기-시트(2)는 아라미드, 또는 아라미드와 천연 섬유의 혼합물로 이루어지는 코어 영역(70)인 중간층과 연결되는 탄소 섬유로 보강된 열가소성 플라스틱 매트릭스(40)의 층들을 형성하는 에지 영역(71, 72)을 포함하는, 구조 부품을 제조하기 위한 방법.
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