KR20180082441A

KR20180082441A - 토폴로지적으로 구조화된 부품 패널 및 그 생산 방법

Info

Publication number: KR20180082441A
Application number: KR1020187013251A
Authority: KR
Inventors: 마르쿠스 괴벨
Original assignee: 어드발 테크 홀딩 에이지
Priority date: 2015-10-12
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2018-07-18
Also published as: US20180304509A1; MX2018004449A; EP3362241A1; CN108136626A; WO2017064040A1; US10913193B2; JP2018537308A

Abstract

기준면(22)을 따라 전면(28)을 향하는 표면(32)을 갖고 연장되는 하나 이상의 플라스틱(3, 21) 영역을 갖는 부품(1)에 대한 설명이 주어진다. 이 부품에서, 플라스틱(3, 21)의 영역에서 플라스틱(27)의 벽은 0.2-5 mm의 범위의 벽 두께(d)를 가지며,이 플라스틱(3, 21)의 영역에서 채널 형상의 함몰부(6)의 연속적인 2 차원 그리드(30)가 형성되고, 이 함몰부(6) 내에서 플라스틱(27)의 벽은 실질적으로 동일한 벽 두께(d)를 유지하면서 기준면(22)에 수직으로 오프셋(v) 만큼 기준면(22)으로부터 오프셋되고, 함몰부(6) 내에서 오프셋(v)은 기준면(22)으로부터 후면(29)의 표면(32)까지 벽 두께(d)의 1.5 내지 5 배의 범위이고, 그리드(30)는 기준면(22)의 2 개의 방향으로 반복되는 다수의 그리드 셀(31)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

토폴로지적으로 구조화된 부품 패널 및 그 생산 방법

본 발명은 평면 내에 위치되고, 언급된 평면으로부터 편차(토폴로지 구조(topological structuring))를 갖는 규칙적인 2 차원 리브 패턴을 갖는 하나 이상의 부품 부분을 갖는 플라스틱 재료의 부품에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 부품를 생산하기 위한 방법, 및 이러한 부품, 예를 들면, 자동차 엔진의 공기 안내 요소와 같은 특히 차량 분야의 구조적 부품의 사용방법에 관한 것이다.

예를 들면, 사출성형법을 이용하여 열가소성 플라스틱 재료로부터, 예를 들면, 하우징, 커버, 안내 요소 등과 같은 부품를 생산하는 것은 한 동안 공지되어 왔다. 특히 자동차 분야에서, 한편으로는, 현대의 열가소성 플라스틱 재료(폴리올레핀이거나 폴리아미드이거나 무관함)에 의해 제공되는 현재 고온 또는 저온에서조차도 탁월한 기계적 특성으로 인해, 그리고 다른 한편으로는, 플라스틱 재료의 부품의 금속에 비해 상당히 더 낮은 중량으로 인해 이러한 플라스틱 재료의 부품은 점점 더 금속 부품을 대체하고 있다.

적용분야에 따라, 이러한 부품은 다양한 온도에서 다양한 부하를 견뎌야 하고, 무엇보다, 예를 들면, 자동차 분야에서 우수한 굽힘 모멘트 및 넓은 온도 범위에 걸쳐 높은 수준의 일정한 내충격성을 가져야 한다. 생산 기술의 관점에서, 현재 어렵기는 하지만 다양한 재료로부터 유연한 생산 공정으로 이러한 부품을 연속적으로 구성할 수도 있다. 따라서, 경질 영역은, 예를 들면, 몰드 내에서 제 1 단계에서 폴리올레핀을 기반으로 구성될 수 있고, 다음에 몰드가 팽창될 수 있고, 다음에 제 2 단계에서 연질 영역이, 예를 들면, 열가소성 탄성중합체 재료로 형성될 수 있다.

이 경우, 가능한 최저 중량으로, 또는 작은 벽 두께로, 결과적으로 저렴한 비용으로 가능한 최고 품질의 부품, 즉, 매우 다양한 온도 및 습도 조건 하에서 우수한 기계적 특성을 갖는 부품을 제공하는 것은 항상 도전과제이다.

따라서 본 발명의 목적은 우수한 기계적 특성(특히 강성 및 내굴곡성)을 가지지만, 가능한 경량이고, 간단한 방식으로 생산될 수 있는 이러한 부품, 즉 플라스틱 재료의 부품을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명은 특히 청구항 1 또는 관련된 종속항에 따른 부품 및 청구항 12에 따른 부품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 그러나, 또한 본 발명은 이러한 부품을 제조하기 위한, 또는 상기 제조 방법에서 사용하기 위한 청구항 13에 따른 사출성형 몰드 또는 열성형 몰드를 구성하기 위한 방법 및 이러한 부품의 용도에 관한 것이다.

따라서, 본 발명은 특히 그의 표면이 전면을 향하는 상태로 기준면을 따라 연장되는, 그리고 토폴로지적으로(topologically) 구조화된 하나 이상의 플라스틱 재료의 영역을 갖는 부품에 관한 것이다. 플라스틱 재료의 영역은 이 플라스틱 재료의 영역에서 플라스틱 재료의 벽이 0.2 내지 5 mm의 범위, 바람직하게는 0.5 내지 3 mm 또는 0.7 내지 0.9 mm의 범위의 벽 두께(d)를 가지는 것을 특징으로 한다. 또한, 플라스틱 재료의 영역에는 채널형 리세스의 정연한 2 차원 그리드가 형성되며, 여기서 실질적으로 동일하게 유지되는 벽 두께(d)를 갖는 이 영역의 플라스틱 재료의 벽은 오프셋(v) 만큼 기준면으로부터 오프셋된다. 이 오프셋(v)은 기준면에 수직인 것으로 이해되어야 하며, 기준면으로부터 리세스 내의 후면의 표면까지 벽 두께(d)의 1.5 내지 5 배의 범위, 바람직하게는 벽 두께의 2 내지 4 배의 범위, 또는 2.5 내지 3.5 배의 범위이다. 이 경우에 그리드는 기준면의 2 개의 방향으로 반복되는 다수의 그리드 셀을 갖는 패턴을 형성한다.

본 발명과 관련하여, 채널형 리세스는 전면에서 보았을 형성되는 영역이고, 기준면에 대해 오목하게 구성되고, 후면 상에서는 대응하는 리브를 형성하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서 이러한 채널형 리세스는 후면에는 영향을 주지 않는 하나의 표면 내의 단순한 채널형 리세스가 아니고, 채널형 리세스의 전체에 걸쳐 재료의 두께가 실질적으로 일정하게 유지된다는 사실로부터 후면 상에 대응하는 리브를 형성한다.

토폴로지적으로 구조화된 영역 내의 플라스틱 재료의 층의 벽 두께(d)는 대응하는 위치에서 표면의 평면에 대해 수직으로 측정된 두께인 것으로 이해되어야 한다. 토폴로지 구조에 걸친 재료 두께가 실질적으로 일정하므로, 전면의 표면 및 후면의 표면도 대체로 평행하게 연장된다.

언급된 기준면은 전면에서 돌출부의 최고점들에 의해 형성된다. 기준면은 평면이지만 또한 경우에 따라 약간 만곡될 수도 있다.

언급된 오프셋(v)은 기준면에 대해 리세스의 영역에서 후면에 대해 최대 범위까지 방향전환(redirection)된 표면의 위치로부터의 간격이다. 실제로, 후면의 표면 상에서 후면에 대해 최대 범위로 방향전환된 위치는 기준면에 대해 실질적으로 평행하게 위치된 평면을 형성한다. 이 평면은 기준면에 대해 간격(v)을 갖는다.

본 문맥에서 그리드는 다량의 그리드 셀에 의해 평면의 영역의 간극이 없는 그리고 중첩이 없는 파티션(partition)의 의미에서 바람직하게는 기하학적 그리드이다. 그리드 셀은 다수의 그리드 선에 의해 서로 연결되는, 그리고 그리드 요소를 형성하는 다수의 그리드 위치에 의해 형성된다.

이러한 토폴로지적으로 구조화된 표면은, 한편으로는, 용이하게 제조될 수 있고, 향상된 기계적 값, 특히 굽힘 모멘트를 유발하고, 표면 상의 향상된 공기 흐름을 유발하고, 매력적인 외관과 느낌 및 기타 이점을 발생시킨다.

제 1 바람직한 실시형태에 따르면, 이러한 부품은 그리드 셀이 다각형, 즉, 삼각형, 바람직하게는 정삼각형; 사각형, 바람직하게는 정사각형, 직사각형, 마름모꼴, 로젠지(ozenge); 오각형, 바람직하게는 정오각형; 육각형, 바람직하게는 정육각형, 팔각형, 바람직하게는 정팔각형; 또는 이들 요소의 조합의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.

다른 바람직한 실시형태에 따르면, 그리드 셀은 2 회 이상의 회전 대칭을 갖는다. 바람직하게는, 그리드 셀은 2, 3, 4, 5, 6 또는 8 회의 회전 대칭, 특히 바람직하게는 6 회의 회전 대칭을 갖는다.

바람직하게는, 그리드를 구성하기 위해서는 전체 그리드에 걸쳐 동일한 방식으로 구성되는 단일의 그리드 셀만이 제공된다. 따라서, 예를 들면, 그리드 라인은 그리드로서 허니콤 구조의 형성을 유도하는 규칙적인 육각형이다.

그리드 셀의 변의 길이는 바람직하게는 2 내지 40 mm의 범위, 바람직하게는 3 내지 30 mm의 범위, 특히 7 내지 15 mm의 범위이다.

바람직하게는, 그리드 셀은 등변(equilateral)으로 구성된다.

특히 바람직한 방식에서, 그리드 셀은 바람직하게는 육각형의 대변거리(width across flats) k(평행한 변들 사이의 간격)가 15 내지 25 mm의 범위인 정육각형이다. 이것은 특히 바람직하게는 플라스틱 재료의 벽 두께(d)가 0.5 내지 1.1 mm의 범위, 바람직하게는 0.7 내지 1 mm의 범위인 경우에 적용된다.

토폴로지적으로 구조화된 영역의 벽 두께(d)는 바람직하게는 0.5 내지 1.1 mm의 범위, 바람직하게는 0.7 내지 1 mm의 범위이다.

다른 바람직한 실시형태에 따르면, 전체 플라스틱 재료의 영역의 벽 두께(d)는 5% 미만의 편차, 바람직하게는 2% 미만의 편차를 제외하고 파상기복의 전체에 걸쳐 동일하다.

리세스는, 바람직하게는 라운딩(rounding)된 형식으로 구성된 전면으로부터 보았을 때, 그 오목한 구조에 대해, 바람직하게는 2 내지 10 mm의 범위의 곡률 반경을, 특히 바람직하게는 3 내지 7 mm의 곡률 반경을 갖는다.

다른 바람직한 실시형태에 따르면, 리세스는, 라운딩된 형식으로 구성된 그리드 셀의 모서리에 의해 형성된 각진 부분에 대해, 4 내지 10 mm의 범위의 반경, 특히 5 내지 7 mm의 범위의 반경을 갖는다.

리세스들 사이에 형성된 돌출 영역은, 전면으로부터 보았을 때, 바람직하게는 볼록하게 만곡된 형식으로 구성되며, 전면에 대해 최대 범위로 돌출하는 중심점은 바람직하게는 그리드 셀의 대칭 중심의 영역에 또는 그 위에 배치된다.

적어도 플라스틱 재료의 영역은 바람직하게는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리락테이트, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리비닐, 폴리에테르 또는 이들 시스템의 혼합물 또는 코폴리머의 그룹으로부터 선택되는 열가소성 플라스틱 재료을 포함한다.

예를 들면, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리아미드 6, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들 시스템의 혼합물 또는 코폴리머의 그룹으로부터 선택되는 시스템을 고려할 수 있다.

특히 바람직한 방식에서, 플라스틱 재료의 영역은 폴리프로필렌(PP)을 기반으로 구성되며, 이것은 상당한 비율의 충전재, 특히 20 내지 30 중량%의 비율의 활석을 가질 수 있다.

위에서 언급된 플라스틱 재료는 충전재 및/또는 보강재를 전체 성형체에 대해 바람직하게는 60 중량% 이하의 비율로, 바람직하게는 40 중량% 이하의 비율로 함유할 수 있다. 이들 충전재 및/또는 보강재는 바람직하게는 보강 섬유, 특히 유리 섬유, 탄소 섬유, 미립자, 특히 광물 충전재, 특히 활석, 쵸크(chalk), 유리 구, 파쇄된 유리, 칼슘 카보네이트, 및 이들의 혼합물의 그룹으로부터 선택될 수 있다.

추가의 바람직한 방식에서, 이들 플라스틱 재료는 언급된 충전재 및/또는 보강재와 다른, 특히 바람직하게는 내충격성 개질제, 유기 또는 무기 색소, 카본블랙, 보조 디몰딩 수단(demolding means), 안정제, 특히 촉매와 같은 중합 공정으로부터의 잔류물, 또는 이들의 혼합물의 그룹으로부터 선택되는 첨가물 및/또는 골재를 20 중량% 이하의 비율로, 바람직하게는 10 중량% 이하의 비율로 함유할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 부품이 플라스틱 재료의 영역 외에 토폴로지적으로 구조화되지 않은 하나 이상의 추가 영역을 갖는 것을 특징으로 하며, 이것은 바람직하게는 부품의 연부 영역이다. 이러한 연부 영역은 동일한 재료를 포함할 수 있고, 토폴로지 구조를 갖지 않는다. 이러한 동일한 재료의 연부 영역의 대신에 또는 이것에 추가하여, 이 추가 영역은 바람직하게는 다른 플라스틱 재료로, 특히 바람직하게는 주위 온도에서 탄성중합체 재료로, 특히 바람직하게는 열가소성 탄성중합체 재료(TPE)로 제조될 수 있다. 이러한 재료는, 예를 들면, 올레핀, 특히 PP/EPDM을 기반으로 하는 열가소성 탄성중합체, 올레핀, 특히 PP/EPDM을 기반으로 하는 가교 열가소성 탄성중합체, 우레탄을 기반으로 하는 열가소성 탄성중합체, 열가소성 폴리에스테르 탄성중합체, 열가소성 코폴리에스테르, 스티롤 블록 코폴리머, 특히 SBS, SEBS, SEPS, SEEPS 및 MBS, 열가소성 코폴리아미드의 그룹으로부터 선택될 수 있다. 이러한 추가 영역은 토폴로지적으로 구조화된 플라스틱 재료의 영역 상에 직접 사출되거나, 그것에 접착제로 접합될 수 있다.

이 추가 영역은 바람직하게는 TPE 재료를 포함할 수 있고, 부품의 하나 이상의 연부 영역을 형성할 수 있다. 예를 들면, 연질 영역을 위해 PP-T20(20% 활석을 함유한 폴리프로필렌)과 SEBS TPE 재료의 조합이 바람직하다.

추가의 바람직한 방식에서, 부품은 또한 부품을 다른 공작물, 특히 바람직하게는 차량 요소에 고정시킬 수 있는 하나 이상의 고정 요소(들)을 가질 수 있다. 언급된 부품은 특히 자동차 분야, 휴대 전화 분야, 전자 분야, 전기 분야, 철도 분야, 스포츠 용품 분야, 가구분야의 하우징, 커버, 형틀, 안내 요소의 그룹으로부터 선택되는 부분 또는 전체의 부품일 수 있다. 특히 바람직한 방식에서, 이것은 자동차 분야에서 공기 안내 부품 및/또는 공기 라우팅 시스템이다.

또한, 본 발명은 방법, 특히 위에서 예시된 바와 같은 부품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 제 1 단계에서 부품의 하나(또는 그 이상)의 경질 부품(들)이 사출성형법 또는 압출법으로 열가소성 재료로 구성되고, 여기서 이 방법 단계에서 직접적으로 하나 이상의 영역 또는 전체 경질 부품이 대응하는 몰드(공동)의 성형에 의해 토폴로지적으로 구조화되거나, 또는 후속 방법 단계에서 토폴로지 구조가 (열성형 몰드, 열 압착 몰드 내에서) 열 변형에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다. 다음에, 추가의 바람직한 방식에서, 추가 영역, 바람직하게는 상이한 플라스틱 재료, 특히 바람직하게는 열가소성 탄성중합체 재료의 추가 영역이 사출될 수 있다.

또한, 본 발명은 바람직하게는 전술한 방법에서 사용하기 위한, 그리고, 예를 들면, 전술한 바와 같은 부품을 제조하기 위한 사출성형 몰드 또는 열성형 몰드을 구성하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 상부 영역이 그리드 요소를 사전결정하는, 그리고 라운딩된 만곡된 에지에 의해 서로 연결된 원뿔 측면을 갖는 원뿔형의 다각형 절두형 원뿔로서 구성되는 베이스 요소로부터 출발하여, 상기 베이스 요소는 상기 그리드에 따라, 바람직하게는 상기 그리드 요소와 유사한 허니콤 형상의 베이스 요소에 대해 배치되고, 3 내지 10 mm의 간격으로, 바람직하게는 4 내지 6 mm의 간격으로 상기 상부 영역으로부터 상기 측면까지의 평면에서, 그리고 상기 베이스 요소가 바람직하게는 3 내지 10 mm의 범위의 반경으로, 바람직하게는 4 내지 6 mm의 범위의 반경으로 상기 리세스의 형상을 형성하기 위해 천이 반경과 연결됨으로써, 그리고 이러한 방식으로 형성되는 토폴로지적으로 구조화된 경계면이 상기 몰드의 공동을 형성하도록, 그리고 상기 평면에 수직인 원하는 벽 두께에 의해 오프셋되도록 복제됨으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 특히 자동차 분야, 휴대 전화 분야, 전자 분야, 전기 분야, 철도 분야, 스포츠 용품 분야, 가구분야의 하우징, 커버, 형틀, 안내 요소, 특히 바람직하게는 자동차 분야의 공기 안내 부품 및/또는 공기 라우팅 시스템으로서 전술한 부품의 용도에 관한 것이다.

다른 실시형태는 종속 청구항에 기재되어 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시형태가 단지 설명으로서의 역할을 하는 도면을 참조하여 설명되며, 이들 도면은 제한적으로 해석되어서는 안된다.

도 1은 자동차 분야의 공기 안내 요소의 도면으로서, a)는 평면도, b)는 단면도, c)는 사시도이다;
도 2는 허니콤 구조를 가진 공기 안내 요소의 도면으로서, a)는 저면 사시도, b)는 평면 사시도이다;
도 3은 베이스 요소의 정의 및 주요 치수를 도시하며, a)는 평면도, b) 및 c)는 제 1 및 제 2 측면도, d)는 사시도이다;
도 4는 부품 구성의 예시도로서, a)는 c) 내의 정상각형에 따른 베이스 요소를 가진 절취된 평면도, b)는 사시도이다;
도 5는 구조화된 평면을 가진 구조화된 평면을 가진 기준 플레이트의 상세도로서, a)는 플레이트의 평면도, b)는 a)의 A-A 선에 따른 단면도, c)는 b)의 단면도의 단부 영역의 확대도, d)는 a)의 B-B 선에 따른 단면도, e)는 d)의 단면도의 단부 영역의 확대도이다;
도 6은 평면 플레이트(상측) 및 구조화된 플레이트(중간)에 대한 측정 구성(하측)을 도시한다;
도 7은 부품에 변형을 부여한 결과를 도시한다;
도 8은 부품에 응력을 부여한 결과를 도시한다.

이러한 부품(1)의 일례로서 자동차 분야를 위한 플라스틱 재료 공기 안내 요소가 도 1에 예시되어 있다. 이것은 평면의 플레이트(참조, 도 1의 b)이고, 플라스틱 재료의 부품은 일 연부에 다른 부품과 접합되는 림(4)을 갖는 경질 부품(3)을 포함한다. 림(4)은, 예를 들면, 열가소성 탄성중합체 재료의 연질 부품을 포함한다. 이 경우, PP-T20는 경질 부품용 재료로서 사용되었고, TPE-S, 특히 SEBS 재료는 연질 부품용 재료로서 사용되었다.

주위 온도에서 탄성인 이 림(4)의 반대측에 고정 요소(2)가 제공되며, 이 경우 캐리어 구조의 다른 영역 상에 신속하게 조립하기 위한 클립-핏(clip-fit) 연결부가 제공된다.

이러한 공기 안내 요소는 2개의 상이한 경질 부품 사이의 선택적인 추가의 가요성 영역을 통해 이동됨으로써 고정 요소(2)에 의해 클립-피팅되는, 그리고 후속하여 탄성 영역(4)이 이 엔진실 내의 다른 부품에 인접되는 엔진실 내의 차량 조립체와 관련하여 사용된다.

이러한 공기 안내 부품은 이름이 암시하는 바와 같이 엔진실 내에서 공기를 안내한다. 이 경우에 이것은 냉각 공기 뿐만 아니라 다른 공기 흐름일 수 있다.

이러한 공기 안내 요소는 다양한 온도에서, 때로는 매우 높은 온도에서 기계적으로 충분히 안정해야 하지만, 다른 한편으로는 차량의 전체 중량 및 그 결과 차량의 에너지 소비를 낮게 유지하기 위해 가능한 한 경량이어야 한다.

도 1에 예시된 공기 안내 요소는 경질 영역(3)에 대해 단일의 플라스틱 재료의 평면으로서 구성된다.

이러한 적용 중에 기계적 및 열적 부하에 대한 요건에 부합하도록 경질 부품의 영역 내의 이러한 요소는 1 mm 이상의 재료 두께를 가져야 한다. 그 경우에도, 이 요소는 대부분의 경우 주 로딩 방향으로 선형 평행 보강 리브에 의해 보강되어야 한다.

본 발명에 따르면, 경질 부품(3)은 토폴로지 구조에 의해 보강된 (예를 들면, 도 2에 예시된 바와 같이 주변의 평평한 연부를 제외하고 구조화된) 결정적 영역 내에 완전히 또는 이 영역 내에만 존재한다. 이러한 구조는 도 2a의 후면 및 도 2b의 전면으로부터 보았을 때 설명된다. 육각형 베이스 요소를 기반으로 하는 토폴로지 구조는 각각의 경우 돌출 영역(5)의 주변을 한정하는 리세스(6)의 그리드(30)로서 구성된다. 리세스(6)는 기하학적 그리드(30)를 형성하며, 직선상 측부(8)들 및 이들을 연결하는 교차 영역(7)을 갖는다. 벽 두께(부품의 평면에 수직임)는 토폴로지에 걸쳐 실질적으로 동일하다. 즉, 전면에서의 경계면과 후면에서의 경계면은 실질적으로 동일하고, 이들 경계면은 부품의 기준면에 수직으로 벽 두께(d) 만큼 변위된다.

이러한 토폴로지 구조는 이러한 부품(1)의 벽 두께를 상당히 감소시킬 수 있으므로 중량 및 비용을 절약할 수 있다. 동시에, 이러한 규칙적인 2 차원 그리드의 보강 작용이, 굽힘 모멘트가 리브에 수직인 일 방향으로만 증가되는 종래의 선형 리브와 달리, 모든 공간 방향에서 실질적으로 균일하게 굽힘 모멘트를 증가시키므로 종래의 보강 리브에 비해 상당한 이점에 제공된다. 특히 이 경우에 설명된 부품의 경우, 다양한 하중 및 다양한 온도에서, 다양한 방향으로 다양한 굽힘 모멘트가 발생될 수 있고, 따라서 이것이 최적의 방식으로 흡수될 수 있으므로 중요하다.

또한, 표면의 토폴로지 구조로 인해 표면에서의 유동 관계가 개선되는 이점도 제공된다. 또한 좋은 느낌 및 외관이 제공된다.

몰드를 위한 데이터의 양이 확대됨이 없이, 그리고 설계 프로세스가 고도로 복잡해짐이 없이 이러한 생산용 몰드를 구성할 수 있도록 하기 위해 도 3 및 도 4를 참조하여 기술되는 바와 같은 방법이 사용될 수 있다.

부품의 표면의 토폴로지적으로 구조화된 영역의 토폴로지 허니콤 구조의 이러한 구조에서 출발점은 다수의 동일한 베이스 요소(9)이다. 이들 베이스 요소(9)는 원뿔 종료면(15)에서 육각형(20)의 형태로 허니콤 형상의 베이스 요소(20)를 결정하는 원뿔형 절두 원뿔로서 구성된다. 예를 들면, 21 mm의 대변거리(k)를 갖는 이 정육각형(20)은 사전결정되며, 다음 단계에서 이 정육각형(20)의 모서리는, 예를 들면, 6 mm의 반경으로 라운딩된다. 주변 커버를 형성하는 원뿔(11)의 측면은 절두 원뿔의 주축선에 대해 각도 α 만큼 경사지며, α는, 예를 들면, 15 도이다. 원뿔 측면(11)에서, 평면 부분(13)들은, 예를 들면, 6 mm의 곡률 반경으로 형성될 수 있는 만곡된 에지(12)에 의해 서로 연결된다. 따라서 전체 원뿔 측면(11)의 개별 평면 부분(13)은 만곡된 에지 표면 요소(12)를 통해 서로 연결된다.

커버면(10)은 원뿔 측면(11)으로의 접선 천이부(tangential transition; 16)로 구성되며, 상면을 향해 볼록한 라운딩된 형식으로 구성된다. 이 커버면(10)의 중심점(14)에는, 예를 들면, 3.5 mm의 원뿔 종료면(15)에 대한 체임버가 있다. 이들 가상 베이스 요소(9)는 사출성형 몰드에 대한 경계면의 토폴로지를 결정하는 역할을 하며, 제조하고자 하는 그리드의 기초를 구성한다.

도 4는 이러한 베이스 요소(9)로부터 실제 표면이 어떻게 구성되는지를 예시한다. 베이스 요소(9)는 허니콤 패턴에 따라 서로의 옆에 배치되고, 여기서 육각형(20)은 각각의 경우에 한 육각형에 대해 5 mm의 간격으로 배치된다. 후속하여, 반경이,예를 들면, 5 mm인 볼록한 라운딩된 평면이 인접한 베이스 요소들 사이 또는 인접한 베이스 요소들의 인접한 라운딩된 육각형들 사이에 배치된다. 따라서 각각의 경우에 돌출부의 주위에 연장되어 있는 리세스가 형성된다.

이러한 방식으로 그리드 셀(31)로부터 형성되는 그리드(30)는 베이스 요소(9)의 허니콤 형상의 요소(20)를 흡수하지만, 더 큰 그리드 상수를 가지며, 이러한 증가는 베이스 요소(9)들 사이의 간격에 의해 사전결정된다.

이러한 방식으로 형성된 경계면은 복제될 수 있고, 얻어지는 부품의 원하는 재료 두께만큼 표면의 기준면에 수직으로 오프셋될 수 있다. 이러한 방식으로 행성된 2 개의 경계면은 공구의 공동을 형성하며, 사전결정된 라운딩된 부분으로 인해 기술적인 생산의 면에서 용이하게 제조될 수 있고, 성형 및 몰드로부터의 제거에 대해 기술적 사출성형의 면에서 어떤 문제도 일으키지 않는다.

도 5에는 허니콤 구조를 갖는 이러한 토폴로지를 이용하여 제조되는 기준 플레이트가 예시되어 있다. 이 경우 기준 플레이트는 주변 연부(18)를 갖는다. 이 연부 영역의 두께는 1.5 mm이지만, 토폴로지적으로 구조화된 영역(21)은 불과 0.8 mm이다.

b) 내지 e)에 따른 단면도는 전면(28)에서 이러한 토폴로지적으로 구조화된 표면이 어떻게 언급된 돌출부(5)를 갖는지를 보여준다. 이 전면(28)의 표면(32)에는 각각의 경우에 돌출 영역의 중심점(34)이 형성되어 있다. 이들 중심점은 전면(28)을 향한 최대 편차를 나타내며, 기준면(22)를 형성한다. 따라서 기준면(22)은 이들 중심점(34)들에 의해 형성된다.

예를 들면, 도 5의 c)에 도시된 바와 같은 측부(8)와 같은 다른 면의 리세스(6)는 또한 최대 방향전환 위치에 표면(33)을 갖는 구조화된 플레이트의 후면(29) 상에 형성된다. 즉, 후면(33)의 최저의 위치(35)인 기준면(22)에 대해 후면의 최저의 위치(35)의 간격이 오프셋(v)되도록 의도된다.

본 도면에서는 또한 참조번호 d로 표시된 토폴로지적으로 구조화된 영역의 재료 두께가 어떻게 전체 토폴로지적으로 구조화된 영역에 걸쳐 실질적으로 동일한지를, 그리고, 본 실시형태에서 0.8 mm인 것을 보여준다. 그러나, 연부 영역(18)에서 이 두께는 더 크며, 언급된 1.5 mm의 값이다. 따라서 2 차원으로 구조화된 방식으로 기복을 형성하고, 부품 응력 및 굽힘 모멘트 또는 부품 변형 특성값 및 표면 특성에 대해 언급된 이점을 제공할 수 있는 표면이 얻어진다.

이 이점을 입증하기 위해 도 6 내지 도 8은 대응하는 계산을 예시한다. 유한 요소 계산(FEM)을 이용하여 동일한 치수, 즉, 300 mm의 길이(l) 및 200 mm의 폭(m)의 기준 플레이트(각각의 경우에 1.5 mm의 재료 두께 및 0.8 mm의 폭의 주변 연부(18)를 가짐)가 시험되었다. 폴리프로필렌 T20, 즉 충전재로서 20 중량%의 활성을 포함하는 폴리프로필렌이 재료로서 정해진다. 프레임 내부 영역의 재료 두께는 0.8로서 정해졌다. 한편으로 0.8 mm의 벽 두께를 가진 프레임 내에 위치된 영역이 구조화되지 않은, 즉 단순한 면으로 형성된 기준 플레이트(도 6에서 상측에 도시된 것)가 비교되었다.

이 기준 플레이트가 구조화된 영역(21)이 전술한 바와 같이 토폴로지적으로 구조화된, 그리고 또한 0.8 mm의 재료 두께를 갖는 허니콤 구조를 가진 도 6의 하측에 예시된 플레이트와 비교되었다.

두 경우 모두에서, 예시된 바와 같이 2 개의 기준 플레이트에 중심 횡선에 의한 선 하중(line load; 23)이 가해졌고, 고정 지지체(25) 및 가동 지지체(26)에 대해 1 뉴턴의 선 하중이 가해졌다(도 6의 하측 참조).

도 7에는 결과적인 부품 변형이 예시되어 있다. 즉 상측에는 허니콤 구조를 가진 플레이트의 경우의 부품 변형이, 그리고 하측에는 평면 플레이트의 부품 변형이 예시되어 있다. 하측에 예시된 평면 기준 플레이트의 경우에, 15 mm를 초과하는 변형이 얻어지고, 상측에 예시된 허니콤 구조를 가진 경우에는 선 하중 선을 따르는 최저의 영역에서 7 mm의 영역에 있다. 따라서 변형은 허니콤 구조에 의해 절반을 초과할 수 있으며, 이러한 보강은 플레이트의 평면에서 모든 방향으로 실질적으로 동일하게 적용된다. 즉, 리브 등을 가진 종래의 보강재와 달리 실질적으로 균일하다.

도 8은 부품 응력에 대한 결과를 보여주며, 이 예에서 좌측에 도시된 허니콤 구조의 경우에는 최대 부품 응력이 1.5의 영역에 있고, 반면에 평평한 기준 플레이트의 경우에는 2.5 mm이다.

따라서, 허니콤 구조가 기계적 값을 상당히 향상시키며, 이는 약 4%의 약간의 체적 증가로 인한 약간의 중량 증가를 용이하게 상쇄한다는 것을 알 수 있다.

1 공기 안내 플레이트
2 고정 요소
3 경질 부품
4 연질 부품
5 돌출 영역
6 주변 리세스
7 교차 영역
8 측부
9 베이스 요소
10 커버면
11 원뿔 측면
12 반경 6 mm의 11의 만곡된 에지
13 11의 평면 부분
14 커버면의 중심점
15 원뿔 종료면
16 커버면으로부터 원뿔 측면으로의 천이부
17 허니콤 구조를 가진 기준 플레이트
18 17의 연부 영역
19 컷-아웃
20 허니콤 형상의 베이스 요소
21 17의 구조화된 영역
22 기준면
23 선 하중
24 구조화되지 않은 영역
25 고정 지지체
26 가동 지지체
27 플라스틱 재료의 벽
28 전면
29 후면
30 그리드
31 그리드 셀
32 전면의 표면
33 후면의 표면
34 중심점 돌출 영역
35 6에서 후면의 표면의 최저의 위치
d 플라스틱 재료의 벽 두께
H 면(15) 상의 중심점의 높이
k 육각형 대변거리, 21 mm
L 기준 플레이트의 길이, 300 mm
m 기준 플레이트의 폭
v 오프셋
α 원뿔 측면의 경사 각도, 15°

Claims

표면(32)이 전면(28)을 향하는 상태로 기준면(22)을 따라 연장되는 하나 이상의 플라스틱 재료의 영역(3, 21)을 갖는 부품(1)으로서,
상기 플라스틱 재료의 영역(3, 21)에서 플라스틱 재료의 벽(27)은 0.2 내지 5 mm 범위의 벽 두께(d)를 갖고,
상기 플라스틱 재료의 영역(3, 21)에서 채널형 리세스(recess; 6)의 정연한 2 차원 그리드(grid; 30)가 형성되고, 플라스틱 재료의 벽(27)은 상기 벽 두께(d)가 실질적으로 동일하게 유지되는 상태로 상기 기준면(22)으로부터 오프셋(v) 만큼 오프셋되고,
상기 리세스(6)가 상기 벽 두께(d)의 1.5 내지 5 배의 범위인 상태에서 상기 오프셋(v)은 상기 기준면(22)으로부터 후면(29)의 표면(32)까지 상기 기준면(22)에 수직이고,
상기 그리드(30)는 상기 기준면(22)의 2 개의 방향으로 반복되는 다수의 그리드 셀(cell; 31)을 갖는 패턴을 형성하는,
플라스틱 재료의 영역을 갖는 부품.
제 1 항에 있어서,
상기 그리드 셀(31)은 삼각형, 바람직하게는 정삼각형; 사각형, 바람직하게는 정사각형, 직사각형, 마름모꼴, 로젠지(lozenge); 오각형, 바람직하게는 정오각형; 육각형, 바람직하게는 정육각형, 팔각형, 바람직하게는 정팔각형; 또는 이들 요소의 조합의 그룹으로부터 선택되고,
상기 그리드 셀(31)은 바람직하게는 2 회 이상의 회전 대칭, 바람직하게는 2, 3, 4, 5, 6 또는 8 회의 회전 대칭, 특히 바람직하게는 6 회의 회전 대칭을 갖고,
모든 상기 그리드 셀(31)은 바람직하게는 실질적으로 동일한,
플라스틱 재료의 영역을 갖는 부품.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 그리드 셀(31)의 변의 길이는 2 내지 40 mm의 범위, 바람직하게는 3 내지 30 mm의 범위, 특히 7 내지 15 mm의 범위이고, 상기 그리드 셀(31)은 바람직하게는 등변(equilateral)으로 구성되는,
플라스틱 재료의 영역을 갖는 부품.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 그리드 셀(31)은 정육각형이고, 바람직하게는 육각형의 대변거리(width across flats; k)는 15 내지 25 mm의 범위이고, 바람직하게는 플라스틱 재료의 벽 두께(d)는 0.5 내지 1.1 mm의 범위, 바람직하게는 0.7 내지 1 mm의 범위인,
플라스틱 재료의 영역을 갖는 부품.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벽 두께(d)는 0.5 내지 1.1 mm의 범위, 바람직하게는 0.7 내지 1 mm의 범위이고,
및/또는 전체 플라스틱 재료의 영역의 상기 벽 두께(d)는, 5% 미만의 편차, 바람직하게는 2% 미만의 편차를 제외하고, 파상기복(undulation)에 걸쳐 동일한,
플라스틱 재료의 영역을 갖는 부품.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
전면(28)에서 보았을 때 오목한 구조에 대한 리세스(6)는 바람직하게는 2 내지 10 mm의 범위의 곡률반경, 특히 바람직하게는 3 내지 7 mm의 범위의 곡률반경을 갖는 라운딩된 형식(rounded manner)으로 구성되고,
및/또는 상기 그리드 셀(31)의 모서리에 의해 형성된 각진 부분에 대한 리세스(6)는 바람직하게는 4 내지 10 mm의 범위의 반경으로, 특히 5 내지 7 mm의 범위의 반경으로 라운딩된 형식으로 구성되는,
플라스틱 재료의 영역을 갖는 부품.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전면(28)으로부터 보았을 때 상기 리세스(6)들 사이에 형성된 돌출 영역(5)은 볼록하게 만곡된 형식으로 구성되고, 상기 전면(28)에 대해 최대 범위로 돌출하는 중심점(34)은 바람직하게는 상기 그리드 셀(31)의 대칭 중심의 영역에 또는 그 위에 배치되는,
플라스틱 재료의 영역을 갖는 부품.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 상기 플라스틱 재료의 영역(2, 21)은 열가소성 플라스틱 재료를 포함하고, 상기 열가소성 플라스틱 재료는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리락테이트, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리비닐, 폴리에테르 또는 이들 시스템의 혼합물 또는 코폴리머의 그룹으로부터 선택되고, 특히 바람직하게는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리아미드 6, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 또는 이들 시스템의 혼합물 또는 코폴리머의 그룹으로부터 선택되고, 특히 바람직하게는 상기 플라스틱 재료의 영역(2, 21)은 폴리프로필렌(PP)을 기반으로 구성되고,
이들 플라스틱 재료는 바람직하게는 전체 성형체에 대해 60 중량% 이하의 비율로, 바람직하게는 40 중량% 이하의 비율로 충전재 및 보강재를 함유하고, 상기 충전재 및 보강재는 특히 바람직하게는 보강 섬유, 특히 유리 섬유, 탄소 섬유, 미립자, 특히 광물 충전재, 특히 활석, 쵸크(chalk), 유리 구, 파쇄된 유리, 칼슘 카보네이트, 및 이들의 혼합물의 그룹으로부터 선택되고,
상기 플라스틱 재료는 상기 충전재 및/또는 보강재와 상이한 첨가물 및/또는 골재를 20 중량% 이하의 비율로, 바람직하게는 10 중량% 이하의 비율로 더 함유하고, 상기 첨가물 및/또는 골재는 특히 바람직하게는 내충격성 개질제, 유기 또는 무기 색소, 카본블랙, 보조 디몰딩(demolding) 수단, 안정제, 특히 촉매와 같은 중합 공정으로부터의 잔류물, 또는 이들의 혼합물의 그룹으로부터 선택되는,
플라스틱 재료의 영역을 갖는 부품.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부품(1)은 상기 플라스틱 재료의 영역(2, 21)에 더하여 토폴로지 구조(topological structuring)를 갖지 않은 하나 이상의 추가 영역(4)을 가지며, 상기 하나 이상의 추가 영역은 바람직하게는 상기 부품(1)의 연부 영역이고, 상기 추가 영역(4)은 바람직하게는 다른 플라스틱 재료로, 특히 바람직하게는 주위 온도에서 탄성중합체 재료로, 특히 바람직하게는 열가소성 탄성중합체 재료(TPE)로, 특히 바람직하게는 올레핀, 특히 PP/EPDM을 기반으로 하는 열가소성 탄성중합체, 올레핀, 특히 PP/EPDM을 기반으로 하는 가교 열가소성 탄성중합체, 우레탄을 기반으로 하는 열가소성 탄성중합체, 열가소성 폴리에스테르 탄성중합체, 열가소성 코폴리에스테르, 스티롤 블록 코폴리머, 특히 SBS, SEBS, SEPS, SEEPS 및 MBS, 열가소성 코폴리아미드의 그룹으로부터 선택되는 탄성중합체 재료로 제조되고,
상기 추가 영역(4)은 바람직하게는 상기 토폴로지적으로 구조화된 플라스틱 재료의 영역(2, 21) 상에 직접 사출되는,
플라스틱 재료의 영역을 갖는 부품.
제 11 항에 있어서,
상기 추가 영역(4)은 TPE 재료를 포함하고, 상기 부품(1)의 하나 이상의 연부 영역(4)을 형성하고, 상기 부품(1)은 바람직하게는 상기 부품(1)을 다른 공작물, 특히 바람직하게는 차량 요소에 고정할 수 있는 고정 요소(2)를 더 갖는,
플라스틱 재료의 영역을 갖는 부품.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 부품은 특히 자동차 분야, 휴대 전화 분야, 전자 분야, 전기 분야, 철도 분야, 스포츠 용품 분야, 가구분야의 하우징, 커버, 형틀, 안내 요소의 그룹으로부터 선택되는 부분 또는 전체 부품이고, 특히 바람직하게는 상기 부품은 상기 자동차 분야의 공기 안내 부품 및/또는 공기 라우팅(routing) 시스템인,
플라스틱 재료의 영역을 갖는 부품.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 청구된 부품(1)을 제조하기 위한 방법으로서,
제 1 단계에서 상기 부품의 경질 부품(3)이 사출성형법 또는 압출법으로 열가소성 재료로 구성되고, 상기 제 1 단계에서 직접적으로 하나 이상의 영역(2, 21) 또는 전체 경질 부품(3)이 대응하는 몰드 성형에 의해 토폴로지적으로 구조화되거나, 또는 후속 단계에서 열 변형에 의해 토폴로지 구조가 형성되고, 더 바람직하게는 추가 영역이, 바람직하게는 상이한 플라스틱 재료의 추가 영역이, 특히 바람직하게는 열가소성 탄성중합체 재료의 추가 영역이 후속하여 사출되는,
부품의 제조 방법.
제 11 항에 따른 방법을 사용하기 위해 사출성형 몰드 또는 열성형 몰드를 구성하기 위한 방법으로서,
상부 영역(10)이 그리드 요소(31)를 사전결정하는, 그리고 라운딩된 만곡된 에지에 의해 서로 연결된 원뿔 측면(11)을 갖는 원뿔형의 다각형 절두형 원뿔로서 구성되는 베이스 요소(9)로부터 출발하여, 상기 베이스 요소(9)는 상기 그리드(30)에 따라, 바람직하게는 상기 그리드 요소(31)와 유사한 허니콤 형상의 베이스 요소(20)에 대해 배치되고, 3 내지 10 mm의 간격으로, 바람직하게는 4 내지 6 mm의 간격으로 상기 상부 영역(10)으로부터 상기 측면(11, 12)까지의 평면에서, 그리고 상기 베이스 요소가 바람직하게는 3 내지 10 mm의 범위의 반경으로, 바람직하게는 4 내지 6 mm의 범위의 반경으로 상기 리세스(6)의 형상을 형성하기 위해 천이 반경과 연결됨으로써, 그리고 이러한 방식으로 형성되는 토폴로지적으로 구조화된 경계면이 상기 몰드의 공동을 형성하도록, 그리고 상기 평면에 수직인 원하는 벽 두께에 의해 오프셋되도록 복제됨으로써 형성되는,
사출성형 몰드 또는 열성형 몰드를 구성하기 위한 방법.
특히 자동차 분야, 휴대 전화 분야, 전자 분야, 전기 분야, 철도 분야, 스포츠 용품 분야, 가구분야의 하우징, 커버, 형틀, 안내 요소로서, 특히 바람직하게는 자동차 분야의 공기 안내 부품 및/또는 공기 라우팅 시스템으로서 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 청구된 부품의 용도.