NL1032470C2 - Stootabsorberend element voor een voertuig alsmede werkwijzen voor vervaardiging daarvan. - Google Patents

Description

STOOTABSORBEREND ELEMENT VOOR EEN VOERTUIG ALSMEDE WERKWIJZEN

VOOR VERVAARDIGING DAARVAN

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een 5 stoot-absorberend element voor een voertuig, in het bijzonder een automobiel. De uitvinding heeft tevens betrekking op een van een dergelijk element vervaardigde bumper en "front-end module" van een voertuig. De uitvinding heeft voorts betrekking op werkwijzen voor het vervaardigen van een 10 verstevigingsstructuur voor een dergelijk stootabsorberend element en op werkwijzen voor het vervaardigen van een stootabsorberend element voorzien van één of meer van dergelijke verstevigingsstructuren.

In de automobielindustrie is de laatste jaren 15 ontwikkeling opgetreden dat meer en meer metalen voertuigonderdelen worden vervangen door geheel of gedeeltelijk van kunststof vervaardigde onderdelen.

Toepassing van kunststof heeft verscheidene voordelen. In veel gevallen zijn kunststof onderdelen relatief licht van 20 gewicht en goedkoop te vervaardigen. Schadegevoelige delen van het voertuig worden dan ook vaak van kunststofonderdelen vervaardigd, welke na een botsing snel een eenvoudig vervangen kunnen worden.

Er zijn bijvoorbeeld voertuigbumpers bekend bestaande 25 uit een polymeermatrix die verstevigd is met glasvezels of andere polymeervezels. Deze bekende bumpers hebben echter het bezwaar dat ze de neiging hebben om verschillende delen te breken op de positie waar de stoot (impact) als gevolg van een botsing plaatsvindt, waarbij de delen in alle richtingen 30 gekatapulteerd worden. Dit kan een gevaar voor de personen en objecten in de omgeving van het voertuig opleveren. Bovendien zal door de steeds verder stijgende testsnelheden de markt 1032470 2

, I

voor alleen glasvezelversterkte voertuigbumpers naar verwachting op den duur verdwijnen.

Tevens zijn voertuigbumpers bekend welke zijn opgebouwd uit een kunststof lichaam waarin een 5 verstevigingsstrip of langgerekte verstevigingsstructuur is aangebracht. De verstevigingsstructuur bevat ondermeer een aantal parallelle stalen koorden. Hierbij zijn de koorden gevat in kunststof, al dan niet gelijk aan de eerder genoemde kunststof. Een dergelijke bumper is bijvoorbeeld beschreven 10 in de internationale octrooiaanvrage WO 03/076234 Al van Aanvraagster. Een dergelijke bumper heeft een verbeterde stootweerstand als gevolg van een botsing en vertoont een verbeterde integriteit gedurende en na de stoot (impact). Aan de bekende bumper kleeft echter een aantal bezwaren.

15 Een eerste bezwaar is dat wanneer de bumper vervaardigd wordt middels een compressiepers- ("compression moulding") techniek, de verstevigingskoorden tijdens het persen in het persgereedschap kunnen verschuiven, zodat de kans groot is dat in het eindproduct de verstevigingskoorden 20 in de bumper zich niet meer op de gewenste positie bevinden. Dit kan tot gevolg hebben dat de bumper een onvoldoende stootweerstand biedt. Dit gebrek aan reproduceerbaarheid in het fabricageproces is ongewenst.

Wanneer daarentegen gebruik wordt gemaakt van een 25 spuitgiet- ("injection moulding") techniek voor het vervaardigen van de bumper, kunnen problemen van andere aard optreden. Gebleken is bijvoorbeeld dat het moeilijk is om de verstevigingsstructuur stevig in het omliggende kunststof lichaam te verankeren.

30 Het is een doel van de uitvinding een verbeterd stootabsorberend element te verschaffen waarin tenminste één van de hierboven genoemde bezwaren volgens de stand van de techniek is ondervangen.

3

Het is tevens een doel van de uitvinding een werkwijze te verschaffen voor het vervaardigen van een verstevigingsstructuur.

Het is voorts een doel van de uitvinding een 5 werkwijze te verschaffen voor het vervaardigen van een van een dergelijke verstevigingsstructuur voorzien stootabsorberend element.

Volgens een eerste aspect van de onderhavige uitvinding wordt daartoe een stoot-absorberend element voor 10 een voertuig, in het bijzonder een automobiel, verschaft, waarbij het element omvat: - een lichaam omvattende een thermoplastisch polymeer materiaal; - een in het lichaam voorzien langgerekte 15 verstevigingsstructuur omvattende een aantal zich in hoofdzaak evenwijdig uitstrekkende metalen verstevigingskoorden en een aantal tussen de koorden aangebrachte positioneringselementen voor het onderling in hoofdzaak evenwijdig houden van de metalen 20 verstevigingskoorden vóór en tijdens het fabricageproces. De positioneringselementen, in een voordelige uitvoering gevormd door inslagdraden, en in een nog voordeligere uitvoering gevormd door temperatuurbestendige inslagdraden, zorgen ervoor dat de verstevigingskoorden vóór, tijdens en na het 25 fabricageproces op de juiste wijze gepositioneerd blijven, ondanks de bij het fabricageproces optredende (dwars-)krachten. Daarmee is de vervaardiging van de elementen, ook bij toepassing van een compressiepers-techniek, een goed reproduceerbaar proces geworden. Een dergelijk element heeft 30 voorts verbeterde stootabsorberende eigenschappen ten opzichte van elementen waarin de verstevigingskoorden dergelijke positioneringselementen ontberen.

4

Volgens een eerste voorkeursuitvoeringsvorm omvat de verstevigingsstructuur tevens een om de verstevigingskoorden en positioneringselementen voorziene matrix welke matrix thermoplastisch polymeer materiaal omvat. Eenmaal ingebed in 5 een dergelijke matrix kan de verstevigingsstructuur eenvoudig in een stootabsorberend element verwerkt worden.

Volgens een verdere voorkeursuitvoering omvat de matrix van de verstevigingsstructuur tevens een of meer random vezelstructuren, bijvoorbeeld een random structuur van 10 glasvezels, voor verankering van de metalen koorden. Gebleken is dat dergelijke random vezelstructuren een verbeterde positionering van de koorden tot stand kunnen brengen, met name in die situaties waarin het stootabsorberende element via een compressiepersproces gefabriceerd wordt. De random 15 vezelstructuur kan hierbij aan een zijde van het door de metalen koorden en positioneringselementen opgespannen vlak zijn voorzien, maar random vezelstructuren aan beide zijden van het genoemde vlak hebben in de meeste gevallen de voorkeur.

20 Wanneer gesproken wordt van een random vezelstructuur wordt hierin in een verdere voorkeursuitvoering verstaan een laag of strook opgebouwd uit in elkaar hakende vezels, bijvoorbeeld basaltvezels of, bij voorkeur, glasvezels. Wanneer de verstevigingskoorden bijvoorbeeld zijn opgebouwd 25 uit twee of meer in elkaar gedraaide metalen strengen en wanneer de glasvezels zodanige afmetingen hebben dat deze de matrix voldoende verstevigen, zorgt dit voor een zekere mate van mechanische verankering van de random vezelstructuur aan de koorden.

30 De vezellengte van een dergelijke random vezelstructuur bedraagt bij voorkeur tussen de 1 cm en 10 cm. Gebleken is dat de random vezelstructu(u)r(en) een dikte van maximaal circa 2 mm, bij voorkeur maximaal circa 1 mm, heeft 5 (hebben). Deze waarden gelden voor de vezelstructuur in gebruikstoestand. De dikte van de vezelstructuur in de oorspronkelijke toestand, voordat deze in het product is aangebracht, bedraagt de dikte maximaal circa 2 cm, bij 5 voorkeur maximaal circa 1 cm.

In een verdere voorkeursuitvoering omvat de matrix tevens ten minste één glasweefsel· dat aan een zijde van het door de metalen koorden en positioneringselementen opgespannen vlak is voorzien of, in een andere voorkeurs-10 uitvoeringsvorm, aan beide zijden van het genoemde vlak zijn voorzien. Dergelijke weefsels beschermen de koorden tegen afschuiving tijdens een compressiepersproces.

Bij voorkeur is het glasweefsel een weefsel van glasvezels en "comingled" kunststof garen, bij voorkeur 15 polypropyleen garen. Een dergelijk weefsel laat zich relatief goed door het polymeermateriaal van de verstevigings-constructie en/of van het lichaam impregneren, hetgeen bijvoorbeeld de bescherming tegen de dwarskrachten die kunnen optreden bij het vloeien van het materiaal in geval van een 20 compressiepers-fabricageproces, verbetert.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm zijn de een of meer random vezelstructuren aangebracht tussen enerzijds de metalen verstevigingskoorden en anderzijds het eerder genoemde glasweefsel.

25 In een nog verdere voorkeursuitvoeringsvorm is aan weerszijden van de verstevigingskoorden met positioneringselementen een polymeerlaag, op elk van de polymeerlagen ten minste een random vezelstructuur, op elk van de random vezelstructuren ten minste een verdere 30 polymeerlaag, en op elk van de verdere polymeerlagen ten minste een glasweefsel en op elk van de glasweefsels ten minste een afsluitende polymeerlaag voorzien.

6

In een nog verdere voorkeursuitvoering is de verstevigingsconstructie in axiale richting in hoofdzaak symmetrisch uitgevoerd, teneinde een zogenaamd "bimetaal-effect te voorkomen.

5 Volgens een verdere voorkeursuitvoering zijn de koorden opgebouwd uit verscheidene metalen filamenten met een diameter van 0,5 mm of kleiner, bij voorkeur 0,3 mm of kleiner, die om elkaar heen zijn geslagen (zijn getwijnd), zodat een structuur ontstaat waarin de filamenten 10 hoofdzakelijk in koordrichting liggen. De filamenten brengen sterkte en stijfheid en het heeft daarom de voorkeur dat deze in de lengterichting, dat wil zeggen de belastingsrichting, liggen. Door de filamenten te twijnen ontstaat bovendien een enigszins ruw oppervlak dat zich beter mechanisch laat 15 verankeren.

Volgens een verdere voorkeursuitvoering zijn aan het element bevestigingsmiddelen voorzien voor bevestiging van het element aan het voertuig.

In een verdere voorkeursuitvoering is het 20 thermoplastisch polymeermateriaal van het lichaam en/of het thermoplastisch polymeermateriaal van de matrix polymeer materiaal gekozen uit de groep van thermoplasten zoals bijvoorbeeld polypropeen, polyetheen, polyethylene teraphtalate, polybutylene teraphtalate, polyamide, 25 polycarbonaat of mengsels hiervan.

Met een element zoals hierboven gedefinieerd kan een bumper van een voertuig, in het bijzonder een automobiel, met uitstekend stootabsorberende eigenschappen vervaardigd worden. De metalen koorden strekken zich in de langsrichting 30 van de bumper uit. De bumper wordt aan weerszijden met bevestigingsvoorzieningen van de auto bevestigd. De verstevigingsstructuur zorgt ervoor dat bij een botsing de bumper de stoot absorbeert met een sterk verminderde kans dat 7 delen van de bumper losschieten en een gevaar voor de omgeving zouden kunnen veroorzaken.

Een andere toepassing betreft een "front-end" module van een voertuig. Een "front-end" module is aan de voorzijde 5 van het voertuig voorzien en aan weerszijden aan het voorste uiteinde van het voertuig bevestigd voertuigonderdeel, waarin bijvoorbeeld de koplampen, de radiator en/of een of meer bumpers worden bevestigd. Een dergelijke front-end module kan een of meer van de stoot-absorberende elementen omvatten, 10 zodat de module een botsing (gedeeltelijk) kan opvangen maar desalniettemin lichtgewicht worden uitgevoerd en tegen relatief lage kosten kan worden vervaardigd.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van een front-end module omvat deze een lichaam voorzien van twee of meer 15 verstevigingsstructuren alsmede onderste en bovenste bevestigingsmiddelen ter bevestiging van het lichaam aan onderste en bovenste bevestigingsvoorzieningen aan het voertuig, waarbij de module is ingericht zodat in gemonteerde toestand een eerste verstevigingstructuur zich uitstrekt 20 tussen twee bovenste bevestigingsmiddelen en ten minste één verstevigingsstructuur zich schuin vanaf de eerste verstevigingsstructuur naar ten minste een onderste bevestigingsmiddel uitstrekt.

Volgens een verder aspect van de onderhavige 25 uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het vervaardigen van een verstevigingsstructuur voor een lichaam van een stoot-absorberend element voor een voertuig, in het bijzonder een automobiel, de werkwijze de stappen omvattende van: 30 - het verschaffen van een aantal zich in hoofdzaak evenwijdig uitstrekkende metalen verstevigingskoorden en een aantal tussen de koorden aangebrachte positioneringselementen 8 voor het onderling in hoofdzaak evenwijdig houden van de metalen verstevigingskoorden; - het rondom de verstevigingskoorden en positioneringselementen aanbrengen van ten minste één van een 5 matrix van polymeer materiaal, een of meer random vezelstructuren en een of meer glasweefsels.

Volgens een verder aspect van de onderhavige uitvinding wordt de werkwijze verschaft voor het vervaardigen van een stoot-absorberend element voor een voertuig, de 10 werkwijze de stappen omvattende van: - het verschaffen van een verstevigingsstructuur omvattende in hoofdzaak evenwijdige metalen verstevigingskoorden voorzien van positioneringselementen voor het onderling in hoofdzaak evenwijdig houden van de 15 verstevigingskoorden; - het verschaffen van een of meer lagen die thermoplastisch polymeermateriaal omvatten; - het in een persvorm brengen van een voorverwarmde stapel van de verstevingsstructuur met de een of meer 20 polymeerlagen; - het samendrukken van het geheel van verstevigingstructuur met vervloeid polymeermateriaal voor het in de gewenste vorm brengen daarvan; - het afkoelen van de in de gewenste vorm gebrachte 25 verstevigingsstructuur met het daaromheen aangebrachte polymeermateriaal.

In deze werkwijze wordt gebruik gemaakt van een compressieperstechniek. De genoemde stapel wordt hierbij opgewarmd tot een temperatuur van ruim boven het smeltpunt 30 van het polymeermateriaal en de stapel wordt samengedrukt tot een druk van circa 200 bar.

Volgens een verder aspect van de onderhavige uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het 9 vervaardigen van een stoot-absorberend element, de werkwijze de stappen omvattende van: - het verschaffen van een verstevigingsstructuur omvattende in hoofdzaak evenwijdige metalen 5 verstevigingskoorden voorzien van positioneringselementen voor het onderling in hoofdzaak evenwijdig houden van de verstevigingskoorden; - het aanbrengen van een of meer fixeringsopeningen tussen de metalen verstevigingskoorden in de 10 verstevigingsstructuur; - het in een spuitgietvorm plaatsen van de van fixeringsopeningen voorziene verstevigingsstructuur; - het in de spuitgietvorm spuitgieten van thermoplastisch polymeermateriaal voor het rondom de verstevigings- 15 structuur aanbrengen van een lichaam van polymeermateriaal, waarbij het polymeermateriaal tevens in de fixeringsopeningen terechtkomt ter fixering van de verstevigingstructuur in het lichaam. In een bepaalde uitvoeringen strekken de openingen zich niet geheel door de verstevigingsstructuur uit. In 20 andere uitvoeringen echter vormen de fixeringsopeningen doorgangen door de verstevigingsstructuur.

In een verdere uitvoering zijn uitstekende delen in de spuitgietvorm voorzien voor het positioneren van de verstevigingsstructuur. Tussen de uitstekende delen vormt •25 zich de verbinding tussen beide zijden van de verstevigingsstructuur die is voorzien van de eerder genoemde corresponderende fixeringsopeningen om een versmelting van beide materiaalstromen mogelijk te maken.

Bij voorkeur zijn in injectievorm uitsteeksels 30 voorzien voor het in het lichaam van het element voorzien van corresponderende uitsparingen. Wanneer bijvoorbeeld blokvormige uitsteeksels in de spuitgietvorm zijn aangebracht zorgen deze voor blokvormige uitsparingen in het lichaam van I * 10 het stootabsorberende element, hetgeen een gunstig effect op het gewicht van het element heeft.

Volgens een verder aspect van de onderhavige uitvinding wordt een werkwijze verschaft voor het 5 vervaardigen van een front-end module van een voertuig, in het bijzonder een automobiel, de werkwijze de stappen omvattende van: - het vervaardigen van een langgerekte eerste verstevigings structuur; 10 - het vervaardigen van een of meer langgerekte tweede verstevigingstructuren; - het schuin ten opzichte van de eerste verstevigingsstructuur plaatsen van de tweede verstevigingstructuren; 15 - het vormen van een lichaam van thermoplastische polymeermateriaal om de eerste en tweede verstevigingstructuren, - het verschaffen van bovenste bevestigingsmiddelen ter bevestiging van de eerste verstevigingstructuur aan 20 bovenste bevestigingsvoorzieningen in het voertuig; en - het verschaffen van onderste bevestigingsmiddelen ter bevestiging van de een of meer tweede verstevigingstructuren aan onderste bevestigingsvoorzieningen in het voertuig.

25 In de bovengenoemde werkwijzen is de verstevigings structuur bij voorkeur opgebouwd volgens een van de hierin gedefinieerde voorkeursuitvoeringen daarvan.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige zullen worden verduidelijkt aan de hand van de 30 beschrijving van enige voorkeursuitvoeringsvormen daarvan. In de beschrijving wordt verwezen naar de bijgevoegde figuren, waarin tonen: , r 11

Figuren 1A-1C dwarsdoorsneden van verschillende uitvoeringen van een verstevigingsstructuur voor een stoot-absorberend element volgens de stand van de techniek;

Figuur 2A-2C respectievelijke dwarsdoorsneden van een 5 eerste, tweede en derde voorkeursuitvoeringsvorm van een verstevigingsstructuur volgens de uitvinding;

Figuren 3A-3C respectievelijke dwarsdoorsneden van een vierde, vijfde en zesde voorkeursuitvoeringsvormen van de verstevigingsstructuur volgens de uitvinding; 10 Figuren 4A-4C respectievelijke dwarsdoorsneden van een zevende, achtste en negende voorkeursuitvoeringsvorm van een verstevigingsstructuur volgens de uitvinding;

Figuur 5 een schematisch aanzicht in perspectief van een bumper omvattende een polymeerlichaam waarin een 15 verstevigingsstructuur volgens een van de voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding is aangebracht;

Figuur 6A-6C opeenvolgende stadia van een compressieperswerkwijze volgens de uitvinding;

Figuur 7 een gedeeltelijk opengesneden aanzicht in 20 perspectief van een verdere uitvoeringsvorm van een verstevigingsstructuur volgens de uitvinding;

Figuur 8 een dwarsdoorsnede door een stootabsorberend element voorzien van de uitvoeringsvorm van figuur 7;

Figuur 9 een aanzicht van een eerste uitvoeringsvorm 25 van een front-end module volgens de onderhavige uitvinding; en

Figuur 10 een aanzicht in perspectief van een van stootabsorberend element waarin het lichaam is voorzien van een aantal blokvormige uitsparingen.

30 In figuur 5 is een schematische weergave getoond van een stootabsorberend element 1, in dit geval een bumper. De bumper is opgebouwd uit een kunststof lichaam 2 waarin een langgerekt verstevigingsstructuur 3 is aangebracht. Het 12 lichaam 2 is opgebouwd uit een thermoplastisch polymeer-materiaal, zoals polypropyleen. De verstevigingsstructuur 3 is aangebracht om het element 1 de juiste stootabsorberende en integriteit-behoudende eigenschappen te verschaffen.

5 Schematisch weergegeven zijn linker en rechter bevestigingsmiddelen 4, 5 waarmee de bumper aan een respectievelijk linker en rechter bevestigingsvoorziening van een automobiel/ meestal voorzien aan het voorste uiteinde van het voertuigchassis, kan worden bevestigd. In de weergegeven 10 uitvoeringsvorm is het verstevigingselement 3 gekoppeld aan de bevestigingsmiddelen 4, 5, maar in andere (niet weergegeven) uitvoeringsvormen is dit niet geval. In de eerder genoemde publicatie WO 03/076234 Al, waarvan de inhoud als hier ingelast dient te worden beschouwd, zijn diverse 15 vormen van dergelijke met een verstevigingsstructuur versterkte voertuigbumpers beschreven.

De verstevigingsstructuur 3 kan, afhankelijk van de toepassing en de daarbij behorende eisen die aan het stootabsorberend element worden gesteld en van de 20 vervaardigingswijze van het element, verschillende vormen aannemen. In figuren 1-4 zijn diverse vormen van verstevigingsstructuren weergegeven.

Figuur IA toont een dwarsdoorsnede van een verstevigingsstructuur 3 die slechts is opgebouwd uit een 25 aantal parallelle staalkoorden 6. Gebleken is dat indien de verstevigingsstructuur op deze wijze is uitgevoerd en het stootabsorberende element wordt vervaardigd met behulp van een compressieperstechniek, de verstevigingskoorden tijdens het vervaardigingsproces kunnen verschuiven, waardoor het 30 gewenste patroon van koorden niet gehandhaafd blijft. Wanneer het bijvoorbeeld de bedoeling is de koorden uniform over de structuur te verdelen, is de kans groot dat tijdens het persen de uniforme verdeling verloren gaat. Dit is nadelig 13

voor de kwaliteit van het element en met name de schokabsorberende eigenschappen daarvan. In de praktijk is het derhalve niet haalbaar gebleken om een schokabsorberende elementen van de gewenste eigenschappen op deze wijze te 5 vervaardigen. Hetzelfde geldt voor de in figuren 1B en 1C

weergegeven uitvoeringen van de verstevigingsstructuur. In de figuur 1B weergegeven uitvoering zijn de metalen verstevigingskoorden aangebracht in een de koorden 6 omgevende matrix 7, bij voorkeur een matrix van 10 thermoplastisch polymeermateriaal. In figuur 1C omvat de matrix 8 een met glasvezels versterkt thermoplastisch polymeermateriaal. Ook in deze uitvoeringen van de verstevigingsstructuur is het niet mogelijk gebleken omr althans met behulp van een compressieperstechnieken, een 15 stootabsorberend element van de gewenste schokabsorberende eigenschappen te vervaardigen.

Wanneer voor het vervaardigen van het stoot-absorberende element 1 een alternatieve techniek zoals een spuitgietproces, wordt toegepast, kunnen andersoortige 20 problemen optreden. In geval van spuitgieten laat de hechting tussen het kunststof polymeermateriaal van het lichaam 2 en de verstevigingsstructuur 3 vaak te wensen over, waardoor het moeilijk is gebleken om schokabsorberende elementen van de geschikte eigenschappen te vervaardigen.

25 In figuren 2A-2C zijn respectievelijk een eerste, tweede en derde voorkeursuitvoeringsvorm van een verstevigingsstructuur volgens de uitvinding weergegeven.

Figuur 2A toont een eerste uitvoering waarin de in hoofdzaak parallelle verstevigingskoorden 6 van de 30 verstevigings-structuur 3 onderling verbonden zijn met behulp van een aantal draden 10, ook wel inslagdraden genoemd. De inslagdraden 10 strekken zich schuin of dwars op de 14 langsrichting van de koorden 10 uit en hebben als primaire functie het bijeenhouden van de verstevigingskoorden 6.

Weergegeven is dat de inslagdraden 10 in een soort golfpatroon rondom de verstevigingskoorden 6 zijn 5 aangebracht, doch dit is slechts een van de vele alternatieve manieren om met behulp van inslagdraden 10 de koorden onderling te koppelen.

Wanneer een uitvoeringsvorm van de verstevigings-structuur 3 zoals weergegeven in een van de figuren 2A-2C, 10 wordt gebruikt voor het vervaardigen van een schokabsorberend element 1 met behulp van een compressieperstechniek, zal er bij het in de juiste vorm persen van het element een verminderde mate van afschuiving van de verstevigingskoorden 6 plaatsvinden. Dit is in meer detail in figuur 5 15 weergegeven.

Figuur 6a toont een verstevigingsstructuur 3 conform de in figuur 2B weergegeven voorkeursuitvoering waarin, conform de tweede voorkeursuitvoeringsvorm, met inslagdraden 10 gekoppelde verstevigingskoorden 6 zijn aangebracht.

20 Bovenop de verstevigingsstructuur 3 is een laag 11, bij voorbeeld een folie, van thermoplastisch polymeermateriaal geplaatst. De stapel 12 van folie 11 en verstevigingsstructuur 3 wordt geplaatst in een persgereedschap 13 (figuur 6B) waarvan de binnenzijde 14 een 25 voor het stootabsorberende element, zoals een bumper of dergelijke, gewenste vorm heeft. Met behulp van een perselement 15 wordt de stapel 12 in de vorm 13 gedrukt. De stapel 12 wordt verwarmd, bijvoorbeeld door verwarming van het persgereedschap 13, zodat de stapel een temperatuur van 30 circa 210 graden Celsius bereikt. Als gevolg van deze verhoogde temperatuur wordt de thermoplastische laag 11 (en, in de in figuren 2B en 2C weergegeven uitvoeringen, het thermoplastische materiaal 7,8 van de verstevigingstructuur) 15 plastisch en komt terecht rondom de verstevigingskoorden 6. Het geheel wordt onder druk gebracht (met een druk van kenmerkend circa 200 bar) waardoor een lichaam 2 van gewenste vorm ontstaat. Wanneer de verstevigingskoorden 6 onderling 5 niet verbonden zijn, zal als gevolg van de perskracht door het perselement 15 de koorden 6 tijdens het persproces verschuiven, hetgeen kan resulteren in een ongewenste verdeling van de koorden in het element 1. Wanneer echter de verstevigingskoorden 6 met behulp van inslagdraden 10 op 10 juiste wijze ten opzichte van elkaar opgelijnd blijven, bezit het element 1 na de compressiepersbehandeling een verstevigingsstructuur 3 waarin de verstevigingskoorden 6 op de gewenste wijze verdeeld zijn, zoals is weergegeven in figuur 6C.

15 In de praktijk is gebleken dat de inslagdraden 10 in veel gevallen te weinig bescherming bieden tegen dwarsverplaatsing ten gevolge van de persdruk wanneer het thermoplastische materiaal van het lichaam en/of van de verstevigingsstructuur 3 zelf gaat vloeien. In de figuren 3A-20 3C en 4A-4C weergegeven uitvoeringen is daarom een glasweefsel 16 aan de matrix van de verstevigingsstructuur 3 toegevoegd. In de in figuren 3A-3C weergegeven uitvoeringen is het glasweefsel aan één zijde van de verstevigingskoorden 6 in de matrix 7 aangebracht, terwijl de in figuren 4A-4C 25 weergegeven uitvoeringen het glasweefsel 16 aan beide zijde daarvan in de matrix 8 is aangebracht. Wanneer bij het vervaardigen van de verstevigingsstructuur 3 glasvezel 16 aan één zijde wordt voorzien, zoals het geval is in de in figuren 3A-3C weergegeven uitvoeringen, blijkt het glasvezel een 30 positieve invloed te hebben op de mate van afschuiving als gevolg van het aandrukken van de verstevigingsstructuur 3 in het persgereedschap.

16

Bijzonder goede resultaten zijn bereikt wanneer het glasweefsel is opgebouwd uit een weefsel van glasvezels en "comingled" kunststofgaren, bij voorkeur van polypropyleen of soortgelijke kunststof vervaardigd garen. Een dergelijk 5 weefsel kan relatief goed het thermoplastisch polymeermateriaal van het lichaam 2 en/of van de rest van de verstevigingsstructuur 3 impregneren, waarbij een goede bescherming tegen afschuiving wordt verschaft.

De kans op ongewenste afschuiving van de 10 verstevigingskoorde tijdens het fabricageproces wordt verder verminderd indien het glasweefsel 16 aan beide zijden van de verstevigingskoorden wordt aangebracht, zoals in de figuren 4A-4C weergegeven uitvoeringen.

Gebleken is dat eveneens verbeterde resultaten 15 bereikbaar zijn wanneer, conform de derde, zesde en negende uitvoeringen volgens respectievelijk figuren 2C, 3C en 4C, de matrix 8 voorzien is van glasvezels, in het bijzonder in de vorm van een of meer random vezelstructuren 17. De beste resultaten kunnen worden met de in figuur 4C weergegeven 20 negende uitvoeringsvorm, waarin niet alleen glasweefsel 16 aan beide zijden van de verstevigingskoorden 6 is aangebracht, maar waarbij tevens tussen elk van de glasweefsels 16 en de verstevigingskoorden 6 een random vezelstructuur 17 is aangebracht.

25 De random vezelstructuur 17 bestaat uit gehakte glasvezels met een beperkte vezellengte. De random vezelstructuur 17 wordt vervaardigd door glasvezels met behulp van een hakselaar telkens met een vooraf bepaalde vezellengte af te knippen en op een transportband te 30 plaatsen. De op de transport geplaatste glasvezels worden in een zogenaamde "nadelbak" geleid waardoor een maximaal 2 cm, bij voorkeur 1 cm dikke mat (gewicht circa 900 gr/m2, andere gewichten zijn echter ook denkbaar) van in elkaar hakende 17 glasvezels wordt verschaft. De random vezelstructuur zorgt voor een aanvullende mechanische verankering tussen de verstevigingskoorden 6 en de rest van de verstevigingsstructuur 3. Dit is het gevolg van de 5 omstandigheid dat individuele glasvezels blijven "haken" achter de strengen waaruit de verstevigingskoorden zijn opgebouwd.

Wanneer het stoot absorberende element wordt vervaardigd met een spuitgiettechniek is het afschuiven van 10 de verstevigingskoorden minder een issue aangezien de bij dit vervaardigingsproces optredende drukken veel lager zijn. Bij het vervaardigen van een stootabsorberend element 1 wordt een verstevigingsstructuur 3 op bekende wijze in een spietgietmatrijs aangebracht, waarbij via toevoermonden 15 kunststofmateriaal, bij voorkeur thermoplastische polymeer materiaal, in de matrijs geïnjecteerd wordt. De ruimte tussen de binnenwand van de pers en de verstevigingsstructuur 3 wordt hierbij opgevuld door kunststof die de verstevigingsstructuur 3 geheel omsluit. Na afkoeling van het 20 geheel, is een kunststof lichaam 2 voorzien van een gewenste verstevigingsstructuur 3 gecreëerd. Een bij dit vervaardigingsproces optredende probleem is echter dat de verstevigingsstructuur 3 slecht verankerd is in het daaromheen aangebrachte lichaam. Om toch een voldoende mate 25 van verankering tussen het lichaam en de verstevigingsstructuur te creeren, wordt de in figuren 7 en 8 geïllustreerde techniek toegepast.

Figuur 7 toont een verstevigingsstructuur volgens de in figuur 1D weergegeven, op zich bekende uitvoering.

30 Evenzeer kunnen echter de in figuur 1C of de in de figuren 2-4 weergegeven uitvoeringen worden toegepast. Getoond is een matrix 20 waarin op bekende wijze verstevigingskoorden 6 zijn aangebracht. De verstevigingskoorden 6 zijn echter met 18 zodanige tussenafstanden aangebracht, dat op enige plaatsen in de verstevigingsstructuur 3 ruimte ontstaat voor openingen 21. De openingen 21 verschaffen een doorgang door de verstevigingsstructuur, welke doorgangen bij het 5 productieproces kunnen worden ingezet.

In figuur 8 is in schematische vorm een doorsnede gegeven van een met behulp van een spuitgietproces vervaardigd stootabsorberende element. Allereerst wordt de in figuur 8 weergegeven verstevigingsstructuur 20 verwarmd en 10 een mal aangebracht zodat de verstevigingsstructuur 20 een willekeurige vorm, bijvoorbeeld de in de figuur 8 weergegeven vorm, verkrijgt. Wanneer de aldus gevormde verstevigingsstructuur 20 in een spuitgietmal (niet weergegeven) wordt geplaatst, en thermoplastisch materiaal geïnjecteerd wordt, 15 zal het thermoplastische materiaal niet alleen de verstevigingsstructuur 3 omgeven maar tevens ter plaatse van de doorgangen verbindingsstukken 22 vormen waarmee de verstevigingsstructuur 20 binnen het lichaam 2 van het element 1 gefixeerd wordt.

20 In figuur 9 is een verdere voorkeursuitvoering van de uitvinding weergegeven. De uitvoering betreft een "front-end" module 30 van een voertuig. Een dergelijke front-end module 30 is opgebouwd uit een liggend stootabsorberend element 31 en een het element 31 ondersteunend steunelement 32. Het 25 stootabsorberende element 31 is opgebouwd uit een aantal koorden 33 omvattende verstevigingsstructuur 34, conform een van de hierin beschreven uitvoeringen van een dergelijke structuur. Om de verstevigingsstructuur 34 is een kunststof 35 is aangebracht. Evenzo bestaat het steunelement 32 uit een 30 een aantal in hoofzaak V-vorm aangebrachte verstevigings-koorden 36 bevattende verstevigingsstructuur 37 waaromheen het eerder genoemde kunststof lichaam 35 is aangebracht. De verstevigingsstructuur 34 en de verstevigingsstructuur 37 van 19 het steunelement 32 zijn niet met elkaar gekoppeld of omvatten voorzieningen waarmee deze aan elkaar te koppelen zijn. Aan weerszijden van het liggende deel 31 zijn bovenste bevestigingsmiddelen 40 en 41 en onderste bevestigings-5 middelen 42 en 43 voorzien van het bevestigen van de front-end module 30 aan respectievelijk de bovenste en onderste bevestigingsvoorzieningen (niet weergegeven) van het voertuig.

Aan de front-end module 30 kunnen op bekende wijze 10 verdere onderdelen van het voertuig worden bevestigd, zoals bumpers, een radiator, koplampen en dergelijke. Het liggende schokabsorberende element 31 heeft als primaire functie het opvangen van de stoot (impact) in geval van een botsing met een object, terwijl het steunelement 32 als primaire functie 15 heeft het ondersteunen of "schoren" van het eerder genoemde liggende element 31.

In de getoonde uitvoering van de front end module wordt een verstevigingsconstructie volgens een van de hierin genoemde voorkeursuitvoeringsvormen toegepast, zodat het 20 geheel een relatief laag gewicht bij gelijkblijvende stijfheid kan bezitten. Meer in het bijzonder is het liggend element 31 voorzien van een verstevigingsstructuur volgens een van de in figuren 2-4 getoonde uitvoeringsvormen, bij voorkeur de in figuur 3B, 3C, 4B of 4C getoonde uitvoeringen. 25 Het steunelement 32 kan een verstevigingsstructuur van dezelfde uitvoering hebben, maar uitvoeringen zoals getoond in figuren 1A-1C behoren eveneens tot de mogelijkheden. Het is zelfs mogelijk om het normaliter rondom de verstevigingsstructuur aanwezige kunststof lichaam 30 gedeeltelijk weg te laten. Dit heeft als een voordeel een verdere reductie van het gewicht en prijs van de constructie.

In een andere uitvoeringsvorm, zoals in figuur 10 is weergegeven, is om de verstevigingsstructuur toch een lichaam 20 gevormd om torsie in de module 30 tegen te gaan. In de in figuur 11 weergegeven uitvoeringsvorm zijn echter verscheidene uitsparingen 44 in het lichaam aangebracht om het geheel lichter van gewicht te maken. In het geval dat 5 dergelijke steunelementen met behulp van een spuitgietproces wordt vervaardigd, kunnen deze uitsparingen 44 eenvoudig worden aangebracht door in de spuitgietmatrijs aan weerszijden van de daarin geplaatste verstevigingsstructuur 3 een aantal blokken te plaatsen. Wanneer de matrijs dan 10 geïnjecteerd wordt met kunststof, zal ter plaatse van de blokken geen kunststof materiaal terecht komen hetgeen leidt tot de genoemde uitsparingen 44.

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de hierin beschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan. De 15 gevraagde rechten worden veeleer bepaald door de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

1032470

Claims (32)

1. Stoot-absorberend element (impact-absorbing element) voor een voertuig, in het bijzonder een automobiel, 5 omvattende: - een lichaam omvattende een thermoplastisch polymeer materiaal; - een in het lichaam voorzien langgerekte verstevigingsstructuur omvattende een aantal zich in 10 hoofdzaak evenwijdig uitstrekkende metalen verstevigingskoorden en een aantal tussen de koorden aangebrachte positioneringselementen voor het onderling in hoofdzaak evenwijdig houden van de metalen verstevigingskoorden vóór en tijdens het fabricageproces.

2. Element volgens conclusie 1, waarin de verstevigingsstructuur tevens een om de verstevigingskoorden en positioneringselementen voorziene matrix omvat welke matrix thermoplastisch polymeer materiaal omvat.

3. Element volgens conclusie 2, waarbij de matrix 20 tevens een of meer random vezelstructuren voor verankering van de metalen koorden omvat.

4. Element volgens conclusie 3, waarbij een random vezelstructuur aan ten minste een zijde van het door de metalen koorden en positioneringselementen opgespannen vlak 25 is voorzien.

5. Element volgens conclusie 3, waarbij random vezelstructuren aan weerszijden van het door de koorden en positioneringselementen opgespannen vlak zijn voorzien.

6. Element volgens conclusie 3, waarbij een random 30 vezelstructuur is opgebouwd uit in elkaar hakende glasvezels.

7. Element volgens conclusie 6, waarbij de verstevigingskoorden zijn opgebouwd uit twee of meer metalen strengen en waarbij de glasvezels van een random 1032470 vezelstructuur zodanige afmetingen hebben dat deze zich verankeren tussen opeenvolgende strengen van de metalen koorden.

8. Element volgens conclusie 6 of 7, waarin de 5 vezellengte tussen 1 cm en 10 cm bedraagt.

9. Element volgens een van de conclusies 3-8, waarbij de random vezelstructuur een dikte heeft van maximaal circa 2 mm, bij voorkeur maximaal circa 1 mm.

10. Element volgens een van de conclusies 2-9, 10 waarbij de matrix tevens ten minste één glasweefsel omvat dat aan ten minste een zijde van het door de metalen koorden en positioneringselementen opgespannen vlak is voorzien.

11. Element volgens een van de conclusies 2-9, waarbij glasweefsels aan weerszijden van het door de koorden 15 en positioneringselementen opgespannen vlak zijn voorzien.

12. Element volgens conclusie 10 of 11, waarin het glasweefsel een weefsel van glasvezels en "comingled" kunststof garen, bij voorkeur polypropyleen garen, omvat.

13. Element volgens een van de conclusies 10-12, 20 waarbij de een of meer random vezelstructuren zijn aangebracht tussen enerzijds de metalen verstevigingskoorden en anderzijds een glasweefsel.

14. Element volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij aan weerszijden van de verstevigingskoorden met 25 positioneringselementen een polymeerlaag, op elk van de polymeerlagen ten minste een random vezelstructuur, op elk van de random vezelstructuren ten minste een verdere polymeerlaag, en op elk van de verdere polymeerlagen ten minste een glasweefsel en op elk van de glasweefsels ten 30 minste een afsluitende polymeerlaag is voorzien.

15. Element volgens een van de voorgaande conclusies, waarin de verstevigingsconstructie in axiale richting in hoofdzaak symmetrisch is uitgevoerd.

16. Element volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de metalen koorden zijn vervaardigd van staal.

17. Element volgens een van de voorgaande conclusies, waarin koorden zijn opgebouwd uit verscheidene, getwijnde 5 metalen filamenten met een diameter van 0,5 mm of kleiner, bij voorkeur 0,3 mm of kleiner.

18. Element volgens een van de voorgaande conclusies, waarin aan het element bevestigingsmiddelen zijn voorzien voor bevestiging van het element aan het voertuig.

19. Element volgens een van de voorgaande conclusies, waarin positioneringselementen gevormd worden door kunststof inslagdraden.

20. Element volgens conclusie 20, waarin de inslagdraden zijn vervaardigd van een materiaal met een 15 temperatuurbestendigheid hoger dan de smeltemperatuur van het polymeermateriaal.

21. Element volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het thermoplatisch polymeermateriaal van het lichaam en/of het thermoplastisch polymeermateriaal van de matrix 20 polymeer materiaal gekozen is uit de groep van thermoplasten zoals bijvoorbeeld polypropeen, polyetheen, polyethylene teraphtalate, polybutylene teraphtalate, polyamide, polycarbonaat of mengsels hiervan.

22. Bumper van een voertuig, in het bijzonder een 25 automobiel, omvattende een element zoals gedefinieerd in een van de voorgaande conclusies.

23. Front-end-module van een voertuig, in het bijzonder een automobiel, omvattende een of meer elementen zoals gedefinieerd in een van de voorgaande conclusies.

24. Front-end-module volgens de vorige conclusie, waarbij de module is ingericht zodat in gemonteerde toestand een eerste verstevigingstructuur zich uitstrekt tussen twee 10 bovenste bevestigingsmiddelen en ten minste één verstevigingsstructuur zich schuin vanaf het midden van de eerste verstevigingsstructuur naar beide een onderste bevestigingsmiddelen uitstrekt.

24. Front-end-module volgens conclusie 23, omvattende een lichaam voorzien van twee of meer verstevigingsstructuren alsmede onderste en bovenste bevestigingsmiddelen ter bevestiging van het lichaam aan onderste en bovenste bevestigingsvoorzieningen aan het voertuig, waarbij de module is ingericht zodat in gemonteerde toestand een eerste verstevigingstructuur zich uitstrekt tussen twee bovenste bevestigingsmiddelen en ten minste één verstevigingsstructuur 5 zich vanaf de eerste verstevigingsstructuur naar ten minste een onderste bevestigingsmiddel uitstrekt.

25. Werkwijze voor het vervaardigen van een 15 verstevigingsstructuur voor een lichaam van een stootabsorberend element voor een voertuig, in het bijzonder een automobiel, de werkwijze de stappen omvattende van: - het verschaffen van een aantal zich in hoofdzaak evenwijdig uitstrekkende metalen verstevigingskoorden en een 20 aantal tussen de koorden aangebrachte positioneringselementen voor het onderling in hoofdzaak evenwijdig houden van de metalen verstevigingskoorden; - het rondom de verstevigingskoorden en positioneringselementen aanbrengen van ten minste één van een 25 matrix van polymeer materiaal, een of meer random vezelstructuren en een of meer glasweefsels.

26. Werkwijze voor het vervaardigen van een stootabsorberend element voor een voertuig, de werkwijze de stappen omvattende van: 30. het verschaffen van een verstevigingsstructuur omvattende in hoofdzaak evenwijdige metalen verstevigingskoorden voorzien van positioneringselementen voor het onderling in hoofdzaak evenwijdig houden van de verstevigingskoorden; - het verschaffen van een of meer lagen die thermoplastisch polymeermateriaal omvatten; 5. het in een persvorm brengen van een voorverwarmde stapel van de verstevingsstructuur met de een of meer polymeerlagen; - het samendrukken van het geheel van verstevigingstructuur met vervloeid polymeermateriaal voor 10 het in de gewenste vorm brengen daarvan; - het afkoelen van de in de gewenste vorm gebrachte verstevigingsstructuur met het daaromheen aangebrachte polymeermateriaal.

27. Werkwijze volgens conclusie 26, omvattende het 15 verwarmen van de stapel tot een temperatuur van ruim boven het smeltpunt van het polymeermateriaal en het samendrukken daarvan met een druk van circa 200 bar.

28. Werkwijze voor het vervaardigen van een stootabsorberend element, de werkwijze de stappen omvattende 20 van: - het verschaffen van een verstevigingsstructuur omvattende in hoofdzaak evenwijdige metalen verstevigingskoorden voorzien van positioneringselementen voor het onderling in hoofdzaak evenwijdig houden van de 25 verstevigingskoorden; - het aanbrengen van een of meer fixeringsopeningen tussen de metalen verstevigingskoorden in de verstevigingsstructuur; - het in een spuitgietvorm plaatsen van de van 30 fixeringsopeningen voorziene verstevigingsstructuur; - het in de spuitgietvorm spuitgieten van thermoplastisch polymeermateriaal voor het rondom de verstevigingsstructuur aanbrengen van een lichaam van polymeermateriaal, waarbij het polymeermateriaal tevens in de fixeringsopeningen terechtkomt ter fixering van de verstevigingstructuur in het lichaam.

29. Werkwijze volgens conclusie 28, waarbij in de 5 spuitgietvorm uitsteeksels zijn voorzien voor het in het lichaam van het element voorzien van corresponderende uitsparingen.

30. Werkwijze voor het vervaardigen van een front-end-module van een voertuig, in het bijzonder een automobiel, 10 de werkwijze de stappen omvattende van: - het vervaardigen van een langgerekte eerste verstevigings structuur; - het vervaardigen van een of meer langgerekte tweede verstevigingstructuren; 15. het ten opzichte van de eerste verstevigingsstructuur positioneren van de tweede verstevigingstructuren; - het vormen van een lichaam van thermoplastische polymeermateriaal om de eerste en tweede verstevigings- 20 structuren, - het verschaffen van bovenste bevestigingsmiddelen ter bevestiging van de eerste verstevigingstructuur aan bovenste bevestigingsvoorzieningen in het voertuig; en - het verschaffen van onderste bevestigingsmiddelen 25 ter bevestiging van de een of meer tweede verstevigings- structuren aan onderste bevestigingsvoorzieningen in het voertuig.

31. Werkwijze volgens conclusie 30, waarin de tweede verstevigingstructuur in hoofdzaak een V-vorm heeft.

32. Werkwijze volgens een of meer van de conclusies 25-31, omvattende het verschaffen van een verstevigingsstructuur zoals gedefinieerd in een of meer van de conclusies 1-21. 1032470