对纤维增强结构构件附加强化的方法及纤维增强结构构件

摘要

本发明涉及对纤维增强结构构件附加强化的方法及纤维增强结构构件。所述方法特别是用于对机动车的纤维增强车身结构构件进行附加强化，包括下列步骤：提供界定出至少一个空腔的纤维增强结构构件；以及接着将泡沫材料导入所述至少一个空腔中；将所述至少一个空腔至少部分地填装泡沫材料；和使泡沫材料硬化。另外还介绍了一种相应制造的结构构件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对纤维增强结构构件、特别是机动车的纤维 增强车身结构构件进行附加强化的方法。

背景技术

纤维增强结构构件在机动车中得到越来越多的应用，因为它们与 金属材料制成的相应构件相比在重量轻的同时具备很高刚性。

已知的是，将一个泡沫芯整合到纤维增强结构构件的空腔中，该 泡沫芯用作支撑芯并且附加地支撑结构构件，通过这种方式进一步提 高了整个构件的强度或者说刚性。

通常，纤维增强结构构件以壳式构造形式制成，其中两个壳体将 一个事先预制的且设置在壳体之间的泡沫芯包围起来。前提条件是： 泡沫芯必须精确地按照由两个壳体界定出的空腔进行裁切下料并且在 一个单独的处理工序中被置入和定位。另外，在通常情况下泡沫芯在 结构构件的广大区域上延伸，以便在多处位置起到支撑作用。由此产 生了在材料消耗和产生的构件重量方面的缺点。

作为另选方案，例如由DE 10 2011 083 162 A1已知：将泡沫芯设 置在两个纤维复合材料层之间并且在利用成型模具进行挤压时便已整 合于构件中。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种尽可能简单的用于制造纤维增强 结构构件的方法，该方法在原材料投入尽可能少和重量尽可能轻的同 时能够更好地强化结构构件。

为此，本发明提出一种用于对纤维增强结构构件、特别是机动车 的纤维增强车身结构构件进行附加强化的方法，包括下列步骤：

-提供界定出至少一个空腔的纤维增强结构构件，以及接着

-将泡沫材料导入所述至少一个空腔中，

-将所述至少一个空腔至少部分地填装泡沫材料，和

-使泡沫材料硬化。

于是泡沫材料被填入到已经制成的结构构件的其中一个或者多个 空腔内。空腔被部分地或完全地填装泡沫材料。优选地，空腔至少在 所述硬化之后是完全用泡沫材料充满的。

在真正制成纤维增强结构构件之后将泡沫材料后续导入，能够实 现对结构构件的统一制造并且以后再通过填入的泡沫材料确定强度特 性。这样，能够以特别简单的方式借助不同的泡沫材料的应用生产出 具有不同强度特性的构件。这一点例如对于具有不同强度要求的车辆 衍生部件尤为有利，因为结构构件首先可以作为相同部件被制造，然 后根据泡沫材料的不同选择才有所不同。

作为用于纤维增强结构构件的材料，特别是可以使用纤维增强塑 料，该塑料利用玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维和/或碳纤维增强。不言而 喻，然而同样可以使用其他适用于增强塑料的纤维。

优选地，被导入空腔中的泡沫材料粘附在至少部分地限定该空腔 的壁上，因而允许泡沫材料与结构构件之间的力传递，由此，结构构 件的强度特别是通过对剪力的吸收和传递而得以提高。

例如，所述泡沫材料可以包括能够膨胀的塑料泡沫，特别是聚氨 酯泡沫或者环氧树脂泡沫。聚氨酯泡沫或者环氧树脂泡沫可以由双组 分系统或者多组分系统构成。使用能够膨胀的塑料泡沫呈现出下述优 点：泡沫材料在填充过程中或者在硬化之前，它的体积增大，以此方 式适合于尽可能完全充满所述至少一个空腔。这一点可以在填充泡沫 材料时便予以考虑，从而，依据泡沫材料的可膨胀性仅仅将如此多的 泡沫材料导入空腔中，使得该泡沫材料在膨胀状态中才完全充满空腔。

根据一个实施方式，例如通过限定所述至少一个空腔的壁中的隙 口、特别是孔来实现所述泡沫材料导入。

优选地，所述至少一个空腔界定出基本上封闭的空间。这意味着： 相应的空腔在所有各面要么相对于周围环境要么相对于其他空腔是完 全(用于导入泡沫材料的隙口除外)封闭的，从而被导入的泡沫材料 不会漏出。作为可选方案，该空间出于同样目的可以仅仅如此程度地 封闭：虽然存在开口，然而将这些开口的尺寸确定为基本上防止泡沫 材料流出。例如可以通过如下方式实现这一点，即开口的大小尺寸确 定得足够小并且这样地调准硬化特性，使得泡沫材料在穿过开口时就 已经如此迅速地硬化并由此将开口针对于其他后续流入的泡沫材料封 闭起来。在任何情况下，在空腔中构成泡沫材料的一种确定的体积。

根据另一个实施方式，纤维增强结构构件由至少两个相互连接的 壳元件、特别是两个半壳元件构成。这些壳元件被这样地相互连接， 使得在两个壳元件之间界定出所述至少一个空腔。

作为可选方案，纤维增强结构构件可以包括空心型材，特别是编 织的空心型材。用于生产空心编织型材的方法是已知的，因而可以省 略对制造的详细说明。

根据另一个实施方式，纤维增强结构构件包括多个空腔，其中每 两个毗邻的空腔由至少一个隔壁彼此分隔开。作为隔壁，也可以理解 为结构构件的加强筋。

这一点提供了如下可能性：可以要么在仅一个要么在多个空腔中 实施导入和填装泡沫材料的步骤，以便至少部分地填装相应的空腔。 按这种方式可以给结构构件的各个选出的空腔填充泡沫材料，从而使 结构构件在确定的位置上被强化。而其他空腔则可以保持非填充状态。

各个被填充的空腔也可以彼此间隔开地设置。而在剩余的结构构 件的或者其他空腔的区域中则可以省去泡沫材料，由此减少了材料需 求量和所产生的构件重量，因为无须在结构元件的被填充空腔之间的 不被填充的空腔中设置连续的泡沫芯。

另外还可能的是：出于重量优化设计之目的，在结构元件的各相 应空腔中可以考虑采用不同的泡沫材料。对此，也就是说例如可以在 密度、强度和/或重量方面有所区别，以使结构构件局部地适配于所期 望的负载。就是说存在这样的可能性：在第一空腔中(在高负载的区 域内)使用高强度的、但是可能比在第二空腔中(在低负载的区域内) 更重的泡沫材料，在第二空腔中可以设置强度较小而同时重量较轻的 泡沫材料，以使得具有视要求范围而定的重量优化设计的结构构件的 整体重量保持很小。

例如，用泡沫材料填装的所述至少一个空腔可以设置在结构构件 的连接区段的或者力导入区段的区域内。借此，尤其是这些在结构构 件以后使用中特别承载的区段能够有针对性地得以局部强化。这个实 施方案对于如下情况具有进一步的优点：多个待强化的区域是相互间 隔开设置的，因为由此可以摒弃统一的泡沫芯，该泡沫芯在两个被强 化的区域以及设于它们之间的低负载的区域上延伸。

另外，本发明还提供一种按照上述方法制成的纤维增强结构构件， 特别是机动车的纤维增强车身结构构件。

例如，所述车身结构构件可以是车辆支柱、坎梁、侧向车顶框架、 侧壁或底部组件的或者前车的横梁或纵梁。

附图说明

下文将借助一个实施例参照唯一的附图详细阐述本发明。附图示 出了一个纤维增强结构构件的剖视图

具体实施方式

附图示出一个纤维增强结构构件10的剖视图。该结构构件以壳式 构造形式制成并且包括两个相互连接的壳元件11、12，各壳元件分别 具有一个凹穴并且这样地相互连接，使得两个凹穴共同界定出结构构 件10的一个空腔13。

空腔13界定出一个封闭的空间，该空间通过相应壳元件11、12 作为壁而限定边界并且至少部分地填装泡沫材料14。不言而喻，空腔 13同样可以完全用泡沫材料14填充。

为了制造这个利用泡沫材料14强化的结构构件10，在结构构件 中，这里是在两个壳元件之一11中设置有一个隙口15，通过该隙口 泡沫材料被导入准备好的结构构件10中。当然也可以在另一个结构构 件11中设置隙口15。

所示出的纤维增强结构构件能够特别简单地构造成相同部件，该 相同部件通过在需要的位置处导入相应的泡沫材料才能够得到局部强 化。