DE69321916T2

DE69321916T2 - Faserverstärkte stossstangenvorform, vorrichtung und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE69321916T2
Application number: DE69321916T
Authority: DE
Inventors: Robert York Me 03909 Hames; Josh Dover Nh 03820 Kelman
Original assignee: Davidson Textron Inc
Current assignee: Davidson Textron Inc
Priority date: 1992-04-29
Filing date: 1993-03-02
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2013-03-03
Also published as: US5520758A; DE69321916D1; MX9302498A; EP0592633A4; CA2110984A1; EP0592633A1; US5248551A; EP0592633B1; CZ290993A3; JPH07500784A; WO1993022122A1; AU3915793A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Automobilstoßstangen und Stoßstangenvorformen, auf ein Verfahren zum Formen einer Glasfaservorform für eine Stoßstange, die vorzugsweise am Rand beschnitten wird, bevor die Vorform vom Vorformsieb entfernt wird, und auf eine Vorrichtung zum Herstellen einer solchen Vorform.
Üblicherweise werden Glasfasern in thermoplastische, geformte Gegenstände und andere gehärtete Kunststoffe eingebracht, um eine zusätzliche Festigkeit und Dauerhaftigkeit zu erhalten. Die Glasfasern werden in eine Form eingeführt, in der dann ein harzförmiger Kunststoff so eingespritzt wird, daß die Glasfasern in dem letztlich geformten Gegenstand eingebettet werden. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, aus den Glasfasern eine Vorform des endgültigen Gegenstandes zu formen und die Vorform in der Form anzuordnen. Die Glasfasern werden oft geschnitten und auf ein Vorformsieb geblasen. Unmittelbar nach der Anordnung der Fasern wird ein Bindemittel aufgesprüht und härten gelassen, das die Fasern an ihrem Ort festhält.
Herkömmliche Vorformen für verstärkte Automobilstoßstangen führen die Glasfasern im gesamten Teil in gleichförmiger Weise ein. Die Vorformen werden durch Warmformen von gerolltem Gut wie z. B. Fabmat (TM) oder durch ein Freiform-Faserspritzverfahren hergestellt.
JP-A-2 231 244 offenbart eine Automobilstoßstange, die aus einem Oberflächenelement, einem geschäumten Stoßdämpfungselement, das einen energieabsorbierenden Körper bildet, und einem Verstärkungselement, das ein steifes Stützelement ist, zusammengesetzt ist. Das Verstärkungselement enthält geschnittene Glasfaserfäden und kontinuierliche Glasfaserfäden, die abwechselnd in eine Bindemittelmatrix eingebracht werden.
Die bekannten Verfahren verwenden die Glaslagen nicht in der effizientesten Weise. Die gleichmäßige Verteilung von Rovinggewebe oder geschnittenen Glasfasern führt zu damit untrennbar verbundenen Unwirksamkeiten. Die am geringsten belasteten Bereiche der Stoßstange enthalten die gleiche Menge und die gleiche Art von Glasfasern wie die am höchsten belasteten Bereiche. Darüberhinaus gibt es keine Vorkehrungen für des Entfernen von Abfallrandstreifen von der Vorform, bevor die Vorform vom Sieb abgenommen wird, um das Entfernen der Vorform zu erleichtern.
Was benötigt wird, ist eine Stoßstangenvorform, die höhere Glasniveaus und Glasfaserstoff in höher belasteten Bereichen des endgültigen Gegenstandes besitzt, und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Vorform.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser Bedarf durch das Verfahren, die Stoßstangenvorform und die Vorrichtung von Anspruch 1, Anspruch 7 bzw. Anspruch 11 befriedigt. Gemäß einem Aspekt der Erfindung besitzt eine faserverstärkte Vorform für eine Automobilstoßstange einen geschichteten Mittelabschnitt. Der Mittelabschnitt besitzt eine Mittelschicht aus durch ein gehärtetes Bindemittel gebundenen, geschnittenen Glasfasern, die zwischen zwei. Lagen von Glasfaserstoff laminiert ist. Der Glasfaserstoff ist durch das gehärtete Bindemittel mit den geschnittenen Glasfasern verbunden, um ein Sandwichlaminat zu bilden. Die Stoßstangenvorform besitzt zwei Endabschnitte, die aus geschnittenen Glasfasern und gehärtetem Bindemittel geformt sind. Bevorzugter weise besitzt der Mittelabschnitt zwei sich seitlich erstreckende obere und untere Flansche, die aus geschnittenen Glasfasern und gehärtetem Bindemittel geformt sind. Die Endabschnitte und Flansche sind integral mit dem laminierten Mittelabschnitt geformt. Es wird angenommen, daß der Mittelabschnitt des Teiles den höchsten Belastungen ausgesetzt ist, weshalb dieser Abschnitt aus einem Sandwich aus geschnittenen Glasfasern und Rovinggewebe besteht. Für Stoßstangen oder andere Teile mit anderen Beanspruchungsgeometrien kann die Konstruktion der Vorform entsprechend geändert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine erste Lage eines Glasfaserstoffes auf einen Mittelabschnitt eines konturierten Vorformsiebes angeordnet, das mit einem Vakuumdurchzug versehen ist. Dann werden geschnittene Glasfasern und ein härtbares Bindemittel auf den gesamten konturierten Abschnitt der Vorform über den Glasfaserstoff gespritzt. Dann wird eine zweite Lage eines Glasfaserstoffes über die abgelagerten, geschnittenen Glasfasern im Mittelabschnitt des Vorformsiebes angeordnet.
In einer Ausführungsform ist im Vorformsiebplenum eine Schneidunterlage aus Hartplastik montiert, die unterhalb der Randbeschnittlinie der Vorform ausgerichtet ist. Nach dem Härten der Vorform, aber vor ihrem Entfernen vom Vorformsieb schneidet Schneidmesser, z. B. ein rotierendes Schneidmesser, den überschüssigen Randstreifen auf der Schneidunterlage, um die Vorform in ihre beabsichtigte Form zuzuschneiden.
In einer anderen Ausführungsform besitzt das Vorformsieb einen Umfangsabschnitt mit einem deutlichen Anzug. Vor dem Härten der Vorform wird am Umfang der überschüssige Randstreifen durch ein Schneidwerkzeug abgeschnitten. Das Schneidwerkzeug ist vorzugsweise auf einem zweiten Sieb montiert, das die ungehärtete Vorform verdichtet und von überschüssigen Zwischenräumen befreit. Die Vorform wird gehärtet während beide Siebe mit der Vorform in Kontakt stehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Es wird nun Bezug genommen auf die angeschlossenen Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 einen Teil einer gemäß der Erfindung verwendeten Faseraufspritzvorrichtung in einem fragmentarischen Kreuzriß;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf das in Fig. 1 dargestellte Vorformsieb samt Vorform;
Fig. 3 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 1 und zeigt einen, entlang der in Fig. 2 gezeigten Linie 3 - 3 verlaufenden Querschnitt des Mittelabschnittes der Stoßstangenvorform auf dem Sieb;
Fig. 4 ist eine Teilansicht des Vorformsiebes entlang der in Fig. 1 gezeigten Linie 4 - 4; und
Fig. 5 ist eine schematische Kreuzrißansicht, die ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zeigt.

Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen:

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, die allgemein ein Vorformsieb 10 in der Nähe einer Glasfaserdüse 12 und einer Bindemitteldüse 14 zeigt. Das Vorformsieb hat die geeignete Gestalt um eine Vorform 25 für Automobilstoßstangen zu erzeugen. Das Sieb ist auf einer geeigneten Plattform 15 montiert, mit der ein Sauggebläse 16 betriebsmäßig verbunden ist, um einen Vakuumzug durch das Sieb 10 zu erzeugen. Die Glasfaserdüse 12 bläst geschnittene Glasfasern auf das Sieb und die Bindemitteldüse 14 spritzt ein härtbares Bindemittel auf die geschnittenen Glasfasern. Ein im Handel erhältliches, durch Wärme härtbares, flüssiges Bindemittel ist geeignet.
Ein Mittelabschnitt 18 des Stoßstangenvorformsiebes 10 wird zuerst mit einem Glasfaserstoff 17 beschichtet, wie in Fig. 3 gezeigt. Der Glasfaserstoff kann ein Rovinggewebe oder ein Glasfasergestrick sein. Geschnittene Glasfasern 20 und Bindemittel werden dann sowohl auf den Mittelabschnitt 18 als auch auf den Flanschabschnitt 19 und die Endabschnitte 21 aufgebracht. Die verwendeten Glasfasern können aus im Handel erhältlichem Roving geschnitten sein, wie z. B. aus einem, das unter dem Markennamen PPG-5542 verkauft wird. Die geschnittenen Glasfasern können, je nach Anwendung, in einer Länge zwischen 1 Zoll und 4 Zoll geschnitten sein. Eine zweite Lage 22 aus Rovinggewebe wird dann am Mittelabschnitt 18 über die Glasfasern 20 und das Bindemittel aufgebracht. Die in den Fig. 2 und 3 gezeigte, zusammengesetzte Vorform 25 wird dann konventionell gehärtet. Der durch das Sauggebläse 16 erzeugte Vakuumzug hält die Vorform 25 auf dem Sieb fest, bis sie gehärtet ist.
Die geformte Vorform 25 besitzt einen laminierten Mittelabschnitt 18. Eine Schicht aus gehärtetem Bindemittel und geschnittenen Glasfasern 20 ist zwischen zwei Lagen 17 und 22 aus Glasfaserstoff angeordnet. Die sich vom Mittelabschnitt 18 wegerstreckenden Flansche 30 und die beiden Endabschnitte 21 der Stoßstangenvorform 25 bestehen aus geschnittenen Glasfasern und gehärtetem Bindemittel, die integral mit dem Sandwich-Mittelabschnitt 18 geformt sind.
Das Vorformsieb 10 kann einen Einsatzring 35 aus Hartplastik besitzen, der den konturierten Vorformabschnitt 1 des Siebes 10 umgibt, wie in den Fig. 1 und 4 dargestellt. Der Hartplastikring 35 ist in das Sieb 10 mit einer umgekehrten V-Nut 36 eingebettet. Der Ring 35 bildet einen Schneidsitz d. h. eine Schneidefläche 33 für ein rotierendes Schneidmesser, das die Vorform entlang ihrem Umfang 37 rasch zuschneidet, während sie sich nach dem Härten noch auf dem Sieb 10 befindet. Das Abtrennen der überschüssigen Randstreifen 39 um die gewünschte Vorform herum erleichtert das Entfernen der Stoßstangenvorform vom Sieb 10.
Alternativ dazu kann der sekundäre Arbeitsvorgang des Beschneidens der Vorform durch die Verwendung eines Randschneidwerkzeuges 42 bei einem Vorformsieb 40, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, eliminiert werden. Das Vorformsieb 40 hat eine geeignete Kontur innerhalb des Umfangsbereiches 44. Das Sieb hat eine Umfangswand 46 aus festem Metall mit einem deutlichen Anzug zwischen 5-15 Grad.
Das Randschneidwerkzeug 42 besitzt ein Schneidwerkzeug 50, das an einem beweglichen Rahmen 52 montiert ist, der zum Sieb 40 hin und von diesem weg bewegt werden kann. Der Rahmen 52 kann zur Unterstützung der Rahmenbewegung auf Führungsstiften 54 montiert sein. Der Rahmen kann Verschlüsse tragende Puffer 56 besitzen, die an rund um den Rahmen 40 angebrachten Anschlägen 58 anstoßen. Innerhalb des Umfanges des Schneidwerkzeuges 50 trägt der Rahmen ein zweites löchriges Sieb 60, das den vorgeschriebenen Außendimensionen der Vorform 25 entsprechend konturiert ist. Das zweite Sieb 60 bewegt sich mit dem Rahmen 52 mit. Sowohl das Schneidwerkzeug 50 als auch das zweite Sieb 60 sind bezüglich der Achse 61 koaxial zum Vorformsieb 40 montiert.
Im Betrieb wird der Rahmen 52 in einer Position fern vom Sieb 10 angeordnet und die Vorform 25 auf geeignete Weise gebildet, vorzugsweise mit der kombinierten Verwendung von Rovinggewebe und gerichtet geblasenen, geschnittenen Glasfasern und Bindemittel. Nachdem die Vorform geformt wurde, aber vor dem Härten des Bindemittels wird der Rahmen 52 gegen das Sieb 10 bewegt, sodaß das zweite Sieb 60 die neu geformte Vorform 25 zwischen dem ersten Sieb 40 und dem zweiten Sieb 60 verdichtet, um überschüssige Zwischenräume zu entfernen. Dadurch wird eine steife Vorform erzeugt, die beim Entfernen vom Sieb hilft und die Handhabung erleichtert. Das Schneidwerkzeug 50 wird zum Abscheren der überschüssigen Randstreifen 39 von der ungehärteten Vorform 25 verwendet. Dann wird die Vorform gehärtet, wobei beide Siebe 40 und 60 an ihrem Platz bleiben, worauf der Rahmen 52 vom Sieb 40 weg bewegt und die Vorform entfernt wird.
Auf diese Weise wird die Vorform 25 vor dem Härten sowohl verdichtet als auch zugeschnitten, sodaß mit dem Härten eine verdichtete und zugeschnittene Vorform erzeugt wird. Dieses Verfahren wird für die Verwendung beim Herstellen von Vorformen für Automobilstoßstangen gewünscht.
Auf diese Weise wird eine neue und vorteilhafte Stoßstangenvorform durch ein Verfahren erzeugt, das die Zwischenräume verringert und die Randstreifen abtrennt, bevor die Vorform vom Vorformsieb entfernt wird, und die effiziente Verwendung von Rovinggewebe bei Automobilstoßstangen steigert.
Andere Variationen und Modifikationen sind möglich, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den angeschlossenen Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Ein Verfahren zum Formen einer faserverstärkten Vorform (25) für eine Automobilstoßstange unter Verwendung von Glasfasermaterial und härtbarem Bindemittel, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

Anordnen einer ersten Lage (17) eines Glasfaserstoffes auf dem Mittelteil (11) eines Vorformsiebes (10; 40), das eine, einer Fläche der Stoßstange entsprechende Kontur besitzt;

Richten von geschnittenen Glasfasern und Bindemittel (20) auf diese erste Lage (17) und das restliche Vorformsieb (10; 40);

Anordnen einer zweiten Lage (17) eines Glasfaserstoffes auf dem Mittelteil (11) und über den geschnittenen Glasfasern und dem Bindemittel (20); und

Härten des Bindemittels um eine Automobilstoßstangenvorform (25) zu formen, die einen geschichteten, laminierten Mittelabschnitt (18) und aus geschnittenen Glasfasern und gehärtetem Bindemittel bestehende Endabschnitte (21) besitzt.

2. Das Verfahren von Anspruch 1, wobei das Sieb (10) eine Schneidunterlage (35) besitzt, die entlang dem Umfang der, einer Fläche der Stoßstange entsprechen den Siebkontur montiert ist und am Sieb (10) als Unterlage (35) für eine, an dieser Unterlage (35) den überschüssigen Randstreifen (39) von der Vorform (25) abtrennende Schneidvorrichtung befestigt ist.

3. Das Verfahren von Anspruch 1, wobei das Vorformsieb (40) einen mit einem Anzug versehenen Umfang (44) besitzt, der an ein, vor dem Härten der Vorform (25) zum Abtrennen des überschüssigen Randstreifens (39) von der ungehärteten Vorform (25) gegen diesen Umfang bewegbares Schneidwerkzeug (50) anstoßen kann.

4. Das Verfahren von Anspruch 2 oder 3, wobei der überschüssige Randstreifen (39) von der Vorform (25) abgetrennt wird, bevor die Vorform vom Sieb (10; 40) weggenommen wird.

5. Das Verfahren von Anspruch 1, wobei ein, näherungsweise die gleiche Kontur wie das Vorformsieb aufweisendes, zweites Sieb (60) gegenüber dem Vorformsieb (40) koaxial hin und her bewegbar ist, um an die ungehärtete Vorform anzustoßen und die ungehärtete Vorform zwischen dem Vorformsieb und dem zweiten Sieb übereinander zu schichten und zu verdichten, während das Bindemittel härtet, um eine verdichtete Vorform (25) zu formen.

6. Das Verfahren von Anspruch 3 und 5, wobei das zweite Sieb (60) am Schneidwerkzeug (50) befestigt und mit diesem bewegbar ist.

7. Eine Automobilstoßstangenvorform (25), die Glasfasermaterial und gehärtetes Bindemittel enthält, wobei die Stoßstangenvorform einen, aus geschnittenen Glasfasern und gehärtetem Bindemittel geformten, ersten Abschnitt (21, 19) und einen laminierten zweiten Abschnitt (18) besitzt, der aus einer Lage (20) aus geschnittenen Glasfasern und gehärtetem Bindemittel geformt ist, die zwischen zwei äußeren Lagen (17, 22) aus Glasfaserstoff liegt, die mit der Zwischenlage aus geschnittenen Glasfasern durch das gehärtete Bindemittel verbunden sind.

8. Die Stoßstangenvorform von Anspruch 7, wobei der zweite Abschnitt (18) integral mit dem ersten Abschnitt (21, 19) geformt ist.

9. Die Stoßstangenvorform von Anspruch 7 oder 8 mit einer Vielzahl von ersten Abschnitten, die Endabschnitte (21) der Stoßstangenvorform (25) bilden, und einem Mittelabschnitt (18), der vom laminierten zweiten Abschnitt gebildet wird.

10. Die Stoßstangenvorform von Anspruch 9, welche weiters ein, von den ersten Abschnitten gebildetes und sich vom Mittelabschnitt (18) seitlich erstreckendes Flanschpaar (19) umfaßt.

11. Eine Vorrichtung zum Formen einer faserverstärkten Vorform für eine Automobilstoßstange, welche Glasfasermaterial und gehärtetes Bindemittel enthält, wobei die Vorrichtung ein erstes Vorformsieb (40) enthält, das für die Aufnahme von geschnittenen Glasfasern und Bindemittel angeordnet ist, und die Vorrichtung weiters sin zweites Sieb (60) enthält, das für die Bewegung zum ersten Vorformsieb hin und von diesem weg koaxial zum ersten Vorformsieb (40) montiert ist, wobei das erste Vorformsieb und das zweite Sieb im wesentlichen die gleiche Kontur besitzen, und die Vorrichtung Mittel (52, 54) enthält, um das zweite Sieb (60) zum ersten Vorformsieb (40) hin und von diesem weg zu bewegen, sodaß die geschnittenen Glasfasern und das Bindemittel zwischen dem ersten und dem zweiten Sieb verdichtet werden, wenn das zweite Sieb zum ersten Sieb hin bewegt wird.

12. Die Vorrichtung von Anspruch 11, wobei das erste Vorformsieb (40) einen mit einem Anzug versehenen Umfang (44) besitzt und zum Abtrennen des überschüssigen Randstreifens (39) von der ungehärteten Vorform (25) ein gegen den Umfang (44) bewegbares Schneidwerkzeug (50) vorgesehen ist.

13. Die Vorrichtung von Anspruch 12, wobei das Schneidwerkzeug (50) koaxial zum ersten Sieb (40) montiert ist.