Бампер наземного транспортного средства

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, автомобилестроения, и может быть использована при изготовлении конструктивных элементов наземных транспортных средств, таких как бамперы транспортных средств, выполняющие защитную функцию, функцию декоративного дизайна и функцию несущего элемента.
Из уровня техники известны композитные материалы, применяемые в автомобильной промышленности, выполненные из волокон, в качестве которых используют стекловолокно, углеродное волокно, базальтовое волокно, органическое волокно, полиэфирное волокно, параарамидное волокно, метаарамидное волокно, полиакрилонитирильное волокно, и связующих, в качестве которых используют эпоксидное, полиэфирное ивинилэфирное связующее, а также связующие на основе полиуретана, термопластов, эластомеров, кремнийорганическое связующее. Подобные материалы начинают получать широкое распространение при изготовлении различных элементов транспортных средств, поскольку они обладают рядом преимуществ, прочность при растяжении, низкий вес, коррозионная стойкость, срок службы по отношению к традиционным материалам, таким как, полимеры и металл.
Известна ударная балка для автомобильного бампера (US 5290079 A, МПК B60R19/18, 1994 г. ), содержащая удлиненный корпус из стекловолокна, склеенного смолой для образования ламината и удлиненные эластичные армирующие средства, удерживаемые смолой, которые подвергаются преимущественно растягивающим нагрузкам во время удара.
Известна ударная балка (US 6883843 B2, МПК B60R19/03,2005 г.) с полимерной матрицей и металлической армирующей конструкцией, причем металлическая армирующая конструкция включает в себя металлические корды, которые могут быть изготовлены из металлических элементов диаметром 100 мкм или более. Полимерная матрица может включать термопластический материал и/или волокнистый материал, а металл может быть сталью, а металлические корды могут быть параллельны друг другу. Полимерная матрица может включать два или более слоев, выполненных из одного или разных материалов, один из которых может располагаться вокруг поверхности металлического хорда и иметь механическую связь с кордом.
Известна конструкция бампера (US 4076296 A, МПК B60R 19/18, 1978 г.) для смягчения ударов малой силы на транспортном средстве. В бамперах используются конструктивные элементы из стекловолокна или аналогичных легких высокопрочных материалов для поглощения энергии удара.
Известен бампер коммерческих транспортных средств (CN 108045337 A, МПК B60R19/03, 2018 г.), включающий внешний композитный материал из стекловолокна и сердцевину из ПВХ с закрытыми порами, обернутую в центре. Композитный материал из стекловолокна включает внутренний слой из стекловолокна, внешний слой из стекловолокна и прерывистое стекло. Укладка волокон и однонаправленный слой непрерывного стекловолокна, а также прерывистый слой стекловолокна и однонаправленный слой непрерывного стекловолокна укладываются в промежутках между внутренней укладкой стеклоткани и наружной укладкой стекловолокна и являются симметричными.
Известен бампер транспортного средства (RU 37051 U1, МПК B60R 19/03 2018 г.), состоящий из буфера, поглотителя и ударопоглощающей массы между ними, буфер и поглотитель выполнены из последовательно соединенных слоев стеклопластика, представляющих собой выклейку, сформированную посредством мастер-модели, а в сборе образующие жесткосоединенную конструкцию.
Известен композитный бампер наземного транспортного средства (RU 168680 U1, МПК B60R 19/03, 2016г.), имеющий локальные участки с заданной прочностью, выполненный из рубленого волокна и связующего методом длинноволоконной инжекции, при этом прочность локальных участков задана плотностью композитного материала.
К недостаткам известных бамперов относится их конструкция из нескольких отдельных элементов, включающая ударную балку и облицовку, увеличенная масса, низкая прочность, сложность изготовления, трудозатраты при монтаже/демонтаже бампера.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению, выбранный в качестве прототипа, является бампер наземного транспортного средства, состоящий из наружной облицовки, выполненной из композитного материала и расположенного вдоль бампера усиливающего пустотелого металлического элемента с замкнутым профилем, имеющем крепления к транспортному средству (US 2006181090 A1, МПК B60R 19/18, 2006 г.).
Недостатком известного бампера является сложность конструкции и изготовления бампера, наличие дополнительных элементов для крепления облицовки к несущей балке, к недостаткам также относится высокий вес бампера, так как в известном устройстве композитный материал представляет собой пластик армированный стекловолокном, состоящий из слоев пластика, предпочтительно полипропилена, и слоев стекловолокна, полипропилен является термопластичным упругим и не конструктивным (не несущим) материалом. Полипропилен, армированный стекловолокном, может выполнять конструктивную функцию, в случае, если он выполнен значительной толщиной, поэтому для сохранения прочностных характеристик используют значительных размеров несущую металлическую балку.
Раскрытие сущности полезной модели
Технической проблемой, на решение которой направлено устройство является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом является упрощение конструкции бампера и технологии его изготовления при одновременном сохранении высоких прочностных характеристик, снижении веса изделия и высокой надежности изделия.
Технический результат достигается тем, что бампер наземного транспортного средства, состоящий из наружной облицовки, выполненной из композитного материала и расположенного вдоль бампера пустотелого металлического элемента с замкнутым профилем, имеющем крепления к транспортному средству, согласно полезной модели, облицовка бампера выполнена из слоев армирующего материала, пропитанного полиэфирной смолой, а металлический элемент прикреплен к задней части облицовки слоями, пропитанными полиэфирной смолой, армирующего материала, покрывающими металлический элемент.
В частных случаях реализации полезной модели торцы пустотелого металлического элемента могут быть покрыты слоями армирующего материала, пропитанного полиэфирной смолой. Высота металлического элемента может быть не более 0,5 высоты облицовки. Армирующим материалов может быть стеклоткань или стекломат или стекловолокно или порошковый стекломат. Металлический элемент может быть выполнен в виде профильной трубы или в виде трубы. Длина металлического элемента равна не менее одной третей длины облицовки бампера. Крепление к транспортному средству выполнено в виде кронштейна или профильной трубы. Крепление к транспортному средству приварено к металлическому элементу.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. схематично изображен бампер, вид сзади.
Осуществление полезной модели
Бампер состоит из наружной облицовки 1, выполненной из композитного материала и расположенного вдоль бампера пустотелого металлического элемента 2 с замкнутым профилем, имеющим крепления 3 к транспортному средству.
Наружная облицовка 1 выполнена из слоев армирующего материала, пропитанного смолой. В качестве армирующего материла, может использоваться стекломат или стекловолокно или порошковый стекломат, предпочтительно стеклоткань. А в качестве смолы, предпочтительно, применяется полиэфирная смола, также может использоваться эпоксидная смола.
В рабочем виде полиэфирная смола представляет собой густую вязкую прозрачную бесцветную жидкость желтого или коричневого цвета. Для работы с данным синтетическим материалом не требуются специальные условия и высокая температура, а также дополнительное оборудование, что значительно упрощает процесс изготовления бампера и крепление к нему металлического элемента а, следовательно, и конструкцию самого бампера. Для работы с полиэфирной смолой не требуется ее нагрев, достаточно комнатной температуры и наличие кисточки.
Металлический пустотелый элемент 2 с замкнутым профилем прикреплен к задней части наружной облицовки 1 слоями армирующего материала, пропитанными смолой. Металлический элемент 1 по всей длине и его торцы покрыты слоями армирующего материала, пропитанными полиэфирной смолой. Данный способ фиксации усиливающего элемента прост и надежен, что позволяет упростить конструкцию бампера, исключая элементы крепления наружной 1 облицовки к усиливающему элементу 2, а также защищает его от коррозии, так как исключает попадание влаги. Металлический элемент 2 может быть выполнен в виде профильной металлической трубы или трубы. Замкнутый профиль в данном случае подразумевает замкнутое поперечное сечение. Металлический элемент с замкнутым профилем в сечении обладает высокой прочностью, при небольшом весе. К несущему элементу 2 приварены крепления 3 к транспортному средству, которые могут быть выполнены в виде кронштейна или профильной трубы, в зависимости от вида транспортного средства.
Облицовку 1 изготавливают следующим образом. Берут готовую форму-матрицу, повторяющую форму будущего бампера. Внутреннюю часть матрицы смазывают парафином, стеарином или полиролью для легкого извлечения готовой детали. Наносят плотный слой гелькоута для выравнивания поверхности матрицы и придания цвета будущей детали. После наносят 1-5 слоев армирующего материала с полиэфирной смолой и отвердителем. Армирующим материалом может быть, например, стекловолокно, которое плотно прижимают валиком к матрице, а смолу наносят кистью. Слои высыхают в течение 0,5-4 часов.
После изготовления облицовки 1 к ее задней части крепят металлический элемент 2 с замкнутым профилем, при помощи слоев армирующего материала, пропитанных смолой. Для того чтобы металлический элемент 2 проще и надежнее прикрепить к облицовке, его высота не должна превышать 0,5 высоты облицовки 1, это также позволяет уменьшить вес готового бампера. При этом для сохранения высокой прочности бампера высота металлического элемента не должна быть меньше 0,1 высоты облицовки. В случае если облицовка имеет разную высоту по всей длине, то применяется меньшая высота.
Подобранные материалы для изготовления наружной облицовки 1 выполняют несущую конструктивную функцию, так как после отверждения полиэфирная смола, является жесткой, а в сочетании с армированием стекловолокном обладают конструктивной жесткостью, в связи с этим металлический элемент 2 может быть выполнен высотой не более 0,5 высоты облицовки.
Выполнение металлического элемента высотой более 0,5 высоты облицовки нецелесообразно, так как уменьшается площадь облицовки, к которой приклеиваются фиксирующие слои стекловолокна, и снижается надежность крепления, а также увеличивается материалоёмкость и соответственно вес бампера.
На получившуюся облицовку 1 кладут металлический элемент 2 с замкнутым профилем, с заранее приваренными креплениями к транспортному средству. Затем поверх всей длины металлического элемента 2 и прилегающей к ней поверхности облицовки 1 аналогичным образом наносят еще 1-5 слоев армирующего материала со смолой по описанной выше технологии. После полного затвердевания, получившуюся деталь отделяют от матрицы и обрабатывают кромки. Форму-матрицу используют многократно.
Получившийся монолитный бампер с несущим металлическим элементом устанавливают на транспортное средство с помощью креплений 3. В рамных автомобилях используют профильные трубы для крепления бампера, а для безрамных автомобилей применяют кронштейны, так как бампер устанавливают не на штатные места крепления.
Бампер предназначен для поглощения энергии в случае контакта автомобиля с каким-либо препятствием.
Композитный бампер имеет высокую прочность за счет выбранных материалов и установки несущего металлического элемента с замкнутым профилем высотой не более 0,5 высоты облицовки. В тоже время локальные участки бампера без несущего элемента, обеспечивают поглощение энергии за счет прогиба менее прочной зоны во время контакта транспортного средства с препятствием, в том числе частями тела пешехода. При этом прогиб не приводит к разрушению бампера, так как композитный материал достаточно прочный. То есть композитный бампер отвечает стандартам безопасности для всех участников дорожного движения.
Бампер прост в изготовлении и не требует дорогостоящего оборудования. Внешне может полностью соответствовать штатному бамперу любого автомобиля. При этом за счет крепления несущего металлического элемента к облицовке при помощи пропитанных слоев стекловолокна удается упростить конструкцию бампера, исключая сложные штатные крепления и соответственно снизить трудозатраты при монтаже/демонтаже бампера. Кроме того при контакте бампера с препятствием сопряженные с ним детали, например, крылья автомобиля не подвергаются деформации, так как бампер крепится не к штатным креплениям.
Предложенное устройство позволяет расширить арсенал технических средств, упростить конструкцию бампера и одновременно сохранить высокие прочностные характеристики, снизить вес изделия и возможность деформации без разрушения бампера.