ЗАДНЯЯ ДВЕРЬ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ, ИЗГОТОВЛЕННАЯ ИЗ УСИЛЕННОГО ВОЛОКНОМ ТЕРМОПЛАСТИКА
VEHICLE REAR DOOR MADE OF THERMOPLASTIC REINFORCED WITH FIBRE

Данное изобретение относится к задней двери для автомобиля с несущей конструкцией из усиленного волокном термопласта, имеющей петли, замок и заднее окно, тип которой указан в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. С давних пор осуществляются попытки заменить существующие металлические задние двери с целью снижения их веса более легкими пластмассовыми конструкциями. Например, соответствующий двустенный пластмассовый компонент известен из документа ЕР 0266514. Однако этот компонент дорог в изготовлении, а главное - имеет неудовлетворительные механические свойства. В попытке обеспечения лучших механических характеристик применяли различные задние двери с конструкцией, состоящей из армированного стекломатом термопласта GMT, а позднее использовали усиленный стекловолокном композитный материал GMTex, т.е. армированный волокном GMT. Поскольку такие задние двери по-прежнему имели неудовлетворительные механические свойства, в дальнейшем несущие конструкции из усиленных волокном пластиков комбинировали с основной несущей конструкцией, обладающей удовлетворительными механическими характеристиками. Такая задняя дверь для автомобиля, имеющая металлическую раму, известна, например, из документа ЕР 1621384. Однако эти известные задние двери имеют увеличенный вес, обусловленный наличием металлического усиления, и их изготовление сопряжено с повышенными затратами. Таким образом, известные задние двери, во-первых, требуют больших затрат на изготовление, а во-вторых, без металлических усилений они имеют неудовлетворительные характеристики в отношении прочности и жесткости, тогда как с металлическим усилением они еще более дороги в изготовлении и имеют большой вес.
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы устранить недостатки известных задних дверей и предложить более легкую, жесткую, простую и менее дорогую заднюю дверь из пластика, которой к тому же можно придавать различную форму. В частности, ставится задача создать усиленную волокном основную несущую конструкцию без дополнительных металлических усилений. В соответствии с изобретением эта задача решена путем разработки задней двери по пункту 1 формулы изобретения.
Цельная основная несущая конструкция с периферической, жесткой к изгибу рамой с интегрированными лентами из непрерывного волокна с вертикальной ориентацией относительно поверхности двери в сочетании с соединенным с силовым замыканием задним окном и гофрированными усилениями формовочной массы рамы, усиленной волокнами, дают улучшенные механические свойства относительно жесткости и прочности, значительно сниженный вес и уменьшенные затраты на изготовление.
В зависимых пунктах формулы раскрыты предпочтительные варианты изобретения, обладающие особыми преимуществами в отношении снижения веса, улучшения механических свойств и обеспечения упрощенного, рационального производства. Ниже изобретение поясняется более подробно на примере предпочтительных вариантов его осуществления, раскрытых со ссылкой на чертежи.
Фиг.1 и 2 изображают примеры предлагаемой задней двери с основной несущей конструкцией из усиленного волокном термопласта, имеющей периферическую раму с интегрированными вертикально расположенными лентами из непрерывного волокна.
Фиг.3 иллюстрирует вертикальное расположение лент из непрерывного волокна относительно поверхности задней двери.
Фиг.4 изображает вертикальное сечение предлагаемой задней двери.
Фиг.5-8 в сечении изображают расположения лент из непрерывного волокна в раме основной несущей конструкции.
Фиг.5 - изображение с вертикальной лентой из непрерывного волокна, расположенной в гофроподобном выгибе.
Фиг.6 - изображение с горизонтальной лентой из непрерывного волокна, расположенной с вертикальным промежутком от поверхности.
Фиг.7 - изображение с верхней и нижней горизонтальными лентами из непрерывного волокна.
Фиг.8 - изображение с вертикальной и нижней горизонтальной лентами из непрерывного волокна.
Фиг.9 изображает основную несущую структуру с диагональным и крестообразным расположением лент из непрерывного волокна.
Фиг.10а, b, с изображают гофроподобный или желобчатый несущий элемент с диагональным оребрением.
Фиг.11a, b изображают вертикальную ленту из непрерывного волокна, расположенную в ребре.
Фиг.12 изображает пластиковую наружную облицовку, соединенную с основной несущей конструкцией и задним окном.
Фиг.13 изображает еще один пример задней двери с сильно закругленной рамой и двумя лентами из непрерывного волокна.
На фиг.1 и 2 показаны примеры предлагаемой задней двери 1 для автомобиля, содержащей конструкцию из усиленного волокном термопласта, дверные петли 5, замок 6 и заднее окно 2. Задняя дверь имеет цельную основную несущую конструкцию 10 с периферической, жесткой к изгибу рамой 11, содержащей верхнюю поперечину 12, два лонжерона 13, 14 и по меньшей мере одну нижнюю поперечину 15. Основная несущая конструкция выполнена из усиленной волокном формовочной массы 20, содержащей по меньшей мере две пропитанные интегрированные ленты 21 из непрерывного волокна, с силовым замыканием соединена с задним окном 2 и образует вместе с ним жесткую к изгибу конструкцию. При этом ленты 21 из непрерывного волокна, интегрированные на некоторых участках в раму 11, расположены вертикально (v) относительно поверхности Н двери, поскольку ленты 21 расположены вертикально относительно поверхности Н и/или с вертикальным зазором d относительно поверхности Н (см. фиг.3). Ленты из непрерывного волокна соединены друг с другом посредством объемных форм усиленной волокнами формовочной массы 20, выполненных в виде принимающих нагрузку и повышающих жесткость соединительных участков 22, а рама 11 имеет гофроподобные элементы 24 жесткости формовочной массы 20, т.е. она выполнена как гофрированная. Благодаря этому можно создать заднюю дверь с уменьшенным весом, улучшенными механическими свойствами, к тому же изготавливаемую упрощенным способом. Кроме того, гофрированная рама 11 предпочтительно может иметь ребристые усиления 25.
Фиг.3 в сечении изображает вертикальные расположения интегрированных лент 21 из непрерывного волокна в гофроподобном выгибе 24 рамы 11 относительно наружной поверхности Н задней двери:
- с вертикальным зазором d относительно поверхности Н (т.е. относительно касательной плоскости к этой поверхности)
- и/или с вертикальной ориентацией относительно поверхности Н. На фиг.3 между горизонтальными (h) лентами 21.2 и 21.3 из непрерывного волокна и поверхностью Н имеется зазор d, а вертикальная (v) лента 21.1 из непрерывного волокна проходит относительно Н в вертикальном направлении.
Примеры, показанные на фиг.1 и 2, иллюстрируют следующие вертикальные расположения в раме 11 лент из непрерывного волокна.
На фиг.1 показаны две вертикальные (v) ленты 21.1 и 21.2 из непрерывного волокна в лонжеронах 13 и 14 (см. фиг.5), а в нижней поперечине 15 - нижняя горизонтальная (h) лента 21.3 из непрерывного волокна, расположенная с промежутком d от поверхности, и верхняя горизонтальная лента 21.4 на поверхности Н (см. фиг.7).
На фиг.2 показаны два различных варианта возможного расположения в лонжеронах.
- В варианте, который изображен слева, в лонжероне 13: нижняя горизонтальная (h) лента 21.2, расположенная с промежутком d от поверхности Н в зоне заднего окна 2, а в зоне под задним окном на поверхности - дополнительная вторая горизонтальная лента (h) 21.3, расположенная на поверхности Н.
- В варианте, который показан справа, в лонжероне 14 в зоне заднего окна: лента 21.4 из непрерывного волокна, которая здесь проходит горизонтально (h) с промежутком d от поверхности Н, а в зоне под окном повернута в вертикальном направлении (v).
В обоих вариантах в верхней поперечине 12 имеется горизонтальная (h) лента 21.1 из непрерывного волокна, а в нижней поперечине 15 - горизонтальная (h) лента 21.6 из непрерывного волокна, расположенная с промежутком от поверхности Н, а также вертикальная (v) лента 21.5 из непрерывного волокна (см. фиг.8).
В зоне углов 17 рамы 11 ленты 21 из непрерывного волокна в предпочтительном случае изогнуты, например криволинейно переходят с лонжерона в поперечину подобно тому, как на фиг.1 ленты 21.1, 21.2 криволинейно переходят с лонжеронов 13, 14 в верхнюю поперечину 12, до петель 5. На фиг.2 справа лента 21.4 в зоне угла 17 криволинейно переходит в нижнюю поперечину 15.
Также очень важны соединительные участки 22, при помощи которых ленты из непрерывного волокна посредством объемных форм (например, гофроподобных или оребренных) усиленной волокнами формировочной массы 20 соединены друг с другом с силовым замыканием и повышением жесткости, например, в углах 17 рамы 11, а на фиг.1 - в верхней поперечине 12 между лентами 21.1 и 21.2.
В зависимости от формы и размера задней двери рама 11 и участки 33 внутри рамы 11 предпочтительно выполнены с гофроподобными 24 или ребристыми 25 элементами жесткости. Например, на фиг.1 и 2 у нижнего края заднего окна 2 показана дополнительная профилированная гофрированная поперечина 16, в данном случае с держателем 28 для двигателя 7 стеклоочистителя. Эта поперечина 16 также может иметь дополнительную ленту 21.7 из непрерывного волокна (фиг.2). Кроме того, в основной несущей конструкции обычно имеются отверстия 32, которые, как показано на фиг.1 и 2, закрыты наружными облицовками 27, имеющимися на основной несущей конструкции 10. Ленты 21 предпочтительно проходят до принимающих нагрузку участков 34, так что действующие на них силы могут быть непосредственно восприняты этими лентами.
Согласно фиг.1, силы, действующие со стороны пружинных амортизаторов 8 и петель 5 на принимающие нагрузку участки 34, воспринимаются лентами 21.1 и 21.2, а силы, действующие со стороны замка 6, - лентами 21.3 и 21.4. При этом в качестве принимающих нагрузку участков 34 в основной несущей конструкции 10 можно использовать интегрированные вставки 28 для крепления замка 6, петель 5, амортизаторов 8 и двигателя 7 стеклоочистителя, воспринимающие действующие силы.
На фиг.4 схематично показано вертикальное сечение задней двери (подобной показанной на фиг.1) с вертикальными (v) лентами 21 из непрерывного волокна в лонжеронах 13, 14. В данном случае основная несущая конструкция 10 в зоне, расположенной рядом с задним окном 2, дополнительно имеет легкие пластиковые наружные облицовки 27, используемые в качестве наружной обшивки или наружной поверхности кузова, прикрепленные или предпочтительно приклеенные к конструкции 10 и лакированные или окрашенные. Такие наружные облицовки могут быть установлены рядом с задним окном - под ним (27.1), над ним (27.2) или сбоку от него. В качестве облицовки также можно использовать пластиковый задний спойлер 30, закрепленный на основной несущей конструкции 10 или приклеенный к ней. На видимой поверхности (Н) вне заднего окна 2, прежде всего под этим окном, основная несущая конструкция 10 с гофрированной, периферической, жесткой к изгибу рамой 11 предпочтительно покрыта полимерным слоем, выполняющим функцию наружной облицовки 27, которая с силовым замыканием соединена с конструкцией 10 и, следовательно, может дополнительно увеличить жесткость задней двери к изгибу и скручиванию. В примере, показанном на фиг.4, задний спойлер 30 установлен над задним окном, причем благодаря этому решению становится возможным использовать дополнительные компоненты 31, например третий фонарь сигнала торможения, антенну или камеру заднего вида. На некоторых участках внутренней стороны основной несущей конструкции 10 может быть установлена дополнительная внутренняя облицовка 29 в качестве внутренней обшивки (например, слой войлока или легкий полимерный слой). В некоторых местах эта внутренняя облицовка 29 может состоять из усиленного волокном пластика (с непрерывным волокном или без волокна), при этом она с силовым замыканием может быть соединена с основной несущей структурой и, таким образом, образовать дополнительный элемент жесткости. В данном случае пружинные амортизаторы 8 опираются на петли 5 с держателями 28 и на шасси 3.
Фиг.5-8 в поперечном сечении иллюстрируют различные размещения лент 21 из непрерывного волокна в гофроподобном выгибе 24 рамы 11, с расположением в вертикальном направлении (v) относительно поверхности Н задней двери. Пропитанные ленты 21 из непрерывного волокна интегрированы в формовочную массу 20. На тех участках, где основная несущая структура образует внутреннюю видимую поверхность 35 (и не покрываемую внутренней облицовкой), ленты из непрерывного волокна предпочтительно покрыты формовочной массой 20, так что, как показано на фиг.5-7, видимая поверхность 35 образована формовочной массой 20.
На фиг.5 показана интегрированная вертикальная (v) лента 21 из непрерывного волокна, расположенная в желобе или гофроподобном выгибе 24 из усиленной волокнами формовочной массы 20. Формовочная масса может иметь оребрение 25, например, показанное на фиг.10, и образовывать лонжероны 13, 14.
На фиг.6 показан гофроподобный выгиб с интегрированной горизонтальной (h) лентой 21 из непрерывного волокна, расположенной с вертикальным промежутком d от поверхности Н, которая в данном случае образована приклеенным с силовым замыканием задним окном 2 и в сочетании с ним образует жесткую к изгибу раму 11.
Фиг.7 показывает пример рамы 11 с горизонтальной (h) лентой 21.1 на поверхности Н и горизонтальной лентой 21.2, расположенной в гофроподобном выгибе 24 с вертикальным промежутком d от поверхности. Эта структура, как и структура, показанная на фиг.5 и 8, сама по себе, даже без заднего окна, образует жесткую к изгибу рамную конструкцию 11. Дополнительный легкий полимерный слой, наклеенный в качестве наружной облицовки 27, может обеспечить дополнительное усиление, прежде всего, в зоне, находящейся под задним окном.
На фиг.8 показан гофроподобный выгиб 24 с нижней горизонтальной (h) лентой 21.1, расположенной с вертикальным промежутком d от поверхности Н, и вертикальной лентой 21.2, которые в данном случае расположены на внутренней поверхности так, что их можно видеть. Согласно другому варианту, жесткая к изгибу структура может быть образована из ленты 21.1 и более толстой ленты 21.3, расположенной выше, ближе к поверхности Н.
Фиг.9 иллюстрирует дополнительные варианты жестких к изгибу основных несущих конструкций 10 с крестообразными (т.е. перекрещивающимися) вертикальными лентами 21.1 и 21.2 или с диагональными (26) лентами 21.4 и 21.5, а также с лентой 21.3 в зоне под задним окном 2, которые проходят до нижних углов 17 конструкции 10. Вертикальные ленты 21.1, 21.2 могут локально деформироваться в месте 26 пересечения до половинной высоты (d/2), вследствие чего они могут перекрещиваться в пределах заданной высоты (d). Указанное место пересечения также может быть образовано верхней и нижней горизонтальными лентами, а также расположенной между ними пересекающей вертикальной лентой.
На фиг.10а, b показаны два вида несущей конструкции, т.е. лонжероны или поперечины, которые предпочтительно выполнены в виде желоба или гофроподобного выгиба 24 с диагональным или крестообразным оребрением 25. Все интегрированные ленты 21 интегрированы в гофрированные и/или ребристые структуры усиленной волокнами формовочной массы 20. На фиг.10с дополнительно показано присоединенное с силовым замыканием покрытие 27, благодаря которому образуется закрытый, жесткий к скручиванию профиль, используемый, например, в качестве верхней поперечины 12 на фиг.1.
На фиг.11а, b в двух видах показан пример с вертикальной лентой 21 в ребре 25, которое без разрывов переходит от одной стенки (24) гофроподобного выгиба к противоположной стенке гофроподобного выгиба.
При помощи предлагаемой основной несущей конструкции 10, состоящей из усиленной волокном формовочной массы 20, которой можно придать любую форму, и интегрированных лент 21 из непрерывного волокна, оптимально расположенных и сформованных в соответствии с требованиями к механической нагрузке, можно изготовлять более легкие и несложные основные несущие конструкции 10 и, следовательно, задние двери 1. При этом обеспечиваются улучшенные механические свойства и рациональное, не требующее больших затрат изготовление. Кроме того, обеспечивается большая свобода выбора форм задних дверей самых различных типов, в том числе задних дверей с расположенными сбоку петлями и замком. К тому же интегрированные ленты 21 из непрерывного волокна предпочтительно могут быть соответствующим образом изогнуты и профилированы.
В предпочтительном случае основную несущую конструкцию 10 изготавливают способом экструзии или литья под давлением, вкладывая в пресс-форму формованные и устойчивые по форме ленты или профили из непрерывного волокна. Такой предпочтительный способ изготовления описан, например, в патентном документе WO 2004/024426. Пропитанные ленты или профили из непрерывного волокна предпочтительно состоят из однонаправленного непрерывного волокна в полимерной матрице (например, из непрерывного волокна в полипропилене), а усиленная волокнами формовочная масса 20 предпочтительно имеет среднюю длину волокон не менее 2 мм (хотя можно использовать и более короткие волокна). В случае соответствующих требований, посредством волокон длиной 5-10 мм и более (усиление длинным волокном) можно обеспечить еще лучшие механические свойства. Конечно, также можно применять другие полимеры и армирующие волокна (например, полиамиды и углеродные волокна).
На фиг.12 в качестве еще одного варианта показана рама 11, на некотором участке которой наклеена полимерная наружная облицовка 27, а поверх - заднее окно 2.
На фиг.13 показан вариант задней двери 1 с сильно изогнутыми лонжеронами 13, 14, которые внизу переходят в закругленную поперечину 15. В этом случае заднее окно 2 изогнуто в направлении третьей стойки кузова. Усиление из непрерывного волокна состоит из двух вертикальных лент из непрерывного волокна 21.1 и 21.2, которые проходят от петель 5 через лонжероны до поперечины 15, где они перекрываются и соединяются с силовым замыканием (22). В этом случае пластмассовый спойлер 30 может быть установлен, например, под окном 2.
В данном изобретении используются следующие номера позиций
1
задняя дверь
2
заднее окно
3
шасси
5
петли
6
замок
7
двигатель стеклоочистителя
8
пружинные амортизаторы
10
основная несущая конструкция
11
периферическая рама
12
верхняя поперечина
13, 14
лонжероны
15, 16
нижние поперечины
17
углы 11
20
усиленная волокном формовочная масса
21
ленты и профили из непрерывного волокна
22
соединительные участки между 21
24
гофроподобный выгиб, желоб
25
оребрение
26
крестообразное или диагональное расположение
27
пластиковая наружная облицовка, наружный слой
28
вставки, держатель
29
внутренняя облицовка, внутренняя обшивка
30
задний спойлер
31
дополнительные компоненты
32
отверстия в 10
33
участки с 24, 25
34
принимающие нагрузку участки
35
видимая поверхность
Н
наружная поверхность, касательная плоскость к Н
v
вертикально относительно Н, в вертикальном направлении относительно Н
h
горизонтальная ориентация
d
вертикальный промежуток относительно Н