СОЕДИНЕНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ВСТАВОК ПРИ ПОМОЩИ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА, ПЕРЕДНЯЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ СТОРОНА АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ОПОРНАЯ КОНСТРУКЦИЯ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТАКОГО СОЕДИНЕНИЯ
CONNECTION OF REINFORCEMENT INSERTS BY MEANS OF POLYMER MATERIAL, FRONT TECHNICAL SIDE OF VEHICLE AND SUPPORT STRUCTURE OF VEHICLE AND METHOD OF OBTAINING SAID CONNECTION

Изобретение относится к соединению усилительных вставок посредством полимерного материала. В частности, усилительные вставки соединяют только при помощи по меньшей мере частично покрывающего их полимерного материала. В частности, соединение усилительных вставок усиливается за счет своего крепления на отдельном конструктивном элементе.
В частности, заявленное соединение является частью передней технической стороны автотранспортного средства, в частности, ее нижней частью.
В данной области «передней технической стороной» (ПТС) называют конструкцию, которая находится спереди моторного блока и которая предназначена для крепления на ней различных органов, в первую очередь радиатора моторного блока. ПТС может иметь самые разные формы. В некоторых случаях она сведена к простой поперечной балке. В других случаях она представляет собой раму более или менее сложной формы, включающую в себя «охлаждающий отсек». Этим термином обозначают все элементы, необходимые для охлаждения двигателя, иногда установленные друг на друге в виде слоев или частично расположенные друг над другом. Классически охлаждающий отсек включает в себя водяной радиатор охлаждения двигателя, в случае необходимости, теплообменник воздух-воздух (охладитель воздуха наддува - ОВН) и конденсатор. Кроме того, ПТС выполняет различные функции, такие как крепление упоров капота, крепление замка капота или скобы замка капота, и т.д.
Чтобы получить выигрыш в компактности и в массе, некоторые ПТС образуют раму, полученную путем соединения двух поперечин вертикальными стойками, причем эта рама содержит усилительные вставки, по меньшей мере частично покрытые полимерным материалом.
Для обеспечения жёсткости такой рамы усилительные вставки необходимо скрепить друг с другом. Это скрепление можно осуществить перед нанесением на вставки полимерного материала, например, посредством сварки, при помощи винтов или заклепок, или после нанесения на вставки полимерного материала, как правило, при помощи винтов или заклепок. Однако эти операции крепления требуют осуществления операций позиционирования и крепления, которые усложняют процесс соединения и повышают стоимость соединения.
Некоторые решения состоят в создании зоны перекрывания и заделки вставок перед их покрытием полимерным материалом, причем эта зона заделки имеет Т-образную форму. Это решение позволяет получить прочное соединение без операции сварки, завинчивания или клепки, но приводит к объемному и тяжелому соединению.
Согласно другим решениям, выполняют конструкцию из двух отдельных частей, нижней и верхней, при этом каждая часть содержит участки вертикальных стоек. Однако такое соединение является объемным, и обе части не соединены между собой.
Наконец, другое решение состоит в позиционировании вставок таким образом, чтобы они не соприкасались друг с другом, и в их покрытии полимерным материалом. Механическая прочность такого соединения зависит только от полимерного материала, соединяющего вставки, и является относительно ограниченной.
Таким образом, существует потребность в надежном и легком соединении усилительных вставок, которое можно осуществлять просто и с небольшими затратами.
Изобретение призвано решить эти проблемы и предложить соединение первой продольной усилительной вставки и второй продольной усилительной вставки при помощи по меньшей мере частично покрывающего их полимерного материала, при этом каждая усилительная вставка имеет открытое вогнутое поперечное сечение, в частности, по существу в виде U или в виде Ω, при этом продольные направления указанных усилительных вставок являются по существу перпендикулярными, при этом, согласно изобретению:
- край конца первой усилительной вставки опирается, в частности, напрямую на вторую усилительную вставку с ее выпуклой стороны вдоль части края сквозного отверстия, выполненного в указанной второй усилительной вставке, при этом указанное отверстие имеет форму и размер, идентичные или по существу идентичные форме и размеру поперечного сечения указанного конца первой усилительной вставки,
- указанные усилительные вставки по меньшей мере частично покрыты полимерным материалом по меньшей мере на уровне их стыка,
- крепежная лапка, неподвижно соединенная с указанной второй усилительной вставкой и смежная с указанным отверстием, опирается на стенку указанного конца первой усилительной вставки, при этом указанная стенка и указанная крепежная лапка имеют выполненные друг против друга отверстия.
Таким образом, обе усилительные вставки удерживаются друг с другом в прямом контакте при помощи полимерного материала, при этом последующее крепление соединения на другом элементе конструкции через крепежные отверстия позволяет усилить соединение между усилительными вставками. Таким образом, при очень небольшой зоне перекрывания поверхности крепежной лапки получают соединение, которое в использовании является надежным, легким и малогабаритным.
Усилительные вставки могут быть металлическими или из полимерного материала. Например, усилительные вставки могут быть выполнены из алюминия, из сплава на основе алюминия или из стали, в частности, из нержавеющей стали. Они могут быть также выполнены из полипропилена или из полиамида, возможно, усиленного, например, стекловолокнами, углеродными или другими волокнами, или из любого другого полимерного материала, обладающего необходимой жесткостью.
Полимерный материал, покрывающий усилительные вставки, тоже может быть полипропиленом или полиамидом.
Предпочтительно усилительные вставки могут быть образованы плоскими или по существу плоскими стенками, соединенными друг с другом вдоль продольного края. Это позволяет легко выполнять прочные вставки. Так, усилительная вставка по существу U-образной формы может быть образована тремя плоскими или по существу плоскими стенками, попарно соединенными друг с другом, предпочтительно под прямым углом или по существу под прямым углом. Усилительная вставка по существу в виде Ω может быть образована тремя плоскими или по существу плоскими стенками, попарно соединенными друг с другом, предпочтительно под прямым углом или по существу под прямым углом, при этом две концевые стенки содержат на свободном продольном крае продольный бортик, перпендикулярный или по существу перпендикулярный к стенке, с которой он неподвижно соединен.
Отверстие может иметь форму четырехугольника, например, прямоугольника, однако можно предусмотреть и другие формы.
Предпочтительно, но не ограничительно крепежная лапка может быть выполнена за одно целое со второй усилительной вставкой, которая может быть металлической или из полимерного материала, что позволяет упростить изготовление этой крепежной лапки. В частности, когда вторая усилительная вставка является металлической, крепежная лапка может быть частью, вырезанной во второй усилительной вставке, чтобы получить указанное отверстие. Это тоже позволяет упростить выполнение крепежной лапки.
В альтернативном варианте крепежную лапку можно закрепить на второй усилительной вставке посредством завинчивания, сварки, клепки или при помощи клея.
Кроме того, заявленное соединение может иметь один или несколько следующих отличительных признаков:
- Крепежная лапка может опираться на указанную стенку с выпуклой стороны первой усилительной вставки. При этом предпочтительно на первой усилительной вставке со стороны ее вогнутости может быть закреплен конструктивный элемент, что позволяет усилить соединение за счет расположения в виде сэндвича первой усилительные вставки.
- Полимерный материал, по меньшей мере частично покрывающий указанные усилительные вставки, не перекрывает указанные отверстия. Это позволяет упростить последующий этап крепления соединения на конструктивном элементе.
- Полимерный материал, по меньшей мере частично покрывающий указанные усилительные вставки, образует ребро жесткости, проходящее в продолжении первой вставки через отверстие и за его пределы внутри вогнутости второй усилительной вставки. Это позволяет избежать разрыва инерции между двумя усилительными вставками на уровне их стыка и, следовательно, обеспечивает более высокую прочность соединения.
- Полимерный материал образует по меньшей мере одно ребро жесткости, проходящее от части края отверстия, вдоль которой прижимается первая усилительная вставка, в продолжении первой усилительной вставки, в частности, в продолжении слоя полимера, покрывающего первую усилительную вставку вблизи ее стыка со второй усилительной вставкой, через отверстие и за его пределы. Это позволяет повысить прочность соединения за счет сокращения разрывов инерции. В частности, ребра могут проходить по всей высоте вогнутости, образованной второй усилительной вставкой.
- Одно или несколько ребер жесткости могут также быть выполнены параллельно или по существу параллельно продольному направлению первой усилительной вставки внутри вогнутости, образованной второй усилительной вставкой, напротив указанного отверстия, в частности, от одного края к другому отверстия. Это тоже позволяет повысить прочность соединения на уровне стыка усилительных вставок, в частности, уменьшить риски деформации второй усилительной вставки на уровне стыка.
Кроме того, можно предусмотреть другие, перекрестные ребра жесткости внутри вогнутости второй вставки вокруг отверстия и даже на выпуклых и вогнутых сторонах первой ставки, если только эти ребра не перекрывают отверстия крепежной лапки или стенки или не мешают доступу к этим отверстиям.
Объектом изобретения является также передняя техническая сторона автотранспортного средства, содержащая заявленное соединение, в которой вторая усилительная вставка образует горизонтальную, в частности, нижнюю поперечину, и первая усилительная вставка образует вертикальную стойку. В частности, другая первая усилительная вставка может образовать вторую вертикальную стойку стороны ПТС, соединенную с той же второй усилительной вставкой, что и первая усилительная вставка. При этом вторая усилительная вставка имеет второе отверстие, подобное описанному выше отверстию, для соединения другой первой усилительной вставки. В варианте сторона ПТС может содержать другую горизонтальную, в частности, верхнюю поперечину, точно так же соединенную с двумя первыми вертикальными усилительными вставками.
Объектом изобретения является также опорная конструкция, содержащая заявленное соединение, являющееся, например, частью стороны ПТС, неподвижно соединенное с конструктивным элементом, при этом конструктивный элемент закреплен на указанном соединении при помощи винтов или заклепок, проходящих через отверстия этого соединения, при этом конструктивный элемент закреплен, в частности, на соединении со стороны, противоположной его крепежной лапке. Крепление конструктивного элемента на соединении позволяет повысить жесткость зоны стыка первой и второй усилительных вставок, в результате чего заявленное соединение является исключительно надежным в использовании.
Конструктивный элемент может быть, в частности, закреплен на соединении со стороны, противоположной крепежной лапке, таким образом, что первая усилительная вставка оказывается зажатой в виде сэндвича между крепежной лапкой второй усилительной вставки и конструктивным элементом, что позволяет повысить прочность соединения.
Объектом изобретения является также способ получения заявленного соединения, причем это соединение содержит по меньшей мере одну первую продольную усилительную вставку и по меньшей мере одну вторую продольную усилительную вставку, при этом каждая усилительная вставка имеет открытое вогнутое поперечное сечение, в частности, по существу в виде U или Ω, при этом указанный способ содержит:
(i) этап позиционирования указанных усилительных вставок в пресс-форме, на котором усилительные вставки располагают таким образом, чтобы их продольные направления были по существу перпендикулярными, и во время которого:
(a) край конца первой усилительной вставки прижимают ко второй усилительной вставке, в частности, непосредственно ко второй усилительной вставке с ее выпуклой стороны вдоль части края сквозного отверстия указанной второй усилительной вставки, при этом указанное отверстие имеет форму и размер, идентичные или по существу идентичные форме и размерам поперечного сечения первой усилительной вставки, и
(b) крепежную лапку, неподвижно соединенную с указанной второй усилительной вставкой и смежную с указанным отверстием, прижимают к стенке указанного конца первой усилительной вставки таким образом, чтобы сквозные отверстия, выполненные в указанной стенке и в указанной крепежной лапке, оказались друг против друга,
(ii) этап нагнетания полимерного материала внутрь пресс-формы, во время которого полимерный материал покрывает по меньшей мере частично указанные усилительные вставки по меньшей мере на уровне их стыка.
Таким образом, заявленное соединение является исключительно простым в реализации, поскольку этап нагнетания позволяет осуществлять одновременно нагнетание полимерного материала и соединение усилительных вставок и не требует предварительных или последующих отдельных этапов соединения усилительных вставок.
Предпочтительно во время первого этапа (i) усилительные вставки можно расположить в первой части пресс-формы в первом направлении, перпендикулярном к продольным направлениям первой и второй усилительных вставок, затем вторую часть пресс-формы прижимают к первой части пресс-формы в указанном первом направлении, и третью часть пресс-формы прижимают с вогнутой стороны второй усилительной вставки к первой и второй частям пресс-формы во втором направлении, параллельном продольному направлению первой усилительной вставки, при этом указанная третья часть пресс-формы содержит часть, проходящую через отверстие второй усилительной вставки.
- после этапа нагнетания (ii) первую и вторую части пресс-формы отделяют друг от друга раздвигающим движением, параллельным указанному первому направлению, и третью часть пресс-формы снимают раздвигающим движением, параллельным указанному второму направлению.
Таким образом, можно легко получить заявленное соединение при помощи простых движений пресс-формы.
Далее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые неограничивающие чертежи.
На фиг. 1 частично показаны усилительные вставки заявленного соединения перед их относительным позиционированием, вид в перспективе;
на фиг. 2 частично показаны усилительные вставки, изображенные на фиг. 1, готовые для частичного покрывания полимерным материалом, вид в перспективе;
на фиг. 3 частично показано полученное соединение с вставками, изображенными на фиг. 1 и 2, вид в перспективе;
на фиг. 4 показан вид в сечении этого соединения по линии А-А фиг. 3. На этой фигуре пунктирными линиями показаны различные части пресс-формы, позволяющей получить соединение;
на фиг. 5 показано соединение согласно варианту осуществления изобретения во время крепления на конструктивном элементе.
На фигурах одни и те же элементы имеют одинаковые обозначения.
В настоящем описании термины «передний», «задний», «верхний», «нижний» следует рассматривать относительно переднего и заднего направлений транспортного средства, когда соединение смонтировано на транспортном средстве. Оси Х, Y, Z соответствуют продольной (спереди назад), поперечной и вертикальной осям транспортного средства.
Под выражением «по существу горизонтальный, продольный или вертикальный» следует понимать направление/плоскость, образующие угол не более ±20°, даже не более 10° или не более 5° с горизонтальным, продольным или вертикальным направлением/плоскостью.
Под выражением «по существу параллельный, перпендикулярный или под прямым углом» следует понимать направление/угол, отличающийся не более чем на ±20°, даже не более чем на 10° или не более чем на 5° от параллельного, перпендикулярного направления или от прямого угла.
На фиг. 1 показана первая продольная усилительная вставка 12, расположенная вертикально, и вторая продольная усилительная вставка 14, расположенная горизонтально. Как показано на этой фигуре, продольные направления этих усилительных вставок 12, 14 являются перпендикулярными. Первая и вторая усилительные вставки 12, 14 позволяют реализовать описанное ниже соединение 10 согласно варианту осуществления изобретения.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 1-4, край 16 конца первой вставки 12 прилегает ко второй усилительной вставке 14 с ее выпуклой стороны вдоль части края сквозного отверстия 18, выполненного в этой второй усилительной вставке 14.
Каждая усилительная вставка 12, 14 имеет открытое вогнутое поперечное сечение. В данном случае речь идет по существу о Ω-образной форме, образованной двумя плоскими стенками. Иначе говоря, усилительная вставка образована несколькими плоскими стенками, соединенными между собой продольным краем, с поперечным сечением, подобным Ω.
Так, первая вставка 12 содержит стенку 12а дна и две боковые стенки 12b, 12с с двух сторон от стенки 12а дна. Каждая из этих боковых стенок 12b, 12с имеет бортик 12d, проходящий параллельно стенке 12а дна снаружи вставки. Аналогично, вторая вставка 14 содержит плоскую стенку 14а дна, обрамленную двумя боковыми стенками 14b, 14с, причем каждая из этих боковых стенок 14b, 14с имеет бортик 14d, направленный наружу вставки.
В представленном примере стенка 12а дна первой усилительной вставки 12 расположена перпендикулярно к стенке 14а дна второй усилительной вставки 14 и параллельно продольному направлению второй усилительной вставки 14. Это расположение позволяет уменьшить габарит соединения первой и второй усилительных вставок.
Кроме того, вторая усилительная вставка 14 содержит отверстие 18, форма и размер которого идентичны форме и размерам поперечного сечения первой усилительной вставки 12. В данном случае это отверстие 18 имеет прямоугольную форму, по существу соответствующее сечению стенок дна и боковых стенок 12а, 12b, 12с первой усилительной вставки 12.
Таким образом, край 16 первой усилительной вставки 12 можно прижать (непосредственно) к части края отверстия 18, а именно в данном случае трех из краев 18а, 18b, 18с прямоугольного отверстия 18.
Это показано на фиг. 2, на которой видно, что край 16 первой вставки 12 прилегает к краям 18а, 18b, 18с отверстия 18, при этом четвертый край 18d отверстия остается свободным.
Как показано на фиг. 3, соединение 10, содержащее первую усилительную вставку 12 и вторую усилительную вставку 14, частично покрыто полимерным материалом. Этот полимерный материал позволяет, в частности, повысить жесткость усилительных вставок 12 и 14, а также обеспечивает соединение этих вставок.
Чтобы повысить прочность соединения первой и второй усилительных вставок 12 и 14, вторая усилительная вставка 14 имеет крепежную лапку 20, с которой она неподвижно соединена, причем эта крепежная лапка 20 является смежной с отверстием 18. Эта крепежная лапка выполнена таким образом, чтобы опираться на концевую стенку 13 первой усилительной вставки 12, когда край 16 этой вставки опирается на края отверстия 18. В данном случае эта стенка 13 образована частью стенки 12а дна первой усилительной вставки. Стенка 13 и крепежная лапка 20 содержат, каждая, сквозные отверстия 13а, 13b, соответственно 20a, 20b, расположенные друг против друга.
Оси этих отверстий 13a, 13b, 20a, 20b показаны на фиг. 2 и обозначены Х1 и Х2 соответственно. Таким образом, когда первая усилительная вставка 12 и вторая усилительная вставка 14 опираются непосредственно друг на друга, как показано на фиг. 2, отверстия 20a, 20b совпадают соответственно с отверстиями 13а, 13b. Во время поверхностного литья полимерного материала, как показано на фиг. 3 и 4, предпочтительно полимерный материал не перекрывает эти отверстия 13а, 13b, 20a и 20b, как показано на фигурах, что облегчает дальнейшее использование этих отверстий для крепления соединения 10 на конструктивном элементе. Этот полимерный материал может располагаться с двух сторон от первой усилительной вставки 12 и от этих отверстий 20a, 20b.
Как показано на фиг. 3, вторая усилительная вставка 14 частично покрыта полимерным материалом на своих наружных сторонах, иначе говоря, на ее выпуклых сторонах. В частности, на фиг. 3 позицией 22 обозначена полоса полимера, охватывающая наружную поверхность второй усилительной вставки 14, с выемками 23, позволяющими уменьшить количество используемого материала. Эта решетчатая форма обеспечивает хорошую механическую прочность и одновременно позволяет уменьшить количество используемого материала.
Полимерный материал, частично покрывающий усилительные вставки по меньшей мере на уровне их стыка, образует также ребро 24 жесткости, проходящее в продолжении первой усилительной вставки 12 через отверстие 18 и внутри вогнутости второй усилительной вставки 14, как показано, в частности, на фиг. 4. Предпочтительно ребро 24 жесткости проходит по всей высоте вогнутости, образованной второй усилительной вставкой 14 (измеренной в продольном направлении первой усилительной вставки 12). Это ребро 24 жесткости непрерывно продолжает слой полимера, покрывающий первую усилительную вставку 12, и обеспечивает непрерывность первой усилительной вставки 12 по всей толщине второй усилительной вставки 14, что улучшает инерцию соединения.
Для повышения жесткости соединения 10 можно выполнить также другие ребра жесткости из полимерного материала. Предпочтительно эти ребра жесткости имеют по существу постоянную толщину, подобную толщине слоя покрывающего вставки полимерного материала.
Можно выполнить перекрестные ребра 26 жесткости внутри вогнутости, образованной второй усилительной вставкой 14, от ее стенки 14а дна и перпендикулярно к этой стенке.
Одно или несколько других ребер жесткости (не показаны) можно также выполнить напротив отверстия перпендикулярно к его краям внутри вогнутости, образованной второй усилительной вставкой 14, в частности, по всей ее высоте. Предпочтительно такие ребра расположены перпендикулярно к стенке дна второй усилительной вставки 14. Другие ребра (не показаны), возможно соединенные между собой, можно также выполнить от каждого из краев 18а-d отверстия 18 внутри вогнутости, образованной второй усилительной вставкой 14, предпочтительно по всей ее высоте.
Различные описанные выше расположения ребер можно комбинировать между собой.
Соединение 10, показанное на фиг. 3 и 4, предназначено для крепления на конструктивном элементе 30, например, на лонжероне, показанном на фиг. 5. Этот лонжерон 30 содержит концевую пластину 32, в которой просверлены два отверстия 32а и 32b с таким же промежутком, как и отверстия 20a, 20b или 13а, 13b соединения 10. При этом конструктивный элемент 30 можно закрепить на соединении 10 путем пропускания винтов 33 и 34 через отверстия 20a, 20b, 13а, 13b; 32а, 32b соединения 10, с одной стороны, и лонжерона 30, с другой стороны. Таким образом, получают исключительно надежное соединение между конструктивным элементом и заявленным соединением, одновременно повышая жесткость последнего.
Поверхностное литье полимерного материала на усилительных вставках предпочтительно осуществляют посредством нагнетания в пресс-форму, состоящую из нескольких частей. Части пресс-формы показаны пунктирными линиями на фиг. 4.
В первой части 40 пресс-формы, называемой также матрицей, располагают усилительные вставки 12, 14 в первом направлении А1, перпендикулярном к продольным направлениям первой и второй усилительных вставок 12, 14. Эту первую часть 40 пресс-формы частично закрывают второй частью 42 пресс-формы, называемой также пуансоном, которая садится на первую часть 40 пресс-формы в этом направлении А1. Третья часть 44 пресс-формы, называемая также затвором или башмаком, закрывает первую и вторую части 40, 42 пресс-формы во втором направлении А2, перпендикулярном к продольному направлению второй вставки 14 и параллельно продольному направлению первой вставки 12. Эта третья часть пресс-формы закрывает первую и вторую части пресс-формы со стороны вогнутости второй усилительной вставки 14. Третья часть 44 пресс-формы содержит часть 46, проходящую через отверстие 18 первой вставки, образуя ребро 24. Эта третья часть 44 пресс-формы содержит другие выступающие части 47, 48, 49, позволяющие получить ребра 26 жесткости со стороны вогнутости второй усилительной вставки 14. После закрывания пресс-формы в нее можно нагнетать полимерный материал, чтобы покрыть первую и вторую усилительные вставки в предусмотренных местах. После этапа нагнетания части 40, 42 и 44 пресс-формы отделяют друг от друга раздвигающим движением параллельно первому направлению А1 для частей 40, 42 пресс-формы и параллельно второму направлению А2 для части 44 пресс-формы.
Таким образом, просто и быстро получают надежное соединение 10 без этапа предварительного соединения усилительных вставок 12 и 14, поскольку позиционирование первой и второй усилительных вставок 12, 14 внутри пресс-формы позволяет удерживать их в положении, показанном на фиг. 2, перед нагнетанием полимерного материала.
Показанная на фигурах вторая усилительная вставка 14 образует, например, нижнюю поперечину ПТС автотранспортного средства. В этом случае показанное отверстие 18 может быть расположено на первом конце второй усилительной вставки 14 для ее крепления на первой усилительной вставке 12, чтобы получить стойку ПТС. Эта вторая усилительная вставка 14 содержит другое отверстие 18 на своем другом конце, на который опирается другая стойка, аналогичная первой усилительной вставке 12, которую крепят точно так же. Верхние части стоек крепят на верхней поперечине ПТС (не показана) при помощи аналогичного соединения или любого другого соединения.