在车辆行走机构区域中至少局部以纤维复合材料构造的结构元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种至少局部以纤维复合材料构造的结构元件，该结构元件具有针对 于拉力负荷的过载设计的区段。优选但不强制的是，本发明的结构元件可以应用在车辆的 行走机构区域中，例如形式上为导引车轮的导杆等。
【背景技术】
[0002] 在机动车构造中，过载机构例如在行走机构中由导杆、牵杆等的局部失效（例如 折弯）反映出来或者在事故情况中还通过连接元件（如橡胶接头等）的脱开或剪断而反映 出来。所采用的这些机构只能部分地反映出以纤维复合塑料构造的结构元件（这种结构 元件未来得到越来越多的应用）的情况，因为特别是连续纤维（长纤维）增强的塑料不具 备可塑特性。对于这种材料来说，在事故中或者过载中表现的特性尤其是在拉力负荷线路 (Zuglastpfad)中是数字式的，也就是说，在完全承载情形与完全失效之间典型地发生一种 突然转变。然而这一点例如在导引车轮的导杆情况中是不希望的。具体来说，受到过载作用 的导引车轮的导杆即使不能精确地在原来位置中导引车轮，也应该能够部分地进行引导。 此外，对于在损坏事件之后或期间负荷承载特性的针对性设计来说只有少许调节量可供使 用。
【发明内容】
[0003] 因此本发明的目的是，提供一种至少局部以纤维复合材料构造的结构元件，该结 构元件具有针对于拉力负荷的过载设计的区段，该结构元件在一定的、按照量值被限定的 (也就是说，并非极端高的）过载时，沿着拉力方向不是突然完全失灵，而是至少还能在小 范围之内承担其功能。
[0004] 上述目的的解决方案在于这样一种至少局部以纤维复合材料构造的结构元件，该 结构元件例如是车辆的结构元件并且在那里特别是设置在行走机构区域中，所述结构元件 具有针对于拉力负荷的过载设计的区段，该区段由以多层相叠折褶的扁平的纤维半成品或 纤维复合材料带材所构成，或者由以多个相联的层重叠的开放式或封闭式的纤维半成品或 纤维复合材料型材所构成，其具有沿着拉力负荷方向水平的纤维分布走向，各层通过纤维 复合材料的塑料基质相互连接。另外，所述区段（其具有按本发明多次重叠的并且相联的 各层，这些层在型材的情况中实际上也是折褶的）也称为重叠区域，。
[0005] 根据本发明，在结构元件中设置了基本上单向的纤维的重叠，其中，所述纤维构造 为连续纤维并且基本上沿着结构元件的拉力负荷的方向定向排列。在重叠区域中，在从侧 面观察的情况下，这些纤维在差不多是处于S型的形状中，也就是说，它们在最广泛的意 义上例如这样地描绘出字母"S"，即，例如从右侧水平导引过来的纤维在一竖直平面内以 180°弯曲向上导引，并且首先又重新向右延伸一定的距离，以便接着再次180°弯曲向上、 向左被继续水平导引。现在可以规定：首先仅仅相应地敷设一个纤维半成品（="干燥的" 集结物或类似物，其具有大量彼此平行走向的单向增强纤维，例如碳增强纤维）并且通过 添加塑料基质而构成结构元件，或者相应地敷设具有单向增强纤维的经过预处理的纤维复 合材料（例如形式上为"预浸料坯"），以便接着相应地制作结构元件。在两种情况中，所述 平行的增强纤维的相叠折褶的各层在重叠区域内相互连接，而且是通过整体使结构元件成 形的纤维复合材料的塑料基质（相连接）。
[0006] 利用这样的构造设计，按照本发明构成的结构元件在出现拉力过载时沿着拉力方 向在一定程度上展开，因此不是突然彼此撕裂或断裂开来，而是所述针对于拉力负荷的过 载设计的区段或者说重叠区域使得结构元件的通常位于该区段的两侧的部分（即使在撕 开或展开之后）在重叠区域内继续相互连接，从而，该结构元件在这样的过载情况之后也 能够至少部分地继续执行其特别是传递拉力的功能。因此，由于本发明的构造设计，与可能 的备选方案（亦即安装现有技术中的单独的过载元件）相比，可以实现重量减轻并且此外 可以有益地达到很高的能量吸收性能。在宽泛的范围内彼此独立地针对正常使用以及针对 过载情形，可以通过选择所述增强纤维带材或纤维复合材料带材的宽度或适当地选择型材 横截面和重叠长度来调节所述重叠区域的力-位移-特性。在此，特别有益的是本发明的 结构元件在其所述的针对过载而设计的区段中的逐步失效，这一点在一种特别有益的发展 设计中还能以多个步骤来实现，方式是，设置多个重叠。
[0007] 根据一种有益的发展设计，重叠区域可以通过中间层和/或缝合得到增强。通过 这种方式可以在过载情况中同样在宽泛范围内对力-位移-特性施加影响。在缝合的情况 中，至少两个在重叠区域内相叠的纤维半成品或者纤维复合材料层特别是在纤维上通过一 个附加的连接机构固定地、例如力锁合地相互连接，具体而言，例如通过缝合或装订或线束 钉（Taften)或夹紧等。然而也可以通过在两个相联重叠的增强纤维层（形式上为纤维半 成品或形式上为纤维复合材料）之间的中间层构成一种增强，其中，优选该中间层应该从 重叠区域牵入结构元件的与该重叠区域相接的区域中并且还应该在该重叠区域以外与其 他的纤维层连接。原则上，每一折褶的层在重叠区域内的重叠长度可以是相同的；然而作为 可选方案，每一折褶的层在重叠区域内的重叠长度也可以是不同的。
[0008] 可以在所述针对于拉力负荷的过载设计的区段或者重叠区域的折褶部中嵌置适 当的填充材料，该填充材料可有助于在过载情况下的展开并且另外可以用于避免纤维断 裂。这样的填充材料例如可以是一根以其轴线与相应的增强纤维成横向延伸的辊或者一根 软管，然而作为可选方案，也可以是一个例如由硅酮或者特氟隆（聚四氟乙烯）构成的面状 层，这些材料防止重叠的纤维复合物质层在为了构成相联的重叠而设的弯曲折褶部内相互 粘附。因此，这样便可以在确定的过载情况中有针对性地对失效特性（也就是说重叠的开 裂）进行调节。
[0009] 已经提及：按照本发明构造的结构元件例如可以是机动车行走机构中导引车轮的 导杆。当然也能够以相应的方式构造其他的、承载拉力的、在过载时不应该突然完全撕裂开 来的结构元件。再说到导引车轮的导杆，已知的是：这种导引车轮的导杆不只可以成形为线 性延伸的，而且也可以成形为近似梯级状的，于是可以在不同的梯级中分别设置一个所述 的区段或重叠区域。另外，这种导杆可以构造有由不同的单件构成的重叠区域，即一种经过 事先折褶的和构成所述重叠区域的零件体，在该零件体的两侧安装有一端头件，导杆通过 该端头件与其他的结构元件连接。这些端头件可以例如由压铸件或者纤维复合压制料组成 并且例如材料锁合地与构成重叠区域的零件体相连接。然而作为可选方案，所述端头件也 可以由金属材料组成。
【附图说明】
[0010] 由下面参照附图的说明可得知本发明的其他细节、特征和优点。附图中：
[0011] 图1为纤维半成品带材或纤维复合材料带材具有本发明重叠区域（带有该带材的 多个层）的透视图；
[0012] 图2为图1中示图的侧视图；
[0013] 图3至8为在相应的按照本发明的重叠区域内纤维半成品带材或纤维复合材料带 材的层的一些不同的、可选的实施方式，分别为类似于图2的侧视图；
[0014] 图9为本发明的结构元件在车辆行走机构中可能的布局设置；
[0015] 图10为本发明的一种构造设计，其中，在重叠区域内成多层地设置型材代替带 材；
[0016] 图11为型材的另一种可能的构造设计，可以类似于图10设置该型材，和
[0017] 图12为一个封闭式型材的立体的局部剖视图，该型材具有按照本发明的重叠区 域。
【具体实施方式】
[0018] 在图1至8以及图10至12中示出了本发明结构元件的一个组成部分，该结构元 件例如可以用作机动车中的牵杆，该牵杆则又可以用作导引车轮的导杆。结构元件具有例 如分别由单向增强纤维复合材料1构成的扁平的带材（参见图1)或者开放式的型材（参 见图10)或封闭式的型材（参见图11、12)，或备选地，具有相应的纤维半成品1，该纤维半 成品带有单向延伸的增强纤维，例如碳增强纤维，所述带材或型材或纤维半成品在一个所 谓的重叠区域2内以多层相叠折褶。由此单层或者层组构成了相应的重叠区域2,在这些重 叠区域内堆叠地放置有或被放置了单个或多个相联的层的多个折褶部，所述层要么是纤维 半成品层、要么是起先尚未固化的纤维复合材料层。各层通过材料的折褶而构成并且沿纤 维复合材料1带材的纵向L观察（参见图1)通过在折褶过程（Falt-Pr 0zess)中形成的折 褶部F相联地彼此连接。另外，在图1中重叠的五层纤维复合材料1或纤维半成品1在重 叠区域2内沿着垂直于带材1的方向S(参见图2)相互连接，而且是通过纤维复合材料的 塑料基质（相连接）。
[0019] 在此，例如以碳构造的增强纤维优选沿着带材1的纵向L单向地在纤维复合物质 或纤维半成品带材1内部延伸；这些彼此并排布置的增强纤维通过相对增强纤维成角度延 伸的编接丝线被保持在一起，所述编接丝线例如可以由玻璃纤维构成。
[0020] 另外，在图1中通过沿着所示纤维复合物质带材1的纵向L延伸的箭头Z表示出 结构元件的或者位于该结构元件内的带材1的拉力负荷，该拉力负荷与设置在该带材内并 且由连续纤维构成的增强纤维的延伸方向同向。在有关结构元件拉力过载的情况下，重叠 区域2或者说带材1在一定程度上沿着所述箭头Z的方向被开褶展开。
[0021] 当然，本发明的结构元件可以由多个这样的纤维复合物质带材1构成，这些带材 则同样又可以沿着箭头方向S观察相叠布置；另外，当然可以有覆盖层设置在图示的纤维