本申请是国际申请日为2014年7月11日、国家申请号为201480039863.8(国际申请号为PCT/EP2014/064933)、发明名称为“用于由有机板制造机动车的结构构件的方法”的申请的分案申请。技术领域本发明涉及一种用于制造机动车的结构构件的方法以及一种用于制造尤其构成为机动车车门的门内壳板、门模块或组件支架的结构构件的有机板。
背景技术：
由连续纤维强化的热塑性的塑料构成的板状的半成品称作有机板，其中连续纤维呈由玻璃纤维、凯夫拉纤维、碳纤维或塑料纤维构成的束状物、织物或针织品的形式嵌入热塑性基质中。例如聚酰胺因为其相对于纤维的良好的附着特性而适合作为用于基质的热塑性的塑料。术语“连续纤维强化”理解为，用于强化的纤维的长度基本上受板状的有机板的大小限制，然而在有机板之内纤维基本上是不中断的。有机板能够如金属板那样裁剪并且设有裂口，然而比金属板轻并且同时具有高的表面刚度和强度。在充分加热热塑性基质时，有机板能够如金属板那样，然而在使用小的变形力的情况下三维地变形。为此，首先加热有机板，以熔化有机板的基质，并且接着将有机板通过深冲来改型。由此，机动车的结构构件，例如门元件如门模块、组件支架、门内皮和门外皮，座位元件如座垫和靠背还有挡泥板、活门和顶盖、保险杠等然而也以轻型结构的方式制造进而在轻型加工的同时实现明显的重量减少。从DE102010001634A1中已知一种用于通过有机板的热成形由有机板制造构件的方法，其中为了构成在构件中的留空部扩展有机板的纤维布置，而不破坏有机板的嵌入到由热塑性的塑料构成的基质中的纤维布置的结构。由DE102011111232A1中已知一种机动车的用作车身柱强化部的轻型构件，其中多个有机板层设有不同取向的纤维强化部以及裂口和穿通孔，所述有机板层在轻型构件的大小、形状和位置方面匹配于使用目的。从DE202006019341U1中已知一种由有机板构成的结构构件，所述有机板具有强化结构的、构成为模制件的塑料嵌入件，所述塑料嵌入件为了与热塑性的强化材料进行材料配合的连接而被压力注塑包封。
技术实现要素：
本发明的目的是，提出一种开头所述类型的方法，所述方法将由有机板制造的结构构件的结构上的负荷能力提高并且在热成形期间考虑有机板的结构上的变化的情况下得到有机板的和由有机板制造的结构构件的稳定性。根据本发明，所述目的通过一种用于制造机动车的结构构件的方法实现。根据本发明的解决方案，即为了通过将由热塑性的塑料借助于嵌入的连续纤维强化的板型的半成品热成形来制造机动车的结构构件，将连续纤维或连续纤维层以角位置定位在半成品的热塑性的塑料基质中，所述角位置对应于结构构件的至少一个负荷方向，提高由有机板制造的结构构件的结构上的负荷能力并且通过在热成形期间考虑有机板的结构上的变化得到有机板的和由有机板制造的结构构件的稳定性。对于嵌入热塑性的塑料中的连续纤维的按照负荷的设置方案补充地，能够设有至少两个交叉的连续纤维层并且所述连续纤维层固定在交叉点中并且至少两个交叉的连续纤维层的角位置定位在半成品的基质中，使得支持结构构件的多个负荷方向。附加地，在结构构件的强化的负荷的区域中将强化元件例如牵引带集成到有机板中或结构构件中或放置到结构构件上，其中优选由有机板构成的强化元件与结构构件焊接，粘结或铆接。此外，能够将用于将强化元件与有机板连接并且用于将力导入到结构构件中以及用于在结构构件中进行力分配的适配器喷射、粘结、成形或铆接到强化元件上，使得例如通过喷射、粘结或铆接来建立在适配器和强化元件之间的相应的连接，其中所述强化元件也能够是在有机板中的强化区域，其中-适配器和强化元件为了制造结构构件而装入喷射工具中和/或-设置在有机板的边缘区域中并且在设置适配器的区域中的边缘设有超出部，所述超出部被折叠并且与适配器热焊接。在一个优选的实施方式中，适配器能够一件式地喷射到有机板上并且具有力路径，借助于所述力路径建立与强化元件的材料配合的连接。在此，适配器以固定开口为出发点朝强化元件的连接区域的方向优选以指形的扇状展开方式扩展，尤其以构成相应定向的肋片结构。在另一实施方式中，在有机板的与适配器的喷射侧相对置的侧上在喷射工具中设有完全喷射室，所述完全喷射室仅通过在强化元件的区域中完全喷射强化元件或有机板能够填充有塑料基质的材料，使得填充度能够考虑为用于要产生的连接的质量特征。用于制造构成为机动车车门的门内壳板、门模块或组件支架的结构构件的有机板优选具有嵌入热塑性的塑料中的连续纤维或连续纤维层，所述连续纤维或连续纤维层沿机动车车门的安装在门模块上的功能元件的负荷方向定向，其中尤其-连续纤维或连续纤维层沿窗升降器的窗玻璃的拉下方向、尤其平行于窗升降器的导轨定向，和/或-连续纤维或连续纤维层沿机动车车门的门锁和车门铰链之间的牵引连接的方向定向和/或-连续纤维或连续纤维层沿门拉手的负荷方向定向。附图说明参照绘图的附图根据下面的实施例的描述说明本发明的其他特征进而能实现的优点。从所述描述和附图中也得知实施例的不包含在权利要求中的特征。这些特征也能够以与这里特殊公开的组合不同的形式出现。多个这些特征在上下文的相同的句子中或不同的类型中共同提到的事实不意味着这些特征仅能够以特殊公开的组合的方式出现；换而言之，原则上出发点为，也能够从多个这些特征中略去或变换各个特征，只要这不影响本发明的功能性。附图示出：图1示出用于将有机板热成形并且制造尤其机动车部件的结构构件的设施的示意图；图2示出构成为机动车车门的门模块或组件支架的结构构件的俯视图，所述结构构件具有用于将有机板热成形的悬挂部位和用于结构构件的卡口式连接的接口；图3示出构成为机动车车门的门模块或组件支架的结构构件的俯视图，所述结构构件具有有机板的在悬挂部位处构成的超出部；图4示出用于机动车车门的门模块或组件支架的有机板的示意图，所述有机板具有用于将有机板热成形的预成形的固定容纳部；图5示出集成到用于门模块的有机板中的、在负荷方向上定向的牵引带的俯视图；图6至8示出具有集成到有机板中的牵引带的用于力导入和分配的适配器的有机板的边缘区域的示意图；图9至12示出具有用于将牵引带与有机板连接的强化机构的有机板的边缘区域的示意图；图13示出具有固定开口和指形的朝强化元件的连接区域的方向扇状展开的适配器的有机板的俯视图；图14和15示出沿着切线A-A和B-B贯穿根据图13的有机板的剖视图；图16和17示出用于具有装入有机板的热塑性的基质中的织物或束状物的沿不同的负荷方向定向的纤维走向的门模块或组件支架的有机板的示意图；图18至21示出用于装入机动车车门的门模块或组件支架的热塑性的基质中的织物层的不同的实施方式；图22和23示出用于强化有机板的热塑性的基质的两个织物类型的立体图；图24示出具有用于强化热塑性的基质的交叉的层的缝合部的多轴向束状物的俯视图；以及图25至28示出贯穿具有层构造的有机板的横截面，所述层构造带有用于保证有机板的密封性的附加的膜层。具体实施方式在图1中示意示出的用于将用于制造机动车的结构构件的有机板2热成形的设施1包含具有在其中堆叠的板状或盘状的有机板2的储藏室10，所述有机板的外轮廓匹配于用于机动车的由有机板2制造的结构构件。与储藏室10相邻地设置的具有夹具11的机器人是沿交叉的箭头A的方向，即垂直于有机板2的平面以及在有机板2的平面中可移动的，以便将有机板2从储藏室10运输到加工单元12，所述加工单元具有沿双箭头B的方向能移动的辐射器单元13和注塑机14以用于热成形和喷射附加的部件或用于喷封设置为用于加工过程的开口或裂口。在图1中示意示出的设施1中通过热成形并且必要时通过喷射部件或喷封开口和裂口来加工作为半成品供应的、由具有嵌入的呈束状物、织物或针织品形式的连续纤维的塑料基质构成的有机板2，其中已经根据之后的应用目的裁剪在供应的状态中的有机板2，也就是说在有机板的外轮廓方面匹配于之后的应用目的，作为用于机动车的结构构件如门元件、模块载体、门内皮和门外皮，座椅元件如座垫和靠背，然而还有挡泥板、活门和顶盖、保险杠等。为了在注塑机14中热成形和处理，将有机板2借助于具有夹具11的机器人从储藏室10中提出并且运输至加工单元12的悬挂装置。为了这个目的，在辐射器单元13被激活以加热有机板2之前，能移动的辐射器单元13能够关于双箭头B升高或降低。图2示出机动车的呈机动车车门的门模块或组件支架5的形式的结构构件的俯视图，所述结构构件具有在门模块或组件支架5的外周上分布地设置的多个接口或穿通开口22，用于将门模块或组件支架5与机动车车门的门内皮卡口式连接。用于卡口式连接的所述接口或穿通开口22能够同时设置和构成为，使得所述接口或穿通开口用作悬挂部位以在销上容纳成形为结构构件5的有机板。为了这个目的，在用于卡口式连接的穿通开口22的区域中，能够采取措施以避免在将有机板2热成形时由于在穿通开口22的区域中部分降低的辐射器强度、遮蔽以及在悬挂区域中通过借助于风扇输入的冷空气的冷却而引起的穿通开口22的断开。对于将穿通开口22设置用于使门模块5与机动车车门的门内皮卡口式连接的补充的是，固定元件在固定头的区域中能够一件式地模制、尤其喷射在门模块5的边缘上，所述固定元件具有能借助于工具操作的操作头、穿过门模块5的构成为卡口式连接的穿通开口22的和门内皮的与此对齐的固定部位的杆和固定头。固定元件沿着连接区域在其固定头上与门模块5一件式地在穿通开口22的边缘上连接，所述连接区域在此构成为理论断裂区域，即在将固定元件在其操作头上借助于相关联的工具操作时，固定元件首先沿轴向方向移动，其中在固定元件和门模块之间的连接裂开。在固定元件进一步轴向移动时，杆穿过穿通开口22以及门内皮的固定部位直至其固定头位于门内皮的固定部位那边。在将固定元件沿轴向方向移动成，使得其固定头不再位于门模块5的穿通开口22之内，而是现在更确切地说从门模块5的门结构侧的表面突出并且在此位于门内皮的固定部位那边之后，转动固定元件180°以建立卡口接头。附加地或替选地，在上部的悬挂区域中能够设有在用于卡口式连接的穿通开口22之间的其他构成为孔的悬挂部位21，所述悬挂部位或者用作用于螺栓连接的其他固定部位2或者在将有机板热成形之后借助于根据图1的注塑机14喷封。图3在构成为门模块或组件支架的结构构件5的俯视图中示出用于避免在将有机板2热成形时将有机板2在其悬挂部位处取出的另一替选方案，其中在有机板2的或结构构件5的轮廓20上设有超出部23，所述超出部在将有机板2热变形时不通过相应地定位根据图1的辐射器单元13被一起加热，使得在根据桥式结构类型的悬挂部位的区域中实现刚性的材料扩展，所述桥式结构将在使有机板热成形时作用到悬挂部位处的力传递给悬挂部位的侧。在门模块的或组件支架5以后的配置中，能够保留超出部23或在继续加工和安装到机动车车门中之前切除所述超出部。用于避免有机板的悬挂部位裂开和在悬挂部位的区域中使结构构件变薄或结构构件由于有机板在其热成形期间其悬挂部位改变而缺少尺寸稳定性的另一措施被在图4中示意性示出，并且所述措施由下述构成：设置构成为锁眼开口的、用于容纳有机板的用于销的、具有用于与销连接的开口240的悬挂部位24，和背离开口240的缝隙241以在将有机板成形时预设限定的流动、滑动和变形方向，因为嵌入塑料基质中的织物、束状物或针织品仅能够不完全地遵循在悬挂部位处的拉伸需求。缝隙241优选朝用于将由有机板2制造的结构构件5与例如机动车车门连接的孔21的方向定向。悬挂部位24接着通过借助于塑料冲洗来闭锁，使得由有机板2成形的结构构件仅具有孔21，所述孔例如能够构成为用于卡口式连接的接口。为了准备有机板用于之后使用由有机板制造的结构构件能够采取不同的措施，所述措施用于之后的使用目的和结构构件的稳定性和负荷能力的提高。对此的示例在下面描述的图5至39中示出。图5示出构成为门模块或组件支架5的结构构件的俯视图，其中在热成形之前或热成形期间将牵引带3关于门模块5的基本上矩形的基本结构对角地定向并且在连接部位30、31上与有机板2或门模块5连接。优选地，进行牵引带3与门模块5在接口或穿通开口22处的连接，用于机动车车门的门模块5与门内皮的卡口式连接。在此，连接部位30、31集成到门模块5中或牵引带3在将有机板2成形为门模块5之后安置到门模块5上并且与门模块5通过焊接、粘结、铆接等连接。在此，依照在操作例如安装在门模块5上的窗升降器时施加到门模块5上的拉力或从门内把手施加到门模块5上的拉紧力将牵引带3定向。在图6至12中在牵引带3与门模块5的连接部位的区域中示出牵引带3到门模块5上的力传递的不同的可能性。在图6至8中示出有机板2的边缘区域20的局部的示意俯视图，所述局部示出牵引带3与有机板2在连接部位30处的连接，所述连接部位设置作为用于由有机板2制造的门模块5与机动车的另一结构构件、例如与机动车车门的门内皮的卡口式连接的接口。为了对施加到牵引带3和由有机板2制造的结构构件上的拉力进行力传递和力分布，将适配器32喷射到牵引带3的或有机板2的端部上或成形到牵引带3中，粘结或铆接到牵引带3上。替选地，将适配器32和牵引带3装入并且喷入喷射工具中以制造门模块。根据图7，适配器32与有机板2的连接在与有机板2的固定部位320处并且经由在三角形的适配器32上多个分布设置的与牵引带3的固定部位321实现。为了进一步优化在牵引带3和牵引带3在有机板2上的固定部位30之间的力传递能够根据图8设有嵌入适配器32中的纤维或织物322，所述纤维或织物将在有机板2上的固定部位320与在牵引带3上分布地设置的固定部位321连接。在图9至12中示出用于在由有机板2制造的呈门模块5的形式的结构构件和牵引带3之间的力传递的另一替选方案，所述牵引带与有机板2或门模块5与其边缘区域20连接。根据图9，力传递的所述形式由牵引带3的超过有机板2的边缘区域20伸出的超出部33构成，所述超出部根据图9沿箭头C的方向折叠并且在根据图10的位置中与有机板2的固定部位30例如通过超声波焊接等类似方式热融合。由此，牵引带3与有机板2的连接的强化通过简单的或多重的材料翻倍来实现，如在图11a和11b中示意地示出那样。图12以示意的纵剖面图通过将稳定塞子34装入牵引带3中示出对于在牵引带3和有机板2之间的最优的拉力传递补充的措施，以来制造例如构成为门模块或组件支架5的结构构件，使得牵引带压入到构成为在有机板2或结构构件5中的裂口50的固定部位30中进而建立牵引带3与有机板2或结构构件5的形状配合的连接。适配器的替选的设计方案在图13-15中以俯视图和两个剖面图示出。图13示出具有由塑料基质喷射的适配器8的有机板2的俯视图，所述塑料基质以用于使销钉、螺栓或铆钉穿过的固定开口65为出发点扇状展开并且具有指形地扇状展开的肋片80，以便能够通过设置长纤维的纤维排将更多的力路径与有机板2连接。肋片80的结构从根据图13的有机板2的俯视图中和从图14中示出的沿着根据图13的线A-A的纵剖面中得到作为根据在图15中示出的沿着根据图13的线B-B的纵剖面相对于适配器8的面形喷射的塑料基质的隆起部。为了建立在适配器8和有机板2之间的形状配合的连接，在喷射工具中在有机板2的与适配器8的喷射侧相对置的侧上设有完全喷射室，所述完全喷射室仅通过在强化元件的区域中将强化元件或有机板2完全喷射能够用适配器8的塑料基质的材料填充。在此，适配器8的材料按压到通过有机板的结构为此预设的部位上，其中有机板必须具有对于完全喷射足够高的温度。然而也能够存在如下可能性：有机板2的完全喷射室的区域中设有预冲孔9，以建立与适配器8的有意的形状配合。图14示出在有机板2的与适配器8的塑料基质相对置的侧上的完全喷射区域800。完全喷射区域800同时用于工艺控制，因为填充度表示要产生的连接的质量特征，尤其当适配器的材料直接穿过有机板(即没有预冲孔9)的结构喷射时。如果完全构成区域800，那么连接能够视作为按照规定的，而完全喷射区域800的不完全的构成必须评定为不足够的。对此的原因能够是在工艺进行中的理论参数的偏差，例如有机板的过低的温度。对于附加的固定结构在用于制造机动车的结构构件的有机板上的连接和设置而言替选或附加地，能够设置作为用于制造机动车的结构构件的半成品的有机板的构造和相应的结构化。对此的示例在图16至39中对于由有机板2制造机动车车门的门模块5而示出并且在下文中详细阐述。在图16和17中示出为了使用构成为门模块5的结构构件而有针对性地准备有机板2的示例，其中根据图16将嵌入塑料基质40中的连续纤维沿作用到门模块5上的力的方向定向。图16以示意图示出由交叉的连续纤维41、42构成的织物、针织品或束状物4中的局部，所述连续纤维在彼此间围成例如100°的角α。所述定向根据图17一方面对应于通过窗升降器借助于导轨61、62施加到门模块5上的并且平行于导轨61、62定向的力F1并且另一方面对应于平行于门模块5的上棱边和下棱边定向的力F2，所述力指向和背离门拉手到门模块5上的连结部60。在连续纤维41、42的织物或束状物或针织品4的纤维伸展中重新得到的主力方向F1和F2引起到门模块5中的最优的力导入，使得由有机板2制造的门模块5的结构上的强度对应于由钢构成的结构构件的强度，其中不仅简化由有机板构成的门模块5的制造而且明显地减少其重量。用于成形和组成有机板以制造结构构件的可能性与其使用领域和负荷相关地在图18至21中示出。根据结构构件的负荷和使用领域能够设置：-用于有机板的连续纤维的不同的材料；-不同的织物类型；-织物构造的不同的形状；-塑料基质和装入的连续纤维的不同数量的层；-单层的不同的厚度；以及-不同的纤维-基质比例，以便优化有机板2的碰撞特性和刚性以及在有机板2的塑料基质中的连续纤维的或织物的、束状物的或针织物的可打皱性。图18示出贯穿具有芯区域70和边缘区域71、72的有机板的示意的横截面，所述边缘区域形成碳纤维强化的层以提高刚性和保护芯区域70的湿度。芯区域70例如由芳纶层构成以优化断裂性能或碰撞安全性并且在需要时也能够包含自然纤维如木材或剑麻。在图19至21中示出将有机板2单独地匹配于由有机板2通过热成形制造的结构构件5的负荷的示例。在所述实施例中，结构构件由具有安装在门模块5上的、带有彼此平行地伸展的导轨61、62的窗升降器的门模块5，窗升降器驱动器63和用于门拉手的固定装置60构成。因为，结构构件5必须不仅承受碰撞力而且承受由固定在结构构件5上的组件施加的力，所以有机板2为了制造结构构件5划分为两个部段D和E，所述部段匹配于结构构件5的相应的应力。在部段D中将第一织物类型装入原材料基质中，所述原材料基质由两个交叉的连续纤维43、44、45构成，其中沿相同方向定向的连续纤维44、45的连续纤维45由与两个交叉的连续纤维43、44不同的织物类型构成。在第二部段E中，有机板2由在塑料基质中嵌入的、交叉的连续纤维43、44构成，所述连续纤维通过相反定向的力F的作用沿下述定向牵引，在所述定向中在两个交叉的连续纤维43、44之间建立例如80°的角α。在有机板2的区域E中的嵌入塑料基质中的连续纤维43的水平定向用于吸收碰撞力并且用于提高基础刚性，而与连续纤维43以例如80°的角交叉的连续纤维44匹配于通过窗升降器6的导轨61、62的定向来调整的升起角用于吸收窗升降器6的调节力。在需要时，连续纤维的第三层能够以例如20°的角定向以吸收由拉手的连接部施加到门模块5上的拉紧力。在图22和23中示意地立体地示出相同类型或不同类型的连续纤维43和44的联接以制造装入例如由芳纶构成的塑料基质中的织物、针织品或束状物的不同的可能性。为了确定织物、针织品或束状物的连续纤维的定向，图24以立体图示出两个以角β交叉的连续纤维45、46的定向，所述连续纤维在交叉点47处彼此缝合以将交叉的连续纤维45、46的层稳定。因为具有嵌入在塑料基质中的连续纤维的有机板与用于制造机动车的结构构件的纯塑料模块不同地具有明显更小的厚度，所以出现例如用于借助于由有机板制造的并装入机动车车门中的门模块5将潮湿室与干燥室分离的密封性较低的问题。在此，尤其在将有机板热成形时能够在强化的变形部位处出现通道，湿气能够穿过通道从机动车车门的潮湿室进入干燥室。为了防止这种情况，能够采取在图25至28中示意地示出的结构上的措施，其中图25在贯穿有机板的横截面中示出具有嵌入的连续纤维的塑料基质的三个层81至83。在将层构造相应地变形时，能够造成相应的裂口，所述裂口损坏结构构件的功能。通过在有机板的两个层之间，例如根据图26在两个层81和82之间或替选地根据图27通过将膜层85设置在层构造的表面上或根据图28借助于在有机板的层构造的两个表面上的两个膜层86、87确保有机板的密封性。附加的层84或85或附加的层86、87能够由膜、在成形工艺中容纳和携带塑料基质的无纺布或由进行密封的保护漆构成。附图标记列表1用于将有机板热成形的装置2有机板3牵引带4织物、针织品或束状物5结构构件(门模块或组件支架)8强化元件(适配器)9预冲孔10储藏室11具有夹具的机器人12加工单元13辐射器单元(红外辐射器或热辐射器)14注塑机20有机板/结构构件的轮廓或外边缘21孔22接口或穿通开口(卡口式连接)23超出部24悬挂部位(锁孔开口)30，31连接部位32适配器33超出部34稳定塞子40塑料基质41，42连续纤维43-46交叉的连续纤维47交叉点50裂口60用于门拉手的固定装置61，62导轨63窗升降器驱动器65固定开口70芯区域71，72边缘区域80指形地扇状展开的肋片81-83具有嵌入的连续纤维的塑料基质的层84-87膜，无纺布或进行密封的保护漆240开口241缝隙320，321固定部位322纤维或织物800完全喷射区域A机器人夹具的运动方向B不同的辐射器单元的运动方向C折叠方向D覆盖方向E粘结剂或塑料基质F1，F2力α，β在交叉的连续纤维之间的角