具有至少一个夹层构件的车辆部件的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的具有至少一个夹层构件的车辆部件。本发明还涉及一种用于制造这样的车辆部件的方法。由此，本发明也涉及根据本发明的夹层构件作为车辆中吸收动能的碰撞元件的应用。

背景技术：

在车辆中、尤其是在机动车中的传统的碰撞元件由可塑性变形的材料、通常金属构成并且将碰撞参与者的动能转换为变形能。尤其是在侧向碰撞时，所述转换通过设置在车辆底部中以及设置在车辆侧壁和车门中的弯曲槛实现。

对降低车辆的能量消耗的不断追求引起：车辆的金属构件越来越多地由纤维复合材料代替。纤维复合材料、例如碳纤维复合材料(cfk)，虽然能够具有高的弯曲刚度，尤其是当所述纤维复合材料构造为夹层构件时也是如此。然而，与金属材料相比，所述纤维复合材料具有极其低的可延展性。非由金属构成而是由塑料构成的吸收能量的碰撞元件因此不是将碰撞参与者的动能转换为可延展的变形能，而是通过材料碎片化转换为自由表面。为了能够转换尽可能多的能量，该碎片化过程必须非常有效地进行；即，直接遭受碰撞的构件的碎片化必须尽可能小块地发生。这尤其是适用于夹层构件，所述夹层构件由于其高的弯曲刚度特别有利地用于承载性的车辆构件，但是也用于大面积的构件、例如车辆底板。

发明人发现，具有由纤维增强的覆盖层元件和设置在覆盖层元件之间的芯层元件构成的层结构的夹层构件，当其平行于在覆盖层元件和芯层元件之间的连接面被加载大的脉冲力时，倾向于在其碎片化之前首先鼓起。当各个层在其接触面的区域中彼此分离时，尤其是由硬质泡沫构成的芯层元件倾向于，在其被碎片化之前在各剥离的覆盖层元件之间折叠。这样的折叠过程仅消耗所施加的动能的非常小的部分，并且引起降低动能的主要部分的碎片化过程的延迟。因此，动能的有效降低延迟地且过慢地进行。

de10128054a1示出和描述一种层复合板，所述层复合板具有沿其厚度方向伸展的穿通口。这种已知的层复合板具有两个碳纤维增强的塑料覆盖层，在所述塑料覆盖层之间设有由泡沫材料构成的轻的支撑层。穿通口构造为柱状通道，所述通道与层复合板的表面成直角地贯穿所述层复合板。对于这种层复合板的应用领域例如是纺织机制造或飞机制造。应以所描述的方式提供层复合板，其中尽可能避免在穿通口的区域中的强度或刚度的弱化。这通过如下方式实现：通过特别的制造方法避免在塑料覆盖层中的增强纤维的中断，在该方法中，将增强纤维围绕穿通口引导。这引起在各个穿通口之间的塑料覆盖层的区域中的纤维层片的压实。在此的目标因此是，提高这样的层复合板的强度。

ch681971a5涉及一种具有置入的加固部的复合材料。这种复合材料具有由热塑性塑料构成的两个覆盖板，在所述覆盖板之间设有带孔的金属增强插入件、即孔板。在维持可变形性的情况中应提供具有高的强度特性的复合材料板，以便例如能够由这样的复合材料构成成型件或者以便在碰撞情况中能够通过变形实现能量吸收。这通过在塑料材料复合件中的孔板插入件实现。所描述的层材料应特别适用于制造车身部件，所述车身部件在可能的强力作用下应确保尽可能高的能量吸收。在这种已知的层复合材料结构中因此重要的是，提供具有高的强度特性的轻质材料，所述轻质材料在高的力作用下能够通过塑性变形抵消能量。

wo2008/049469a1示出和描述一种夹层结构，所述夹层结构由用于应用在树脂连接的壳状构件中的两个织物平面形成物构成，其中，在织物平面形成物之间设有填充材料，并且由两个平面形成物和设置在其间的填充材料构成的夹层结构相互缝合或簇绒。填充材料由弹性的泡沫材料层构成，使得夹层结构可在空间上形成壳状构件。这种在空间上的形成物的硬化被视为是不期望的。

技术实现要素：

本发明的任务在于，这样设计具有至少一个夹层构件的车辆部件，使得在发生冲击负荷的情况下通过夹层构件实现对冲击能量的更有效的吸收，其中，夹层构件包括由至少两个纤维增强的覆盖层元件和至少一个设置在两个相邻的覆盖层元件之间的芯层元件构成的层结构。此外，本发明的任务在于，提出一种用于制造这样的车辆部件的方法。

针对车辆部件的任务借助于权利要求1的特征得以解决。

所述车辆部件设有至少一个夹层构件，所述夹层构件构成吸收动能的碰撞元件，其中，所述至少一个夹层构件具有层结构，所述层结构包括纤维增强的且具有合成树脂基质的至少两个覆盖层元件和设置在两个相邻的覆盖层元件之间的至少一个芯层元件，并且所述至少一个芯层元件具有通道，所述通道横向地贯穿所述至少一个芯层元件。根据本发明的车辆部件的特征在于，所述至少一个芯层元件由硬质泡沫材料或软木构成，并且设置在芯层元件中的通道形成用于芯层元件的额定断裂部位。

优点：

因为芯层元件硬质泡沫材料或由软木、例如轻木(balsaholz)构成或者包括这样的硬质泡沫材料或软木，所以夹层构件在低重量的情况下具有高的弯曲强度。相对于层结构横向地、优选成直角地伸展的通道在相应的层元件中形成额定断裂部位，在所述额定断裂部位处能够开始所追求的碎片化。在根据本发明的夹层构件中通过如下方式防止在现有技术中在试验中所观察到的鼓起或材料折叠：在各层从夹层复合件中脱离的情况下，额定断裂部位已经在散开的层元件中出现较小的弯曲应力时确保碎片化。

本发明的有利的扩展方案在从属权利要求中给出。

优选地，所述至少一个夹层构件的各覆盖层元件中的至少一个覆盖层元件也具有横向地贯穿相应的覆盖层元件的通道。由此也在相关的覆盖层元件中提供额定断裂部位。在该变型形式中，设置在覆盖层元件中的通道也有助于改进碎片化进而有助于能量转换。在对此有利的实施方案中，所述通道构成在两个覆盖层元件中并且构成在芯层元件中。

也有利的是，所述通道至少在夹层构件的区域中以均匀的间距相对于彼此设置。由此，构件在该区域中的失效特性变得基本上均匀。这引起，在该区域中能够发生均匀的碎片化进而在碰撞情况下发生动能的受控的降低。

在其它区域中在相邻的通道之间的间距可以同样是均匀的，但是比在所述至少一个夹层构件的相邻的区域中更大或更小。由此可形成一些不同快地进行碎片化的区域，由此可以实现：控制夹层构件的断裂特性进而控制能量降低的强度。

优选地，覆盖层元件具有碳纤维，所述碳纤维在夹层构件的制成状态中嵌入相应的合成树脂基质中。碳纤维不仅具有高的强度-重量比，而且也特别适用于高效消耗能量的碎片化。

在一种有利的实施形式中，通道由贯通孔、优选贯通钻孔构成，所述贯通孔贯穿相应的覆盖层元件或芯层元件。通道构成为沿横向方向完全贯穿相应的层元件的贯通孔具有下述优点：碎片化与相应的层元件鼓起的方向无关地立即开始。

在特定的应用情况下有利的是，通道仅构成在芯层元件中，并且通道的开口被相应的覆盖层元件覆盖。当夹层构件遭受外部的灰尘或湿气影响时，该变型方案是优选的，因为在该实施形式中，覆盖层元件将通道封闭并且防止异物或湿气进入。当然，通道的开口能够设置在芯层元件中并且设置在各覆盖层元件中的至少一个覆盖层元件中。例如也可仅一个覆盖层元件是封闭的并且不具有通道开口，如果夹层构件的侧面以该覆盖元件遭受外部的灰尘或湿气影响的话。

在其它应用情况下，所述通道构成在芯层元件中并且构成在两个覆盖层元件中。在该变型方案中，设置在覆盖层元件中的通道有助于改进碎片化。

本发明的一种实施形式是特别有利的，其中，在夹层构件中所述至少两个覆盖层元件和所述至少一个芯层元件通过横向地贯穿所述芯层元件和覆盖层元件的拉力传递元件机械地相互连接。

在各覆盖层元件之间的拉力传递元件将层结构保持在一起并且承载在冲击力作用时在覆盖层元件之间产生的横向力。所述拉力传递元件防止：覆盖层元件从芯层元件上脱离。由此，碰撞参与者、例如桩到夹层构件中的侵入减缓，因为碰撞能量已经直接在碰撞开始时通过夹层构件的碎片化、尤其是通过相应的覆盖层和芯层的碎片化而降低。因此，碎片化从碰撞参与者的侵入侧起连续地发生并且以增大的侵入深度持续地延伸，其中，碰撞参与者的侵入速度通过能量降低而有效地减缓。因此通过借助于拉力传递元件将层结构保持在一起已经在碰撞参与者开始侵入时确保：层结构的所有参与元件、例如覆盖层元件和芯层元件的高效消耗能量的碎片化立即开始。碰撞参与者的侵入深度因此在根据本发明的车辆部件的夹层构件中在预设的动能的情况下下相比在没有根据本发明的拉力传递元件的传统的夹层件中明显更小，在该传统的夹层件中由于各个层分离，每单位侵入距离降低明显更少的能量。

在此有利的是，拉力传递元件引导穿过所述通道。由此能够借助于限定安置的通道控制失效特性，其中，相应的布置不受附加引入的缝合孔的影响。

优选的是，拉力传递元件通过合成树脂基质固定在相应的覆盖层元件中或者固定在相应的覆盖层元件上。由此实现拉力传递元件到相应的覆盖层上的特别有效的连接，由此，借助于拉力传递元件能够承载在覆盖层之间的高的拉力。

也有利的是，拉力传递元件由金属丝或线构成，所述金属丝或线通过簇绒或缝合引入到层结构中并且所述金属丝或线分别固定在覆盖层元件中或固定在覆盖层元件上。所述实施形式具有下述优点：其能够简单且低成本地制成。

所述任务的针对方法的部分通过具有权利要求12的特征的方法得以解决。

根据本发明的用于制造根据本发明的车辆部件的方法(所述车辆部件具有至少一个夹层构件，所述夹层构件构成吸收动能的碰撞元件)的特征在于下述步骤：

-提供层结构，所述层结构包括由硬质泡沫材料或软木构成的至少一个芯层元件和至少两个覆盖层元件，这些覆盖层元件具有纤维、尤其是碳纤维并且具有合成树脂基质，并且这些覆盖层元件设置在所述芯层元件的两个彼此背离的侧面上；

-在形成所述层结构之前或之后并且在相应的合成树脂基质交联和硬化之前或之后，将通道作为额定断裂部位引入至少其中一个覆盖层元件中和/或引入所述至少一个芯层元件中，所述通道横向地贯穿相关的覆盖层元件或芯层元件。

通道的引入能够在层结构的各层元件连结之前或者在连结之后进行，取决于：是所有层元件应被通道贯穿还是仅个别层元件应被通道贯穿。如果所述通道的引入在各层元件连结之后进行，即，所述通道贯穿层结构的所有层元件，则所述通道可在相应的合成树脂基质交联和硬化之前或之后引入。

优选地，通道的引入通过针刺相应的层元件实现。通过这种方式可实现快速的、机械化的加工。

根据本发明的方法的一种特别优选的应用在制造车辆部件时实现，在这些车辆部件中，将按照根据本发明的方法制成的夹层构件用作为车辆的吸收动能的碰撞元件。根据本发明的方法的这种应用和在根据本发明的车辆部件中这种夹层构件的与此相关联的应用综合了车辆轻质结构与高效的碰撞安全性的优点。

优选地，通道的引入通过针刺相关的层元件实现。

也特别有利的是，层结构的各层通过横向于各个层引入和固定拉力传递元件而机械地相互连接。由此实现各个层的已述的增强的机械的保持在一起。

拉力传递元件在层结构中横向于各个层的引入和固定直接在将各个层元件叠置之后进行，即在将层结构进一步加工成硬的和牢固的夹层材料之前进行。作为用于覆盖层的纤维半成品考虑例如织物、网布或纤维垫，但是也不排除喷涂纤维。优选地，使用纤维半成品、如预浸料或粗纱，以形成覆盖层。

根据本发明的方法的一种变型方案是优选的，其中，引入拉力传递元件的步骤通过缝合层结构的各层或通过将层结构的各层簇绒实现，其中，在簇绒的情况下，在下一步骤中将所产生的线圈与对应的覆盖层元件的合成树脂基质粘合或者将其结合到所述合成树脂基质中。缝合能够借助传统的工业用缝纫机或缝纫机器人实施。簇绒也能够借助于传统的纺织加工机器实施。在簇绒时产生的线圈在下一步骤中与对应的覆盖层元件的合成树脂基质粘合或者被结合到所述合成树脂基质中。由此，被簇绒的材料的线圈侧也与该处的覆盖层牢固地连接，其方式为：将所述线圈结合到合成树脂基质中或者与所述合成树脂基质粘合。

特别有利的是，覆盖层的相应的合成树脂基质的交联和硬化的步骤在将拉力传递元件引入层结构中的步骤之后才进行。这具有下述优点，拉力传递元件仍能够引入软的且未硬化的覆盖层元件中，使得对此仅须施加小的力。在缝合或簇绒时，其随之带来下述优点：传统的纺织加工中的工业缝纫机能够用于该方法步骤。此外，通过根据本发明的方法的该设计方案实现：拉力传递元件、例如金属丝或线与覆盖层的合成树脂基质牢固地连接。

附图说明

下面参考附图详细地描述和阐述本发明的优选的实施例与附加的设计方案细节和其它优点。

在附图中：

图1示出部分剖开的根据本发明的夹层构件的立体视图；

图2示出根据本发明的夹层构件的一种替选的实施形式的与图1中视图相对应的视图；

图3以局部放大的视图示出部分剖开的根据本发明的具有缝合的层的夹层构件的立体图；并且

图4示出根据本发明的具有簇绒的层的夹层构件的一种替选的实施形式的与图3中视图相对应的视图。

具体实施方式

图1以立体视图示出一个夹层构件1，该夹层构件具有层结构10，所述层结构包括两个纤维增强的且具有合成树脂基质的覆盖层元件，即第一覆盖层元件12和第二覆盖层元件16，在所述覆盖层元件之间存在由硬质泡沫材料或软木(例如轻木)构成的芯层元件14。覆盖层元件12、16例如由碳纤维-合成树脂复合材料构成并且优选作为纤维半成品、例如作为利用基质材料(合成树脂)预浸渍的纤维垫被施加到芯层元件14上。也被称为“预浸料”的所述预浸渍的纤维垫的粘度(konsistenz)是稍粘的，使得覆盖层元件12、16粘附在芯层元件14的相互背离的侧面14a、14b上。

由第一覆盖层元件12、芯层元件14和第二覆盖层元件16构成的所述层结构10具有多个形成通道2的贯通孔20、22。这些贯通孔20、22贯穿第一覆盖层元件12、芯层元件14和第二覆盖层元件16，并且在一侧通入第一覆盖层元件12的外表面12’，并且在另一侧通入第二覆盖层元件的外表面16’。

在图1中可见，各贯通孔20在夹层构件1的第一区域a中以均匀的间距相对于彼此设置。也在夹层构件1的第二区域b中，贯通孔22彼此间具有相同的间距，但该间距大于在区域a中的贯通孔20之间的间距。贯通孔20、22的该分布引起：在具有较小的孔间距的区域a中，相比在具有较大的孔间距的区域b中，碎片化更快速且更有效地、即更消耗能量地进行。这表明，能够通过选择孔间距来影响碎片化特性。

在图2中示出的替选的实施形式中，构成为贯通孔20’的通道2’仅设置在芯层元件15中。两个覆盖层元件13、17封闭地构造并且在芯层元件15的两个彼此背离的侧面15a、15b上将贯通孔20’覆盖并且封闭这两个侧面。在该实施形式中，改进的碎片化作用局限于芯层元件15。在此，封闭的覆盖层元件13、17防止湿气和异物进入贯通孔20’中。因此，该实施形式例如能够被用于车辆的底板。

根据本发明的夹层构件和夹层半成品可以附加地具有横向地贯穿所述层结构10’的拉力传递元件，这些拉力传递元件能够在两个覆盖层元件13、17之间传递拉力，如这在申请人的平行专利申请(案号：102015204425.4)中描述。

本发明不局限于所示的层结构。因此，在所述一个芯层元件的位置处也能够设有多个芯层元件，在这些芯层元件之间分别设置有一个中间层元件，所述中间层元件优选对应于覆盖层元件。所述拉力传递元件同样延伸穿过整个层结构。

图3以立体视图示出一个夹层构件101，该夹层构件具有层结构110，所述层结构包括两个纤维增强的且具有合成树脂基质的覆盖层元件，即第一覆盖层元件112和第二覆盖层元件116，在这些覆盖层元件之间存在由硬质泡沫材料或软木(例如轻木)制成的芯层元件114。覆盖层元件112、116例如由碳纤维-合成树脂复合材料制成并且优选作为纤维半成品、例如作为利用基质材料(合成树脂)预浸渍的纤维垫被施加到芯层元件114上。也称为“预浸料”的所述预浸渍的纤维垫的粘度是稍粘的，使得覆盖层元件112、116粘附在芯层元件114的相互背离的侧面114a、114b上。

由第一覆盖层元件112、芯层元件114和第二覆盖层元件116构成的该已经形成夹层结构的层结构110借助传统的工业缝纫机沿横向于纵向伸展方向的方向、即例如垂直于在图3中可见的第一覆盖层元件112的上部的外表面112’通过缝合或簇绒而接合在一起。在此，借助于缝纫机和固定在其上的缝纫针或者借助于相应地构造的簇绒机和固定在其上的针，要么线或金属丝引导穿过现有的设置为额定断裂部位的贯通孔，要么借助于针穿过层结构110横向地冲击出线引导孔121并且使相应的线穿过线引导孔121。在该情况下，引入层结构中的线引导孔形成用于夹层构件的相应的层的额定断裂部位。

在层结构的上侧上、即在第一覆盖层元件112的在图3中可见的外表面112’上，线120构成传统的缝纫图案。在缝合的层结构110中，相应的缝纫图案也在下侧上、即在第二覆盖元件116’的在图1中不可见的外表面116’上构成。

图4示出根据本发明的夹层构件101的相对于在图3中的视图翻转的层结构110的局部的立体图，其中，在图4中可见第二覆盖层元件116的外表面116’。

在图4中示出的根据本发明的夹层构件101的变型方案不是缝合的，而是簇绒的，其中，线120在第二覆盖层元件116的在此可见的外表面116’上构成线圈122。

这样缝合或簇绒的夹层构件101的结构在图3的放大视图中详细可见。

在层结构110如前述那样被缝合或簇绒之后，进行层结构10的进一步处理，其中例如通过热作用使相应的覆盖层元件112、116的合成树脂基质交联并且在此使其硬化。在需要时，在这之前还能够设有成型步骤，在成型步骤中例如板状的夹层半成品被加工成期望的形状，所述夹层半成品于是作为夹层构件在覆盖层元件112、116交联和硬化之后保持该形状。

在制成的夹层构件101中，如其在图3和4中示出的，覆盖层元件112、116和芯层元件114通过线120相互连接，所述线构成横向地贯穿层结构110的拉力传递元件102。因为线120在覆盖层元件112、116的相应的合成树脂基质交联之后与覆盖层元件112、116粘接，所以线120在每个线引导孔121的区域中分别构成一个作为拉力传递元件102的线部段120’，所述拉力传递元件能够在两个覆盖层元件112、116之间传递拉力。

如果根据本发明的夹层构件101或夹层半成品例如与在图3中作为桩p示出的障碍物沿箭头f的方向碰撞，使得通过箭头f表示的碰撞力从一侧、即横向于层结构110作用到夹层构件101上，则在该碰撞中在层结构110中产生的横向力通过线120的在覆盖层元件112、116之间的、位于相应的线引导通道中的部段120’承载，所述横向力在图3的所示的示例中向上和向下沿力箭头f1和f2的方向作用。由此防止覆盖层元件112、116从芯层元件114上脱离，并且所述碰撞引起：在桩p已经撞到夹层构件101上时，覆盖层元件112、116和芯层元件114在夹层构件101与桩p直接碰撞的区域中的有效的碎片化。

本发明不局限于上述实施例，所述实施例仅用于一般性阐述本发明的核心构思。更确切地说，在保护范围的范畴内，根据本发明的设备也能够采取与上述设计形式不同的设计形式。所述设备在这种情况下尤其是能够具有下述特征，所述特征为权利要求的相应的单个特征的组合。

在权利要求书、说明书和附图中的附图标记仅用于更好地理解本发明并且不应限制保护范围。