控制殼體模塊和制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的控制殼體模塊（1），包含用于附件設(shè)備（2、3、4、5、6、7、8）的容納結(jié)構(gòu)和/或連接結(jié)構(gòu)和/或集成結(jié)構(gòu)以及筋結(jié)構(gòu)，其中控制殼體模塊（1）由纖維-塑料復(fù)合材料構(gòu)成，所述纖維-塑料復(fù)合材料具有至少一個(gè)嵌入物（10），所述嵌入物由熱塑性塑料基體中的平的纖維織物構(gòu)成，其中筋結(jié)構(gòu)由注塑形成的熱塑性塑料加強(qiáng)筋（11、11a）構(gòu)成，所述熱塑性塑料包含體積含量最低為30%的、由加強(qiáng)材料構(gòu)成的短纖維，其中，加強(qiáng)部（11、11a）包含符合受力分布的筋結(jié)構(gòu)（11a）以及規(guī)則成型的、相交的縱向加強(qiáng)筋、橫向加強(qiáng)筋和/或斜向加強(qiáng)筋（11），且在由筋（11、11a）界定出的筋間隔空間（13）中設(shè)置泡沫材料。
【專利說(shuō)明】控制殼體模塊和制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)的控制殼體模塊,尤其是用于機(jī)動(dòng)車內(nèi)燃機(jī)的控制殼體模塊以及用于制造控制殼體模塊的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]至今為止，量產(chǎn)的內(nèi)燃機(jī)控制殼體模塊基本上都是由鋁硅合金壓鑄而成，例如在DE4400952C1中說(shuō)明的那樣。在更重的設(shè)計(jì)方案中，與曲軸箱相對(duì)應(yīng)地，也可使用灰口鑄鐵來(lái)制造控制殼體模塊。此外也可使用鎂合金壓鑄而成，其中鎂合金通常用于賽車用發(fā)動(dòng)機(jī)中。
[0003]本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)的控制殼體模塊，它固定在內(nèi)燃機(jī)的端側(cè)，并可將附件設(shè)備固定或部分集成在該控制殼體模塊上，如水泵、油濾器、恒溫器、三相發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)向助力泵、制冷劑壓縮機(jī)、皮帶張緊器以及導(dǎo)向輥。有利的是，控制殼體模塊可使盡可能多的、部分互相關(guān)聯(lián)的附件設(shè)備以最優(yōu)的方式互相排列。為此，殼蓋設(shè)置有劃分為多個(gè)小室的空腔，其中各機(jī)組例如油泵，冷卻劑泵或恒溫器閥可容納在上述小室中。這些小室在此通過(guò)流通管道互相連接。此外，在空腔外還設(shè)置有用于其它附件設(shè)備的容納結(jié)構(gòu)。
[0004]從DE19612360C1、DE19635534A1、EP0843081AU DE19647299C1、DE19635534C2 和DE102005025882A1中可了解控制殼體模塊的許多可能的結(jié)構(gòu)，其中未指定材料。
[0005]例如，EP0843081A1描述了一種控制殼體蓋，其包含優(yōu)化的機(jī)油循環(huán)，或者其中對(duì)油泵在機(jī)油循環(huán)系統(tǒng)中的集成進(jìn)行了改進(jìn)，以省去油泵的外部控制。其中殼體蓋在凈油側(cè)在濾油器后具有管道，這些管道通往氣缸曲軸箱，其中為了控制油泵，濾油器凈油側(cè)的輸送管路被導(dǎo)通到油泵處。
[0006]此外DD211146A1還公開(kāi)了控制殼體蓋的一個(gè)實(shí)施方式，其中設(shè)置有加強(qiáng)部/筋部，用于降低噪音排放。
[0007]根據(jù)EP1522682A1已知的是一種用于驅(qū)動(dòng)凸輪軸的模塊，其具有由纖維強(qiáng)化塑料制成的殼體。DE3606052A1公開(kāi)了由塑料模塑料制成的殼體件，用于機(jī)動(dòng)車(Kfz)的驅(qū)動(dòng)機(jī)組/動(dòng)力總成。這些零件通過(guò)塑料模塑料的注塑或壓鑄形成，并通過(guò)預(yù)制的加強(qiáng)料來(lái)加強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種包含多個(gè)部分集成的用于附件設(shè)備的容納結(jié)構(gòu)和連接結(jié)構(gòu)的控制殼體模塊，它相比于由輕金屬制成的控制殼體蓋具有進(jìn)一步的減輕重量的潛力并有利于降低成本。
[0009]通過(guò)具有權(quán)利要求1所述特征的控制殼體模塊和具有權(quán)利要求8所述特征的方法來(lái)解決上述任務(wù)。在從屬權(quán)利要求中說(shuō)明了改進(jìn)方案。
[0010]第一實(shí)施方式涉及的是用于內(nèi)燃機(jī)的控制殼體模塊?？刂茪んw模塊包含用于附件設(shè)備的容納結(jié)構(gòu)和/或連接結(jié)構(gòu)和/或集成結(jié)構(gòu)以及筋結(jié)構(gòu)。需固定在控制殼體模塊上或至少部分集成在其中的附件設(shè)備可以是用于曲軸的徑向軸密封環(huán)、水泵、冷卻劑壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、濾油器、冷卻劑的導(dǎo)管和/或油底殼連接結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的控制殼體模塊由纖維-塑料復(fù)合材料構(gòu)成，它具有至少一個(gè)浸潰和固化(vorkonsolidieren)過(guò)的嵌入物,其由熱塑性塑料基體中的平的纖維織物構(gòu)成。筋結(jié)構(gòu)由加強(qiáng)筋構(gòu)成，它們是通過(guò)將熱塑性塑料注塑到嵌入物上形成的。加強(qiáng)筋的熱塑性塑料包含由加強(qiáng)材料構(gòu)成的短纖維，該短纖維的體積含量最低為30%。纖維含量降低了控制殼體模塊的注塑形成的加強(qiáng)筋的蠕變，并改進(jìn)其在高溫條件下的形狀穩(wěn)定性。
[0011]由此，采用替代金屬的纖維-塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)的、包含短纖維填充率高的熱塑性塑料筋的用于內(nèi)燃機(jī)的FVK (纖維強(qiáng)化塑料的)_控制殼體模塊提供了一種低成本的控制殼體模塊，并且它的重量進(jìn)一步降低，因此能夠滿足汽車工業(yè)中在燃油消耗和尾氣排放方面的日漸增長(zhǎng)的要求。
[0012]在控制殼體模塊的一實(shí)施方式中30%的纖維體積含量是足夠的，但是在其他實(shí)施方式中短纖維的體積含量可以為40%或更高，例如50%或60%或更高，大約接近90%，只要能夠確保含有纖維的熱塑性塑料還是可注塑的。
[0013]因?yàn)樵趦?nèi)燃機(jī)附近使用，適用于基體和/或筋的熱塑性塑料材料具有高加熱形狀穩(wěn)定性/耐熱變形性，如聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯酰胺、聚鄰苯二甲酰胺以及它們的組合。其它適用于高溫條件的熱塑性塑料為聚砜、聚醚酰亞胺和聚四氟乙烯。
[0014]對(duì)控制殼體模塊起加強(qiáng)作用的筋一方面可包含符合受力分布的筋結(jié)構(gòu)，也可包含規(guī)則成型的縱向、橫向和/或斜向加強(qiáng)筋，它們甚至可互相交叉。為改善隔音和/或隔熱效果，那些由筋界定出的筋間隔空間/筋間隙可通過(guò)泡沫材料、特別是聚酰胺或聚氨酯泡沫材料進(jìn)行填充。
[0015]控制殼體模塊可至少局部地在筋的背向嵌入物的一側(cè)上，并替代地或額外地在嵌入物的背向筋的一側(cè)上設(shè)置有平的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。上述額外的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可主要適用于力傳遞更高的區(qū)域，如控制殼體模塊上的冷卻劑壓縮機(jī)和發(fā)電機(jī)的連接區(qū)域，但是同樣可行的是，借助平的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)來(lái)全面覆蓋筋結(jié)構(gòu)。
[0016]上述面的加強(qiáng)材料可以是按受力分布切割/切出/定制的纖維增強(qiáng)的熱塑板，例如有機(jī)板?！坝袡C(jī)板”可以是板狀的連續(xù)纖維增強(qiáng)的熱性塑料半成品，它們可熱成形，具有短的工藝周期，此外具有高的可焊接性。有機(jī)板可由特殊纖維結(jié)構(gòu)構(gòu)成，它們包含規(guī)定方向上的纖維并且嵌入到熱塑性基體中。因此上述纖維結(jié)構(gòu)也可以為紡織物、平面織物、針織物
坐寸ο
[0017]此外上述平坦的加強(qiáng)材料可以是用于代替有機(jī)板的或與有機(jī)板相結(jié)合的TFP-織物，用熱塑性塑料對(duì)上述TFP-織物進(jìn)行預(yù)浸潰和預(yù)固化并根據(jù)受力分布成型。通過(guò)“定制化碳纖維鋪放(Tailored Fiber Placements)”可無(wú)需剪裁地制成紡織物嵌入物,其具有所需的符合受力分布的纖維。進(jìn)一步的替代方案為根據(jù)受力分布方向鋪放的預(yù)浸潰帶結(jié)構(gòu)，其由熱塑性基體中的加強(qiáng)纖維構(gòu)成，其中由預(yù)浸潰帶構(gòu)成的平的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)直接形成在嵌入物上。
[0018]平的加強(qiáng)材料可通過(guò)所包含的熱塑性塑料直接與筋和/或嵌入物相連接，但是也可設(shè)置一個(gè)額外的熱塑性層作為連接層。
[0019]相應(yīng)于嵌入物和筋，預(yù)浸潰的TFP-織物、預(yù)浸潰帶和或?qū)咏Y(jié)構(gòu)(12’)的熱塑板的熱塑性塑料同樣可以是具有耐熱變形性的熱塑性塑料，如聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯酰胺、聚鄰苯二甲酰胺以及它們的組合。根據(jù)筋，連接層的熱塑性塑料同樣可以包含由加強(qiáng)材料構(gòu)成的短纖維，該短纖維的體積含量最低為30%。
[0020]在一實(shí)施方式中，控制殼體模塊可由兩個(gè)組件組成，其中每個(gè)組件在包含帶有注塑形成的筋結(jié)構(gòu)的熱塑性基體中的嵌入物。兩個(gè)組件通過(guò)筋結(jié)構(gòu)互相連接，例如焊接。
[0021]同樣地，控制殼體模塊的一實(shí)施方式也要求使用至少兩個(gè)嵌入物，在此實(shí)施方式中第一嵌入物提供成型的部分作為半廓形部，該半型件通過(guò)第二嵌入物補(bǔ)充形成空心廓形部，該空心廓形部為此與第一嵌入物相連接。
[0022]因此，控制殼體模塊也可包含至少一個(gè)FVK-管作為集成在嵌入物中的導(dǎo)管。同樣可也使用集成在嵌入物中的纖維增強(qiáng)管，作為其邊緣加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
[0023]優(yōu)選地，在熱塑性塑料基體中由平的纖維紡織物構(gòu)成的浸潰和固化處理的嵌入物為有機(jī)板，其中平的纖維織物為平面織物或紡織物，尤其是由增強(qiáng)纖維構(gòu)成的緞紋組織、斜紋組織或亞麻組織，其中增強(qiáng)纖維為玻璃纖維、碳纖維和/或聚合纖維，特別是芳綸纖維。
[0024]為制造控制殼體模塊，首先將熱塑性塑料基體中的平的纖維紡織物根據(jù)控制殼體模塊切割成浸潰和固化的嵌入物。對(duì)其加熱，直至其至少具有可塑性，并將其放入到注塑模具中。必要時(shí)，可在放入到注塑模具前，已經(jīng)可對(duì)嵌入物進(jìn)行預(yù)成型。在注塑模具中，嵌入物在關(guān)閉半模具之后具有了最終形狀。然后至少由熱塑性塑料注塑預(yù)設(shè)計(jì)的筋，其中熱塑性塑料包含體積含量最低為30%的加強(qiáng)材料構(gòu)成的短纖維。已知的是，在使用針對(duì)基體和筋的具有類似或相應(yīng)特征(例如熔化溫度)的熱塑性塑料材料時(shí)，尤其是針對(duì)基體和筋使用相同的熱塑性塑料材料時(shí)，會(huì)形成特別好的筋連接，也就是在由嵌入物形成的組件底盤(pán)上形成材料鎖合的連接。如果在模具中嵌入物的基體發(fā)生至少表面的融化，則上述型鎖合還能獲得加強(qiáng)。在筋硬化后，可使注塑模具中的控制殼體模塊脫模。
[0025]本方法的其他根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式包含以下步驟中的至少一個(gè):
[0026]在剪切、成型和/或注塑時(shí)形成用于附件設(shè)備的容納結(jié)構(gòu)和/或連接結(jié)構(gòu)和/或集成結(jié)構(gòu)，其中可能包含通過(guò)多件式注塑模具形成的沉割部。
[0027]此外在筋形成后，可同樣在相同的注塑模具中進(jìn)行筋間隔空間的泡沫填充，例如通過(guò)PA或PUR。
[0028]在注塑循環(huán)結(jié)束后，即在組件脫模后，將平的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)置和連接到筋的背向嵌入物的一側(cè)和/或嵌入物的背向筋的一側(cè)上，例如通過(guò)熱塑性層的焊接。如果平的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)置在嵌入物的背向筋的一側(cè)上，那么也可在進(jìn)行注塑前設(shè)置該平的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
[0029]此外組件的制造還可包含這一步驟，即將至少兩個(gè)配設(shè)有注塑而成的筋結(jié)構(gòu)的嵌入物通過(guò)焊接連接到筋上。
[0030]可在注塑前通過(guò)至少兩個(gè)嵌入物的連接來(lái)在構(gòu)件中形成集成的空心廓形部。替代地或額外地，可將FVK-管作為導(dǎo)管集成到嵌入物中。此外可使用FVK-管作為邊緣加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。出于這一目的，可在纖維增強(qiáng)管的邊緣纏繞紡織嵌入物。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]結(jié)合附圖并通過(guò)以下說(shuō)明來(lái)對(duì)上述及其它優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分析。
[0032]本說(shuō)明中對(duì)附圖的援引僅用于輔助說(shuō)明并簡(jiǎn)化對(duì)內(nèi)容的理解。附圖僅為本發(fā)明實(shí)施方式的示意圖。[0033]圖1:設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)的端側(cè)上的控制殼體模塊的側(cè)視圖和正視圖；
[0034]圖2:由鋁硅壓鑄件構(gòu)成的帶有連接元件的控制殼體模塊的立體示意圖；
[0035]圖3a、b:兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明的控制殼體模塊的示意性正視圖；
[0036]圖4:根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)控制殼體模塊的示意性正視圖；
[0037]圖5a、b、c:根據(jù)本發(fā)明的三個(gè)控制殼體模塊的側(cè)面剖面圖；
[0038]圖6a、b:一個(gè)經(jīng)改進(jìn)的纖維增強(qiáng)熱塑板的側(cè)面剖面圖，以及帶有通過(guò)焊接纖維增強(qiáng)熱塑板而額外加強(qiáng)的控制殼體模塊的一個(gè)部分的側(cè)面剖面圖；
[0039]圖7:根據(jù)本發(fā)明的另一控制殼體模塊的正面和側(cè)面剖面圖；
[0040]圖8:直接在注塑模具(“ENGEL joinmelt”)中焊接兩個(gè)半殼的流程步驟a)至f);
[0041]圖9a、b:根據(jù)本發(fā)明的由根據(jù)圖8中的流程焊接而成的半殼構(gòu)成的控制殼體模塊的正視圖和側(cè)面剖面圖；
[0042]圖10:—個(gè)多層結(jié)構(gòu)(A)的立體圖，由紡織嵌入物，結(jié)構(gòu)核心和纖維增強(qiáng)熱塑板(B)構(gòu)成；
[0043]圖11:圖10中的結(jié)構(gòu)的可能的設(shè)計(jì)方案；
[0044]圖12:帶有部分集成的水泵和所屬冷卻劑管道的控制殼體模塊的一個(gè)部分的側(cè)面剖面圖；
[0045]圖13:帶有作為FVK-管的水泵的完全或部分集成到結(jié)構(gòu)中的冷卻劑管道的控制殼體模塊的一個(gè)部分的側(cè)面剖面圖；
[0046]圖14:展開(kāi)的有機(jī)板嵌入物的示例；
[0047]圖15a、b、c:在有機(jī)板嵌入物的后注塑過(guò)程中的按原理的工藝流程；
[0048]圖16:帶式鋪設(shè)的原理示意圖；
[0049]圖17:多帶式鋪設(shè)頭的示例；
[0050]圖18:由兩個(gè)設(shè)計(jì)有卷邊的有機(jī)板構(gòu)成的、封閉式的注塑形成有筋的箱式結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0051]圖19:通過(guò)FVK-空心廓形部的卷繞形成的有機(jī)板嵌入物的邊緣加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的立體簡(jiǎn)圖；
[0052]圖20:根據(jù)本發(fā)明的控制殼體模塊的立體示意圖；
[0053]圖21:根據(jù)本發(fā)明的另一控制殼體模塊的立體示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]根據(jù)本發(fā)明的裝置涉及一種以短纖維填充率高的熱塑性基體為基礎(chǔ)的、形式為纖維-塑料復(fù)合結(jié)構(gòu)的FVK-控制殼體模塊。適用的纖維材料包含玻璃纖維、碳纖維和聚合纖維，尤其是芳綸。也可使用這些纖維材料的組合。其他至少可按比例使用的纖維材料包含金屬纖維、天然纖維，陶瓷纖維、玄武巖纖維等。
[0055]如圖1左側(cè)原理性所示，F(xiàn)VK-控制殼體模塊I固定在內(nèi)燃機(jī)9的端側(cè)。其中在控制殼體模塊I上固定并且可部分集成有附件設(shè)備，如水泵3、濾油器6、恒溫器、三相發(fā)電機(jī)
5、轉(zhuǎn)向助力泵、冷卻劑壓縮機(jī)4、皮帶張緊器以及導(dǎo)向輥，如圖2所示。其中還注意，一些部件可以至少部分集成的方式設(shè)置，如油泵6和用于水泵的導(dǎo)管7。此外還顯示了用于曲軸的徑向軸密封圈2，以及用來(lái)連接油底殼的連接結(jié)構(gòu)8。其他附件設(shè)備如冷卻劑壓縮機(jī)4和發(fā)電機(jī)5固定在相應(yīng)的連接結(jié)構(gòu)上。
[0056]圖2在此顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓鑄制成的控制殼體模塊1，材料為硅鋁合金。
[0057]由于汽車工業(yè)對(duì)燃油消耗和尾氣排放的要求日漸提高，根據(jù)本發(fā)明的FVK-控制殼體模塊I具有針對(duì)集成的附件設(shè)備的相應(yīng)連接結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)使用纖維-塑料復(fù)合材料來(lái)代替金屬組件，降低了成本和重量，由此使得可以在發(fā)動(dòng)機(jī)區(qū)域采用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)。
[0058]如圖3的原理圖所示，根據(jù)本發(fā)明的控制殼體模塊I基本上由有機(jī)板-嵌入物10構(gòu)成，它在注塑設(shè)備中利用短纖維填充率高(例如30%、40%、60%纖維體積含量)的熱塑性塑料(例如聚酰胺、聚苯硫醚/聚苯酰胺，聚鄰苯二甲酰胺等)注塑出筋11，并由此形成最終形狀。其中優(yōu)選的熱塑性塑料具有高耐熱變形性和良好的形狀穩(wěn)定性，并具有高的強(qiáng)度值。例如在濾油器6的連接部、水泵3的連接部或徑向軸密封件的容納部2中，可能的沉割部可通過(guò)組合式注塑模具形成。
[0059]有機(jī)板12為織物平面半成品(例如由增強(qiáng)纖維構(gòu)成的平面織物或紡織物，增強(qiáng)纖維例如是玻璃纖維、碳纖維和/或芳綸纖維)，通過(guò)熱塑性塑料進(jìn)行預(yù)浸潰和固化處理。作為其他纖維織物，也可考慮編織物和針織物，其他可替代上述材料或與上述材料組合使用的纖維材料為金屬材料，如鋼纖維、陶瓷纖維、天然纖維、玄武巖纖維或聚合纖維。纖維織物的纖維只能朝向一個(gè)方向或兩個(gè)構(gòu)成任意角度的方向定向，例如互相垂直。
[0060]示意圖3a)為根據(jù)本發(fā)明的控制殼體模塊1，它僅通過(guò)筋11進(jìn)行加強(qiáng)，而在右側(cè)的圖3b)中還設(shè)計(jì)有額外的局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其通過(guò)焊接的纖維增強(qiáng)熱塑板12或有機(jī)板構(gòu)成。圖5在a)和b)中分別顯示了控制殼體模塊I的相應(yīng)縱剖面。纖維增強(qiáng)熱塑板12通過(guò)連接層或焊接層12’與筋結(jié)構(gòu)11相連接。
[0061]如圖4所示，嵌入物10的加強(qiáng)部可設(shè)置在兩個(gè)不同的平面中。作為非規(guī)則成型的第一加強(qiáng)部，可以根據(jù)主要受力分布拓?fù)鋬?yōu)化地設(shè)置結(jié)構(gòu)11a。該結(jié)構(gòu)Ila用于承受主要負(fù)荷，其通過(guò)負(fù)荷示例F來(lái)表示。起加強(qiáng)作用的規(guī)則成型的第二筋結(jié)構(gòu)11與框架14 一起主要用于強(qiáng)化控制殼體模塊I的抗彎剛度和抗扭剛度。通過(guò)在嵌入物的結(jié)構(gòu)中加入卷邊，可對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步加強(qiáng)。此外通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì)，筋結(jié)構(gòu)還能降低噪音。
[0062]此外，在事后或在原本的注塑過(guò)程中(例如在相容性的熱塑性塑料的2K注塑中)，筋11之間的空間13還可通過(guò)塑料泡沫(例如聚酰胺或聚氨酯)來(lái)填充，參見(jiàn)圖5b。這形成額外的隔音效果，其取決于氣孔含量、氣孔密度以及氣孔形狀。其中開(kāi)孔式的泡沫特別適用于隔音。相反，閉孔式的適用于隔熱。如有必要，可在嵌入物10的兩側(cè)都設(shè)置加強(qiáng)部11。圖5c)中顯示了這一情況，其中額外顯示了帶有有機(jī)板12的起強(qiáng)化作用的多層結(jié)構(gòu)。在此也可對(duì)筋間隔空間進(jìn)行泡沫填充。
[0063]在此在特別受負(fù)荷的位置，例如在發(fā)電機(jī)5和冷卻劑壓縮機(jī)4的連接處(如圖2所示)，可形成帶有焊接的有機(jī)板12的多層結(jié)構(gòu)，可將有機(jī)板12局部地焊接到筋結(jié)構(gòu)11上(例如通過(guò)紅外焊接、熱氣焊)，以使有機(jī)板12與加強(qiáng)部11和嵌入物10 —起構(gòu)成強(qiáng)化的多層結(jié)構(gòu)(圖5和6)。
[0064]可通過(guò)下述方式使有機(jī)板12變得可焊接，即如圖6a)所示在制造過(guò)程中，有機(jī)板在一個(gè)側(cè)面上與擠壓的熱塑性膜12’通過(guò)熱軋相連接。如有機(jī)板12的熱塑性塑料基體一樣，熱塑性膜12’可由聚酰胺、聚苯硫醚/聚苯酰胺、聚鄰苯二甲酰胺組成，但是也可以考慮其他的熱塑性塑料。有機(jī)板12的熱塑性塑料基體、熱塑性膜12’和注塑的筋結(jié)構(gòu)11可包含相同的熱塑性塑料，但是也可包含不同的熱塑性塑料。如筋11的熱塑性材料一樣，熱塑性膜12’也可填充高比率的短纖維(例如纖維體積含量為30%、40%或60%)。
[0065]此外，控制殼體模塊I可作為完整的多層結(jié)構(gòu)并因此作為箱型結(jié)構(gòu)借助有機(jī)板12作為“蓋子”制成，圖7顯示的是俯視圖和縱剖面圖。有機(jī)板嵌入物10的雙面都注塑有筋11，其中有機(jī)板12通過(guò)熱塑性膜12’焊接在筋上。在此也可對(duì)筋11之間的筋間隔空間13進(jìn)行泡沫填充。
[0066]圖8a)至f)顯示了進(jìn)一步的制造方式，即兩個(gè)嵌入物10同時(shí)在一個(gè)模具20中通過(guò)注塑系統(tǒng)23、24注塑出筋(a)，并將模具兩半21、22分開(kāi)(b)，由此嵌入物10分別留在每個(gè)模具半體21、22的模板上，降低模具半體21，兩個(gè)嵌入物10由此呈相對(duì)位置(C)。在用于硬化的冷卻階段后，將兩個(gè)嵌入物10借助同一模具20中的加熱裝置30在筋的接觸面上例如通過(guò)紅外或熱氣進(jìn)行加熱(d)，并且通過(guò)模具半體21、22的靠近互相焊接在一起(e)。在此之后可使成型的組件I’(其在圖8中為管廓形部)脫模。在圖8中顯示的在注塑模具中直接進(jìn)行熱氣焊接的方法是由Engel, Hummel-Formen和KVT Bielefeld公司開(kāi)發(fā)的,此方法名稱為 “ENGELjoinmelt”。
[0067]在圖9中顯示了可通過(guò)此方式制造的控制殼體模塊I。在兩個(gè)有機(jī)板嵌入物10上單側(cè)注塑有筋結(jié)構(gòu)11，且兩個(gè)半體在筋11的接觸面上焊接在一起(指示區(qū)域S)。
[0068]通常在嵌入物10和外部有機(jī)板12之間，可使用結(jié)構(gòu)芯11來(lái)代替筋結(jié)構(gòu)11，作為多層結(jié)構(gòu)的間距保持結(jié)構(gòu)(圖10)。在圖11中顯示了結(jié)構(gòu)核心11的可能的設(shè)計(jì)方案。
[0069]針對(duì)附件設(shè)備(例如水泵3)的部分集成，可根據(jù)需集成的部件的一個(gè)半體通過(guò)成型過(guò)程形成嵌入物10，其中將第二個(gè)半體10’固定在控制殼體模塊上(圖12)。通過(guò)嵌入物10的成型部分與第二半體10’之間的連接形成集成的冷卻劑導(dǎo)管7，其中上述第二半體使水泵3能夠?qū)崿F(xiàn)部分集成。在水泵3的集成時(shí)，如圖13所示，所需的冷卻劑導(dǎo)管7完全或部分地通過(guò)FVK-管7集成到注塑有筋的嵌入物結(jié)構(gòu)10中。其中可通過(guò)上述步驟或直接在注塑模具中對(duì)纖維增強(qiáng)管7進(jìn)行固化，并對(duì)其注塑出筋。
[0070]為此所使用的FVK-管半成品可連續(xù)地通過(guò)編織方法來(lái)形成。定形和固化可選擇通過(guò)彈丸注射技術(shù)(PIT)，水或氣體注射技術(shù)(WIT/GIT)，芯熔化方法或軟管吹煉方法來(lái)進(jìn)行。進(jìn)一步的可選方案為編結(jié)拉齊或激光輔助的熱塑性卷繞。
[0071]優(yōu)選地，由平的纖維增強(qiáng)熱塑性塑料制成的嵌入物10為有機(jī)板嵌入物10，由例如玻璃纖維，碳纖維或芳綸纖維織物構(gòu)成，在熱塑性基體(例如PA、PPS/PPA、PEEK)中以緞紋組織，斜紋組織或亞麻組織進(jìn)行預(yù)浸潰和固化處理。在此可首先對(duì)嵌入物10進(jìn)行適當(dāng)?shù)那懈?批量)(圖14，右側(cè))。然后例如通過(guò)紅外對(duì)硬的有機(jī)板切割段10進(jìn)行加熱預(yù)成型(圖14，左側(cè)，但是未示出控制殼體模塊，而只是示例性地示出了成型的有機(jī)板切割段)。在圖15的第一階段a)中顯示了有機(jī)板10的加熱。機(jī)器人50將有機(jī)板切割段10移往加熱裝置30的方向，并且在熱塑性基體材料軟化或可流動(dòng)后，可同樣通過(guò)適用的夾具50’對(duì)有機(jī)板切割段10進(jìn)行預(yù)成型，然后將其放入注塑模具21、22中，并在模具21、22關(guān)閉期間進(jìn)行完全成型(圖15b)。最后通過(guò)模具的注塑系統(tǒng)在完全成型的半成品上注塑出筋(c)，由此使組件具備最終的形狀。
[0072]在控制殼體模塊I的局部受強(qiáng)負(fù)荷的位置，如在發(fā)電機(jī)5和冷卻劑壓縮機(jī)4(如圖1至4所示)的連接位置，可根據(jù)受力分布將切割的覆蓋層(未圖示)焊接到有機(jī)板嵌入物上(例如，紅外焊接，熱氣焊接)，其中覆蓋層同樣由有機(jī)板或預(yù)浸潰和固化的TFP-織物構(gòu)成。TFP-嵌入物("Tailored Fiber Placement")由基本上方向符合受力分布的、鋪設(shè)在承重層上的纖維束制成，上述纖維束由固定線連接，以形成具有基本隨意的材料厚度的TFP-織物。
[0073]上述過(guò)程可在注塑過(guò)程前或后進(jìn)行，其中在注塑過(guò)程后額外的加強(qiáng)作用的覆蓋層結(jié)構(gòu)只能設(shè)置在背向筋結(jié)構(gòu)的一側(cè)上。
[0074]此外同樣可行的是，將通過(guò)熱塑性基體(例如PA、PPS/PPA、PEEK)進(jìn)行預(yù)浸潰處理的預(yù)浸潰帶(所謂Tapes)，由包含玻璃纖維、碳纖維和/或芳綸纖維的纖維粗紗構(gòu)成，所述帶在帶鋪設(shè)方法中和受力分布作為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在注塑過(guò)程前或后鋪設(shè)在有機(jī)板嵌入物10上。圖16顯示，如從一個(gè)卷軸上取下預(yù)浸潰帶或Tape46，通過(guò)顯示的激光30加熱到工藝溫度，并通過(guò)壓緊輪42直接焊接到模型10上。通過(guò)集中的熱輸入熔化預(yù)浸潰帶46的基體材料，并通過(guò)施加的壓力將纖維最優(yōu)地嵌入到基體中，并由此與有機(jī)板嵌入物10相連接。此外可通過(guò)使用多個(gè)平行設(shè)置的帶鋪設(shè)頭使此方法大大加速，例如通過(guò)在圖17中顯示的多帶式鋪設(shè)頭。
[0075]為達(dá)到較高的抗彎剛度和抗扭剛度，也可將控制殼體模塊I設(shè)計(jì)為封閉式的箱式結(jié)構(gòu)，其中注塑兩個(gè)非必要對(duì)稱并設(shè)計(jì)有卷邊的半殼10 (參見(jiàn)圖18)，其中半殼由帶有由短纖維填充率高(例如30%、40%、60%纖維體積百分比)的熱塑性塑料(例如PA6.6、PPS/PPA、PA4.6、PEEK)構(gòu)成的筋結(jié)構(gòu)11的有機(jī)板構(gòu)成，并同時(shí)將半殼連接到設(shè)置在殼層10上的鉆孔中。在注塑過(guò)程前形成兩個(gè)半殼10的最終形狀。
[0076]為穩(wěn)定嵌入物10的自由邊緣，可如圖19所示，采用具有空心橫截面的卷繞或注塑的FVK-管14作為邊緣加強(qiáng)部。圖20顯示了示例的控制殼體模塊I的一實(shí)施方式。其中邊緣加強(qiáng)部設(shè)計(jì)有FVK-管14。此外可橫穿控制殼體模塊I地設(shè)置管14，用于承受主負(fù)荷，如圖21所示。
[0077]通過(guò)嵌入物的后注塑可對(duì)出現(xiàn)的負(fù)荷的剛度特性進(jìn)行適應(yīng)。由此提供了了形成封閉式橫截面的可能性。與輕質(zhì)金屬控制殼體模塊相比，后注塑的嵌入物提供了進(jìn)一步節(jié)省重量的潛力，由此使得能夠進(jìn)一步降低燃油消耗和有害物質(zhì)的排放。此外與輕質(zhì)金屬控制殼體模塊相比，F(xiàn)VK-控制殼體模塊成本更低，制造精度高，且無(wú)需進(jìn)行后續(xù)加工。此外可實(shí)現(xiàn)材料減震以及高度的功能集成(例如集成螺紋)，且通過(guò)傳感器集成可具有故障識(shí)別。
[0078]在作為多層式結(jié)構(gòu)且具有額外設(shè)置在筋上的有機(jī)板的實(shí)施方式中，具有其他降低噪音排放和/或隔熱的可能性，并可提高組件剛性。
[0079]此外,還可通過(guò)預(yù)浸潰帶/Tapes的焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)抗負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。
[0080]作為嵌入物的有機(jī)板省去了織物嵌入物的預(yù)浸潰和固化這一單獨(dú)步驟。因?yàn)閮?yōu)選地，針對(duì)有機(jī)板和注塑的筋的熱塑性基體(以及其他焊接的元件，如平的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)或預(yù)浸潰帶)使用熱塑性塑料，該熱塑性塑料其至少具有類似的、優(yōu)選相同的熔化特征且可混合，可放棄使用其他增附劑。特別優(yōu)選地，可使用相同的熱塑性塑料。
【權(quán)利要求】
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的控制殼體模塊(1)，包含用于附件設(shè)備(2、3、4、5、6、7、8)的容納結(jié)構(gòu)和/或連接結(jié)構(gòu)和/或集成結(jié)構(gòu)以及筋結(jié)構(gòu)，其中控制殼體模塊(I)由纖維-塑料復(fù)合材料構(gòu)成，所述纖維-塑料復(fù)合材料具有至少一個(gè)嵌入物(10)，所述嵌入物由熱塑性塑料基體中的平的纖維織物構(gòu)成，其中筋結(jié)構(gòu)由注塑形成的熱塑性塑料加強(qiáng)筋(Iiuia)構(gòu)成，所述熱塑性塑料包含體積含量最低為30%的、加強(qiáng)材料的短纖維，其特征在于，加強(qiáng)部(11、Ila)包含符合受力分布的筋結(jié)構(gòu)(Ila)以及規(guī)則成型的、相交的、縱向加強(qiáng)筋、橫向加強(qiáng)筋和/或斜向加強(qiáng)筋(11)，且在由筋(IlUla)界定出的筋間隔空間(13)中設(shè)置泡沫材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制殼體模塊(1)，其特征在于，短纖維的體積含量最低為40%，優(yōu)選地最低為50%，特別優(yōu)選地為最低60%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制殼體模塊(1)，其特征在于，基體和/或筋(IlUla)的熱塑性塑料材料具有高耐熱變形性，且特別是選自以下材料:聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯酰胺、聚鄰苯二甲酰胺以及它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中至少一項(xiàng)所述的控制殼體模塊(I)，其特征在于，控制殼體模塊(I)可至少局部地在 -筋(IlUla)的背向嵌入物(10)的一側(cè)上，和/或 -嵌入物(10)的背向筋(IlUla)的一側(cè)上， 設(shè)置有平的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(12)，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)是 -按受力分布切割的纖維增強(qiáng)的熱塑板(12)，特別是有機(jī)板(12)和/或 -利用熱塑性塑料預(yù)浸潰和預(yù)固化并根據(jù)受力分布制成的TFP織物，和/或 -根據(jù)受力分布鋪放的預(yù)浸潰帶結(jié)構(gòu)，所`述預(yù)浸潰帶由熱塑性基體中的加強(qiáng)纖維構(gòu)成， 其中，平的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(12)直接或通過(guò)熱塑性層(12’)與筋(IlUla)和/或嵌入物相連接，并且其中預(yù)浸潰的TFP織物的熱塑性板(12)、預(yù)浸潰帶和/或?qū)?12’)的熱塑性塑料由選自以下材料的的耐熱變形的熱塑性塑料構(gòu)成:聚酰胺、聚苯硫醚、聚苯酰胺、聚鄰苯二甲酰胺以及它們的組合，其中熱塑性層(12’)特別是包含體積含量最低為30%的、加強(qiáng)材料的短纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中至少一項(xiàng)所述的控制殼體模塊(I)，其特征在于，控制殼體模塊(I)包含至少兩個(gè)嵌入物(10、10’)， -所述至少兩個(gè)嵌入物分別配設(shè)有筋結(jié)構(gòu)(IlUla)并通過(guò)筋結(jié)構(gòu)(11、I Ia)相互連接，或 -其中的第一嵌入物(10)提供至少一個(gè)經(jīng)成型的部分作為半廓形部，該半廓形部與第二嵌入物(10’)相連接，該第二嵌入物補(bǔ)充半廓形部以形成空心廓形部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中至少一項(xiàng)所述的控制殼體模塊(I)，其特征在于，控制殼體模塊(I)包含至少一個(gè)作為邊緣加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的FVK-管(14)和/或集成在嵌入物(10)中的管道(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中至少一項(xiàng)所述的控制殼體模塊(1)，其特征在于，嵌入物(10)為有機(jī)板(10)，其中平的纖維織物為平面織物或紡織物，尤其是由增強(qiáng)纖維構(gòu)成的緞紋組織、斜紋組織或亞麻組織，其中增強(qiáng)纖維為玻璃纖維、碳纖維和/或聚合纖維，特別是芳綸纖維。
8.一種方法，用來(lái)制造根據(jù)權(quán)利要求1至7中至少一項(xiàng)所述的控制殼體模塊(I)，該方法包含以下步驟: -根據(jù)控制殼體模塊(I )，將帶有熱塑性塑料基體的平的纖維織物切割為嵌入物(10)， -加熱熱塑性塑料基體，必要時(shí)對(duì)嵌入物(10)進(jìn)行預(yù)成型并將其放入到注塑模具(20)中， -使注塑模具(20)閉合，同時(shí)使嵌入物(10)的成型， -利用熱塑性塑料至少注塑上加強(qiáng)部(ll、lla)，其中熱塑性塑料包含體積含量為最低30%的、由加強(qiáng)材料構(gòu)成的短纖維， -使加強(qiáng)部(11、I Ia)硬化，并使FVK-控制殼體模塊(I)從注塑模具(20 )中脫模， 其特征在于，使加強(qiáng)部(IlUla)形成符合受力分布的筋結(jié)構(gòu)(Ila)以及規(guī)則成型的、相交的縱向加強(qiáng)筋、橫向加強(qiáng)筋和/或斜向加強(qiáng)筋(11)， 向由筋(11、I Ia)界定出的筋間隔空間(13 )中引入/施加泡沫材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，該方法包含以下步驟中的至少一個(gè): -在切割、成型和/或注塑時(shí)形成用于附件設(shè)備的容納結(jié)構(gòu)和/或連接結(jié)構(gòu)和/或集成結(jié)構(gòu)，或 -通過(guò)多件式的注塑模具形成沉割部，或 -對(duì)筋間隔空間(13)填 充泡沫材料，或 -將平的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)(12)設(shè)置和連接到筋(IlUla)的背向嵌入物(10)的一側(cè)和/或嵌入物(10)的背向筋的一側(cè)上，或 -將至少兩個(gè)配設(shè)有筋結(jié)構(gòu)(IlUla)的嵌入物(10、10’)通過(guò)焊接連接到筋(IlUla)上，或 -在形成空心廓形部的情況下將至少兩個(gè)嵌入物(10、10’)連接起來(lái)，或 -將FVK管集成到嵌入物(10)中作為邊緣加強(qiáng)結(jié)構(gòu)和/或?qū)⑼ǖ?7)集成到嵌入物(10)中。
【文檔編號(hào)】F02F7/00GK103764984SQ201280041197
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月24日
【發(fā)明者】E·里斯, G·佐爾 申請(qǐng)人:戴姆勒股份公司