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CN110901775A - 用于机动车辆的组件以及制造用于机动车辆的组件的方法 - Google Patents

用于机动车辆的组件以及制造用于机动车辆的组件的方法 Download PDF

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CN110901775A
CN110901775A CN201910857562.0A CN201910857562A CN110901775A CN 110901775 A CN110901775 A CN 110901775A CN 201910857562 A CN201910857562 A CN 201910857562A CN 110901775 A CN110901775 A CN 110901775A
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CN
China
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fixing
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tape
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plastic
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Application number
CN201910857562.0A
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托马斯·巴拉诺夫斯基
迈克·布罗达
马库斯·弗兰岑
帕斯卡·雷布曼
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Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的组件(1)，其具有组件主体(2)，其中至少一个加强元件(3)集成在组件主体(2)的组件基质中，或者至少一个加强元件(3)固定在组件主体(2)上。为了提供具有高组件稳定性、能够以相对低的生产成本制造并且允许功能组件的集成的机动车辆的组件，提出了加强元件(3)是包括塑料基质(4)和嵌入其中的单向取向的连续纤维(5)的带。本发明还涉及制造这种组件的方法。

Description

用于机动车辆的组件以及制造用于机动车辆的组件的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的组件，其具有组件主体，其中至少一个加强元件集成在组件主体的组件基质中，或者至少一个加强元件固定在组件主体上。
此外，涉及用于制造机动车辆的组件的方法，该方法包括以下步骤：
a.提供塑料半成品；
b.将至少一个加强元件布置在和/或固定到塑料半成品上，其中加强元件是带，其包括塑料基质和嵌入其中的单向取向的连续纤维；
c.将步骤b中组装在一起的组件部分布置在注塑模具的模具中；
d.用注塑成型化合物，特别是塑料化合物，将半成品连同至少一个加强元件包覆成型。
本发明还包括一种用于制造机动车辆的组件的方法，该方法包括以下步骤：
a.在注塑模具的模具中布置和/或固定至少一个加强元件；
b.用注塑成型化合物，特别是塑料化合物，将加强元件包覆成型。
背景技术
在现代机动车辆的组件的发展中，减重起到了至关重要的作用，因为重量减轻直接伴随着用于机动车辆运行的燃料消耗或能量消耗的减少。具体地，考虑到开发环境友好型且节省燃料的机动车辆，因此降低车辆组件的重量是非常重要的。即使在今天，机动车辆的许多组件仍然由金属材料制成。金属当然具有相对高的机械稳定性，但也具有相对较高的重量。尽管铝与钢相比具有较低的重量，但是铝组件的生产通常与较高的生产成本相关。
一种替代方案是使用纤维增强塑料。这些同样在必要的机械稳定性方面满足严格的要求，但是其在生产方面同样相对昂贵。作为一个突出的例子，应该提到用碳纤维增强塑料，特别是热固性塑料。即使用短纤维加固，由于在组件的刚性和强度方面的缺点，同样不希望使用热塑性塑料。
由于对机动车辆组件的高要求，特别是在其机械稳定性和耐用性方面，将附加功能元件集成到这些组件中通常是有问题的。然而，多功能机动车辆的组件——特别是在现代和联网机动车辆的发展时代——是特别令人感兴趣的。需要将功能组件直接集成到特定的车辆组件中，同时降低组件的复杂性。举例来说，应该引用照明或加热元件的集成。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于机动车辆的组件，其具有高的组件稳定性，能够以相对低的生产成本制造并且允许功能组件的集成。此外，本发明的目的是提供一种制造这种组件的方法。
为了实现该目的，在技术领域中提及的组件类型中，提出了：加强元件是带，其包括塑料基质和嵌入其中的单向取向的连续纤维。另外，为了实现该目的，提出了根据权利要求12和14的制造方法。
如在技术领域中已经提到的，本发明涉及一种用于机动车辆的组件。该组件具有组件主体，其中至少一个加强元件集成在组件主体的组件基质中。或者，加强元件可以固定在组件主体上。特别地，上述至少一个加强元件由带构成，带包括塑料基质和嵌入其中的单向取向的连续纤维。至少一个加强元件或带导致组件的刚性和稳定性增加。与由纤维增强的固体材料制成的组件相比，用带加固的带能显著降低制造成本。
这种类型的带也称为UD胶带。这种UD胶带可以具有热塑性塑料基质，其中嵌入了单向取向的纤维。纤维可以由例如碳纤维构成。由于碳纤维是导电的，因此具有碳纤维的UD胶带适合在用UD胶带增强的组件中实现其他功能特性。例如，可以想到将电压施加到导电UD胶带上，从而将其用作加热元件。因为，通过施加电压，UD胶带发热，将此处产生的热量传递到其周围。如果将这样的UD胶带集成在组件中，则热量被传递到组件。如果组件例如由把手构成，则使用集成在把手材料中或固定到把手上的UD胶带能够加热把手，从而提供把手加热设施。
此外，本发明涉及一种用于制造机动车辆的组件的方法。该方法包括以下步骤：a.提供塑料半成品；b.将至少一个加强元件布置在和/或固定到到塑料半成品上，其中加强元件是带，其包括塑料基质和嵌入其中的单向取向的连续纤维；c.将步骤b中组装在一起的组件部分布置在注塑模具的模具中；d.用注塑成型化合物，特别是塑料化合物，将半成品连同至少一个加强元件包覆成型。该方法由复合组件的制造方法构成。组件集合包括预定义的塑料半成品、其中集成的加强元件以及在半成品或至少一个加强元件上注塑成型或包覆成型的注塑复合物。
可以修改该方法，使得在布置和/或紧固至少一个加强元件之前，将至少一个固定或偏转元件布置和/或固定在半成品上，其中，至少一个加强元件固定在至少一个固定或偏转元件上或抵靠至少一个固定或偏转元件。固定或偏转元件在此可以由塑料或金属制成。
此外，本发明涉及一种用于机动车辆的组件的制造方法，该方法包括以下步骤：a.在注塑模具的模具中布置和/或固定至少一个加强元件；b.用注塑成型化合物，特别是塑料化合物，将加强元件包覆成型。
也可以修改该方法，使得至少一个加强元件与至少一个固定或偏转元件一起，布置和/或固定在模具中，其中，至少一个加强元件固定在固定或偏转元件上或抵靠固定或偏转元件。与上述方法不同，本方法中的加强元件和可选的固定或偏转元件直接布置在注塑模具的模具中，因此不会在预制的半成品上进行预先布置和/或紧固。相反，复合组件通过单次注塑操作生产。在上述方法中，半成品必须首先在单独的过程中生产。然而，生产半成品的方法不是本发明的主题。
在从属权利要求和有利实施例的以下描述中限定了本发明的有利实施例。为了避免重复，组件的那些有利实施例同样被认为是根据本发明的方法的有利设计变体。因此，这些有利实施例同样涉及针对该组件的独立装置的权利要求1以及针对该制造方法的独立权利要求12和14。
根据一个有利实施例，加强元件是UD带或UD胶带。在该组件中，可以提供多个这样的UD胶带。这种UD胶带由具有单向取向的增强纤维的带构成，其中纤维嵌入塑料基质中，例如热塑性塑料的基质。这里的UD胶带可以是单层或多层结构。与单层UD胶带相比，由多个UD胶带层组成的层压板具有额外增加的机械稳定性和承载能力。UD胶带易于热变形，并且可以通过注塑成型工艺涂覆或包覆成型。纤维优选由连续纤维构成。作为纤维，可以考虑碳纤维、玻璃纤维、矿物纤维、水泥纤维、纺织纤维、芳族聚酰胺纤维、天然纤维和金属纤维。
根据另一有利实施例，在组件基质中还可以集成至少一个固定或偏转元件。在复合组件的制造中，带(即UD带)，可固定到固定或偏转元件上，并且至少在一些部分中抵靠固定或偏转元件。利用这种固定或偏转元件或多个这种固定或偏转元件，在最终生产组件之前，即在用塑料化合物包覆成型之前，UD带或多个UD带可以以位置固定的方式布置在所提供的半成品上或模具中。UD带可以通过固定或偏转元件进入所需位置并预先固定。由于固定或偏转元件同样是组件的组成部分(在包覆成型之后)，这些同样可以有助于组件的机械稳定性，例如在行进过程中或当组件承受载荷时产生的力的分散。固定或偏转元件也可以仅通过包覆成型工艺由塑料化合物部分包覆成型，使得固定或偏转元件可以具有用于组件的紧固元件的功能。相应地，固定或偏转元件可以连接到其他组件或车辆组件。相应地，固定或偏转元件可以配置成将组件附接到机动车辆的其他组件。例如，在固定或偏转元件上没有用另外的塑料复合物包覆成型的那些点处，可以提供紧固元件、紧固表面或紧固锚。紧固元件可以是例如孔开口、焊接件、螺栓或铆钉。紧固表面可以是平坦表面，其特别地设置用于粘合剂的应用并且因此可以获得粘合剂粘合。
根据一个有利实施例，固定或偏转元件可以设置成促使带在组件基质中的方向发生改变。特别地，固定或偏转元件的至少部分圆形的实施例在此是合适的。为此，该元件可以具有(部分)圆柱形支承表面，沿着该支承表面可以随着方向的改变引导UD带。如果带在多个偏转元件周围的一定拉伸应力下被引导，或者沿着多个偏转元件被引导，则能够实现多个带的布置以及UD带的稳定紧固。
根据一个有利实施例，带可以是导电的。为此，带可以具有导电纤维。这里，可以使用直接由导电材料构成的纤维，例如碳纤维。然而，可以考虑使用具有导电涂层材料的固有非导电纤维材料的涂层。例如，纤维可以被供应金属涂层。可选地或另外地，导电填充材料可以集成在塑料基质中。此外，可以想到使用导电塑料。作为导电填充材料，可以考虑例如金属颗粒或短金属纤维。
带可以通过接触装置连接到电压源。电压源可以是无论如何都存在于机动车辆中的车辆电子系统或能量供应系统的一部分。这里，接触装置可以直接连接到导电纤维、导电塑料，并因此连接到导电塑料基质。
作为接触装置，可以考虑例如设置有金属引脚的接触单元，同时也可以提供单独的金属引脚作为接触装置。引脚可以由例如铜、青铜或黄铜制成。引脚也可以由其他材料制成并涂有导电材料。在这种情况下，可能的涂层材料是金、银、锡和铬。选择引脚材料的主要标准是保证稳定的接触电阻。
接触单元或金属引脚可以以夹具的形式布置并且可以通过夹紧作用与UD带接触。在这种情况下，接触单元可以配置为设有接触引脚的夹具。夹具可以例如由弹簧夹或端子螺钉构成。金属引脚可以在UD胶带的方向上逐渐变细并且具有齿状形状。由此确保接触引脚可以插入塑料基质而不需要花费很大的力，以便与导电纤维或塑料基质直接接触。接触装置也可以是简单的导电电缆，其焊接到UD胶带上或用导电粘合剂粘合。
根据一个有利的实施例，该组件可以通过向带施加电压来加热。通过施加电压，UD胶带的导电纤维、导电填充材料或塑料基质升温。这里产生的热量传递到周围环境。因此，UD胶带可以用作组件的加热元件，但是同时可以对组件起到稳定作用。因此，UD胶带包含了适当组件的若干功能任务。
根据一个有利的实施例，该组件可以通过使用注塑成型化合物(优选为塑料化合物)对预制半成品进行包覆成型而生产。在包覆成型之前，带和/或固定或偏转元件在此可以连接到半成品上。以这种方式，能够实现期望的组件中带的布置。这里的带的布置可以使组件的稳定性达到最大化或达到组件所需的加热温度。
根据另一有利实施例，该组件可由车顶横梁、车顶、车轴、抓握把手、用于停车制动器或手刹的手柄、车顶行李架或电池模块的壳体构成。下面，参考前述组件详细解释各个有利实施例。
该组件可以由车顶横梁构成。车顶横梁通常布置在机动车辆的A柱、B柱和C柱之间。横梁一方面支撑车顶，另一方面对车辆底盘的弯曲和扭转刚度起决定性的作用。后车顶横梁可以进一步固定在车辆的后挡板上。相对于已知的由钢或挤压铝制成的车顶横梁，本发明的车顶横梁在构件重量方面具有显著的优势。与由碳纤维增强塑料制成的车顶横梁相比，用UD胶带加固的车顶横梁也具有优势，特别是在生产成本方面。
根据本发明，作为组件的车顶横梁包括由塑料(优选为热塑性塑料)制成的组件主体。集成在组件主体中的有一个或多个UD胶带。集成在组件主体中的还有金属固定或偏转元件。然而，它们并没有完全被提供组件基质的塑料化合物所包围。在未覆盖的点处，元件可以焊接(例如通过点焊)到车辆的其他组件。UD胶带一直缠绕在固定和偏转元件周围是有利的。结果，可以特别有效地分散在行驶期间或在碰撞事故中产生的力。此外，在固定或偏转元件上可另外设置T形连接元件，其能够特别好地连接到包覆成型的塑料化合物。
根据本发明，作为组件的车顶横梁尤其能够通过在模具中定位或布置期望数量的固定或偏转元件来制造。在固定或偏转元件周围，布置一个或多个UD胶带，或者将胶带固定到元件上。在将固定或偏转元件插入模具之前或模具本身，可以实现胶带的布置。UD胶带通过施加一定的拉伸应力固定到固定或偏转元件上。随后，固定或偏转元件及其连接的UD胶带由塑料化合物包覆成型。理想地，塑料化合物由与UD胶带的塑料基质相同的塑料组成。结果，在包覆成型中，可以获得组件之间的特别好的连接。在注塑成型操作结束后，将组件冷却并从模具中取出。或者，通过提供塑料半成品也可以制造车顶横梁，在该塑料半成品上固定或布置固定或偏转元件以及UD胶带。然后，半成品、固定或偏转元件和UD胶带一起通过注塑成型的方式由塑料化合物包覆成型。该半成品可由有机薄板组成。半成品可具有加强肋。此外，可以通过注塑成型或包覆成型来形成组件的附加加强肋。还应该记住，半成品或组件也可以配置为空心体。至于制造过程，可以考虑气体介导或水介导的注塑成型。此外，半成品或组件可由硬质泡沫(特别是聚合物泡沫)形成。附加的功能元件(例如传感器或电缆)通过包覆成型可以集成到组件中。
在组件注塑成型中使用的塑料化合物可包括例如聚酰胺或聚丙烯。包含在塑料化合物或注塑成型化合物中的可以是短的或长的玻璃纤维或碳纤维。这些可以是填充材料或添加剂。
作为使用UD胶带作为加强元件的替代方案，还可以使用带有双向取向纤维增强的带。类似地，具有多轴取向纤维的带可适合用作加强元件。
该组件可以由车顶构成。车顶通常位于车顶横梁的上方。在其沿车辆纵向延伸的边缘区域，车顶通常固定在车顶纵梁上。在车顶，减重也发挥着越来越重要的作用。特别是因为车顶是相对较大的车辆组件，其可能对车辆的总重量有着重大的影响。然而，车顶必须还具有一定的基本稳定性和刚性，特别是具有较强的抗弯扭刚度。众所周知，汽车车顶是由碳纤维增强热固性塑料制成的。这种配置的缺点是价格相对较高。在金属车顶的情况下，不利的是，可见的焊接点必须用额外的覆盖物覆盖。车顶与横梁的紧固也代表了额外的工作步骤或生产步骤。
相应地，车顶也可以被解释为本发明意义内的组件。在组件主体中，即在车顶主体中，可以集成加强元件，例如UD胶带。此外，固定或偏转元件可以集成在车顶的组件基质中或者固定到组件上。车顶优选地与车顶横梁一起作为共同的组件制造，即，加强元件和固定和偏转元件放置在模具中并且由塑料化合物包覆成型。模具可以适应车顶所需的形状，并且在适当的情况下，可以适应横梁的形状。前面描述的车顶横梁的制造的更多细节和特征类似地适用于车顶的制造，特别是当车顶横梁和车顶作为共同组件制造时。应该提到的是，通过注塑成型，其他功能元件可以集成到车顶中。然后将它们同样布置在模具中并由塑料化合物包覆成型。例如，附加元件可以由尾翼、空气动力学元件、尾灯、刹车灯、天线连接点、后窗雨刷喷嘴、后窗雨刷器连接点、室内照明元件以及“泡泡车顶”风格的电缆和三维结构构成。
此外，该组件可以由透明车顶构成。透明车顶也可以在单个制造过程中与类似于前述结构的顶部横梁一起制造。与不透明车顶不同，透明车顶包括由透明的热塑性塑料制成的组件主体。例如，可以考虑聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)。类似于前述结构，由钢或铝制成的固定或偏转元件是车顶的组成部分。此外，车顶通过UD胶带的布置得到加强。透明车顶的特殊性在于可以将透明有机LED显示器(tOLED或TOLED)集成到车顶中。为了避免在行驶期间对驾驶员产生负面影响，这种显示器应优选地设置在车顶的后部区域中。
该组件还可以由车轴构成，特别是由在车辆的横向方向上延伸的轴梁构成。现在，轴梁或车轴通常由钢、铝或镁制成，也即是由金属制成。金属轴梁通常由热塑性塑料包覆成型，以便能够或便于将功能元件连接到轴上。例如，可以安装控制柱、控制台、加热和通风装置以及空调系统。这些列举不是固定的。在车轴的开发中，减轻重量也越来越受关注。代替上述用于轴梁的金属混合结构，它们同样可以由热塑性塑料制成并且用诸如UD胶带的加强元件加固。这种轴或这种轴梁包括由热塑性材料制成的组件主体。此外，由铝制成的固定或偏转元件集成在组件主体或相关的组件基质中，类似地，UD胶带是轴梁的组成部分。UD胶带同样集成在组件基质中。胶带和固定或偏转元件在一个步骤中(即通过注塑成型工艺)由塑料化合物包覆成型。根据本发明，车轴作为组件，以UD胶带的形式集成在组件中的加强元件缠绕在固定或偏转元件周围，并且由于缠绕，发生方向的改变或方向的反转。固定或偏转元件确保在注塑成型过程之前胶带的位置准确布置并且能够稳定地固定胶带。
该组件也可以由用于布置在车辆内部的抓握把手构成。抓握把手在此可以布置在车顶上或车辆支柱上。这种抓握把手通常由塑料制成并具有大的壁厚，以确保足够的机械稳定性和刚性。结果，不利地增加了组件重量。根据本发明，这种塑料抓握把手也可以用单向带(UD胶带)加固。结果，可以减小壁厚并且减少组件重量，同时保持稳定性恒定。UD胶带可以从抓握把手的一端延伸到抓握把手的另一端。这种组件通过注塑成型生产。为此，在模具中，金属连接元件可以连接到胶带端部并且用注塑成型化合物(优选为塑料)包覆成型。通过连接元件，抓握把手可以连接到车辆，例如连接到车顶。
在抓握把手的安装状态下，UD胶带可以通过接触装置连接到电压源。电压源可以是车辆电子设备的组成部分。对于这种应用，特别是嵌入导电塑料基质中的单向碳纤维是合适的。塑料基质可以由例如聚酰胺或聚丙烯制成。也可以考虑聚甲醛和聚碳酸酯/丙烯腈丁二烯苯乙烯作为基质材料。在这些中可以集成导电填充材料。在将电压施加到布置在组件(更具体地是抓握把手)中的UD带之后，UD带加热并将产生的热量传递到其周围环境。
该组件可以由用于机动车辆的停车制动器或手刹的手柄构成。一个或多个带，特别是具有集成导电纤维的UD带，在此可以布置在热塑性半成品上并用塑料化合物包覆成型。例如，两个这样的UD带可以在手柄主体的顶侧上彼此平行地布置(这同样提供了半成品)。在它们的端部，平行布置的带可以通过导电连接装置彼此连接。在安装状态下，带装置通过接触装置连接到电压源。电压源可以是车辆电子设备的组成部分。对于这种应用，特别是嵌入导电塑料基质中的单向碳纤维是合适的。塑料基质可以由例如聚酰胺或聚丙烯制成。其中，导电填充材料可以集成。在对布置在复合组件(更具体地是停车制动器或手刹的手柄)中的UD带施加电压之后，UD带加热并将这里产生的热量传递给它们的周围环境。为了尽可能有效地向外(即在手柄表面的方向上)输送热量，同时确保手柄可接受，手柄可以至少部分地由导热弹性体包住。这种导热弹性体的导热率比常规弹性体高5至75倍。
该组件也可以由车顶行李架构成。车顶行李架的基本组成部分是横向支柱，其横跨车顶延伸并且通过合适的适配器固定到车辆的车顶结构，例如车顶栏杆。横向支柱以及适配器通常由金属制成。根据本发明，车顶行李架，即横向支柱以及作为塑料组件的适配器，可以在其中构造有集成的UD胶带作为加强元件。UD胶带可以在此沿着横向支柱延伸并且额外固定在适配器中。通过注塑成型对UD胶带进行包覆成型来实现生产。在该组件中，可以提供附加肋，其进一步增加组件的刚性。肋同样可以通过注塑成型，例如通过使用合适的模具来形成。有利地，UD胶带布置在车顶行李架中的特定拉伸应力下。此外，UD胶带可沿着同样集成在车顶行李架中的芯元件延伸或缠绕在元件周围。芯元件可以由泡沫芯构成，泡沫芯在注塑成型期间共同确定待生产的车顶行李架的成形。顺便说一下，应该提到的是，UD胶带也可以通过“增材制造”集成在车顶行李架中。
此外，该组件可以由电池模块的壳体构成。电池模块可以由例如电动车辆的电池模块构成。多个电池单元可以合并到电池模块中并布置在壳体中。这种壳体通常由塑料或金属制成。为了保护壳体的内容物——电池模块，需要强稳定性。为此，壳体必须具有高机械刚性。确保高机械稳定性以及减少组件重量和制造成本的一种可能性是使用集成在塑料组件基质中的UD胶带来稳定塑料壳体。例如，UD胶带可以在组件基质中螺旋地集成。优选通过注塑成型对UD胶带进行包覆成型来实现生产。另一个优点在于UD胶带——其中使用导电UD胶带——可以通过施加电压来加热。由此壳体能够被加热到一定温度。例如，如果外部温度普遍较低，可以提高壳体的温度，以便电池使用。通过将壳体的特定温度设定为例如25℃，可以使电池冷却，只要它的工作温度高于壳体的温度即可。
本发明的方法以及同样作为本发明的紧固元件可以与所有先前描述的有利实施例组合，其中所引用的特征可以单独存在或以任何选择的组合存在。
还应当指出，诸如“包括”、“有”或“具有”的术语不排除其他特征或步骤。另外，涉及单个步骤或特征的术语“一个”或“所述”不排除多个特征或步骤，反之亦然。
附图说明
基于下面描述的说明性实施例，更详细地解释本发明的其他优点，其中：
图1以局部透视图示出了车辆底盘的结构，特别是在车顶的区域中；
图2示出了沿着车顶的横梁的纵向截面，以及加强元件布置的示意图；
图3以剖视图示出了图2中的细节III，特别是固定和偏转元件与组件主体的连接，示出了加强元件；
图4示出了UD带的结构以及塑料基质和纤维的示意图；
图5以示意性俯视图示出了车辆的示意图，其中，特别地，示出了与车顶相关的细节以及具有UD带的加强件；
图6示出了沿机动车辆的车轴梁的纵向剖视图；
图7示出了固定和偏转元件与车轴主体(根据图6)和加强元件的连接的示意性剖视图；
图8示出了用于在车辆内部布置的抓握把手的侧视图，以及加强元件的布置及其电接触的示意图；
图9示出了通过接触装置，特别是UD带的加强元件的电接触的示例图；
图10示出了机动车辆的手刹或停车制动器的手柄的透视图，以及加强元件及其电接触的示意图；
图11示出了沿车顶行李架的示意性剖视图，以及两种结构变型中的适配器元件区域中的结构的放大图；
图12以俯视图示出了用于电池模块的布置的壳体的示意图，以及集成在壳体中的加强元件的可能路径的示意图。
具体实施方式
如已经提到的，本发明涉及机动车辆的多种不同组件。通过实例，结合具体的组件实例，对本发明的组件进行较为详细的说明。此外，组件能够使用与本发明所述类似的至少一种制造方法生产。
图1以透视图示出了机动车辆的车身或车辆底盘。本发明所要求保护的组件1尤其可以由车顶横梁100构成。车顶横梁100可以安装在机动车辆的A、B和C柱之间。如图1中可见，横梁100可支撑车顶。然而，图1仅示出了车顶的部分102。此外，横梁100对于车辆底盘的弯曲和扭转刚度有重要影响。横梁还用于分散作用在车辆底盘上的横向力。设置在车辆后部区域104中的车顶横梁100，紧固车辆的后挡板或后备箱门。横梁100由相当大比例的塑料制成。与现有技术中已知的金属横梁相比，塑料在减少组件重量方面提供了显著的优点。
在图2中，车顶横梁100以简化或示意性的剖视图表示。横梁100在此应视为本发明的组件1。组件1或横梁100由多个组件组成。UD胶带形式的加强元件3集成在由塑料制成的组件主体2中并且在横梁100的整个长度上延伸。
一个或多个UD胶带可以布置成使得它们在横梁100的中间相交。沿着横梁延伸的边缘区域也可以用UD胶带或加强元件3加固。在横梁100的端部另外设置有由金属制成的固定或偏转元件6。
如图3中的细节III所示，固定或偏转元件6未完全被形成组件主体2的塑料化合物覆盖。在通过注塑成型制造车顶横梁100时，固定或偏转元件6的区域106不用塑料化合物包覆成型。固定或偏转元件6设置在横梁100的两端。应该记住，固定或偏转元件6仅在横梁100的部分长度上延伸。通过固定或偏转元件6，横梁100可以通过点焊连接到车顶或车辆底盘的其他组件。
在横梁100的端部，加强元件3或UD胶带缠绕在固定或偏转元件6周围并且抵靠该固定或偏转元件6(参见图2和3)。由此将UD胶带置于拉伸应力下。此外，这种类型的布置能够使UD胶带或加强元件的方向反转。
从图3中可以进一步看出，固定或偏转元件6具有T形的附加连接元件108。它们可以是相应的固定或偏转元件6的整体组成部分，并且能够与包覆成型的塑料化合物或组件主体2进行特别好的连接。固定或偏转元件6优选地由钢或铝制成。
在图4中，UD胶带的结构以高度模式化的横截面视图表示。如图4所示，纤维5嵌入塑料基质4中。这些可以均匀地或密集地分布在塑料基质4中。在图4中，表示密集分布。纤维5可以由导电纤维构成。塑料基质4也可以是导电的，特别是通过嵌入导电填充材料。
如在关于本发明的优点的描述中已经陈述的那样，根据本发明的组件1可以由车顶200构成。这种车顶200通常位于车顶200的横梁100的上方(图5)。在沿车辆纵向延伸的边缘区域，车顶200通常固定在车顶纵梁上。在多个点202、204处，车顶200位于横梁100上，或者车顶200连接到横梁100。
如图5所示，在这种塑料车顶主体206中，集成有加强元件3(例如UD胶带)。此外，固定或偏转元件6可以集成在车顶的组件基质中，或者固定到车顶上。
车顶200优选与车顶横梁100作为共同组件1一起制造，即，加强元件3和多个固定和偏转元件6放置在模具中并且由塑料化合物包覆成型。模具可以适应车顶200和横梁100所需的形状。车顶200和横梁100形成共同组件。多个固定和偏转元件6的设计类似于图3中所示的固定和偏转元件6。
可将贯穿车顶200延伸的UD胶带或加强元件3与贯穿横梁100延伸的UD胶带紧固在一个或同一个固定和偏转元件6上。此外，车顶200的一部分可以由透明塑料制成，例如透明的热塑性塑料。整个车顶200也可以由透明塑料制成。在这种透明车顶中，可以集成LED显示器，特别是透明有机LED显示器(tOLED或TOLED)。
组件1还可以由车轴300构成，特别是由沿车辆横向方向Q延伸的轴梁302构成。轴梁302提供一种由塑料制成的组件主体2。在组件主体2或相关组件基质中，集成了由铝制成的固定或偏转元件6，类似地，UD胶带3是轴梁302的组成部分。它们同样集成在组件基质中并且可以以任何选择的方式布置。如图所示，特别是沿着轴梁302的边缘区域布置加强元件3是有利的。因为，特别是这种塑料轴梁的边缘区域可以是组件300的机械弱点。
胶带3和固定或偏转元件6在单个步骤中(即通过注塑成型工艺)由塑料化合物包覆成型。根据本发明，同样在作为组件的车轴300中，组件中集成的加强元件3缠绕在固定或偏转元件6周围，由于缠绕而发生方向改变或方向逆转(见图7)。固定或偏转元件6确保在注塑成型过程之前准确布置胶带3的位置并且能够稳定地固定胶带。此外，固定或偏转元件6是用于其他组件的可能的附接点。根据本发明，固定或偏转元件6的部分区域可以保持排除在塑料材料的包覆成型之外。在此，可以实现其他组件的直接连接，例如通过焊接接头。如图7所示，当与轴梁302一起使用时，固定或偏转元件6优选地具有圆形形状。在偏转或固定元件中，可以集成孔开口304。
组件1还可以由用于布置在车辆内部的抓握把手400构成。抓握把手400在此可以布置在车顶上或车辆支柱上。抓握把手400在其纵向方向上设计成弧形或U形。通过抓握把手400的端部402、404，将抓握把手400固定到车辆底盘上。如图所示，采用单向带(UD胶带)作为加强元件3加强由塑料制成的抓握把手400。UD胶带沿着抓握把手延伸，从一个端部区域延伸到另一个端部区域。这种组件通过注塑成型生产。为此，在模具中，金属的连接元件406可以连接到胶带的端部并用注塑成型化合物(优选地用塑料)包覆成型。此外，通过连接元件406，抓握把手400可以连接到车辆，例如连接到车顶。在图8中，连接元件406仅以高度模式化的表示来描绘，因为连接元件的尺寸和形状或具体设计不是本发明的主题。
在抓握把手400的安装状态下，UD胶带可以通过接触装置7连接到电压源8。电压源8可以是车辆电子设备的组成部分。在将电压施加到布置在组件中的UD带3(更具体地是抓握把手400)之后，UD带3加热并将这里产生的热量传递到它们的周围环境。因此，抓握把手400可以用UD带3加强并加热。
图9中表示了接触装置7的可能实施例。例如，接触装置7可以是夹子状设计并且分别包括两个承载板9，承载板9上设置有接触引脚或齿10。接触引脚或齿10可以至少部分地穿过UD胶带和设置在其中的导电组件，从而与塑料基质4中的纤维5或导电填充材料接触。接触装置7可以以能够接触UD胶带3的任何方式设计。接触装置7不限于夹子状的设计。如图8所示，UD胶带3的一端连接到正极，UD胶带3的另一端连接到电压源8的负极。因此，在每个胶带的端部设置接触装置7。
组件1可以由用于机动车辆的停车制动器或手刹的手柄500构成，如图10所示。为了制造这种手柄，可以将一个或多个具有集成导电纤维的UD胶带3布置在热塑性半成品上并用塑料化合物包覆成型。在图10中，示出了手柄500，其具有在手柄主体502的顶侧上平行布置的两个UD带。同时，UD带作为加强元件3，以及作为加热元件。在一端504处，平行布置的带3经由导电连接装置504彼此连接。另外，带3通过接触装置7连接到电压源。电压源可以是车辆电子设备的组成部分。在布置在复合组件(更具体地是停车制动器或手刹的手柄500)中的UD带3上施加电压之后，UD带3加热并将这里产生的热量传递给它们的周围环境。为了尽可能有效地向外(即在手柄500的表面方向上)输送热量，并且同时确保可接受的手柄，手柄500可以至少部分地被导热弹性体包裹(没有示出)。
如图11所示，根据本发明的组件可以由机动车辆的车顶行李架600构成。如图所示，这种车顶行李架600包括横向支柱602，横向支柱602在车顶上延伸并且通过合适的适配器604固定到车辆的车顶结构，例如车顶栏杆。通常，提供多个横向支柱602用于在车顶上形成车顶行李架装置。
根据本发明，车顶行李架600(即横向支柱602以及适配器604)，可以构造为塑料组件，其中集成有UD胶带作为加强元件3。金属适配器604也可以与由塑料制成的横向支柱602组合。UD胶带3在此可以沿着横向支柱602延伸并且另外固定在适配器604中。通过注塑成型对UD胶带进行包覆成型来实现生产。在车顶行李架600中，例如横向支柱602，可以设置附加肋，这进一步增加了车顶行李架600的刚性。如在适配器604的放大细节中所示，UD胶带可以沿着核心元件606延伸，同样集成在行李架600中，或者缠绕在元件上。核心元件可以由“二氯乙基硫化物核心”(在左侧表示)或由泡沫核心(在右侧表示)构成，该核心在注塑成型期间共同确定车顶行李架的成形。顺便说一下，应该提到的是，UD胶带3也可以通过“增材制造”集成到车顶行李架600中。
此外，该组件可以由电池模块的壳体700构成。电池模块可以由例如电动车辆的电池模块构成。多个电池单元可以合并到电池模块中并且布置在壳体700中。这种壳体可以例如直接布置在车辆底板下方，或者可以集成在其中。在图12中，示出了用于电池模块的由塑料制成的壳体700的示意性俯视图。在塑料壳体基质中嵌入UD胶带作为加强元件3。在所描绘的表示中，UD胶带3螺旋地集成在组件基质中。
这种壳体700的制造优选地通过注塑成型的UD胶带3的包覆成型来实现。在其末端，UD胶带通过接触装置7连接到车辆的电压源。通过施加电压，可以加热UD胶带，从而加热壳体700。结果，壳体700能够达到一定温度。例如，如果外部温度普遍较低，可以提高壳体700的温度，以备电池使用。通过将壳体700的特定温度设定为例如25℃，只要电池的工作温度高于壳体700的温度，就可以对电池进行冷却。
附图标记列表：
1 组件
2 组件主体
3 加强元件、带
4 塑料基质
5 纤维
6 固定或偏转元件
7 接触装置
8 电压源
9 承载板
10 齿、接触引脚
100 横梁
102 部分(车顶)
104 后部区域
106 区域
108 连接元件
200 车顶
202 点
204 点
206 车顶主体
300 车轴
302 轴梁
304 孔开口
400 抓握把手
402 端部
404 端部
500 手柄
502 手柄主体
504 连接装置
600 车顶行李架
602 横向支柱
604 适配器
606 核心元件
700 壳体
Q 横向方向

Claims (15)

1.用于机动车辆的组件(1)，具有组件主体(2)，其中所述组件主体(2)的组件基质中集成有至少一个加强元件(3)或所述组件主体(2)上固定有至少一个加强元件(3)，其特征在于，所述加强元件(3)是带，所述带包括塑料基质(4)和嵌入其中的单向取向的连续纤维(5)。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述加强元件(3)是UD带。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，在所述组件基质中进一步集成有至少一个固定或偏转元件(6)，其中，在所述组件(1)的制造中，所述带(3)可固定到所述固定或偏转元件(6)，并且其中所述带(3)至少在一些部分中抵靠所述固定或偏转元件(6)。
4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，设置所述固定或偏转元件(6)以获得所述带(3)在所述组件基质中的方向变化。
5.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，所述固定或偏转元件(6)构造成将所述组件(1)附接到机动车辆的其他组件。
6.根据前述权利要求之一所述的组件，其特征在于，所述带(3)是导电的并且可通过接触装置(7)连接到电压源(8)。
7.根据前述权利要求之一所述的组件，其特征在于，所述带(3)具有导电纤维(5)，和/或导电填充材料集成在所述塑料基质(4)中。
8.根据前述权利要求之一所述的组件，其特征在于，所述组件(1)可通过向所述带(3)施加电压而加热。
9.根据前述权利要求之一所述的组件，其特征在于，所述组件(1)通过用注塑成型化合物对预制半成品进行包覆成型而制造，所述注塑成型化合物优选为塑料化合物。
10.根据前述权利要求之一所述的组件，其特征在于，在所述包覆成型之前，所述带(3)和/或所述固定或偏转元件(6)连接到所述半成品上。
11.根据前述权利要求之一所述的组件，其特征在于，所述组件(1)由车顶的横梁(100)、车顶(200)、车轴(300)、抓握把手(400)、用于停车制动器或手刹的把手(500)、车顶行李架(600)或电池模块的壳体(700)构成。
12.用于机动车辆的组件(1)的制造方法，包括以下步骤：
a.提供塑料半成品；
b.将至少一个加强元件(3)布置在和/或固定到所述塑料半成品上，其中所述加强元件(3)是带，所述带包括塑料基质(4)和嵌入其中的单向取向的连续纤维(5)；
c.将步骤b中组装在一起的组件部分布置在注塑模具的模具中；
d.用注塑成型化合物，特别是塑料化合物，将所述半成品连同所述至少一个加强元件(3)包覆成型。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在布置和/或固定所述至少一个加强元件(3)之前，至少一个固定或偏转元件(6)布置在和/或固定到所述半成品上，其中，所述至少一个加强元件(3)固定在所述固定或偏转元件(6)上或抵靠所述固定或偏转元件(6)。
14.用于机动车辆的组件(1)的制造方法，包括以下步骤：
a.在注塑模具的模具中布置和/或固定至少一个加强元件(3)；
b.用注塑成型化合物，特别是塑料化合物，将所述加强元件(3)包覆成型。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述至少一个加强元件(3)与至少一个固定或偏转元件(6)一起布置和/或固定在所述模具中，其中，所述至少一个加强元件(3)固定在所述固定或偏转元件(6)上或抵靠所述固定或偏转元件(6)。
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