[发明专利]用于汽车的塑料成型件

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于汽车的塑料成型件及其制造方法。 

背景技术

塑料成型件，也就是由塑料成型或变形并且必要时例如被切削再加工的部件，被以多种方式应用在汽车上，例如作为支架或内衬，例如形如仪表板支架、内部空间内衬等。 

由DE 36 34 559 C1已知的是将多件式的仪表板支架的一部分完全以薄壁技术构造为塑料注塑件。通过该技术可以有利地以毫米级的壁厚构成那些不是必须承受较大负荷的部件，以便节约重量和材料。 

另一方面，由DE 199 37 000 A1公开了一种汽车车门内衬，该内衬完全以塑料泡沫技术用较小密度的泡沫芯和紧凑的外套件在热塑性塑料-泡沫浇注方法(TSG)中制造。DE 296 23 807 U1建议了一种遮阳板，其通过蒸汽发泡同样完全在塑料泡沫技术中形成。 

由不同类型的DE 103 57 907 B4已知的是，仿生学地优化由铁合金和轻金属合金制成的复合门柱的框架结构。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为汽车提供一种改进的塑料成型件。 

该技术问题通过一种用于汽车的塑料成型件，尤其是支架解决，其带有至少一个用于承受较小负荷的低负荷区域，该低负荷区域以薄壁技术形成，以及至少一个用于承受较大负荷的高负荷区域，该高负荷区域以塑料泡沫技术形成，并且与所述至少一个低负荷区域连接。该技术问题也通过一种用于制造所述塑料成型件的方法解决，其中，按仿生学设计，尤其是结构优化各区域。 

按照本发明，将那些已公知的薄壁技术和塑料泡沫技术在塑料成型件中相互组合，方式是以薄壁技术形成一个或多个在运行中最多只需承受小负荷 的低负荷区域，并且与一个或多个以塑料泡沫技术构造的、在运行中传入较高负荷的高负荷区域相连接。 

这些以塑料泡沫技术形成的高负荷区域(该高负荷区域具有单件或多件式的泡沫芯，该泡沫芯在优选的实施形式中完全或部分地用塑料壳包封，其中由塑料壳限定的内腔能够完全或部分地用泡沫芯填充)由于通过发泡剂和/或流体，尤其是空气和水蒸气发泡的核芯的密度较小而相比其体积具有减小的重量，而另一方面，由于其相比其重量较大的外部尺寸，实现了较高的刚度。此外，泡沫芯可以有利地起减震以及尤其是吸收声音的作用。 

因此，按照本发明通过两种技术的组合，可以针对性地加强高负荷区域或者针对性地减小低负荷区域的重量，其中，较小的负荷在本发明中也包括完全没有负荷。 

尤其有利的是在仿生学设计的塑料成型件中组合两种技术，所述塑料成型件例如根据用于优化形状的CAO方法(计算机辅助优化)或用于拓扑学优化的SKO方法进行结构优化。在此，通过待优化的部件按照生物学的增长规则“在较高负荷位置积聚材料和/或在较低负荷位置清除材料”，如骨头若承担该部件的功能时所表现的那样虚拟近似地生长，模仿了例如树木或骨头的生物力臂的增长特性。这可以用于消除应力集中(Spannungsspitzen)并因此用于提高强度。 

优化可以针对整个部件或者仅针对重要的区域进行。优选借助于有限元模型(FEM)确定待优化的部件或区域中的应力，即，通过在有限元分析中计算应力，然后基于应力例如模拟生物学的生长规则，并且确定由此产生的生长错移(Wachstumsverschiebung)。在下一步可以进行网格修正，以便使FEM网格与新的轮廓相适应。这种生长循环优选在用于分别修正的结构的多个迭代中进行。 

在按照本发明的仿生学设计的、尤其是结构优化的塑料成型件中，以塑料泡沫技术构造的高负荷区域因此可以尤其是肋状地，基本上沿着负荷路径(Lastpfade)延伸，并且在该处承受并传递主要的负荷，而以薄壁技术构造的低负荷区域能与该负荷路径相互连接成至少局部封闭的部件。此外，也可以用传统的技术，尤其是带有较大壁厚，例如3毫米或更大的壁厚的注塑技术构造一个或多个用于承受中等负荷的中负荷区域，并且所述中负荷区域可以与低负荷区域和/或高负荷区域连接。因此，结构能够更好地与负荷相适应， 并因此减小重量或提高强度和/或刚度。 

在一种优选的实施形式中，两个或多个低负荷区域、中负荷区域和/或高负荷区域相互一体地，优选通过相同的工具，尤其是通过相同的模具制造。这尤其可以在一种多步的方法中实现，在所述方法中首先以一种技术制造若干区域，接着以另一种技术制造若干区域。