CN100436233C - 复合部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合部件，特别是汽车A柱之间的横梁。该复合部件由一个敞口的金属型材(2)和一个布置在其中、至少部分由塑料构成并沿金属型材(2)延伸的管道(3)构成。而为了形成具有壁和/或机械稳定性的管道(3)，一个由塑料制成的嵌入件(4，22)用以下方式固定在金属型材(2)的壁上：使一个设在金属型材(2)的壁中的开口(11)处并由所述型材成形的支撑轮廓(10)的侧凹部位与被压入到所述支撑轮廓中的嵌入件(4、22)的塑料部分咬合。由此形成具有一个壁和/或机械稳定性的管道(3)。

Description

复合部件
技术领域
本发明涉及一种由金属和塑料制成的复合部件，特别是布置在汽车A柱之间的横梁。例如，DE 100 64 522 A1就公开了一种以金属-塑料复合部件形式出现的横梁。
背景技术
DE 100 64 522 A1所公开的部件具有一个基本上为管形的本体，内侧衬有塑料，从而形成一个输送介质例如空气的管道。该塑料优选地通过注塑法注入到本体中，这样，这个管道实际上填充的是本体的空心横断面。因此管道的形状就受到本体轮廓形状的约束。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属-塑料复合部件，它包含一个布置在金属型材中的管道，并且在制作管道的形状方面具有很大的设计自由度。
按照本发明，这一目的由具有权利要求1所述特征的复合部件实现。这种部件具有一个敞口的金属型材，在它内部布置着一个沿型材长度方向延伸的管道例如空气管道。管道的内壁至少绝大部分由塑料形成。为了形成至少一段管壁和/或使管道具有机械稳定性，一个至少部分由塑料制成的嵌入件被用以下方式固定在金属型材上：一个设在金属型材的壁中的开口处并由所述型材成形的支撑轮廓(Haltekontur)的侧凹部位与被压入到所述支撑轮廓中的嵌入件的塑料部分咬合。通过这种也被称为凸缘盘连接(Kragenfügen)的固定方式，塑料件以形状配合与构成力传递的形式固定在金属件上，冲压成凸缘盘形状的凸出部分则优选地成为金属件的支撑轮廓。这种凸缘盘连接方式在DE 100 65 219 C1中被公开，它作为一种塑料和金属混合结构的后连接工艺，与注塑工艺中的连接相比，具有更大的设计自由度。通过凸缘盘连接而与金属型材相连的嵌入件形成或至少支承着管道壁，而嵌入件的形状则与金属型材的轮廓脱离了联系。这样，通过一种简单的方式，管道的横断面可按各种要求、特别是在金属型材的纵向上进行变化。金属和塑料部分之间构成力传递的连接使得复合部件具有一种特别轻巧、同时稳定的结构。
这种复合部件还具有其它优点：对金属型材以及用来制作嵌入件的注塑模具的公差要求，要低于在注塑工艺中将混合部件的金属和塑料部分连接时的要求。另外，在制作这种复合部件时不会产生翘曲的问题。
所述金属型材可以为U形或Ω形型材。在特别优选的实施形式中使用了帽形型材，它既可以使一个预制的嵌入件特别容易嵌入，又特别适合通过凸缘盘连接的方式将嵌入件固定。
按照第一个实施形式，管道壁的一部分，至少是朝向金属型材敞开一侧的管道壁由嵌入件形成。其余的管道壁则优选地由第二个塑料件形成，它被粘接或注入到金属型材中。
按照第二个实施形式，一个预制的管道作为第二个塑料件布置在金属型材中，并通过嵌入件固定在型材中或至少在型材中稳定住。按照第一个和第二个实施例，嵌入件和另一个塑料件优选地分别由不同的材料制成，其中，嵌入件的材料应满足更高的机械强度要求。按照第三个实施例，除了嵌入件，在金属型材内不再设置其它的塑料件。在这种情况下，由嵌入件形成并全部预制的管道直接通过凸缘盘连接固定在金属型材上。管道是通过将多个塑料件粘接、焊接或夹装而制成。
在上述的每个实施形式中，可通过另一个金属嵌入件或另一个金属-塑料复合嵌入件对金属型材和/或管道进行补充加强。另外，发泡塑料可作为嵌入件的组成部分和/或复合部件的其它组成部分。发泡塑料除了具有重量轻以及重量和机械稳定性之间的关系良好等优点外，还具有优良的消声和/或绝缘、特别是隔热性能。按照各部件的功能也可采用例如多组分注塑件。
布置在金属型材中的嵌入件优选地带有一个筋结构，以提高机械稳定性。在这里，嵌入件既可以形成管道壁的一部分，也可以布置在管道之外。不管如何，筋结构至少一部分、优选为全部布置在金属型材之内。筋结构以特别具有优点的方式将金属型材的横断面分隔成多个横断面区。在这里，每个单独的横断面区分别形成一种介质的管道，例如空气或一种液体。多个管道中的一个和/或相互间隔一定距离的管道之间的一个空间可作为电缆导管。由金属、塑料或金属-塑料复合件构成的加强结构可通过焊接、粘接、夹装或其它方式与金属型材相连。为了防止薄壁金属型材或嵌入的塑料件出现翘曲，除了使用泡沫结构或这种结构的组合外，还可同样使用腹板(Stegblech)。
本发明的优点特别在于，一个全部或部分由塑料制成、在金属型材内的空气管道以符合负荷要求的方式，通过预制的金属件和塑料件的后连接工艺实现空间上的任意形状。
附图说明
下面通过附图和实施例对本发明进行详细说明。图中所示分别为横断面示意图，其中，
图1、2中分别为复合部件的一个实施例，它由一个金属型材和一个布置在型材中的管道构成，
图3中为塑料件通过凸缘盘连接固定在金属型材上，
图4到7中分别为带有两个管道的复合部件的实施例，
图8中为带有两个管道和三个另外的空腔的复合部件，
图8a中为带有两个管道和一个另外的嵌入件的复合部件，
图9为带有两个管道的复合部件的透视图，
图10a到10c为图9所示的复合部件的零件图，
图11中为带有一个圆形管道的复合部件，
图11a为带有一个圆形管道的复合部件的错位横断面图。
相同的或具有相同功能的零部件在所有的附图中采用相同的标号。
具体实施方式
所有的实施例都涉及一种复合部件1，它具有一个以帽形型材形式出现的金属型材2，并作为横梁布置在汽车A柱之间。在金属型材2上有图中未示的仪表板或座舱内装饰件的接合点或支架。在金属型材2内有至少一个管道3，它作为将空气输送到汽车车厢内的管道。另外，复合部件1还具有一个由塑料制成并通过PMA方法(后成型装配)嵌入的嵌入件4，它至少形成管道3一部分的壁和/或提高管道的强度。如果没有特别指明，后面的实施例涉及图1到2所示的简单结构以及图4到8所示的进一步改型结构。
如图所示，金属型材2具有两个边缘段5、两个侧面段6以及一个支承面7，并在边缘段5处带有一个冲压成凸缘盘形状的凸出部分8，嵌入件4以构成力传递和形状配合的形式固定在这里。这种固定方式又被称为凸缘盘连接，其原理在DE 100 65 219 C1中被公开。嵌入件4通过注塑工序制成。在这里，与通过注塑法制成金属-塑料复合部件(IMA，模内装配)相比，金属型材2和嵌入件4的公差要求都相对较低。另外，实际上也不会出现翘曲的问题。在凸出部分8上形成的、金属型材2和嵌入件4之间的接合点9共同提高了复合部件1的稳定性。
下面通过图3对嵌入件4在金属型材2上的固定进行详细说明。凸出部分8形成一个由金属型材2向外弯出的支撑轮廓10，从上面对金属型材2的表面俯视可以看到它具有一个圆形的形状，而在图2中只能看到金属型材2中开口11的断面。嵌入件4被压入到被冲压成凸缘盘形状的凸出部分8中，在凸出部分的横断面成形时出现了一个侧凹部位12，它使塑料嵌入件4能够特别稳固地固定在金属型材2之上。侧凹部位12，又被称为凸出部分8的收缩部位，是在制作凸缘盘之前通过在金属型材2的平坦表面上压出一个环形槽形成的。
在图1所示的实施例中，管道3由一个被嵌入到金属型材2中的矩形塑料件13形成。矩形塑料件13紧贴支承面7并至少部分地紧贴在侧面段6上，并被带有加强筋结构14的嵌入件4固定在金属型材2中。尽管制成管道3的塑料材料与嵌入件4的材料相比柔性相对较大，但它在金属型材2中仍具有形状稳定性。在图中所示的横断面中，管道3几乎完全占满了由金属型材2所形成的横断面的轮廓。与这里不同的是，在复合部件1的横断面区域中，图中未示，可将管道3缩小，从而为在金属型材2内安装其它零件留出空间。同样，可通过简单的方式，以同样的金属型材2为基础，通过不同形状的管道3，例如空气管道，制成不同的复合部件1。
在图2所示的实施例中，一个位于图上部的、支承面7对面的管道3的盖板15由嵌入件4形成，而与金属型材2的侧面段6相接的侧壁16以及与金属型材2的支承面7相接的基面17由塑料覆盖层18形成。在这里覆盖层18被粘贴在金属型材2中或通过注塑法注射或发泡成型。与图1中所示的实施例相同，管道3的全部内表面均由塑料制成。
图4到7中分别为复合部件1的实施例，它带有两个管道3以及一个位于它们之间的自由空间19。在图4中所示的实施例中，嵌入件4和管道3作为一个整体成形，而在图5到7所示的实施例中各管道3的一部分由嵌入件4形成，另一部分则由覆盖层18形成。在图4到7所示的每个实施例中，接合点9既设在金属型材2的边缘段5上，又设在支承面7的中央。在图6和7所示的实施例中，布置在中央的接合点9位于金属型材2上一个向外或向内的槽20上，它进一步提高了复合部件1的稳定性。与布置在中央的接合点9相接的管道3的侧壁16也被称为支撑体21。各支撑体21不必与金属型材2的侧面段6平行，而从上俯视支承面7时可以看到它们为圆形，因此它们就象柱子一样布置在管道3中。一个冲头可沉入到这个区域之中，在必要时对凸缘盘连接过程中相应出现的连接力进行支承。
与前面所述的实施例不同，在图8中所示的实施例中，支撑体21不是由固定在边缘段5上的嵌入件4形成的，而是由另一个只固定在支承面7上的嵌入件22形成的。两个嵌入件4、22均预先制成，然后按照PMA方法通过凸缘盘连接固定在金属型材2上。为了固定与支承面7相连的嵌入件22上的支撑体21，位于图上部的嵌入件4带有四个沿金属型材2的纵向延伸的槽23或空心圆筒。在侧面段6和管道3之间以及两个管道3之间分别形成一个自由空间19，可用作电缆导管24。
一个可替代图8中的复合部件1如图8a中所示。固定在边缘段5上的嵌入件4带有支撑体21，它们支撑在位于支承面7之上的另一个嵌入件25上。嵌入件25带有相应的槽以便支撑体21插入并在可能的情况下固定。嵌入件25也可由一种弹性材料制成，例如弹性塑料或橡胶，这样，在装配状态下支撑体可密封地紧贴在或固定在它之上，在这里，密封紧贴是通过将支撑体21轻轻压入到弹性材料中实现的。
嵌入件4被预先制成，然后按照PMA方法通过凸缘盘连接固定在金属型材2上，同时，嵌入件25也可优选地采用上述方法固定在金属型材上。
图9是一个带有两个管道3的复合部件1的透视图。嵌入件4带有起加强作用的筋结构14。接合点9设在金属型材5的边缘段5和支承面7的中央。图9中所示的复合部件1的各元件-嵌入件4、覆盖层18、金属型材2分别在图10a到10c中以透视图的形式展示。
图11中为复合部件1的一个替代实施例，它带有一个圆形的管道3。在管道3的两侧形成了自由空间19，它们可用作电缆导管24。复合部件1的金属型材2具有一个两级的圆形断面5。在这里，圆形断面5带有凸出部分8，在那里形成了接合点9以提高稳定性。另一个接合点9设在支承面7的中央。
图11a为复合部件1的上述实施例的错位横断面图，图的右半边处于侧下部的接合点9的区域，而左半部则与前者错开。
具有优点的是，嵌入件4在位于侧下部接合点9上面的区域带有一个切口26。它可作为将连接工序所需的模具例如冲头导入的开口。
标号说明
1复合部件                2金属型材
3管道                    4嵌入件
5边缘段                  6侧面段
7支承面                  8凸出部分
9接合点                  10支撑轮廓
11开口                   12侧凹部位
13矩形件                 14筋结构
15盖板                   16侧壁
17基面                   18覆盖层
19自由空间               20槽
21支撑体                 22嵌入件
23槽                     24电缆导管
25嵌入件                 26切口

Claims (20)

1.复合部件，包括位于汽车A柱之间的横梁，由一个敞开的金属型材(2)和一个布置在其中、沿金属型材(2)延伸的塑料空气管道(3)构成，而为了形成管道(3)的壁和/或使其具有机械稳定性，将一个至少部分由塑料制成的嵌入件(4，22)用以下方式固定在金属型材(2)的壁上：使一个设在金属型材(2)的壁中的开口(11)处并由所述型材成形的支撑轮廓(10)的侧凹部位与被压入到所述支撑轮廓中的嵌入件(4、22)的塑料部分咬合。
2.根据权利要求1所述的复合部件，其特征在于，支撑轮廓(10)由金属型材(2)上冲压成凸缘盘形状的凸出部分(8)形成。
3.根据权利要求1或2所述的复合部件，其特征在于，金属型材(2)是一个帽形型材。
4.根据权利要求1或2所述的复合部件，其特征在于，另一个塑料件(18)形成至少一部分的管道(3)的壁。
5.根据权利要求3所述的复合部件，其特征在于，另一个塑料件(18)形成至少一部分的管道(3)的壁。
6.根据权利要求1或2所述的复合部件，其特征在于，嵌入件(4、22)具有一个加强筋结构(14)。
7.根据权利要求3所述的复合部件，其特征在于，嵌入件(4、22)具有一个加强筋结构(14)。
8.根据权利要求4所述的复合部件，其特征在于，嵌入件(4、22)具有一个加强筋结构(14)。
9.根据权利要求5所述的复合部件，其特征在于，嵌入件(4、22)具有一个加强筋结构(14)。
10.根据权利要求1或2所述的复合部件，其特征在于，管道(3)只是填充了金属型材(2)的一部分。
11.根据权利要求3所述的复合部件，其特征在于，管道(3)只是填充了金属型材(2)的一部分。
12.根据权利要求4所述的复合部件，其特征在于，管道(3)只是填充了金属型材(2)的一部分。
13.根据权利要求5所述的复合部件，其特征在于，管道(3)只是填充了金属型材(2)的一部分。
14.根据权利要求6所述的复合部件，其特征在于，管道(3)只是填充了金属型材(2)的一部分。
15.根据权利要求7所述的复合部件，其特征在于，管道(3)只是填充了金属型材(2)的一部分。
16.根据权利要求8所述的复合部件，其特征在于，管道(3)只是填充了金属型材(2)的一部分。
17.根据权利要求9所述的复合部件，其特征在于，管道(3)只是填充了金属型材(2)的一部分。
18.根据权利要求10所述的复合部件，其特征在于，在金属型材(2)内布置了多个管道(3)。
19.根据权利要求10所述的复合部件，其特征在于，在金属型材(2)内布置了一个电缆导管(24)。
20.根据权利要求18所述的复合部件，其特征在于，在金属型材(2)内布置了一个电缆导管(24)。
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