CN101512076A - 结构化的复合板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由两块相互以材料连接方式连接的板组成的复合板，还涉及一种用于制造相应的复合板的方法以及该复合板的有利应用。本发明的目的是提供一种复合板，该复合板一方面具有高的整体和局部抗弯强度，同时在大变形(例如汽车碰撞)的情况下具有非常好的变形特性和非常大的承载能力，该目的通过以下方式实现，即：两块板(1，7)具有至少部分结构化的表面(2，2’)和平滑的表面(5，8)，并且所述两块板(1，7)通过所述结构化的表面(2，2’)至少部分地以材料连接方式相互连接。

Description

结构化的复合板
技术领域
本发明涉及一种由两块以材料连接方式相互连接的板组成的复合板，还涉及一种用于制造相应的复合板的方法以及该复合板的有利应用。
背景技术
相应的由两块以材料连接方式相互连接的板组成的复合板在现有技术中早已被公开。例如，被称为双层板的复合板由于其在相对轻的重量下具有高的强度而常常被应用于汽车制造业。例如欧洲专利文献EP 1 062 397 B1公开了一种由两块盖板组成的双层板，其中至少一块盖板为带隆起的板，该带隆起的板利用它的隆起顶端与另外一块盖板以材料连接方式连接在一起。然而，带隆起的板在其应用中几乎局限于扁平部件。此外，已知的具有塑料芯的夹层板的应用同样也局限在特定领域，例如汽车的盖罩、车顶或者车门外板。在发生例如汽车碰撞时可能出现的大变形的情况下，这两种复合板都缺少承载能力。所以希望改进已知的复合板在较大变形程度下的变形特性和承载能力，使得由两块以材料连接方式相互连接的板组成的复合板的应用领域能够得到扩展。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种复合板，该复合板具有高的整体和局部抗弯强度，同时在高变形程度下具有良好的变形特性和很高的承载能力。本发明的另一目的是提供一种用于制造复合板的方法以及复合板的有利应用。
根据本发明的第一教导，上述目的通过如下方式由这样一种复合板实现：两块板具有至少部分结构化的表面和平滑的表面，两块板通过所述结构化的表面至少部分地以材料连接方式相互连接。
与目前所知由两块以材料连接方式相互连接的板组成的复合板相比，根据本发明的复合板具有明显更高的整体和局部抗弯强度，尤其是在考虑复合板的重量的情况下。其原因是连接的两块板经过单面结构化，与非结构化的板相比，单面结构化的板由于结构化而具有与自身重量相关的更大的抗弯强度。另外，在根据本发明的复合板中，两块板的较大的抗弯强度的效果叠加。因为所述复合板的外面都具有平滑表面，确保了根据本发明的复合板在常规的成型工艺中另外还具有非常好的变形特性。因此，所述复合板例如特别适合深拉。此外，根据本发明的复合板应用领域更广，因为大量的产品都能够由根据本发明的复合板制成。
根据本发明的复合板的第一改进实施方式，可以通过以下方式获得两块板的简单且均匀的材料连接，即所述板的结构化表面具有凹槽，所述板至少通过设置在所述凹槽之间的壁或脊以材料连接方式相互连接。通过这种方式建立的结构形式类似于坚果壳中的结构形式。
如果所述凹槽具有开口室的形状，其中所述室优选地具有沿开口方向逐步变大的横截面，则可以进一步提高复合板的整体和局部抗弯强度。特别是沿所述室的开口方向逐步变大的横截面可以增强在复合板的平滑表面区域中的连接壁或脊，因此复合板在成型工艺中的情况类似于单块板，并且可以避免成型过程中发生结构弯曲。
优选地，所述凹槽可以以规则或不规则方式形成和/或分布，其中为了形成两块板的均匀连接，优选的是凹槽以规则方式形成和分布。此外，以规则方式形成和分布的凹槽简化了加工工艺，其中可以使用相应结构化的轧辊来使板单面结构化。凹槽例如可以通过压花辊进行压印。当然，还可以想到其他方法以在需要结构化的表面上产生相应的凹槽。
根据本发明的复合板的另一种实施方式通过以下方式确保了两块板之间的足够强度的连接，即：设置在凹槽之间的壁或脊具有至少0.3mm的厚度，优选至少为0.5mm的厚度。
优选地，所述板至少在所述结构化的表面上具有涂层。该涂层可以例如用作复合板内部的防腐蚀层。另一方面，结构化表面的涂层在板的材料连接方式的连接之后有助于以后的连接。
根据本发明的复合板的另一种改进的实施方式，另外设有填充材料，该填充材料至少部分地填充连接的板的凹槽。填充材料可以提高复合板尤其是在由于弯曲载荷而导致复合板受挤压的情况下的特性。
优选地，填充材料在此由带有嵌入颗粒的塑料基体组成，其中，颗粒具有比塑料基体更高的弹性模量。通过所述的弹性模量可以有针对性地影响复合板的抗弯特性。但是如果使用具有相应的减震性能的填充材料，则也可以调整减震性能。
如果复合板的材料方式的连接通过粘接实现，那么复合板的变形特性通过以下方式改进，即：在所述两块板之间确保所述材料方式连接的连接层至少能在两个步骤中硬化和/或交联。例如，由此可以实现在复合板的成型之前首先仅仅使材料连接方式的连接层部分地硬化或交联。因此，存在这样的可能性，即在成型过程中可以消除在复合板内部的应力，同时可以通过随后使连接层硬化或交联的步骤而使两块板之间的连接具有最终的强度。连接层的相应硬化或交联可以例如在续接于成型之后的过程中通过烘漆炉来实现。
特别高的抗弯强度还可以通过将板相互钎焊或熔焊在一起来实现。钎焊连接和熔焊连接通常显示出极高的强度值并且因此在提高根据本发明的复合板的抗弯强度方面起到积极作用。此外，例如在使用钎焊箔时，可以提高两块板之间缝隙的紧密性。钎焊连接还可以同时起到防腐蚀的作用。
为了确保复合板例如在用于汽车制造时的必要强度，板优选地由钢或合金钢组成。但是，原则上也能够想到使用其他金属或有机材料。
为了限制根据本发明的复合板的重量，板具有的最大厚度为2mm，特别是最大为1mm，优选地最大为0.8mm。这样的厚度确保了，所生产的复合板除了具有高强度值或抗弯强度值外还具有相对于实心板明显减轻的重量。
最后，根据本发明的复合板可以通过以下方式进一步有利地设计，即：板由不同的材料和/或材料厚度组成，从而可以根据载荷情况对复合板进行调整。
根据本发明的第二教导，上面引出的目的在方法方面通过如下方式得以实现，即一种用于制造由两块通过材料连接方式相互连接的板组成的复合板的方法包括以下步骤：
提供第一块板和第二块板；
通过加工出位于单面的凹槽使所述第一块板和所述第二块板单面结构化；
通过结构化的表面使所述板至少部分地以材料方式连接。
如上所述，通过根据本发明的方法能够以简单方式提供具有高的整体和局部抗弯强度并且同时在高变形程度下具有良好的变形特性和极好的承载能力的复合板。尤其是根据本发明的方法能够通过以下方式特别经济地实现，即：第一块板和第二块板分别通过卷绕在带卷上的带提供，通过平滑辊压进行单面结构化，并且随后将结构化的表面相互连接，以提供由根据本发明的复合板组成的带。然后可将由根据本发明的复合板组成的带切割成具有期望尺寸的板。
优选地，板的结构化表面相互粘接、熔焊连接或钎焊连接。板必须在连接之前根据连接方法的不同而进行处理。例如，在对板的结构化表面进行粘接之前必须给所述板的结构化表面涂覆粘接剂。但是也可以想到其他预处理方法，例如涂覆用于粘接剂层的底漆。
优选地，在粘接或钎焊时，在板的结构化表面之间设置粘接箔或钎焊箔，使得在随后的加工工序中使结构化表面相互连接。对于钎焊而言，可以例如通过对板进行感应加热来实现结构化表面的相互连接。粘接箔同样可以通过加热来硬化或交联。
板的熔焊优选地通过电阻熔焊实现，其中，熔焊连接通过第一块板和第二块板之间的电流实现。由于在两块板的连接区域中的表面很小，所以连接区域被强烈加热，使得板被熔焊在一起。例如，通过对两块板的横向于带延伸的正弦波形的单面压印可以实现特别均匀的熔焊连接分布。
最后，上述目的根据本发明的第三教导通过以下方式实现，即：将特别是根据本发明的方法制成的根据本发明的复合板应用于制造汽车的结构部件、尤其是汽车的外板部件。
如上所述，根据本发明的复合板不仅具有提高的抗弯强度，而且能够非常好地成型并且在大的变形情况下具有高承载能力。使用根据本发明的用于制造复合板的方法可以经济地提供复合板，使得能够有利地应用于汽车制造业。
附图说明
现在存在多种可能性对根据本发明的复合板和根据本发明的用于制造该复合板的方法以及该复合板的应用进行设计和改进。对此，一方面可参照后附的权利要求书的权利要求1至14，另一方面可参照对结合附图的多个实施例的描述。其中：
图1是根据本发明的复合板的一个实施例的单面结构化板的俯视图；
图2是图1的单面结构化的板的剖视图；
图3是根据本发明的复合板的第一实施例的剖视图；
图4和5是根据本发明的复合板的第二和第三实施例的剖视图；
图6是根据本发明的复合板制造方法的实施例的示意图。
具体实施方式
首先，图1示出了根据本发明的复合板的一个实施例的板1的俯视图。板1经过单面结构化，也就是说通过压印出凹槽3，使得在凹槽3之间保留有脊或壁4。板1例如具有规则排列的凹槽3并且在此情况下具有规则构造的脊或壁4。此外，凹槽3具有矩形横截面并因此以规则方式形成。还可以想到的是，凹槽3以不规则方式形成并且以不规则方式分布在板的表面2上。在本实施例中，设置在凹槽3之间的脊4的厚度至少为0.3mm，优选至少为0.5mm。通过脊的厚度确保了复合板具有特别高的抗挤压能力。这在弯曲应力或压应力的情况下非常有利。但是此外还可以想到对于凹槽之间的脊或壁可以采用较小的厚度。在这种情况下，成型方法必须相应地调整。
在图2所示的根据本发明的复合板的实施例的单面结构化板1的剖视图中清楚可见，一方面，凹槽3具有沿凹槽的开口方向逐步变大的横截面，另一方面，与板1的结构化表面2相对的表面5是平滑的。通过凹槽3沿着开口方向逐渐增大的横截面，实现了脊4朝着例如在成型时受应力作用的表面方向被加强，从而抵抗该表面的弯曲。
图3示出了根据本发明的复合板6的第一实施例的示意性剖视图。两个单面结构化的板1、7通过它们的结构化表面2以材料方式相互连接。两块板1、7的连接通过设置在凹槽3、3’之间的脊4、4’实现。在此，可以使用粘接、钎焊或熔焊作为连接方法。
如果板1、7之间的连接由钎焊连接或熔焊连接构成，则根据本发明的复合板在碰撞载荷下可以具有很高的抗弯强度以及极高的强度值。为了避免根据本发明的复合板6内部腐蚀，通常至少在板的结构化面上设置图中没有显示的涂层。该涂层也可以设置在外表面5和8上。如借助图3看出的那样，根据本发明的复合板6在两面上都具有平滑的表面5、8，这样使得根据本发明的复合板可以顺利地应用在传统的成型方法中。
图4同样以示意性的剖视图示出了根据本发明的复合板6的第二实施例。与图3中的实施例不同，在复合板的空腔中填入了填充材料，该填充材料主要是由带有嵌入颗粒10的塑料基体9组成。通过塑料基体9以及嵌入在该塑料基体中的颗粒10可以改善根据本发明的复合板6的抗弯特性，因为塑料基体可以吸收在内部出现的力。但是，在持久弯曲应力的情况下有利的是，省去塑料基体并通过钎焊或熔焊连接建立两块板之间的连接。特别是在交变的弯曲应力情况下，由此可以避免塑料基体9蠕变的危险。当然，通过填充材料还可以调整复合板的减震特性。
图5同样以示意性的剖视图示出了根据本发明的复合板6的第三实施例。在两块板1、7之间设有在制造中确保两块板1、7的连接的粘接箔或焊接箔11。如果设有钎焊箔11，则可以例如通过对板1、7进行加热(优选感应加热)来熔化钎焊箔11，从而可以在脊4，4’的区域中形成钎焊连接。如果要在板1、7之间建立粘接连接，那么可以优选地对粘接箔11进行设计，使得粘接箔11能够在至少两个步骤中硬化或交联。因此，首先可以这样保持连接，即：在成型工艺中同样可以在脊4，4’的区域中对两块板进行成型，而不会在复合板内引入应力。通过随后对板1和板7之间的连接进行硬化或交联真正地形成了两块板的连接强度。随后，复合板6就具有了期望的高的局部和整体抗弯强度。
图6示出了根据本发明的用于制造复合板的方法的实施例的示意图。首先，两条带12和13分别从带卷14和15退绕。两条带经过平滑轧辊16、17，其中只有平滑轧辊16、16’具有结构化表面。轧辊17、17’只是用作反向支撑并且对带12、13面向轧辊的一面上的结构没有影响或影响很小。已经结构化的带12、13进入另一对轧辊18、18’。现在在该位置上可以使用不同的连接方法。例如可以想到，在轧辊对18、18’的辊隙中附加地插入没有示出的粘接箔或钎焊箔并且在轧辊对的区域中对带12、13以及箔进行加热。另一方面，可以通过电阻熔焊在轧辊18和18’之间引入电流，从而在带12、13的接触位置的区域中，在脊4、4’区域中进行焊接。随后就提供了带状的复合板19，该复合板的特征在于外表面平滑，并且该复合板与同样厚度的常规板相比在小重量的情况下具有更高的局部和整体抗弯强度。在以上图中描述的带12、13以及板1和7的厚度通常最大为2mm。通常，单块板的典型厚度大约为0.5mm，从而形成总厚度大约为1mm的复合板。该复合板的优点在于，由于抗弯强度增加，所以可以毫无问题地用常规手段进行成型，该复合板在大的变形情况下具有非常好的承载特性，并且该复合板在高的强度值下具有比常规复合板更轻的重量。相应的复合板6、19因此可以非常好地应用在汽车制造业中，特别是作为结构部件或外板部件。

Claims (18)

1.由两块以材料连接方式相互连接的板组成的复合板，其特征在于，所述两块板(1，7)具有至少部分结构化的表面(2，2’)和平滑的表面(5，8)，所述两块板(1，7)通过所述结构化的表面(2，2’)至少部分地以材料连接方式相互连接。
2.根据权利要求1所述的复合板，其特征在于，所述板(1，7)的结构化的表面(2，2’)具有凹槽(3，3’)，所述板(1，7)至少通过设置在所述凹槽(3、3’)之间的壁或脊(4，4’)以材料连接方式相互连接。
3.根据权利要求1或2所述的复合板，其特征在于，所述凹槽(3，3’)具有开口室的形状，所述室优选地具有沿开口方向逐步变大的横截面。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合板，其特征在于，所述凹槽(3，3’)以规则或不规则方式形成和/或分布。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合板，其特征在于，设置在所述凹槽(3、3’)之间的所述壁或脊(4，4’)具有的厚度至少为0.3mm，优选至少为0.5mm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合板，其特征在于，所述板(1，7)至少在所述结构化表面(2，2’)上具有涂层。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合板，其特征在于，所述连接的板的室至少部分地填充有填充材料(9)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合板，其特征在于，所述填充材料由带有嵌入颗粒(10)的塑料基体(9)组成，其中所述嵌入颗粒(10)比所述塑料基体(9)具有更高的弹性模量。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的复合板，其特征在于，在所述两块板之间确保所述材料连接的连接层(11)至少能在两个步骤中硬化和/或交联。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的复合板，其特征在于，所述板(1，7)通过钎焊或熔焊相互连接。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的复合板，其特征在于，所述板(1，7)由钢或合金钢组成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的复合板，其特征在于，所述板(1，7)的最大厚度为2mm，特别地最大为1mm，优选地最大为0.8mm。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的复合板，其特征在于，所述板(1，7)由不同材料和/或不同材料厚度构成。
14.一种用于制造由两块通过材料连接方式相互连接的板组成的复合板，特别是根据权利要求1至13中任一项所述的复合板的方法，所述方法包括以下步骤：
提供第一块板和第二块板，
通过加工出位于单面的凹槽使所述第一块板和所述第二块板单面结构化，
通过结构化表面使所述第一块板和第二块板至少部分地以材料连接方式连接。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，将所述第一块板和第二块板的结构化表面粘接、熔焊或钎焊在一起。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，分别在粘接或焊接之前将粘接箔或焊箔设置在所述第一块板和第二快板的结构化表面之间。
17.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述第一块板和第二块板通过电阻熔焊相互连接。
18.根据权利要求1至13中任一项所述的复合板，特别是根据权利要求14至17中任一项所述的方法制成的复合板在汽车的结构部件、特别是外板部件的制造中的应用。
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