CN102562738A - 用于制造金属-纤维复合物-构件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造金属-纤维复合物-构件(1)的方法，该金属-纤维复合物-构件包括至少一个金属部件(2)和纤维复合物部件(3)，在该方法中，所述金属部件(2)至少局部地具有表面结构(4)，用纤维材料覆盖所述表面结构，接着浸渍并硬化该纤维材料；根据本发明，金属部件(2)设计为在被纤维材料覆盖的区域中具有至少一个伸出的连接板(5、6、7)，所述连接板如此被纤维材料包围、编织或裹缠，使得所述连接板从纤维材料突出。此外，本发明还涉及一种用于车辆车身的金属-纤维复合物-构件(1)。

Description

用于制造金属-纤维复合物-构件的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于制造金属-纤维复合物-构件的方法，该金属-纤维复合物-构件包括至少一个金属部件和纤维复合物部件，本发明还涉及一种根据权利要求9的前序部分所述的、按照本发明方法制造的用于车辆车身的金属-纤维复合物-构件。
背景技术
尤其在汽车制造中，现代的轻型结构要求使用纤维复合物构件，以在零部件重量显著减轻的同时满足高强度的要求，其中，挑战尤其表现为在金属结构例如车辆车身上的连接。
由WO 2008/110835A1已知了一种用于制造金属-纤维复合物-构件的方法，其中金属部件的平的面设计为局部地具有规则布置的尖刺形突起部，且在成型工具/模具中被多个经预浸渍的纤维层、即所谓的“预浸料坯”覆盖。在此，突起部穿透入该预浸料坯中并在借助于真空袋通风和随后在压力和加热的情况下实施硬化后形成了与树脂的高强度的连接，这是因为树脂在压力和加热的情况下发生与突起部的深入的接触并在此时增大了接触面积。这样制造的部件例如形成了用于飞机机翼的翼片蒙皮，其中金属部件用于连接其它部件。金属部件的一个面上的突起部借助于选出的粉末涂层利用借助于激光的随后的熔融来实现。
WO 2009/003207描述了一种用于连接一用于吸收拉力和/或扭力的长形元件(例如绳索状、缆线状或杆状的用于帆船帆具的牵引元件或扭力轴)和另一部件例如金属的传力元件的布置结构。传力元件和长形元件之间的连接借助于由纤维复合材料制成的包覆物来进行。在此，传力元件和包覆物之间的力传递通过尖刺形的突起部来进行，该突起部布置在传力元件的外表面上，包覆物的编织结构和/或卷绕结构可以接合在该突起部中。这些突起部至少部分地穿透入包覆物中，并因此负责长形元件和传力元件之间的连接。设置在传力元件上的突起部可以与传力元件一体形成，或者通过熔焊、钎焊、粘接或螺旋拧紧与传力元件相连接。
然而，在汽车制造尤其是车身制造中，纤维复合物部件通过金属部件连接在周围结构上的这种已知的连接可能性并不总是导致令人满意的结果，这是因为在那里，面结构例如车身钢板必须利用面状的纤维复合物部件连接至环境即车辆车身上。
发明内容
因此，本发明的目的在于，如此改进用于制造开头所述类型的金属-纤维复合物-构件的方法，使得利用这种金属-纤维复合物-构件能简单且价廉地连接至面状的金属结构、尤其是车辆车身上。
该目的通过具有权利要求1所述的特征的方法来实现。
在这种用于制造包括至少一个金属部件和纤维复合物部件的金属-纤维复合物-构件的方法中，所述金属部件至少局部地具有表面结构，用纤维材料覆盖所述表面结构，接着浸渍并硬化该纤维材料，根据本发明，金属部件设计为在被纤维材料覆盖的区域中具有至少一个伸出的连接板，所述连接板如此被纤维材料包围、编织或裹缠，使得所述连接板从纤维材料突出。
利用根据本发明的方法制造出一种金属-纤维复合物-构件，该金属-纤维复合物-构件优选借助于多个分布在金属部件上的连接板实现了在多个点处的载荷传递，从而可以借助于这些连接板利用标准化的连接技术建立与面状的周围结构、例如车辆车身的连接。
由于金属部件和纤维复合物部件的大面积的连接，且该连接的质量还额外地通过表面结构得以改进，所以根据本发明的金属-纤维复合物-构件得到了高机械强度、高负载能力以及在被施加高载荷的情况下伴随着提高的延展性得到良好的疲劳强度/耐久性，并因此尤其适合应用在汽车制造中。
根据本发明的设计方案，金属部件作为面状的金属板部件可以具有不同的形状。因此对板形的金属板部件来说，所述至少一个连接板设计为在边缘侧伸出，并位于钢板部件的平面中。另一个设计方案建议了一种面状的U形的金属板部件，其中所述至少一个连接板在U形形状的腿部上在边缘侧伸出。这种金属板例如可以通过压制或变形制成。此外，根据设计方案，金属部件可以——例如通过内部高压变形——构造成空心型材式的，其中所述至少一个连接板从外表面伸出。
可以在剪裁这种金属板部件时就生成形成在边缘侧的连接板。根据改进方案，由金属板部件的平的表面突出的连接板可以通过从该金属部件的平的表面区域剪开和通过随后的从该平面翻折出来而制成。
在本发明的一种设计方案中，通过借助芯部至少局部地对金属部件多层裹覆(umlaminieren)并由此将金属部件作为金属插入件内置在纤维复合物部件中，将金属-纤维复合物-构件制造成具有闭合周侧的空心体。
合适的是，表面结构设计为具有沟纹或槽纹；此外，当制造尖刺形的隆起部或突起部以形成表面结构时，对金属和合成材料之间的连接质量来说是尤其有利的。
根据本发明的金属-纤维复合物-构件尤其适合用在车辆的车身中，这是因为这种金属-纤维复合物-构件可以借助于连接板与车身的车身部件相连接，且此时可以使用在汽车制造中所标准使用的连接技术，例如点焊和/或粘接。
利用这种金属-纤维复合物-构件可以增强车辆车身的与碰撞相关的结构、例如A柱，由此显著地改进结构的刚度性能和延展性能。
附图说明
下面根据实施例参考附图详细地描述本发明。附图示出：
图1以透视图示意性地示出根据本发明的金属-纤维复合物-构件；
图2以透视图示出根据图1的金属部件的外侧；
图3以透视图示出根据图1的金属部件的内侧；
图4以透视图示意性地示出呈U形形状的另选的金属部件；
图5以透视图示意性地示出金属部件的具有连接板的部分表面；
图6以透视图示意性地示出具有闭合的横截面的另选的金属部件；
图7以透视图示意性地示出一种应用实例，其中根据本发明的金属-纤维复合物-构件固定在A柱钢板上。
附图标记列表：
1金属-纤维复合物-构件
2金属部件，金属板部件
2a外侧；金属部件2的上部外侧
2b内侧；金属部件2的下部外侧
2c金属部件2的腿部侧
2d金属部件2的腿部侧
3纤维复合物部件
4表面结构
5连接板
6连接板
7连接板
8A柱钢板
具体实施方式
作为具有闭合周侧的空心体，根据图1的金属-纤维复合物-构件1包括由纤维复合材料制成的纤维复合体3和作为金属板部件的金属部件2。以图2中看向外侧2a的视角和图3中看向内侧2b的视角透视地示出该金属板部件2，且该金属板部件2被压制或变形为具有两个在内侧2b上基本上垂直地立起的腿部2c和2d的U形形状。在这两个腿部2c和2d上各自形成有两个连接板5，连接板5基本上在外侧2a或内侧2b的平面内向外突出并设计为在端侧稍微成锥形。
外表面2a以及与之连接的腿部2c和2d配备有表面结构4，该表面结构设计为具有沟纹或槽纹，并且该表面结构可以通过冲压、铆接、焊接或激光制成。这种表面结构4也可以利用成排布置的突起部来形成，就像在已经在说明书导言部分中提到的WO 2008/110835A1中描述的那样。
为了制造根据图1的金属-纤维复合物-构件1，使这样准备的金属板部件2与长方体形的芯部相连接，该芯部的横截面对应于该金属-纤维复合物-构件1的内部空腔，即通过该芯部的形状限定了该空腔。该携带着金属板部件2的芯部在编织机或卷绕机中有针对性地被纤维材料裹缠，并且在此，金属板部件2内置在纤维材料中。在此，纤维材料围绕表面结构4或位于表面结构4中，因此在浸渍和硬化后，金属板部件2被多层裹覆，且由于该表面结构4，在金属板部件2和纤维复合物部件3之间产生了高度的形锁合和力锁合。在裹缠金属板部件2的同时，连接板5被纤维材料如此编织或裹缠，使得该连接板5从纤维材料或在硬化后从纤维复合物部件3突出，如在图1中示出的那样。
也可使用被称为预浸料坯的预浸渍的纤维作为纤维材料。
此外，如此裁剪金属板部件2，使得除了连接板5以外其它的连接板6和7也从纤维复合物部件3突出。如尤其从图1中看到的那样，连接板7是外侧2a或内侧2b的端侧的延长部，其不被纤维材料裹缠。两个另外的连接板6分别形成了两个腿部2c和2d的端侧的延长部。
图4示出金属部件2的另选的设计方案，该另选的设计方案由具有形成在端侧的连接板5的、矩形的、板形的金属板部件组成，因此连接板5的面位于相同的平面内。金属板部件2的外侧2a同样设计为具有表面结构4、例如尖刺形的突起部。
金属部件2也可以制成具有闭合周侧的空心体，如图6所示。该扁平的长方体形金属板部件2在其长的端侧2c和2d上分别具有两个连接板5以及布置在端侧的另外的连接板6和7。这些额外的连接板6和7布置在金属板部件2的开口的端侧上，其中两个连接板6延长了端侧2c和2d，而两个连接板7延长了上部外侧2a和下部外侧2b。金属板部件2的配备有表面结构4(以阴影示出)的表面环绕了金属板部件2的整周，并被纤维材料覆盖，使得在浸渍和硬化后，这些连接板5、6和7从纤维复合物部件3突出(对应于根据图1的图示)。
连接板5不仅可以像在图2、3和4中示出的那样形成在边缘侧，而且也可以对应于图5在金属部件2的一个面的区域中通过从该面区域的平面中剪开和随后翻折出而形成。
图7示出用根据图1的金属-纤维复合物-构件1来加固结构板——这里为用于车辆车身的A柱的柱钢板8——的应用。该柱钢板8具有带有弯曲的凸缘面8a的U形的横截面，其中该U形的横截面与金属-纤维复合物-构件1的矩形的横截面相一致，因此对应于图7，金属-纤维复合物-构件1可以面齐平地放入该U形形状中。在该位置中，连接板5面贴靠在凸缘面8a上，连接板7面贴靠在中间面8b上，而连接板6贴靠在腿部面8c上。因此，这些连接板5、6和7可以借助于标准化的连接技术或接合方法与柱钢板8相连接——例如借助于电阻点焊和/或粘接技术。通过连接板5、6和7在金属部件2的表面上的分布，实现了在多个点处的载荷传递，由此得到了金属-纤维复合物-构件1的均匀的载荷。
因此实现了A柱的加固/强度加强，该加固尤其对敞篷车来说是必要的。此外，该金属-纤维复合物-构件1还增强了A柱的刚度，该刚度增强当在碰撞事故中被施加载荷时尤其有效。

Claims (10)

1.一种用于制造金属-纤维复合物-构件(1)的方法，所述金属-纤维复合物-构件包括至少一个金属部件(2)和纤维复合物部件(3)，在该方法中，所述金属部件(2)至少局部地具有表面结构(4)，用纤维材料覆盖所述表面结构，接着浸渍并硬化所述纤维材料，其特征在于，所述金属部件(2)设计为在被所述纤维材料覆盖的区域中具有至少一个伸出的连接板(5、6、7)，所述连接板如此被纤维材料包围、编织或裹缠，使得所述连接板从所述纤维材料中突出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属部件(2)设计为面状的金属板部件，其中，所述至少一个连接板(5、6、7)从边缘侧伸出。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属部件(2)设计为面状的U形金属板部件，其中，所述至少一个连接板(5)在所述U形形状的腿部(2c、2d)上从边缘侧伸出。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属部件(2)设计为空心型材，其中，所述至少一个连接板(5、6)从外表面(2a、2b)伸出。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个连接板(5)通过从所述金属部件(2)的面区域剪开和通过随后的从所述面区域的平面翻折出来而制成。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过至少部分地借助芯部多层裹覆所述金属部件(2)，将所述金属-纤维复合物-构件(1)制成具有闭合周侧的空心体。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述表面结构(4)设计为具有沟纹或槽纹。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，制造尖刺形的隆起部或突起部以形成所述表面结构(3)。
9.一种用于车辆尤其是机动车辆的车身的金属-纤维复合物-构件(1)，尤其是根据上述权利要求中任一项的金属-纤维复合物-构件，其特征在于，所述金属-纤维复合物-构件(1)借助于连接板(5、6、7)与所述车身的车身部件(8)相连接。
10.根据权利要求9所述的金属-纤维复合物-构件，其特征在于，所述连接板(5、6、7)借助于点焊和/或粘接与所述车身部件(8)相连接。
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