CN103237714A - 斜撑杆装置、其制造方法及借助其加强的机动车辆底部 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于加强地安设在机动车辆底部上的斜撑杆装置（1），其中该斜撑杆装置（1）包括由用纤维增强的塑料复合材料构成的多个撑杆（2），所述多个撑杆从中心结点元件（3）延伸开来。每个撑杆（2）能通过其背向中心结点元件（3）的端部连接到所述底部上。为此，在每个撑杆（2）的背向中心结点元件（3）的端部上设置有连接结点元件（4），其中中心结点元件（3）和连接结点元件（4）由轻金属材料制成。中心结点元件（3）和连接结点元件（4）在此通过至少材料锁合的铸造连接与撑杆（2）相连。此外，本发明还公开了一种制造斜撑杆装置（1）的方法，以及一种使用斜撑杆装置（1）来加强的机动车辆底部。

Description

斜撑杆装置、其制造方法及借助其加强的机动车辆底部
技术领域
本发明涉及一种按专利权利要求1的前序部分所述的用于加强地安设在机动车辆底部（底架）上的斜撑杆装置。此外，本发明还涉及一种制造斜撑杆装置的方法，其中由用纤维增强的塑料（聚合物）复合材料构成的多个撑杆分别以第一端部部段相互邻近地设置和连接，同时本发明还涉及一种按专利权利要求13的前序部分所述的机动车辆底部，其中使用了所述斜撑杆装置。
背景技术
为了提高抗扭刚度，已知设置在机动车辆底部上的斜撑杆。尤其在具有自承载车身的敞篷车辆中，由于缺少坚固的顶棚结构，所以这一点是很重要的。例如在备胎槽上方，通过斜撑杆，拉力和压力从车身的外缘区域一直引导到内部靠近竖直的车辆纵向中间平面的区域。这些拉力和压力是由于可能在行驶过程中出现的不期望的车身振动和变形而产生的，由此会对驾驶安全性和舒适性产生不利影响，并且会加重车辆结构的负荷。
因此，DE102004018977A1描述了一种车辆，其撑杆走向具有更多的可能性并且连接到车身上。为此，车辆具有四个加强的撑杆，它们固定在连接梁上，连接梁在车辆的竖直的纵向中间平面中自由地设置在车辆底部下方，并且设置得与底部间隔开。这些撑杆从该连接梁向外延伸，并且在其背向该连接梁的端部在其底部区域中连接到车身上。这些撑杆可由金属或用纤维增强的聚合物构成。
在寻求机动车辆的轻型结构的过程中，越来越多地应用到混合构件，其将不同的材料结合起来，例如将轻金属元件与用纤维增强的聚合物连接起来。因此DE69836259T2公开了一种轻金属/CFK构件，其中碳纤维塑料材料借助粘接层附接在轻金属材料上，该粘接层包含环氧树脂粘接剂并且厚度为10至500μm。为了避免碳纤维塑料材料和轻金属材料之间的接触腐蚀，该粘接层应该具有至少为1·1013Ω·cm的体积电阻率，并且在室温下具有至少15Mpa的粘接强度。
从DE102006047511A1已知一种重量优化的轴梁，其由轻金属材料或非铁金属材料（例如，用纤维增强的聚合物）构成。
发明内容
在现有的技术的基础上所提出的目的是，提供一种用于安设在机动车辆底部上的、提高了机动车辆抗扭刚度的斜撑杆装置，其考虑了轻型结构的理念，并由此使较高的抗拉强度和抗压强度与较低的重量结合起来，并且能通过很少的步骤简单地制成。
此目的通过具有权利要求1特征的斜撑杆装置得以实现，通过具有权利要求11特征的方法得以实现，并通过具有权利要求13特征的机动车辆底部得以实现。
该装置和方法的改进方案在各自的从属权利要求中进行阐述。
此外，通过在按权利要求13的特征所述的机动车辆的底部上应用所述斜撑杆装置，公开了一种更好的机动车辆底部。
在按本发明的适合加强地安设在机动车辆底部上的斜撑杆装置的第一实施例中，该斜撑杆装置包括多个撑杆，它们由用纤维增强的塑料（FVK）复合材料构成并且从中心结点元件延伸开来。该斜撑杆装置可通过撑杆的背向中心结点元件的端部连接到所述底部上。为此，每个撑杆在其背向中心结点元件的端部上具有按本发明的连接结点元件，连接结点元件与中心结点元件一样都由轻金属材料制成。因而，与通常所用的由钢材构成的斜撑杆相比，按本发明的连接结点元件可连同FVK-撑杆一起有利地显著降低加强结构的重量。
通过由多个撑杆构成的斜撑杆装置的框架式构造（这些撑杆在一个端部通过结点相连，在另一端部可固定在车身上），在各单个FVK-撑杆中只产生拉力和压力，由此斜撑杆装置可实现较高的抗扭刚度。通过它们将拉力和压力引导到车身中，其中在具有按本发明的斜撑杆装置的机动车辆底部上存在着这些拉力和压力。有利地，中心结点元件和连接结点元件被设计为铸造结点元件，并且通过以下方式与撑杆材料锁合地（stoffschlüssig）相连，即中心结点元件和连接结点元件简单地浇铸在撑杆上。
但还可考虑的是，撑杆在其端部部段不仅浇铸/合铸（angegossen）在中心结点元件和连接结点元件上，而且铸入/镶铸到（eingegossen）中心结点元件和连接结点元件中，或者这些撑杆至少在端部部段上具有中空型材，铸造的中心结点元件和/或连接结点元件延伸到该中空型材中。对于撑杆和结点元件之间的多个铸造连接（Gussverbindung）来说，也可考虑将上述连接方式结合起来。
此外，斜撑杆装置的撑杆在其端部部段（所述结点浇铸或铸入在该端部部段上）上具有缺口，这些缺口被铸造连接的铸造材料穿过，并且形成形锁合。替换地或附加地，撑杆的端部部段可设置（表面）构造，该构造被铸造连接的铸造材料形锁合地包围。
在按本发明的斜撑杆装置的另一实施例中规定，撑杆至少在其端部部段（铸造连接设置在该端部部段上）设置有隔热涂层。该隔热涂层在结点元件的铸造过程中防止了撑杆的FVK-材料的受损。对该隔热涂层来说替换地或附加地，端部部段的金属涂层也是有意义的，这样一来金属涂层提供了与铸造的结点元件的材料锁合的连接。
还可考虑的是，撑杆至少在其端部部段上配备有改善附着性的涂层，该涂层例如具有带构造的表面，并由此可使铸造的结点元件机械地咬合在端部部段上。
在斜撑杆装置的按本发明的另一实施例中，斜撑杆装置具有连接辅助装置，斜撑杆装置借助其连接辅助装置可更简单地连接到机动车辆底部上，所述底部在必要时可具有相应的连接装置。连接辅助装置设置在连接结点元件上，并且在此可以是孔洞、插入件、螺纹、粘接面、咬合元件（Clinchelemente）和/或焊接面。
此外，撑杆与中心结点元件和连接结点元件间的材料锁合的铸造连接可额外地通过力锁合的连接来增强，该力锁合的连接可利用铆钉或螺钉来实现，其确保各元件连接到撑杆上。
斜撑杆装置的撑杆可以是FVK-挤拉型材，它就型材的总重而言尤其可具有达70%的纤维成份，并由此可具有较高的抗拉强度和抗压强度。
斜撑杆装置优选由多达四个撑杆构成。在特别的实施例中，斜撑杆装置由这样的四个撑杆构成，它们呈X形地设置在中心结点元件上。在这种斜撑杆装置中，但也在撑杆数量或布置方面设置得不同的斜撑杆装置中，这些撑杆相互倾斜地设置在中心结点元件上，使得中心结点元件与下述平面间隔开，其中位于撑杆的另一端部上的连接元件撑开该平面。所述间隔还能将斜撑杆装置安设在具有难处理的车身状态（
Figure BDA00003290531000041
）的底部上。
用来形成结点元件的轻金属材料指轻金属或轻金属合金，例如铝或镁或者它们的合金（例如含有硅）。
按本发明的用于斜撑杆装置的制造方法包含以下步骤：
-制备FVK-撑杆并将它们插入压铸模具中，其中FVK-撑杆以第一端部部段相互邻近地在用于形成中心结点元件的区域内安置在模腔中，并以其第二端部部段彼此间隔开地在分别用于形成连接结点元件的区域内安置在模腔中；
-闭合所述模具，并将熔化的轻金属材料压铸到模腔中，于是形成中心结点元件和连接结点元件并同时使中心结点元件和连接结点元件与撑杆材料锁合地相连；以及
-取出斜撑杆装置。
有利地，该制造方法只需将FVK-撑杆插入模具中，并用轻金属铸件来包封，因此可简单且有效地实施。可省略将中心结点元件和连接结点元件与撑杆组装在一起的其它步骤。
在压铸过程中，轻金属熔化液的热量可借助模具的冷却系统排出，以避免损坏FVK-撑杆。
对此替换地或附加地，可在用纤维增强的塑料撑杆的部段的表面上设置隔热和封闭的涂层，所述部段要由液态的轻金属或液态的轻金属合金包封。该隔热涂层优选是耐热的、稳定的、封闭的和/或气密的。该隔热涂层优选具有至少一种金属的或陶瓷的或聚合型的材料，或者具有以上材料的组合。该隔热涂层的厚度优选为10μm至1000μm。该隔热涂层还优选具有这样的特性，即辅助轻金属材料附着在用纤维增强的塑料撑杆上。优选借助卷绕、浸没、喷溅、粉末涂覆、旋转涂覆、等离子喷射或以其它适当方式来涂敷该隔热涂层。
按本发明的斜撑杆装置适合用于机动车辆底部上的加强安设，其中斜撑杆装置的中心结点元件在所述底部下方设置在机动车辆的竖直的纵向中间平面中，并且斜撑杆装置借助连接结点元件在装配时或在骨架建造期间与所述底部铆接、螺旋连接、粘接、咬合连接（geclincht）和/或焊接在一起。
附图说明
这些和其它优点通过以下描述并参照附图进行阐述。参照说明书中的附图用来协助描述内容，并且使内容的理解更容易。这些附图只是本发明实施例的示意性描述。
其中：
图1为斜撑杆装置的根据本发明实施例的透视俯视图，
图2为斜撑杆装置的根据本发明实施例的从下方观察的透视图。
具体实施方式
按本发明的斜撑杆装置涉及一种示例性地在附图中示出的所谓的框架结构。
斜撑杆装置1由四个挤拉的FVK-型材撑杆2构成，它们通过中央的轻金属浇铸结点3彼此相连。当然，其它数量的撑杆也是可能的，例如六个撑杆。为了连接到机动车辆底部上而设置的连接结点元件4同样由轻金属材料构成。这样构成的斜撑杆装置1可在装配阶段固定在所述底部上，亦或已在骨架建造阶段固定在所述底部上。这一点可通过浇铸的连接结点元件4来实现，其为此可具有相应的连接辅助装置。
通过使用轻金属材料来制造结点3、4，使得FVK-撑杆2的重量优势得以保持。轻金属材料是密度小于5g/cm3的轻质金属和合金。首先应用铝、镁、钛，并且小范围地应用铍和锂。对于铝合金和镁合金来说，在压铸中能够近净成形地制成构件而无需成本高昂的精加工。切削精加工是可行的。
图中所示的斜撑杆装置1为了加强车身可安设在机动车辆的底部上，其中斜撑杆装置1的中心结点元件3在所述底部下方设置在机动车辆的竖直的纵向中间平面中，并且斜撑杆装置1借助连接结点元件4在装配时或在骨架建造阶段与所述底部铆接、螺旋连接、粘接、咬合连接和/或焊接在一起。
图中所示的斜撑杆装置1具有四个由用纤维增强的塑料复合材料构成的撑杆2，在此这些是FVK-挤拉型材2，其可具有达70%的纤维成份并且从中心结点元件3呈X形倾斜地延伸开来，使得撑杆2的背向中心结点元件3的端部（在这些端部存在着连接结点元件4）撑开一个平面，该平面与中心结点元件3间隔开。
由于结点元件3、4浇铸在撑杆2的端部部段上，所以提供了材料锁合的连接。就撑杆结构而言，同时就所设置的车身连接而言，根据结点元件3、4的构型，结点元件3、4只浇铸在撑杆2的端部部段上就足够了，但是撑杆2的端部部段也可铸入在中心结点元件3和/或连接结点元件4中，以增强连接。然而，各铸造结点3、4的一部分也可延伸到被设计为中空型材的撑杆端部部段的内部，使得中心结点元件3和/或连接结点元件4部分地铸入在撑杆端部部段中。
该铸造连接可通过缺口和/或（表面）构造来增强，撑杆2可在其端部部段上具有这些缺口和/或构造，并且这些缺口和/或构造被该铸造连接的铸造材料形锁合地穿过和/或包围。
此外，由于轻金属熔化液的熔点范围在400和660℃之间，所以为了在浇铸过程中保护FVK-撑杆2免受轻金属熔化液的热量影响，可考虑的是，撑杆2至少在其端部部段（铸造连接设置在该端部部段上）上设置有隔热涂层和/或金属涂层。
撑杆2的端部部段的涂层也有利于改善附着性，因为该涂层提供了有构造的表面，其实现了浇铸在撑杆2上的结点元件材料的咬合连接。
连接结点元件4在必要时具有连接辅助装置，斜撑杆装置1借助其可容易地连接到所述底部上，所述底部在这种情况下应该具有对应于连接结点元件4的连接点。作为连接辅助装置，可考虑连接结点元件4中的具有或不具有螺纹的孔洞7或插入件，它们可借助铆钉或螺钉实现连接。但还可考虑的是，为连接结点元件4提供用于粘接或焊接的指定表面。对于连接结点元件4来说另一种连接方案是构成咬合连接元件6，其具有类似按键的形式，并且借助相应的对置元件（在所述底部上）实现形锁合或力锁合的连接。
斜撑杆装置1的各个不同的连接结点元件4在此可具有不同的连接辅助装置。
中心结点元件3或连接结点元件4或者这两个元件可额外地通过力锁合的连接与撑杆2相连，例如借助铆钉或螺钉5。
为了制造斜撑杆装置1，优选地通过挤拉成型的方式制成所需的FVK-撑杆2，并将其插入压铸模具中。该压铸模具具有用于待形成的结点元件的模腔，并且具有用于待插入的撑杆的凹槽。中央模腔用来形成中心结点元件3。被插入的撑杆2一方面伸到中央模腔上或伸入中央模腔中，从而在该处可建立铸造连接。在铸造模具中，为形成连接结点元件4而设置的模腔位于撑杆凹槽的另一端部上，插入的撑杆2延伸到该模腔上或延伸到该模腔中。模具借助被插入的撑杆2封闭，并且开始压铸过程。熔化的轻金属材料到达这些模腔中，并在此形成中心结点元件3和连接结点元件4，其中同时产生了与撑杆2的材料锁合的连接。在浇铸的结点元件3、4固化之后，可取出斜撑杆装置1。
为了保护FVK-撑杆免受热量的损害，在压铸过程中伴随熔化液输入的热量借助模具的冷却系统排出。

Claims (13)

1.一种用于加强地安设在机动车辆底部上的斜撑杆装置（1），
其中斜撑杆装置（1）包括由用纤维增强的塑料复合材料构成的多个撑杆（2），所述多个撑杆从中心结点元件（3）延伸开来，
其中每个撑杆（2）能通过撑杆的背向中心结点元件（3）的端部连接到所述底部上，
其特征在于，
在每个撑杆（2）的背向中心结点元件（3）的端部上设置有连接结点元件（4）以用于连接到所述底部上，并且
中心结点元件（3）和连接结点元件（4）由轻金属材料制成，并通过至少材料锁合的铸造连接与撑杆（2）相连。
2.按权利要求1所述的斜撑杆装置（1），
其特征在于，
中心结点元件（3）和/或连接结点元件（4）浇铸在撑杆（2）的端部部段上，和/或
撑杆（2）的端部部段铸入中心结点元件（3）和/或连接结点元件（4）中，和/或
撑杆（2）至少在端部部段上具有中空型材，中心结点元件（3）和/或连接结点元件（4）铸入该中空型材中。
3.按权利要求1或2所述的斜撑杆装置（1），
其特征在于，
撑杆（2）在其端部部段上具有缺口和/或构造，所述缺口和/或构造被所述铸造连接的铸造材料形锁合地穿过和/或包围。
4.按权利要求1至3之至少一项所述的斜撑杆装置（1），
其特征在于，
撑杆（2）至少在其设置了所述铸造连接的端部部段上设置有隔热涂层和/或金属涂层。
5.按权利要求1至4之至少一项所述的斜撑杆装置（1），
其特征在于，
撑杆（2）至少在其设置了所述铸造连接的端部部段上设置有改善附着性的涂层，该涂层尤其提供了带构造的表面。
6.按权利要求1至5之至少一项所述的斜撑杆装置（1），
其特征在于，
斜撑杆装置（1）具有连接辅助装置，斜撑杆装置（1）能借助所述连接辅助装置连接到所述底部上，其中所述连接辅助装置设置在连接结点元件（4）上并且在此包括孔洞、插入件、螺纹、粘接面、咬合元件和/或焊接面。
7.按权利要求1至6之至少一项所述的斜撑杆装置（1），
其特征在于，
中心结点元件（3）和/或连接结点元件（4）额外地通过力锁合的连接、尤其是通过铆钉或螺钉（5）来与撑杆（2）相连。
8.按权利要求1至7之至少一项所述的斜撑杆装置（1），
其特征在于，
撑杆（2）是FVK-挤拉型材（2），其关于FVK-挤拉型材（2）的总重尤其具有达70%的纤维成分。
9.按权利要求1至8之至少一项所述的斜撑杆装置（1），
其特征在于，
斜撑杆装置（1）包括多达四个撑杆（2），这些撑杆尤其呈X形地设置在中心结点元件（3）上，和/或这些撑杆相互倾斜地设置在中心结点元件（3）上，使得中心结点元件（3）与由连接结点元件（4）撑开的平面间隔开。
10.按权利要求1至9之至少一项所述的斜撑杆装置（1），
其特征在于，
所述轻金属材料是轻金属或轻金属合金。
11.一种用于制造按权利要求1至10之至少一项所述的斜撑杆装置（1）的方法，包括以下步骤：
-由用纤维增强的塑料复合材料制备所述多个撑杆（2）并将它们插入压铸模具中，其中撑杆（2）分别以第一端部部段相互邻近地在用于形成中心结点元件（3）的区域内安置在模腔中，并以其第二端部部段彼此间隔开地在分别用于形成连接结点元件（4）的区域内安置在模腔中；
-闭合所述压铸模具，并将熔化的轻金属材料压铸到模腔中，于是形成中心结点元件（3）和连接结点元件（4）并同时使中心结点元件（3）和连接结点元件（4）与撑杆（2）材料锁合地相连；以及
-取出斜撑杆装置（1）。
12.按权利要求11所述的方法，
包括以下步骤：
-在压铸过程中借助压铸模具的冷却系统将热量从压铸模具中排出。
13.一种通过斜撑杆装置来加强的机动车辆底部，所述斜撑杆装置通过以下方式安设在机动车辆底部上，即，所述斜撑杆装置包括由用纤维增强的塑料复合材料构成的多个撑杆（2），所述多个撑杆从中心结点元件（3）延伸开来，其中每个撑杆（2）通过撑杆的背向中心结点元件（3）的端部连接到所述底部上，
其特征在于，
在每个撑杆（2）的背向中心结点元件（3）的端部上设置有连接结点元件（4），且连接结点元件（4）不可松脱地提供与所述底部的连接，并且
中心结点元件（3）和连接结点元件（4）由轻金属材料制成，并且通过至少材料锁合的铸造连接与撑杆（2）相连。
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