CN104395179A - 用于机动车的采用混合式结构的支架元件和能量吸收元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的采用混合式结构的支架元件，其包含至少一个与塑料元件(14)连接的金属元件(12)，其中，所述金属元件(12')与所述塑料元件(14)在所述支架元件的占主要部分的表面区域(16，18，20)内相互靠接，并在所述支架元件的至少一个表面区域(22，24)内在构建有空腔(26，28)的情况下相互间隔一距离。此外，本发明还涉及一种用于机动车的采用混合式结构的能量吸收元件(66)，其包含至少一个与塑料元件(14，14')连接的金属元件(68，68')，其中，所述金属元件(68，68')与所述塑料元件(14，14')在所述能量吸收元件(66)的表面区域(16，18，20，46，48，50，52，53)内相互靠接，并在所述能量吸收元件(66)的至少一个表面区域(22，24，56，59)内在构建有空腔(26，28，58，60)的情况下相互间隔一距离。

Description

用于机动车的采用混合式结构的支架元件和能量吸收元件
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的用于机动车的采用混合式结构的支架元件。此外，本发明还涉及一种如权利要求9的前序部分所述的用于机动车的采用混合式结构的能量吸收元件。
背景技术
在大量实施方案中公开了用于批量生产乘用车的部件所具有的、由金属元件和塑料元件构成的混合式结构。这种混合式结构首先有助于减轻相应部件的重量，从而相应减少燃料消耗。此外，就用于构建相应机动车的支架元件而言，金属元件和塑料元件的两种材料的优点均得到利用。
例如，DE 10 2009 042 272 A1便已公开了一种采用混合式结构的支架元件。其中，由金属板构成的外支架元件的内侧被一由塑料构成的包括多个肋部的增强结构加固。DE 20 2010 002 099 U1也公开了一种相似的技术方案。
此外，DE 10 2004 049 396 A1公开了一种具有本体和内置塑料衬里的支架，该塑料衬里由布置于本体的空腔中的塑料薄膜通道构成。在与本体的叠合区域中，该塑料衬里的整个表面区域均靠接在本体上。
此外，采用此类混合式结构的，用于减小机动车中的事故相关作用力的能量吸收元件同样为人所知。举例而言，DE 197 17 473 B4公开了一种在管形的金属元件内布置同样为管形的塑料元件的方案。在相互叠合的区域中，管形塑料元件的外周普遍靠接在管形金属元件的内周上。
发明内容
本发明的目的是，提供本文开篇所述类型的一种支架元件及一种能量吸收元件，该支架元件及该能量吸收元件在重量及结构空间方面具备优势，以及在事故相关的施力下具有有利的变形特性。
本发明用以达成上述目的的解决方案是一种具有权利要求1所述特征的支架元件，以及一种具有权利要求9所述特征的能量吸收元件。本发明的有利技术方案以及合适且不平凡的改进方案由其余的权利要求给出。
为提供一种本文开篇所述类型的，既在重量及结构空间方面具备优势，又在事故相关的施力下具有极有利的变形特性的支架元件，本发明提出的方案是，所述金属元件与所述塑料元件在所述支架元件的占主要部分的表面区域中相互靠接，并且在所述支架元件的至少一个表面区域中在形成空腔的情况下相互间隔一距离。
所述金属元件，特别是成形的金属板，被大面积靠接于其上的塑料元件以在结构空间及重量方面具备优势的方式加固。这样便可以将例如由高强度钢或弹簧钢构成的薄壁式钢板作为被所述塑料元件增强的金属元件使用。其中，所述塑料元件优选构建为尤其是层厚至少基本一致的塑料层和/或塑料膜。对所述金属元件的应用使得所述支架元件在事故情形下具有较高的能量吸收能力，且具有可延展的特性。
在所述塑料元件与所述金属元件呈空心型材状地相互间隔一距离的区域中，形成某种腔状轮廓/廓形/剖面，由此使由所述塑料元件与所述金属元件所构成的复合体具有特别高的结构刚度。这样一来，所述支架元件便能非常好地将事故相关的作用力传递至在其他位置的结构部件或起到相应的分散负荷的作用。
在本发明的另一技术方案中有利的是，为实现极轻的重量，所述金属元件构建为薄壁式金属板，特别是构建为薄壁式钢板。由此可以形成所述支架元件的有利于上漆的外表面。
另一有利实施方式是，所述塑料元件由纤维增强塑料构成。由这种塑料构成的塑料元件极轻、极稳定且刚度极高。
另一实施方式是，所述塑料元件的纤维增强部与所述靠接在金属元件上的表面区域以及与所述支架元件的形成空腔的所述至少一个表面区域相匹配。这种类型的匹配尤其可以是根据在事故相关的施力下所产生的负荷在方向和数目方面对所述纤维增强部的纤维层进行调整。举例而言，在形成所述空腔的表面区域中，设置比在所述金属元件与所述塑料元件在其中相互靠接的所述占主要部分的表面区域中更为稳定的纤维增强部。举例而言，也可以在所述空腔的表面区域中设置比在所述支架元件的占主要部分的表面区域中更多的纤维。
特别有利地，可以将所述支架元件用作机动车的纵梁元件或横梁元件(特别是柔性横梁)。就是这种类型的纵梁元件和/或横梁元件起到吸收和/或传递事故相关的负荷的作用，从而对车厢并进而对乘客进行保护。在此情形下发挥了所述金属元件与所述塑料元件的两种材料的优点，其中，所述金属元件确保了所述支架元件具有有利的可延展性，所述塑料元件确保了所述支架元件具有高刚度。此外，可以将所述金属元件设计为具有小的材料厚度，同时通过所述塑料元件确保充分的增强或加固。
为使所述支架元件具备特别高的强度及刚度，另一实施方式是，所述空腔至少局部被塑料填充。由此还可以根据需要对所述支架元件的变形特性进行调整。用于将所述空腔至少局部填充的塑料优选为泡沫元件。换言之，所述空腔至少局部被所述塑料以重量较轻的方式发泡填充。
此外，所述支架元件的特征在于，所述塑料元件在所述支架元件的至少近乎整个范围内延伸，因而使所述金属元件得到非常大面积的加固。
另一实施方式是，所述至少一个电缆、电路或类似线路布设在所述空腔中。这样便实现极高的集成度，其中，所述空腔一方面用于加固、另一方面用于隐蔽地容置(例如用于传感器的)相应线路。
为提供一种在重量及结构空间方面具备优势，且具有极有利的事故特性的用于机动车的能量吸收元件，根据权利要求9提出，所述金属元件与所述塑料元件在所述能量吸收元件的表面区域中相互靠接，且在所述能量吸收元件的至少一个表面区域中在形成空腔的情况下相互间隔一距离。
所述结合本发明的支架部件所描述的技术方案和优点在此也适用于本发明的能量吸收元件。
附图说明
本发明的更多优点、特征及细节参阅下文对优选实施例的描述及附图：
图1为用于乘用车的柔性横梁形式的、采用混合式结构的支架元件的横剖视图；
图2为用于乘用车的纵梁元件形式的、采用混合式结构的支架元件的横剖视图；
图3为用于乘用车的横梁元件形式的、采用混合式结构的支架元件的横剖视图；以及
图4为用于乘用车的采用混合式结构的能量吸收元件的横剖视图。
具体实施方式
图1为用于乘用车的柔性横梁10形式的支架元件的横剖视图。其中，柔性横梁10采用混合式结构并包括由金属材料构成的金属元件12，以及与该金属元件连接的塑料元件14。柔性横梁10例如被分配给乘用车的保险杠，且在安装状态下至少大致沿车辆横向延伸。柔性横梁10尤其用于在(例如因正面碰撞引起的)事故相关施力下吸收事故相关负荷，并沿车辆纵向将这些负荷传递或分散至布置于其后的结构部件，例如乘用车的纵梁元件。
金属元件12沿车辆纵向布置于外侧，且由特别是由钢或弹簧钢构成的薄壁式金属板制成。当然，作为替代方案，也可以用另一金属合金，例如铝合金来代替钢或钢合金。在本发明中，借助金属元件12形成一开放式空心横截面，塑料元件14布置于该开放式空心横截面中。设计为具有至少大致恒定的层厚的塑料层或塑料涂层/覆层的塑料元件14尤其用于对薄壁式金属元件12进行加固。其中，塑料元件14在金属元件12的至少近乎整个高度及宽度范围内延伸，因此，与其他制造方法的不同之处在于，该金属元件不只是局部地，而是大面积地与塑料元件14连接，并被该塑料元件加固和增强。
其中，金属元件12与塑料元件14在柔性横梁10的占主要部分的表面区域中相互抵靠/靠接。在此，所述占主要部分的表面区域由三个表面分区16、18、20形成。至少在这些表面分区16、18、20的一部分中也将金属元件12与塑料元件14连接。这一连接例如可以通过粘合或者通过直接将塑料元件14敷设/涂敷至金属元件12上来实现。
在表面分区16、18、20中，金属元件12通过靠接的塑料元件14相应地增强，且例如具有非常高的翘曲刚度。由此实现了金属元件12与塑料元件14的特别刚性的复合结构。
在其他表面区域22、24内，在构建有相应空腔26、28的情况下，金属元件12与塑料元件14相互间隔一距离。其中，以车辆垂直方向为准，空腔26形成在在柔性横梁10的上角区30中，且空腔28形成在柔性横梁10的下角区32中。在沿车辆垂直方向布置于角区30、32之间的中心区域34内，塑料元件14在表面分区18中抵靠在金属元件12上。
塑料元件14与金属元件12在其他表面区域26、28内间隔一距离，从而形成具有沿周向闭合的横截面的腔状轮廓/剖面/廓形或轮廓元件，这些腔状轮廓或轮廓元件至少大致沿车辆横向延伸，且使得柔性横梁10特别是在其他表面区域22、24内具有非常高的刚度。沿车辆纵向向后以及沿车辆垂直方向向下，空腔26和空腔28以塑料元件14为边界。沿车辆纵向向前以及沿车辆垂直方向向上，空腔26、28以金属元件12为边界。在此，空腔26、28至少局部被泡沫材料35、37填充，以便例如调整强度或刚度，从而根据需要调整柔性横梁10的变形特性。
空腔26和/或28也可以具有双功能，即不仅用于对柔性横梁10进行加固或增强，还用作乘用车的至少一个组件的容置腔。这种组件例如可以是图1中未绘示的线路。这一线路例如可以用于为像柔性横梁10一样布置于乘用车的前部车身区域中的距离传感器与电源建立连接，以及/或者，为该距离传感器与乘用车的控制器建立耦合，以便使所述控制器能够与所述距离传感器交换信号。这样便可以将电缆、通道或类似线路以节省空间且隐蔽的方式布置在空腔26、28中。
图2以横剖视图示出形式为纵梁元件36的、用于乘用车的采用混合式结构的支架元件的另一实施例。纵梁元件36包括两个均由金属材料构成的金属元件12、12'，这些金属元件均呈现为纵梁元件36的壳元件。换言之，纵梁36以壳结构构建，其中，金属元件12、12'通过相应的连接法兰38、40相连。
金属元件12、12'各具一开放式的空心横截面，在空心横截面中主要布置有相应的塑料元件14、14'。其中，针对柔性横梁10的金属元件12所描述的内容可以直接沿用至纵梁元件36的金属元件12、12'。同样地，针对柔性横梁10的塑料元件14所描述的内容也可以直接沿用至纵梁元件36的塑料元件14、14'。相应的金属元件12、12'和塑料元件14、14'在纵梁元件36的占主要部分的表面区域中相互抵靠。在此，该占主要部分的表面区域由表面分区16、18、20、46、48、50、52、53、54和57共同构成。在其他表面区域22、24、56内，在构建有相应空腔26、28、58、60、62的情况下，金属元件12、12'与附属的塑料元件14、14'相互间隔一距离。其中，空腔28、60布置于纵梁元件36的各一角区内，而空腔26、58布置于中心区域中。
同横梁元件10中一样，薄壁式金属元件12、12'被塑料元件14、14'加固和增强。借助空腔26、28、60形成各个沿纵梁元件36的纵向延伸方向延伸的轮廓部分，这些轮廓部分使得纵梁元件36的刚度极高。在安装位置中，纵梁元件36至少大致沿车辆纵向延伸，从而使得借助空腔26、28、58、60形成的轮廓部分也沿车辆纵向延伸。在此，空腔26、28、58、60也完全被相应的塑料35、37、39、41填充。
图3示出用于乘用车的横梁元件70形式的支架元件的另一实施例，该支架元件在此通过相应的连接法兰38、40接合在乘用车的车辆底板72上。横梁元件70例如可以是座椅横梁。横梁元件70也设计采用混合式结构，并包括金属元件12及塑料元件14。塑料元件14与金属元件12以在横梁元件70的占主要部分的表面区域中相互靠接的方式设计，其中，该占主要部分的表面区域由表面分区16、18、20、46、48、50、52共同构成。在其他表面区域22、24内，在构建有相应空腔26、28的情况下，金属元件12与塑料元件14相互间隔一距离。在此，各空腔26、28完全被塑料35、37，特别是被泡沫材料填充。
此时，塑料14、14'优选配设有附图未绘示的纤维增强部，该纤维增强部在纤维层中与相应的负荷相匹配。因此例如可以在相互间隔一距离的表面区域22、24、56、59内采用比在表面分区16、18、20、46、48、50、52、53、54、57内更多的纤维，在这些间隔式区域中，塑料元件14及14'与金属元件12及12'，或者与金属元件68、68'形成贴靠式的夹层状复合体。
优选采用由碳(Karbon或Kohlenstoff)、玻璃或芳族聚酰胺构成的纤维。其中，塑料元件14、14'的塑料用作供所述纤维增强部的纤维至少局部嵌入的基质。在此情形下，例如将热固性塑料或热固性材料用作塑料。
图4示出采用了所描述的混合式结构的能量吸收元件66。其中，能量吸收元件66包括两个金属元件68、68'和两个塑料元件14、14'，这些金属元件和塑料元件在能量吸收元件66的优选占主要部分的表面区域中相互靠接。其中，该占主要部分的表面区域由表面分区16、18、20、46、48、50、52、53构成。这样便可以构建材料厚度较小的金属元件68、68'，从而减轻其重量，并且借助塑料元件14、14'将其增强。配设有塑料元件14、14'的金属元件68、68'通过相应的连接法兰38、40相连。
在其他表面区域22、24、56、59内，在构建有相应空腔26、28、58、60的情况下，金属元件68、68'同样相互间隔一距离，这些空腔可以完全被相应塑料填充。
在接合在乘用车的车身上的状态下，能量吸收元件66至少大致沿车辆纵向延伸，并且特别是用于在变形的情况下将碰撞能量转化成变形能量。其中，柔性横梁10例如可以通过两个沿车辆横向相互间隔一距离的能量吸收元件66接合在相应的纵梁元件36上。

Claims (9)

1.一种用于机动车的采用混合式结构的支架元件，所述支架元件包括至少一个与塑料元件(14)连接的金属元件(12)，
其特征在于，
所述金属元件(12')与所述塑料元件(14)在所述支架元件的占主要部分的表面区域(16，18，20)内相互靠接，并在所述支架元件的至少一个表面区域(22，24)中、在形成有空腔(26，28)的情况下相互间隔一距离。
2.根据权利要求1所述的支架元件，
其特征在于，
所述金属元件(12)构建为薄壁式钢板。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的支架元件，
其特征在于，
所述塑料元件(14)至少基本上构建为由纤维增强塑料构成的塑料层。
4.根据权利要求3所述的支架元件，
其特征在于，
所述塑料元件(14)的纤维增强部与靠接于所述金属元件(12)上的表面区域(16，18，20)以及与所述支架元件的形成有空腔(26，28)的所述至少一个表面区域(22，24)匹配。
5.根据上述权利要求中任一项所述的支架元件，
其特征在于，
所述至少一个空腔(26，28)至少局部被塑料(35，37)填充。
6.根据权利要求5所述的支架元件，
其特征在于，
所述空腔(26，28)至少局部被所述塑料(35，37)发泡填充。
7.根据上述权利要求中任一项所述的支架元件，
其特征在于，
所述塑料元件(14)在至少大致整个金属元件(12)的范围内延伸。
8.根据上述权利要求中任一项所述的支架元件，
其特征在于，
至少一个电缆、电路或类似线路布设在所述空腔(26，28)中。
9.一种用于机动车的采用混合式结构的能量吸收元件(66)，所述能量吸收元件包括至少一个与塑料元件(14，14')连接的金属元件(68，68')，
其特征在于，
所述金属元件(68，68')与所述塑料元件(14，14')在所述能量吸收元件(66)的表面区域(16，18，20，46，48，50，52，53)内相互靠接，并在所述能量吸收元件(66)的至少一个表面区域(22，24，56，59)中、在形成有空腔(26，28，58，60)的情况下相互间隔一距离。
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