CN105189256B - 用于机动车白车身结构的底部区域的横梁、用于制造横梁的方法和机动车白车身结构 - Google Patents

用于机动车白车身结构的底部区域的横梁、用于制造横梁的方法和机动车白车身结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车白车身结构(1)的底部区域的横梁(3、5)，其特征在于，所述横梁(3、5)至少部分地包括轻金属或轻金属合金、优选铝或铝合金、优选镁或镁合金，并且至少部分地通过锻造来制造。

Description

用于机动车白车身结构的底部区域的横梁、用于制造横梁的 方法和机动车白车身结构
技术领域
本发明涉及一种用于机动车白车身结构的底部区域的横梁、用于制造所述横梁的方法、以及机动车白车身结构。
背景技术
在此所讨论的类型的横梁是公知的。德国公开文献DE 10 2010 018 638A1介绍了一种座椅横梁的支承结构，该支承结构由拉长的、沿着车辆横向方向延伸的轮廓件构成，该轮廓件由钢板制成并且通过热成形被模制硬化。替代地，还公知横梁至少部分地被构造为铸造件、管或挤压型材件。这些设计方案的缺点是，对于侧面撞击的情况，所述横梁尤其是在其机械强度方面还有待改进。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提出一种不具有所提到的缺点的横梁。此外，本发明的目的在于，提出一种用于制造这种横梁的方法以及机动车白车身结构，其中同样避免了所提到的缺点。
该目的通过这样一种用于机动车白车身结构的底部区域的横梁来实现，所述横梁至少部分地包括轻金属或轻金属合金、优选铝或铝合金，优选镁或镁合金。所述横梁的特征在于，其至少部分地通过锻造来制造。通过锻造得到了高度压缩的结构，通过该结构使得横梁具有非常高的机械强度。这在侧面碰撞时会产生特别有利的影响。在锻造时也可以与载荷相适应地调节结构内的纤维取向，其中纤维特别是在高机械应力的区域内可以被压缩。采用这种方式进一步提高了横梁的强度。可延展的区域也可以被集成。通过增大的强度同时可以确保在侧面碰撞的情况下有足够的负载阻力并且减小了横梁的壁厚。这考虑了轻量化结构的思想。此外，在锻造时可以制造——沿着其纵向延伸看去——具有变化的横截面形状的横梁，其中尤其可以采用与承受较小机械载荷的区域相比更大的横截面来构造承受高机械负载的区域。因而，不必根据最大的机械负荷来设计横梁的壁厚，而是可以根据需要来设计横梁的壁厚。这反过来又节省了材料，从而使得横梁可以整体上比例如在铸造件的情况下的横梁更轻，所述铸造件必须采用尽量恒定的、根据最大载荷设计的壁厚来制造。锻造件的高度机械压缩的结构没有空隙，由此可承受机械载荷，并且其测试花费相比于铸造件情况下的结构的测试花费更小。此外，在锻造的部件的情况下需要明显更少的后续处理。另外，至少部分地锻造横梁是一个相对简单的过程。因此，可以在本方法的范围内通过相对简单的机构价格低廉地制造轻质的、同时可承载高机械负载的横梁。
优选地，横梁由至少一个被加热的轻金属坯料锻造而成。这还考虑了轻量化结构的思想。同时带来了以下优点：可以生产具有非连续横截面的横梁，并且视要求而定还可以生产具有可变的、沿着力方向延伸的肋/卷边结构的横梁，特别地，在使用经加热的轻金属坯料的情况下可以为横梁提供相对复杂的、优选至少部分地掐丝的结构。因此，总体而言，通过减小壁厚和使用轻质材料考虑了轻量化结构要求。除了轻金属成分之外，通过使用混合材料如钢、纤维增强的塑料可以实现功能特性的进一步改进。补充地，根据需要横梁可以包含双轮廓，其中所述双轮廓通过锻造的连接件被固定。
根据本发明的横梁的特征还在于，所述横梁至少部分地包括轻金属或轻金属合金。优选地，横梁由轻金属或轻金属合金构成。这特别是以下情况，即横梁由至少一个被加热的轻金属坯料锻造而成。优选地，横梁至少部分地包括铝或铝合金。特别优选地，横梁由铝或铝合金构成。特别地，优选地将较高强度的铝合金至少部分地用于横梁。替代地或附加地，横梁优选地包括镁或镁合金。横梁的一种优选的实施例由镁或镁合金制成。至少对于横梁的一部分进行所述材料的选择本身可以实现特别轻质的设计，并因此考虑了轻量化结构的思想。
还优选一种锻造的横梁，其特征在于，所述横梁被构造为座椅横梁。在这种情况下，所述横梁包括至少一个用于机动车的座椅的接纳部。替代地或附加地，所述横梁包括至少一个用于机动车的座椅导轨的接纳部。此外，可以如此地构造座椅横梁，使得所述座椅横梁具有例如用于敞篷汽车的翻转结构。此外，还可以将用于混合的底/后壁护板的连接点以及例如控制器/介质集成到横梁内。
在一种优选的实施例中，横梁被单壳地构造。因此，横梁可以具有锻造的壳结构，该壳结构包括一个壳。横梁的另一个实施例包括双壳结构。在该种情况下，横梁优选地由两个彼此结合的壳构成，所述两个壳优选地都被锻造。这些壳也可以按照设计要求由不同的材料构成。
优选一种横梁，其特征在于：所述横梁被多部分地构造。优选地，横梁包括拱形的中间部，该中间部被设置用于桥接机动车白车身结构的中间隧道区。优选地，侧部在两侧连接到中间部上，其中中间部将两个侧部彼此连接起来。侧部优选不被拱形地构造而是被笔直地构造。在这种情况下，所述侧部基本上、优选地正好沿着车辆横向方向在机动车白车身结构内延伸。在一种功能性的实施方式中，作为用于能量系统和与其相关的介质的接纳部，连续均匀的轮廓也可以被选择用于横梁。在一种设计方案中，座椅横梁也可以与底部和电池部件一起完全被换掉。在这种情况下，连接随着能量产生载体的结合而进行。
优选地，至少一个侧部通过锻造、特别优选地由被加热的轻金属坯料制成。在横梁的一种实施例中，两个侧部件通过锻造、特别优选地由被加热的轻金属坯料制成。替代地或附加地，中间部可以通过锻造、特别优选地由被加热的轻金属坯料制成。
各单个部件、即特别是两个侧部和中间部优选地彼此螺纹连接、铆接或粘接在一起。替代地，也可以将它们彼此焊接在一起。在使用简单的连接技术诸如粘接、铆接或螺纹连接时相比于焊接减小了热引入，由此也会使得部件变形较小。由此不仅可以尺寸准确地制造横梁而且还可以尺寸准确地制造具有所述横梁的机动车白车身结构。优选地，在横梁的一种实施例中，侧部与中间部锻造在一起。由此能够以简单的方式实现侧部与中间部的特别稳定的、牢固的且可承受负载的连接。在锻造的情况下，侧部与中间部优选力和形状配合、必要时甚至材料配合地连接。
横梁的另一优选的实施例的特征在于，横梁整体上一体地通过锻造、特别优选地由被加热的轻金属坯料制造而成。这是一种十分节约程序的横梁设计方案。优选地，横梁沿着其整体延伸方向从机动车白车身结构的第一侧面一直到第二侧面一体地通过锻造、特别优选地由被加热的轻金属坯料制造而成。由此，所述横梁沿着其整体延伸方向获得了十分高的稳定性和机械强度，其中所述横梁同时具有减小的、根据需要进行变化调整的壁厚，进而被十分轻质地构造。
还优选一种横梁，其特征在于，在所述横梁上设置有至少一个用于与机动车白车身结构的纵梁和/或车门槛相连接的连接节点。优选地，至少一个连接节点被锻造到横梁上(anschmeiden)或在横梁上锻造出来(ausschmeiden)。借助于至少一个连接节点，横梁优选地在车门槛区域和/或在中间隧道的区域内与机动车白车身结构相连接。这可以借助于机械手段尤其是借助于螺纹连接或铆接、通过粘接和/或通过焊接来进行。在这种情况下可以轻易地借助于焊接将锻造的横梁连接到机动车白车身结构的相邻的构件上。
还优选一种横梁，其特征在于，在所述横梁上设置有至少一个功能结构。所述至少一个功能结构优选地从由座椅接纳部、座椅导轨接纳部、视车辆而定地用于翻转结构的接纳部和用于容量储存装置的接纳件或紧固件构成的组群中选取。容量储存装置优选为能量储存器、尤其是电池和/或箱子、尤其是燃料箱。特别地，当用于电池或燃料箱的接纳件或紧固件被设置在横梁上时，可以省去用于这些接纳部的附加件，并且同时确保在侧部碰撞的情况下保护容量储存装置。
至少一个功能结构优选地锻造到横梁内、锻造到横梁上或在横梁上锻造出来。在此，锻造到某物内(Einschmieden)系指功能结构至少部分地采用横梁的材料进行环绕锻造(umschmieden)。锻造到某物上(Anschmieden)系指功能结构与横梁的连接通过锻造、优选地通过混合锻造来进行，其中例如在功能结构的安装区域开设有凹部，横梁的材料从第一侧面穿过该凹部，其中所述材料在第二侧面上结合到安装区域后面，从而产生力和形状配合的连接。从某物上锻造出来(Ausschmieden)系指功能结构在锻造时从横梁的材料上成形出来。
优选地，可以将横梁构造为混合组件，其中所述横梁特别优选地通过混合锻造而制成。在这种情况下，横梁包括多于一个的区域，其中至少一个其它区域不通过固态成形、特别是不通过锻造制成。但是可以将至少一个其它区域通过锻造与锻造的区域相连接。在此特别地，可以将至少一个其它区域完全锻造到锻造的区域内，锻造到该区域上或者部分地采用锻造的区域的材料环绕锻造。在此，在这种情况下，完全锻造系指，被锻入的区域完全或所有侧面都被锻造的区域的材料所包围，而环绕锻造则系指，其它区域部分地被锻造的区域的材料所包围。被锻入的区域例如可以是内衬、加强结构、特别是加强衬层或加强芯。借助于这些结构可以进一步提高或根据需要调整横梁的稳定性和机械强度。
所述目的还通过采用下述的用于机动车白车身结构的底部区域的横梁的制造方法来实现。特别地，借助于所述方法优选地制造按照上述实施例中任一项所述的横梁。该方法的特征在于，所述横梁至少部分地通过锻造制成。优选地，横梁由至少一个被加热的轻金属坯料制成。由此实现了已经结合横梁所阐述过的优点。
在所述方法的一种优选的实施方式中，横梁通过锻造被制成单壳或双壳的部件。
在所述方法的一种实施方式中规定，横梁至少部分地进行热处理。可以对整个横梁进行热处理。替代地或附加地，可以对横梁部分或局部地进行热处理。借助于热处理可以根据需要地调整横梁的部件特性，特别是其强度、韧性、延展性和/或硬度。特别优选地，根据需要地局部调整这些材料特性。由此可以将横梁的目标区域调整得更具延展性、韧性更强或强度更高。由此，可以在整体上提高特别是侧面碰撞情况下的横梁的稳定性。
优选一种方法，在该方法中，横梁的至少一部分通过热锻造制造而成。在这种情况下可实现较高的变形度。在该方法的另一种优选的实施方式中，横梁的至少一部分通过半热锻造(温锻)制造而成。在这种情况下可具有比热锻造时更小的变形度，但是使用钢部件时因横梁的表面氧化而形成剥落的风险却更小。最后，还优选一种方法，在该方法中，横梁的至少一部分通过冷锻造制造而成。在这种情况下虽然可具有较小的变形度，但是不存在表面氧化的风险。冷作硬化可以进一步改善其性能。
在任何情况下都可知，特别是在一体地制造横梁时，通过锻造可以减少机动车白车身结构内的构件数量。同时可以通过采用标准件或等同度设计来执行模块策略。同时，可以使得部件的横向刚度得到较高的保障。
通过与工具相关的锻造如模锻可价格低廉地实施所述方法。在该种情况下，可以优选地同时制造横梁及其与机动车白车身结构的相邻构件的连接节点。
一方面对横梁的说明和另一方面对方法的说明可以彼此互补地理解。特别地，已经结合横梁必要时隐含地描述过的方法步骤优选单独或者彼此组合地是所述方法的实施方式的步骤。相反地，已经结合所述方法必要时隐含地描述过的优选的特征优选单独或者彼此组合地是所述横梁的实施例的特征。
最后，所述目的通过具有下面所述特征的机动车白车身结构来实现。所述机动车白车身结构的特征在于按照上述实施例中任一项所述的、设置在机动车白车身结构的底部区域内的横梁。替代地，机动车白车身结构的特征在于采用按照上述实施方式中任一项所述方法制造而成的横梁。由此，就机动车白车身结构而言实现了已经结合所述横梁和方法所描述的优点。
优选一种机动车白车身结构，其特征在于，横梁的中间部被拱形地构造。该中间部跨接(桥接)机动车白车身结构的中间隧道区。横梁在两侧从侧向和在中间隧道的区域内与机动车白车身结构的纵梁、尤其是车门槛相连接。优选地，横梁与纵梁、尤其是车门槛、和/或中间隧道区例如通过螺纹连接和/或铆接机械式地连接或者焊接。也可以将横梁与纵梁、尤其是车门槛、和/或中间隧道区粘接在一起。
附图说明
以下借助于附图对本发明予以详述。
在此，唯一的附图示出了根据一种实施例的具有两个横梁的机动车白车身结构的实施例。
具体实施方式
附图示出了机动车白车身结构1的实施例，其中用矩形R表示机动车白车身结构1的范围，在该机动车白车身结构内设置有第一横梁3和第二横梁5。在机动车白车身结构1的示出的实施例中，第一横梁3和第二横梁5被相同地构造，因此在下文中仅对第一横梁3予以详述。对所述第一横梁3的设计同样也适用于第二横梁5。
在机动车白车身结构1的另一实施例中可以设置两个不同的横梁3、5或者仅仅设置一个横梁或者设置两个以上相同的或不同的横梁。
被设置用于机动车白车身结构1的底部区域的横梁3具有拱形的中间部7，该中间部桥接机动车白车身结构1的中间隧道区。在中间部7的两侧设置有第一侧部9和第二侧部11，它们与中间部7优选机械地连接，特别地与该中间部螺纹连接、铆接或粘接。替代地，可以将侧部9、11与中间部7锻造在一起。
至少一个侧部9、11和/或中间部7通过锻造由至少一个被加热的轻金属坯料制成。替代地，整个横梁3可以一体地通过锻造由被加热的轻金属坯料制成。
在横梁3上设置有用于与机动车白车身结构的纵梁13、15、17、19相连的连接节点。这种连接节点在此例如使用附图标记21来表示。连接节点21优选锻造到横梁上或者在该横梁上由横梁的材料锻造而成。横梁3优选地与纵梁13、15、17、19在连接节点的区域内进行焊接。替代地，所述横梁也可以与纵梁13、15、17、19螺纹连接、铆接或粘接。
在一种实施例中也可以将连接节点21螺纹连接或铆接到横梁3上、特别是侧部9和/或中间部7上，或者与该横梁焊接或粘接在一起。
优选地，在侧部9、11上和/或在中间部7上优选一体地模制或锻造有用于至少一个座椅和/或至少一个座椅轨道的接纳部23。也可以将接纳部23特别地通过混合锻造而锻造到侧部9、11和/或中间部7上或者锻造到其材料内。在这种情况下，它们被构造为分离的部件。优选地，设置四个用于四个座椅轨道和/或用于两个座椅的接纳部23。
优选地，在至少一个侧部9、11上设置至少一个用于容量储存装置、特别是用于能量储存器的接纳或紧固件。特别地，优选设置至少一个用于电池和/或用于箱子、尤其是燃料箱的接纳或紧固件。所述至少一个接纳或紧固件也优选一体地在侧部9、11上锻造出来。替代地，尤其可以在混合锻造的过程中作为单独的部件锻造到至少一个侧部9、11上或者锻造到所述侧部内。
综上所述，横梁被可承载高机械负载地同时轻质且紧凑地构造。在此，在本方法所述的范围内可采用简单的方式价格低廉地制造所述横梁。配备横梁的机动车白车身结构具有增大了的稳定性来抵抗侧面撞击。

Claims (21)

1.一种用于机动车白车身结构(1)的底部区域的横梁(3、5)，其特征在于，所述横梁(3、5)至少部分地包括轻金属或轻金属合金，并且至少部分地通过锻造来制造，在锻造时所述横梁内的纤维取向被调节成使得纤维在所述横梁的高机械应力的区域内被压缩。
2.按照权利要求1所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述轻金属或轻金属合金为铝或铝合金，或者为镁或镁合金。
3.按照权利要求1所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述横梁(3、5)构造为座椅横梁，其中所述横梁包括至少一个用于机动车的座椅和/或座椅导轨的接纳部(23)。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述横梁(3、5)被多部分地构造。
5.按照权利要求4所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述横梁具有中间部(7)和在两侧连接到所述中间部(7)上的两个侧部(9、11)。
6.按照权利要求5所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述中间部为拱形。
7.按照权利要求5所述的横梁(3、5)，其特征在于，至少一个侧部(9、11)和/或所述中间部(7)通过锻造来制造。
8.按照权利要求7所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述至少一个侧部(9、11)为两个侧部。
9.按照权利要求1至3中任一项所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述横梁(3、5)整体上从机动车白车身结构(1)的第一侧面一直到所述机动车白车身结构(1)的第二侧面一体地通过锻造来制造。
10.按照权利要求9所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述横梁(3、5)沿着整个延伸方向从机动车白车身结构(1)的第一侧面一直到所述机动车白车身结构(1)的第二侧面一体地通过锻造来制造。
11.按照权利要求1至3中任一项所述的横梁(3、5)，其特征在于，在所述横梁(3、5)上设置有至少一个用于使所述机动车白车身结构(1)的横梁(3、5)与纵梁(13、15、17、19)相连接的连接节点(21)。
12.按照权利要求11所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述连接节点锻造到所述横梁(3、5)上或在所述横梁(3、5)上锻造出来。
13.按照权利要求1至3中任一项所述的横梁(3、5)，其特征在于，在所述横梁(3、5)上设置有至少一个功能结构。
14.按照权利要求13所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述至少一个功能结构为至少一个座椅接纳部(23)、至少一个座椅导轨接纳部(23)、至少一个接纳或紧固件，所述接纳或紧固件用于容量储存装置。
15.按照权利要求14所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述容量储存装置为能量储存器。
16.按照权利要求15所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述能量储存器为电池和/或箱子。
17.按照权利要求13所述的横梁(3、5)，其特征在于，所述至少一个功能结构被锻造到所述横梁(3、5)内、锻造到所述横梁(3、5)上或在所述横梁(3、5)上锻造出来。
18.一种用于制造用于机动车白车身结构(1)的底部区域的横梁(3、5)的方法，其特征在于，所述横梁(3、5)至少部分地通过锻造由至少一个被加热的轻金属坯料来制造，在锻造时所述横梁内的纤维取向被调节成使得纤维在所述横梁的高机械应力的区域内被压缩。
19.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，所述横梁(3、5)是按照权利要求1至17中任一项所述的横梁。
20.一种机动车白车身结构(1)，其特征在于按照权利要求1至17中任一项所述的、设置在所述机动车白车身结构(1)的底部区域内的横梁(3、5)或者在于由按照权利要求18或19所述的方法得到的横梁(3、5)。
21.按照权利要求20所述的机动车白车身结构(1)，其特征在于，所述横梁(3、5)的中间部(7)被拱形地构造，并且跨接所述机动车白车身结构(1)的中间隧道区，其中所述横梁(3、5)在两侧从侧向以及在中间隧道的区域内与所述机动车白车身结构(1)的纵梁(13、15、17、19)相连接。
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