CN107284536B - 用于车辆的混合式部件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于车辆的混合式部件(10)，该混合式部件具有：一个金属的基座区段(20)，该基座区段用于连接到该车辆的基本结构；一个由塑料制成的稳定化区段(30)，该稳定化区段用于机械地稳定该混合式部件(10)；以及，一个由连续纤维增强的热塑性塑料制成的主要区段(40)，该主要区段用于接收作用于该混合式部件(10)上的力，其中该混合式部件(10)至少局部地形成为中空型材。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的混合式部件以及一种用于生产此类混合式部件的方法。
背景技术
已知可以在车辆中使用混合式部件。混合式部件通常致力于将不同的材料组合在一个部件中。因此已知：金属部件设置有模制的注塑区段，以便可以在不同的区段中产生对应的不同的特性。也已知塑料材料至少局部地具有纤维增强体，以便在这些纤维增强的区段中实现更高的机械稳定性。
在已知的解决方案中不利的是，在纤维增强塑料、普通塑料与金属基础材料之间的相关尤其是困难的，甚至是不可能的。这导致在已知的混合式部件中，高的重量仍然总是占主导，并且难以与该车辆的金属基础结构连接。
发明内容
本发明的目的在于，至少部分地消除上述缺点。本发明的目的尤其在于，以成本有效且简单的方式开发用于车辆的轻质部件，该部件尤其具有相同或者甚至改善的机械稳定性。
上述目的通过具有下述1所述特征的混合式部件以及具有下述10所述特征的方法来实现。自下述2-9和11、说明书和附图中得到本发明的另外的特征和细节。在此，结合根据本发明的混合式部件描述的特征和细节自然也适用于结合根据本发明的方法，并且相应地反之亦然，使得始终交替地参考或能够参考关于公开的本发明的各个方面。
1.用于车辆的混合式部件，该混合式部件具有：至少一个金属的基座区段，该基座区段用于连接到该车辆的基本结构；至少一个由塑料制成的稳定化区段，该稳定化区段用于机械地稳定该混合式部件；以及，至少一个由连续纤维增强的热塑性塑料制成的主要区段，该主要区段用于接收作用于该混合式部件上的力，其中该混合式部件至少局部地形成为中空型材。
2.根据上述1所述的混合式部件，其特征在于，该主要区段至少局部地具有平面的、尤其平坦的主要区段表面。
3.根据以上1-2之一所述的混合式部件，其特征在于，该主要区段至少局部地具有主要区段型材，该主要区段型材尤其至少部分地形成为中空型材。
4.根据以上1-3之一所述的混合式部件，其特征在于，该稳定化区段具有以下机械加强件中的至少一个：
-短纤维
-长纤维
-颗粒
并且优选地至少局部地以肋的形式形成。
5.根据以上1-4之一所述的混合式部件，其特征在于，该金属的基座区段至少局部地形成为中空型材，该中空型材优选地由钢、铝或镁制成。
6.根据以上1-5之一所述的混合式部件，其特征在于，该基座区段和/或该稳定化区段和/或该主要区段通过形状配合和/或通过材料配合和/或通过力配合与这些邻接的区段中的至少一个以传递力的方式连接。
7.根据以上1-6之一所述的混合式部件，其特征在于，该稳定化区段和/或该主要区段具有至少一个插入件，尤其呈至少一个金属插入件的形式，优选地用于局部地机械稳定该稳定化区段和/或该主要区段。
8.根据以上1-7之一所述的混合式部件，其特征在于，该主要区段在其几何走向上具有变化的横截面，尤其呈变化的型材横截面形式。
9.根据以上1-8之一所述的混合式部件，其特征在于，该混合式部件至少部分地形成为以下部件中的至少一个：
-防滚杆
-座椅的结构部件
-电池支架，尤其用于电力驱动的车辆
-车身的结构部件
-驾驶室支架。
10.用于生产具有上述1至8之一所述的特征的混合式部件的方法，该方法具有以下步骤：
-形成金属的基座区段，
-由连续纤维增强的热塑性塑料形成主要区段，
-由塑料形成中间区段，
-将该基座区段、该主要区段和该稳定化区段彼此力配合地连接。
11.根据上述10所述的方法，其特征在于，为了连接，将该基座区段、该稳定化区段和该主要区段插入一个模具中并且接着实施注塑过程和/或压制过程。
根据本发明提出一种用于车辆的混合式部件，该混合式部件具有一个金属的基座区段，以连接到车辆的基础结构。此外，该混合式部件具有一个由塑料制成的稳定化区段，以机械地稳定该混合式部件。还设置一个由连续纤维增强的热塑性塑料制成的主要区段，该主要区段用于接收作用于该混合式部件上的力。
不同于这些已知的用于车辆的混合式部件的解决方案，现在不再将两种不同的材料，而是至少三种不同的材料彼此结合到同一个部件中。在此指的是金属的基座区段，可以说该基座区段提供了到该车辆的基础结构的传递力的接口。该金属的基座区段对应地具有紧固接口，以便例如连接到该车辆车身的车身接口。由此，该金属的基座区段至少可以承担力传递的功能，这些力应被引入该车辆的基础结构中。当然也能够在该金属的基座区段中表现出额外的稳定化功能。这样，该金属的基座区段本身可以形成该基础结构的一部分，尤其该车辆车身的一部分。由此可能的是，该金属的基座区段本身可能已经为该车辆的基础结构提供了稳定用的、传递力的或接收力的作用。为此，该金属的基座区段优选地形成为中空型材。由铝-挤压型材形成一个优选的实施方式。
除了该金属的基座区段外，现在提供一个由连续纤维增强的热塑性塑料制成的主要区段。该主要区段设计为接收可以作用于该主要区段上的受限定的力。在此，该主要区段的突出之处尤其在于，先前大体上已知作用力的基本的类型、结构和/或方向。这样，例如可以将敞篷车的防滚杆的一部分视为主要区段。该防滚杆设计为用于受限定的力作用，即在车辆倾翻的情况下向该防滚杆上的压力作用。现在，对应的纤维增强体通过在该热塑性塑料中的连续纤维导致该纤维增强体可以针对这些力的可预测的作用进行设计。这尤其涉及该纤维增强体的类型、该纤维增强体的取向以及其他参数，这些参数在形成纤维增强的塑料时可以改变。
为了确保这些引入该主要区段的力也可以通过该金属的基座区段传递到该车辆的基础结构，现在额外地设置稳定化区段。该稳定化区段用于机械地稳定整个混合式部件。该稳定化区段提供用于该主要区段的机械稳定化作用尤其以如下方式实现：该主要区段的力可以至少部分地通过该稳定化区段传递到该金属的基座区段。为此，该稳定化区段例如同样设置有一种增强体，如下文还要解释的。
如从上述说明中可以看到的，现在将该混合式部件的单独的功能分配到不同区段。该金属的基座区段原理上对应于车辆车身结构的已知部件，而这些其他的区段(即，尤其该稳定化区段和该主要区段)在其实际几何构型方面适配于对应的功能。此外，因为该稳定化区段和该主要区段现在不再需要由金属材料构成，因此可以实现高的节省重量的潜能。同时，虽然具有节省重量的潜能，通过尤其作用在该主要区段上的这些力的受限定地可预测的作用方向来实现机械稳定化，该机械稳定化至少处于已知用金属材料所实施的水平上。甚至优选的是，通过对该主要区段以及该稳定化区段对应地实现增强，虽然降低了总重量，但却提高了该混合式部件的总系统的机械稳定性。
尤其也还成本有效地生产根据本发明的混合式部件。这样可以尤其以分开的方式预生产这些单独的区段。这优选地至少适用于该基座区段和该主要区段。该稳定化区段还可以额外地实施连接功能，使得通过该稳定化区段不仅以传递力的方式而且以紧固的方式来提供在该基座区段与该主要区段之间的相关。通过分开生产该混合式部件的这些单独区段，整体制造可能性变得更快且更有利。此外，实现更短的周期时间，使得总速度或并行的工作可能性进一步提高根据本发明的混合式部件的生产中的优点。
可以用于主要区段的这些连续纤维增强的热塑性塑料尤其如下地理解为，该塑料具有增强的纤维。这些增强纤维的类型在下文还要详细解释，然而尤其选自玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维或碳纤维和/或其混合物。通过在该塑料内部的热塑性纤维成分现在可以在组装该主要区段后进行所谓的凝固。通过对应地加热和熔化在塑料中的这些热塑性部分，可以说，产生围绕这些连续纤维的基质，使得在最终的制造步骤中实现用于该主要区段的稳定化作用。
可能有利的是，在根据本发明的混合式部件中，该主要区段至少局部地具有平面的、尤其平坦的主要区段表面。在此涉及根据本发明的主要区段的一个可能的实施方式。呈主要区段表面形式的平面构型尤其导致防止作用力的平面式保护。如果例如使用根据本发明的混合式部件来覆盖车辆座椅或行李箱，则呈主要区段表面形式的主要区段的平面部分现在用于避免物体穿透。也可以通过一种具有较小的几何延伸和相应较低的重量以及较小的构造尺寸的此类平面以简单且成本有效的方式提供对拉伸应力、压缩应力和剪切应力的消除。这种拉伸应力、压缩应力和剪切应力尤其沿着该主要区段表面的平面式延伸部走向。当然，也可以在该主要区段中产生与其他型材形状的组合，其中，该主要区段的这些单独部分彼此可以构型为一件式和多件式的。
同样有利的是，在根据本发明的混合式部件中，该主要区段至少局部地具有主要区段型材，该主要区段型材尤其至少部分地形成为中空型材。该主要区段的型材设计至少在部分区段中导致：可以以改善的方式去除尤其压力的作用，优选地侧向作用于该型材的压力的作用。在此也可以再次看出，将混合式部件分布到不同区段是如何允许专注于在相应区段中实际作用的力。在复杂的力作用下，尤其呈中空形式的主要区段型材也可以相应地提供特别简单的、成本有效的并且尤其减轻重量的力作用和力传递。在用于混合式部件的防滚杆情况下，该主要区段型材例如可以是上部的架部分，在敞篷车倾翻的情况下，在该架部分上进行该第一力作用。在使用该混合式部件的座椅增强件中，通过该主要区段型材例如可以提供对框架的增强。当然，主要区段型材也能够与其他形状，尤其主要区段表面(如其在上文段落中已经解释的)自由组合，而不脱离本发明的范围。
同样可能有利的是：在根据本发明的混合式部件中该稳定化区段至少局部地以肋的形式形成并且具有以下机械加强件中的至少一个：
-短纤维
-长纤维
-颗粒。
前述列举不是排他的列表。在此，该稳定化区段尤其用于将力从该主要区段传递或接收至该基座区段。当然，不同的机械增强件也可以彼此组合。在此，纤维增强体的类型可以与该主要区段所使用的纤维相同、部分相同和不同。
可以获得另一个优点：在根据本发明的混合式部件中，该基座区段和/或该稳定化区段和/或该主要区段通过形状配合和/或通过材料配合与这些邻接的区段中的至少一个以传递力的方式连接。由此，用于形状配合和/或材料配合的此类接口区段也可以设置在该基座区段与该稳定化区段之间、在该基座区段与该主要区段之间和/或在该稳定化区段与该主要区段之间。在此，原理上在所有相邻区段之间的形状配合是可以设想的。例如可以通过包覆注射模制在最终的制造步骤中实现此类的形状配合，尤其在一侧上在该稳定化区段的塑料部件和该主要区段的塑料部件之间进行连接，在另一侧上与该金属的基座区段进行连接。对于该应用，该材料配合尤其设置在包含塑料的部件之间，即，优选地在稳定化区段与该主要区段之间。可以通过这些相邻区段的塑料成分的熔化和彼此熔接来获得材料配合。
此外有利的是：在根据本发明的混合式部件中，该稳定化区段和/或该主要区段具有至少一个插入件，尤其呈至少一个金属插入件的形式，优选地用于局部地机械稳定该稳定化区段和/或该主要区段。此类所谓的插入件在原理上是已知的并且用于将额外的功能引入塑料部件。因此，例如形成紧固接口的插入件是可以设想的。这例如可以通过金属插入件实现，该金属插入件具有内螺纹和/或呈螺栓的形式具有外螺纹。当然，此类插入物(尤其呈金属插入物的形式)也可以用于机械地、局部地稳定相应的区段。
另一个优点可以是：在根据本发明的混合式部件中，该主要区段在其几何走向上具有变化的横截面，尤其呈变化的型材横截面形式。也就是说这意味着，对应的型材在该主要区段的几何走向上改变。这样例如可以借助于所谓的FEM方法或其他数学模拟模型预先计算在该混合式部件的相应区段中的作用力的走向。实际的型材走向现在可以适配于作用力的预期的走向。通过基于塑料材料的设计，尤其在稳定化区段和/或主要区段中可能实现十分自由的成形。在此，甚至有机的模具以及可自由变化的横截面是可行的，这由此能够在总重量降低的情况下提供该混合式部件的总系统的改善的稳定性。
此外有利的是：在根据本发明的混合式部件中，该混合式部件至少部分地形成为以下部件中的至少一个：
-防滚杆
-座椅的结构部件
-电池支架，尤其用于电力驱动的车辆
-车身的结构部件
-驾驶室支架。
前述列举不是排他的列表。防滚杆尤其理解为敞篷车的部件，该部件在倾翻的情况下接收对应的力。在此类的实施方式中，该主要区段可以被视为该防滚杆的上部，该主要区段(上部)与一种呈横向支撑件形式的金属的基座区段连接。在座椅的结构部件中，该主要区段的平面延伸部例如可以提供防止物体从后部穿透的保护。该金属的基座区段可以提供框架结构，该基座区段将该座椅与该车辆车身连接。在电池支架中同样可以设想，通过呈平面式和型材形结构的对应的主要区段来实现机械稳定性，这些主要区段与作为基座区段的金属框架连接。也可以设想的是，该车身本身的完整的结构部件配备有混合式部件的根据本发明的功能。这同样适用于车辆驾驶室的驾驶室支架，其中，在此尤其再次提供该车身结构的横梁作为金属的基座区段。
同样，本发明的主题是一种用于生产根据本发明的混合式部件的方法，该方法具有以下步骤：
-形成该金属的基座区段，
-由连续纤维增强的热塑性塑料形成该主要区段，
-由塑料形成该中间区段，
-将该基座区段、该主要区段和该稳定化区段彼此力配合地连接。
根据本发明的方法通过形成根据本发明的混合式部件带来了相同的优点，如已经详细地参照根据本发明的混合式部件阐述的。借助于这些单独步骤已经可以看出，形成这些单独区段的尤其这三个步骤可以分开地并且由此在时间上彼此并行地执行。在此，已经可以看出，通过根据本发明的方法能够如何成本有效地、简单地且快速地生产根据本发明的混合式部件。
一种根据本发明的方法能够如下发展：为了力配合地连接，将该基座区段、该稳定化区段和该主要区段插入模具中并且接着实施注塑过程和/或压制过程。在此可以较好地看出，通过该方法的简单的、最终的共用步骤可以如何产生形状配合和/或材料配合和/力配合的连接。模具可以具有对应的腔，使得大体上预定这些单独区段彼此的相对定位。接着，通过引入额外的塑料材料以注塑过程的形式和/或通过该压制过程的压力或热获得所希望的连接。当然，在此类或一个分开的过程中，通过在该主要区段中的热塑性材料造成该连续纤维的已经描述的热凝固也是可以设想的。作为用于该基座区段的金属材料，原理上可以在本发明的范围内使用钢、铝、镁、钛和/或对应的合金。该主要区段尤其用随后的凝固步骤通过缠绕过程或编织过程一起生产。此外，该主要区段可以具有纺织增强、织物增强和/或织层增强的热塑料。在此类的情况中可以使用所谓的间隔热压和/或所谓的双壁压制。作为热塑性塑料尤其使用聚丙烯或聚酰胺或PPA。尤其用于连续纤维增强体的纤维在本发明的意义上尤其是玻璃、玄武岩、芳族聚酰胺和/或碳。
附图说明
本发明的其他的优点、特征和细节将从以下说明中体现出来，其中参见附图对本发明的实施例进行了详细说明。在此，在权利要求书和说明书中提及的特征可能分别以其本身单独地或以任意的组合方式对本发明是必要的。图中示意性地示出：
图1示出了呈防滚杆形式的根据本发明的混合式部件，
图2以分解图示出了图1的实施方式，
图3以侧向分解图示出了图1和图2的实施方式并且
图4示出了图1至图3的具有多个横截面的实施方式。
具体实施方案
图1至图4示出了呈防滚杆形式的根据本发明的混合式部件10的实施方式。该防滚杆作为混合式部件10在此设置有三个基本的区段，即，基座区段20、稳定化区段30和主要区段40。在根据图1的组合中可以较好地看出其用于力传递的共同作用。在倾翻情况下作用于该主要区段40的力在其作用方面尤其专注于或可预测为压力。一旦将这些力引入该主要区段40中，这些力通过在此具有肋32作为机械稳定结构的稳定化区段30传递至金属的基座区段20。
图2以分解图以更高的精确度示出了这些单独的区段。因此，该主要区段40在此形成为两件式，其具有形成该防滚杆的主要部分的主要区段型材44。为了提供侧向的横向支撑架并且通过接收拉伸应力、压缩应力和剪切应力避免对应的变形，在该主要区段40中额外地设置从后部插接的主要区段表面42。为了支撑以及稳定该主要区段表面42，在此由塑料制成的稳定化区段30设置有多个肋32。在该金属的基座区段20的两个末端处具有对应的紧固接口之前，首先将这些合力引入该金属的基座区段20的横梁中，以便将所接收和导出的力引入作为该车辆的基础结构的车身中。
图3以侧视图示出图2。在此可以较好地看出，尤其该金属的基座区段20在此如何形成为具有多个单独空腔的中空型材。
在图4中可以看出，根据本发明的混合式部件10的优点如何产生影响。因此可以较好地看出，该主要区段40在此配备有主要区段型材44，该主要区段型材通过多个不同的截平面(即，截平面1-1至10-10)具有变化的横截面46。在此也可以较好地看出，在该第一末端处该横截面46如何与该金属的基座区段20形成形状配合和材料配合。在该防滚杆的另一个末端处或在该混合式部件10的中间区域中，在该主要区段40与该稳定化区段30之间现在产生部分的形状配合和材料配合。
本发明仅在示例范围内对这些实施方式的上述解释进行描述。当然，这些实施方式的单独的特征(只要技术上有意义)能够彼此自由组合，而不脱离本发明的范围。
Claims (18)
1.用于车辆的混合式部件(10)，该混合式部件具有：至少一个金属的基座区段(20)，该基座区段用于连接到该车辆的基本结构；至少一个由塑料制成的稳定化区段(30)，该稳定化区段用于机械地稳定该混合式部件(10)；以及，至少一个由连续纤维增强的热塑性塑料制成的主要区段(40)，该主要区段用于接收作用于该混合式部件(10)上的力，该力通过所述稳定化区段(30)传递至所述金属的基座区段(20)，其中该混合式部件(10)至少局部地形成为中空型材。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该主要区段(40)至少局部地具有平面的主要区段表面(42)。
3.根据以上权利要求之一所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该主要区段(40)至少局部地具有主要区段型材(44)。
4.根据权利要求1或2所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该稳定化区段(30)具有以下机械加强件中的至少一个：
-短纤维
-长纤维
-颗粒。
5.根据权利要求1或2所述的用于车辆的混合式部件，其特征在于，该金属的基座区段(20)至少局部地形成为中空型材。
6.根据权利要求1或2所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该基座区段(20)和/或该稳定化区段(30)和/或该主要区段(40)通过形状配合和/或通过材料配合和/或通过力配合与这些邻接的区段中的至少一个以传递力的方式连接。
7.根据权利要求1或2所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该稳定化区段(30)和/或该主要区段(40)具有至少一个插入件，用于局部地机械稳定该稳定化区段(30)和/或该主要区段(40)。
8.根据权利要求1或2所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该主要区段(40)在其几何走向上具有变化的横截面(46)。
9.根据权利要求1或2所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该混合式部件至少部分地形成为以下部件中的至少一个：
-防滚杆，
-座椅的结构部件，
-电池支架，
-车身的结构部件，
-驾驶室支架。
10.根据权利要求1所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该主要区段(40)至少局部地具有平坦的主要区段表面(42)。
11.根据权利要求3所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该主要区段型材至少部分地形成为中空型材。
12.根据权利要求4所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该稳定化区段(30)至少局部地以肋(32)的形式形成。
13.根据权利要求5所述的用于车辆的混合式部件，其特征在于，该中空型材由钢、铝或镁制成。
14.根据权利要求7所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该插入件呈至少一个金属插入件的形式。
15.根据权利要求8所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该变化的横截面(46)呈变化的型材横截面形式。
16.根据权利要求9所述的用于车辆的混合式部件(10)，其特征在于，该电池支架用于电力驱动的车辆。
17.用于生产权利要求1至16之一所述的用于车辆的混合式部件(10)的方法，该方法具有以下步骤：
-形成金属的基座区段(20)，
-由连续纤维增强的热塑性塑料形成主要区段(40)，
-由塑料形成稳定化区段(30)，
-将该基座区段(10)、该主要区段(40)和该稳定化区段(30)彼此力配合地连接。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，为了连接，将该基座区段(20)、该稳定化区段(30)和该主要区段(40)插入一个模具中并且接着实施注塑过程和/或压制过程。
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