CN107848575B - 用于机动车的结构构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的结构构件(10a、10b、10c、10d、10e)，该结构构件包括：由纤维复合材料制成的封闭的空心型材(20)，该空心型材具有型材外壳(21)，该型材外壳包围型材容积(23)；和至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)，该增强隔板在型材容积(23)中设置在型材外壳(21)的内周面(22)的至少一个区段上，所述至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)在至少一个部位上从内周面(22)出发具有垂直于该内周面的高度(H1)，在所述至少一个部位上所述至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)设置在内周面(22)上，所述高度小于型材容积(23)在该部位上的通道高度(H2)。

Description

用于机动车的结构构件
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的结构构件，该结构构件包括：由纤维复合材料制成的空心型材，该空心型材具有型材外壳，该型材外壳包围型材容积；和至少一个增强隔板，该增强隔板在型材容积中设置在型材外壳的内周面的至少一个区段上。
背景技术
在现有技术中已知借助金属板-壳式结构制成的车身结构。在此，所有的负载引入元件可以相对简单地集成，因为构件是敞开的并且因此是可接近的。为了降低重量，车身结构越来越经常地使用纤维增强塑料来制造。在此，主要利用平面的RTM构件和湿压构件以壳式结构进行加工。在制造中产生的边角料在此是重要的成本动因。为了减少边角料，应该使用编织型材。编织型材在相应低重量的同时较少产生边角料并且是高硬度的。但因为空心型材在编织之后不再是可接近的，所以将当前的浇铸结或压力结从外部事后粘上。另一负载引入可行性方案可以通过在型材上打孔并且插入金属连接元件而获得。
由WO2014/018848A1已知一种结构构件，其具有用于将力引入点层压到纤维增强构件中的装置，该装置包括带有被固定连接的底板的套筒。由DE102012011860A1还已知一种结构构件，其具有由纤维增强塑料制成的基本构件，所述基本构件构成有支撑在其中的连接元件。
在结构构件的所有在现有技术中已知的方案中，后续的工艺步骤，如铣削、钻孔或者粘接以及螺接过程、硬化过程和/或冷却过程是必不可少的。此外，尤其在壳式构件的情况下，机械稳定性不是最优的并且对结构空间的要求高。
发明内容
本发明的目的在于，在用于机动车的结构构件中至少部分消除前述缺点。本发明的目的尤其在于，提供一种可简单制造的、重量降低的并且具有尽可能高的强度和/或刚度的用于机动车的结构构件。
上述目的通过一种用于机动车的结构构件得以实现，该结构构件包括：由纤维复合材料制成的封闭的空心型材，该空心型材具有型材外壳，该型材外壳包围型材容积；和至少一个增强隔板，该增强隔板在型材容积中设置在型材外壳的内周面的至少一个区段上，其中，所述至少一个增强隔板在至少一个部位上从所述内周面出发具有垂直于该内周面的高度，在所述至少一个部位上所述至少一个增强隔板设置在所述内周面上，所述高度小于型材容积在该部位上的通道高度，至少在所述至少一个增强隔板的区域中形成环绕地封闭的型材外壳区段。其他特征和细节由说明书和附图得出。
按照本发明，提供了一种用于机动车的结构构件，其具有由纤维复合材料制成的封闭的空心型材，该空心型材包括：型材外壳，该型材外壳包围型材容积；和至少一个增强隔板，该增强隔板在型材容积中设置在型材外壳的内周面的至少一个区段上。按照本发明，所述至少一个增强隔板在至少一个部位上(所述至少一个增强隔板在该部位上设置在内周面上)具有从内周面出发的垂直于该内周面的高度，该高度小于型材容积在该部位上的通道高度。
也就是说，按照本发明的结构构件具有至少一个增强隔板，该增强隔板在所述至少一个部位上不在所述封闭的空心型材的整个高度上延伸或者说仅在所述内周面的例如三个或更少的侧面区域中延伸。换言之，所述增强隔板在至少一个部位上(在该部位上所述增强隔板贴靠在型材容积的内周面上)具有从所述内周面出发的垂直于该内周面的高度，该高度垂直于封闭的空心型材在型材容积区域中的通道方向，所述增强隔板设置在该型材容积区域中，并且所述高度小于型材容积在该区域中的通道高度。亦即，所述至少一个增强隔板优选在型材外壳的内周面上不构成为完全环绕的。通过使所述至少一个增强隔板在所述至少一个部位上不在型材容积的整个通道高度上延伸，在所述结构构件方面可以实现非常显著的空间和重量节省。
所述至少一个增强隔板在所述至少一个部位上的高度优选显著小于所述通道高度、例如小于型材容积在该部位上的通道高度的80％、特别优选小于50％。根据要通过所述至少一个增强隔板实现的增强，在该区域中在所述至少一个部位上的高度也显著小于型材容积的通道高度的50％。
进一步有利的可以是：所述至少一个增强隔板在任何部位上都不存在等于型材容积通道高度的高度。亦即，所述至少一个增强隔板可以在任何部位上都具有小于型材容积通道高度的高度或者说最大高度。由此可以非常有利地实现空间和重量节省。所述至少一个增强隔板的最大高度优选可以小于型材容积在所述至少一个增强隔板区域中的通道高度的80％、特别优选小于60％。
在所述部位上的高度(在所述部位上所述至少一个增强隔板设置在内周面上)应理解为这样的高度，该高度的延长方向从型材外壳的内周面出发平行于型材容积的通道高度延伸。在所述部位上的高度应理解为所述至少一个增强隔板包括材料中断部在内的总高度。
按照本发明的结构构件优选借助编织方法制成。在此，例如可充气的芯或者说吹芯以其体积减小并且因此排出空气的形式设置在所述增强隔板上。接着，通过对吹芯充气可以使所述吹芯获得其最终并且最大的体积延伸尺寸。该形状也可以以构建的方式、例如通过快速原型法由沙芯或盐芯或其他材料逐步构建的方式产生。于是可以将由此制成的半成品引入编织过程中。在编织过程结束之后，所述吹芯又可以被排空并且恢复至其体积减小的形状。
通过使所述至少一个增强隔板在所述至少一个部位上具有小于型材容积在该部位上的通道高度的高度，前述的吹芯可以在编织过程结束之后以特别简单的方式从结构构件移除或者说取出。
在本发明的意义上，增强隔板是这样的几何结构，其在封闭的空心型材中构成增强元件，以便相应地改进对于封闭的空心型材而言的力传递和力作用。封闭的空心型材在此应理解为这样的空心型材，即，至少在所述至少一个增强隔板的区域中形成环绕地封闭的型材外壳区段。所述封闭的空心型材的端面不需要是封闭的。所述封闭的空心型材尤其是与如下的非封闭的空心型材区分开，所述非封闭的空心型材例如以壳式结构制成或者在截面中具有C形或大致C形的型材外壳。封闭的空心型材例如应理解为管状的或大致管状的型材，该型材当然不局限于确定的几何横截面形状。
所述至少一个增强隔板优选设置在封闭的空心型材的负载引入区域中。所述至少一个增强隔板为了特别高的强度和/或刚度而优选具有金属或具有包括钢、不锈钢和/或铝的金属合金，或者由所述金属或所述金属合金制成。所述至少一个增强隔板备选地或附加地也可以由热塑性注塑件制成。这导致按照本发明的结构构件的进一步的重量降低。
此外有利的可以是：在铣削出的增强隔板的情况下，从所述至少一个增强隔板的外周面伸出有凸部，该凸部在无需其他措施的情况下可以被编绕并且可以在完成的结构构件上作为用于进一步加工的定位元件。所述凸部在此情况下将被如此编绕或者已被编绕，使得所述凸部不被编织结构覆盖或者说所述凸部从编织结构伸出。
此外有利的可以是：所述至少一个增强隔板具有肋条结构或者说肋条几何形状。由此，可以在减小总重量的情况下达到进一步的强度和/或刚度提高。为了能够在之前所述的结构构件的制造中避免无意的撕开，进一步有利的可以是：所述至少一个增强隔板的肋条结构不直接构造在所述至少一个增强隔板的外侧上或者所述肋条结构借助遮盖元件尤其是相对于吹芯被相应遮盖。备选地也可以设想：所述肋条结构构成为相应钝的，例如在肋条上具有相应的半径。
在所述至少一个增强隔板的精确几何设计的情况下，在本发明的框架下所完成的认识基于：在结构构件受载时，封闭的空心型材在所述至少一个增强隔板上的负载分布又回到所述封闭的空心型材中。
按照本发明的一种扩展方案可能的是：所述至少一个增强隔板在侧视图中构成为大致三角形、梯形或漏斗形的。所述至少一个增强隔板优选如此构成，使得所述至少一个增强隔板的中间区域具有尽可能多的材料，亦即优选所述构成为三角形、梯形或漏斗形的增强隔板的最长的棱边设置在型材外壳的内周面上或者说邻接于该内周面。由此在结构构件的该部位上的负载引入可以特别有利地得到辅助。
此外可能的是：所述至少一个增强隔板在边缘区域中(在该边缘区域中所述至少一个增强隔板设置在内周面上)从内周面出发具有垂直于该内周面的边缘高度，该边缘高度小于所述至少一个增强隔板的最大高度的50％、优选小于30％、特别优选小于20％。通过在所述至少一个增强隔板的边缘区域中的平坦过渡，可以最小化尤其在边缘区域中产生的、故障临界的应力峰值。
此外，按照本发明可能的是：所述至少一个增强隔板借助粘接连接或者说材料锁合连接而固定在型材外壳的内周面上。为此，所述至少一个增强隔板特别节省空间地设置在结构构件的型材容积中。在这种情况下，负载传递原则上仅经由在所述型材外壳的内周面和所述至少一个增强隔板之间的粘结连接或者说仅经由相应的连接面进行。所述粘结连接优选在渗入所述封闭的空心型材的情况下生成。在此可以弃用附加的螺接连接或者类似连接方式。
此外，按照本发明有利的可以是：所述至少一个增强隔板形锁合地设置在型材外壳的内周面上。优选，所述至少一个增强隔板为此在至少一个部位上(在该部位上所述至少一个增强隔板设置在内周面上)从内周面出发具有垂直于该内周面的高度，该高度等于型材容积在该部位上的通道高度。所述至少一个增强隔板为此例如至少局部地设置在所述内周面的两个相对置的侧上。然而，按照本发明，关于此已经足够的是：所述至少一个增强隔板相应地部分支撑在型材外壳的内周面上。尤其是在五个或更多个棱边的或者环形封闭的空心型材的情况下，所述至少一个增强隔板不需要在整个通道高度上延伸并且然而可以形锁合地设置在所述型材外壳的内周面上。通过按照本发明的形锁合可以实现提高的可靠性，更确切地说在结构构件相应部位上可传递更高的载荷。
此外可能的是：在所述至少一个增强隔板中或者在所述至少一个增强隔板上构成有耦联结构、尤其是具有贯通开口的耦联结构，借助该耦联结构，结构构件可以与外部的装置耦联。直接在所述至少一个增强隔板上的耦联结构能实现对于外部的装置的特别可靠的耦联可行性。所述耦联结构优选构造有贯穿开口，所述贯穿开口优选构成为螺纹通道或者说螺纹孔。但所述耦联结构也可以具有凸部、尤其是带有卡接机构或外螺纹的凸部。按照本发明的耦联结构优选具有衬套，利用该衬套，外部的装置可以被耦联，亦即可以被形锁合或力锁合地耦联。对于与外部的装置的耦联有利的是：所述耦联结构延伸穿过封闭的空心型材的周面。这例如可以通过相应的编织过程实现，在此要注意的是，挤压的纤维复合材料在编织时不伸出超过耦联元件的表面。亦即，耦联元件的表面优选与封闭的空心型材的纤维复合材料的表面或者说外表面位于同一高度或者比其更高。由此可以实现针对易受腐蚀的碳纤维复合材料的防腐蚀防护。备选地，耦联结构的开口也可以通过在耦联结构的部位上对型材外壳进行后续钻孔或者在该部位上相应地将耦联结构暴露在外来实现。
按照本发明的另一扩展方案，可以在耦联结构的区域中在所述至少一个增强隔板和所述内周面之间设置中间元件，其中，所述中间元件具有耐腐蚀材料或者由耐腐蚀材料制成，由此可以确保相应的防腐蚀防护。如果(如之前所述那样)所述型材外壳在耦联结构的部位上暴露在外，则使用按照本发明的耐腐蚀的中间元件特别有利。所述中间元件对应于耦联元件的几何构造而构成。如果所述耦联元件例如具有螺纹通道，则所述中间元件优选构成为环形盘，所述环形盘优选压入到所述至少一个增强隔板中。更确切地说，所述中间元件在此情况下如此压入或支承在所述至少一个增强隔板中，使得所述中间元件至少部分设置在所述至少一个增强隔板和型材外壳内周面之间。
此外可能的是：所述至少一个增强隔板在不与内周面连接的表面区域中构成为连续的。连续的构成在本发明的意义中应理解为不带有棱边的构成。这优选可通过将所述至少一个增强隔板构成为整体的来实现。通过使所述至少一个增强隔板在不与内周面连接的表面区域中构成为连续的，可以避免在如之前所述那样制造结构构件时无意地撕开吹芯。
此外，在本发明的框架下有利的可以是：在所述至少一个增强隔板上构成有至少一个撕开棱边，在该撕开棱边处可以有针对性地将与所述至少一个增强隔板接触并且相对于该增强隔板运动的吹芯撕开。由此能为吹芯提供撕开部位，当将吹芯从封闭的空心型材中牵拉时，所述吹芯例如撕裂为两个吹芯半部。这能够导致吹芯的简化的拉出并且因此导致结构构件的简化的制造。
此外，按照本发明能实现：所述型材容积在所述至少一个增强隔板的区域中、优选仅在所述至少一个增强隔板的区域中用泡沫填充。通过填充泡沫并且尤其通过在所述至少一个增强隔板的区域中局部填充泡沫可以在附加重量小的情况下提高局部的构件刚度和/或强度。所述至少一个增强隔板的所述区域应理解为型材容积的如下区段、尤其是界定的区段，所述至少一个增强隔板设置在该区段中。
附图说明
其他改进本发明的措施由下面对本发明不同实施例的说明得出，这些实施例在附图中示意性地示出。由说明书或附图产生的任何特征和/或优点，包括建设性的细节和空间布置，可以不仅对其本身、而且以各种组合的形式对于本发明而言是重要的。
图中分别示意性地示出：
图1以剖视主视图示出按照本发明的第一实施方式的结构构件，
图2以剖视侧视图示出按照本发明的第一实施方式的结构构件，
图3以剖视主视图示出按照本发明的第二实施方式的结构构件，
图4以剖视侧视图示出按照本发明的第二实施方式的结构构件，
图5以剖视主视图示出按照本发明的第三实施方式的结构构件，
图6以剖视侧视图示出按照本发明的第三实施方式的结构构件，
图7以剖视主视图示出按照本发明的第四实施方式的结构构件，
图8以剖视侧视图示出按照本发明的第四实施方式的结构构件，
图9以剖视主视图示出按照本发明的第五实施方式的结构构件，以及
图10以剖视侧视图示出按照本发明的第五实施方式的结构构件。
具体实施方式
具有相同功能和作用方式的元件在图1至10中分别设有相同的附图标记。
在图1中示意性地示出按照第一实施方式的用于机动车的本发明结构构件10a。所述结构构件10a具有由纤维复合材料制成的封闭的空心型材20，该空心型材具有六角形的型材外壳21。所述型材外壳21包围型材容积23并且具有内周面22。在型材外壳21的内周面22的一个区段上并且因此在型材容积23中设置有增强隔板30a。
按照图1示出的增强隔板30a在一个部位上或者说在中间区域中(在该部位上或者说在该中间区域中所述增强隔板30A设置在内周面22上)具有从内周面22出发的垂直于该内周面的高度H1，该高度显著小于型材容积23在此部位上的通道高度H2(垂直于通道方向D的高度)。按照图1，在更外部的区域中，所述增强隔板10a具有其最大高度H4。在此区域中，所述增强隔板形锁合地设置在或者说支撑在型材外壳21的内周面22上。在此，所述增强隔板30a在截面中构成为U形或V形的或者基本上U形或V形的。
所示出的增强隔板30a在此不必如图1所示那样在型材容积23的整个宽度上延伸。就是说，所述增强隔板30a例如也可以仅设置在内周面22的六个侧面中的一个或两个上。
图2示出按照第一实施方式的结构构件10a的沿着图1中的线A-A剖分的侧视图。如在图2中可见，所述增强隔板30a在侧视图中构成为大致漏斗形的。在增强隔板30a的边缘区域31中(在该边缘区域中增强隔板30a设置在内周面22上)，所述增强隔板30a具有从内周面22出发的垂直于该内周面的边缘高度H3，该边缘高度显著小于增强隔板30a的最大高度H4。在图1和图2中示出的增强隔板30a借助粘接连接而固定在型材外壳21的内周面22上。
下面参考图3和图4来说明本发明的第二实施方式。图3和图4示出一种结构构件10b，该结构构件类似于在图1和图2中示出的结构构件10a。按照第二实施方式的结构构件10b与第一实施方式的结构构件10a的不同尤其在于，所述增强隔板10b在不与内周面22连接的表面区域中构成为连续的、亦即没有棱边的。
在图5和图6中示出按照本发明的第三实施方式的结构构件10c。在图5和图6中示出的结构构件的特征尤其在于，在增强隔板30c中构成有贯穿开口形式的耦联结构40，所述贯穿开口优选具有螺纹。通过所述耦联结构40，结构构件10c或者说增强隔板30c可以与外部的装置耦联。所述外部的装置可以是用于机动车的轴支座、转向器、门连接部或类似装置。为了将外部的装置与结构构件10c或者说增强隔板30c连接，将型材外壳21在耦联结构40的部位上打开。
在图7和图8中示出按照本发明第四实施方式的结构构件10d的特征尤其在于，设有中间元件50，该中间元件在耦联结构40的区域中设置在增强隔板30d和内周面22之间。按照图7和图8，所述中间元件50为由耐腐蚀材料、如铝或不锈钢制成的环形盘，该环形盘压入到增强隔板30d中或者置入该增强隔板中的相应凹部中。
图9和图10示出按照本发明的第五实施方式的结构构件10e。在按照第五实施方式的增强隔板30e上构成有多个撕开棱边32，在所述撕开棱边上可以有针对性地将与增强隔板30e接触并且相对于该增强隔板接触地运动的吹芯撕开。此外，在图9和图10中在型材容积23中在增强隔板30e的区域中用点示出泡沫填充区域60。
按照第五实施方式，耦联结构40构成为套筒形式并且具有支座41和凸出部42。通过支座41，所述耦联结构40可以在受载或者负载引入时更好地保持在增强隔板30e中。按照图9和图10，凸出部42如此穿透型材外壳21，使得该凸出部向外伸出超过型材外壳21或者说空心型材20的外表面。虽然在型材外壳21中存在所述贯通开口，但在本发明的框架下，所述空心型材20应理解为封闭的或者至少基本上封闭的空心型材。
当然，在这些不同实施方式中示出的特征不限于特定实施方式。更确切地说，在一个实施方式中描述的特征可以是另一个实施方式的方案。
附图标记列表
10 结构构件
20 封闭的空心型材
21 型材外壳
22 内周面
23 型材容积
30 增强隔板
31 边缘区域
32 撕开棱边
40 耦联结构
41 支座
42 凸出部
50 中间元件
60 泡沫填充区域
H1 增强隔板的高度
H2 型材容积的通道高度
H3 边缘高度
H4 增强隔板的最大高度

Claims (14)

1.用于机动车的结构构件(10a、10b、10c、10d、10e)，该结构构件包括：由纤维复合材料制成的封闭的空心型材(20)，该空心型材具有型材外壳(21)，该型材外壳包围型材容积(23)；和至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)，该增强隔板在型材容积(23)中设置在型材外壳(21)的内周面(22)的至少一个区段上，其特征在于，所述至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)在至少一个部位上从所述内周面(22)出发具有垂直于该内周面的高度(H1)，在所述至少一个部位上所述至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)设置在所述内周面(22)上，所述高度小于型材容积(23)在该部位上的通道高度(H2)，其中，所述型材外壳(21)至少在所述至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)的区域中形成环绕地封闭的型材外壳区段。
2.如权利要求1所述的结构构件(10a、10b、10c、10d、10e)，其特征在于，所述至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)在侧视图中构成为大致三角形、梯形或漏斗形的。
3.如权利要求1或2所述的结构构件(10a、10b、10c、10d、10e)，其特征在于，所述至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)在边缘区域(31)中从所述内周面(22)出发具有垂直于该内周面的边缘高度(H3)，在该边缘区域中所述至少一个增强隔板设置在所述内周面(22)上，所述边缘高度小于所述至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)的最大高度(H4)的50％。
4.如权利要求3所述的结构构件(10a、10b、10c、10d、10e)，其特征在于，所述边缘高度(H3)小于所述至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)的最大高度(H4)的30％。
5.如权利要求4所述的结构构件(10a、10b、10c、10d、10e)，其特征在于，所述边缘高度(H3)小于所述至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)的最大高度(H4)的20％。
6.如权利要求1或2所述的结构构件(10a、10b、10c、10d、10e)，其特征在于，所述至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)借助粘接连接而固定在型材外壳(21)的内周面(22)上。
7.如权利要求1或2所述的结构构件(10a、10b、10c、10d、10e)，其特征在于，所述至少一个增强隔板(30a、30b、30c、30d、30e)形锁合地设置在型材外壳(21)的内周面(22)上。
8.如权利要求1或2所述的结构构件，其特征在于，在所述至少一个增强隔板中或者在所述至少一个增强隔板上构成耦联结构(40)，借助该耦联结构，所述结构构件能够与外部的装置耦联。
9.如权利要求8所述的结构构件，其特征在于，所述耦联结构(40)是带有贯穿开口的耦联结构。
10.如权利要求8所述的结构构件，其特征在于，在所述耦联结构(40)的区域中在所述至少一个增强隔板和所述内周面(22)之间设置中间元件(50)，并且该中间元件(50)具有耐腐蚀材料。
11.如权利要求1或2所述的结构构件，其特征在于，所述至少一个增强隔板在不与所述内周面(22)连接的表面区域中构成为连续的。
12.如权利要求1或2所述的结构构件，其特征在于，在所述至少一个增强隔板上构成有至少一个撕开棱边(32)，在该撕开棱边上，能够有针对性地将与所述至少一个增强隔板接触并且相对于该增强隔板运动的吹芯撕开。
13.如权利要求1或2所述的结构构件，其特征在于，所述型材容积(23)在所述至少一个增强隔板的区域中用泡沫填充。
14.如权利要求13所述的结构构件，其特征在于，所述型材容积(23)仅在所述至少一个增强隔板的区域中用泡沫填充。
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