CN110418726A - 红外焊接的升降门组件及其制造方法 - Google Patents

红外焊接的升降门组件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种具有精加工展示表面的升降门组件和制造该升降门组件的方法。该升降门组件包括包覆成型至第一增强件的局部增强件，并且第一增强件红外焊接至第一面板。第二增强件和第三增强件也红外焊接至第一面板。为了将相应的增强件在相对于第一面板的预定位置中红外焊接至第一面板，设置有嵌套结构以保持相应的增强件和第一面板。至少一个红外加热固定件对增强件和第一面板上的各种预定表面进行加热，并且这些部件然后被按压在一起以用于将相应部件的预定表面接合在一起。在需要的情况下重复该过程，直到增强件中的所有增强件都红外焊接至第一面板为止。外面板结合至第二增强件和第三增强件。

Description

红外焊接的升降门组件及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请是要求于2017年2月16日提交的美国临时申请No.62/459,928的优先权的PCT国际专利申请。以上申请的公开内容通过参引并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于车辆的外部面板组件和制造该外部面板组件的方法。更具体地，涉及用于车辆的升降门组件和制造方法。
背景技术
汽车工业根据应用来设定预定的性能标准，例如燃料经济性、耐久性、强度、碰撞性能、张力要求、噪音、振动、或粗糙度等。汽车工业中的当前趋势中的一个当前趋势是试图降低质量和投资成本。然而，许多现有的升降门使用(例如，通过铆钉、螺钉等)机械附接至内面板或者直接包覆成型(overmolded)至内面板的金属增强件。这两种选择都没有提供用于实现高性能标准的良好的截面特性。此外，金属增强件在直接包覆成型至内面板时倾向于是较大的，以试图满足性能标准。这对于降低部件重量的另一目标是适得其反的。
汽车工业中的趋势中的一个趋势是降低车辆重量以有助于实现更好的燃料经济性，从而有助于满足燃料经济性标准并抵消较高的燃料价格。运动型多用途车辆和跨界车辆仍然是受欢迎的，并且这些车辆通常包括相当重的比如后升降门和其他外部面板组件，从而使车辆的这些部件成为减轻重量的目标区域。像用于任何车辆的升降门这样的部件传统上由冲压钢板制成，冲压钢板沉重且具有高加工成本。传统的钢制升降门是昂贵的投资，沉重，在冲压车间、车身车间和涂装车间和装饰生产线的区域中占据大量OEM地板空间。此外，钢制升降门具有有限的式样灵活性、花费许多时间来加工并且具有腐蚀问题。丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)是用于较大部件的替代品，原因在于ABS不是热敏感型的或者不易于背面穿透。片状模制复合物(SMC)是对用于升降门的内面板和外面板的钢的替代物。使用SMC具有与材料和方法相关的若干制造问题。钢制升降门和SMC升降门相比于热塑性塑料在质量上不利。传统的板状金属部件也存在式样限制。
热塑性聚烯烃(TPO)——填充的TPO(例如，玻璃填充的TPO)或未填充的TPO——是对钢和SMC的另一种替代性材料，但TPO是一种难以使用的材料。TPO已被用于一些部件但是被认为难以使用，原因在于TPO太软、太敏感、太柔性或者难以加工以用于制造较大的部件。TPO的使用通常限于较小的部件。TPO尚未被用于升降门面板或其他大的外部面板。TPO部件通常还受限于在涂装A级表面之前首先进行焊接，这增加了加工步骤。
根据本发明，期望开发用于形成升降门或任何其他车辆部件的新型制造技术，该升降门或任何其他车辆部件提供足够的强度，还保持或呈现期望的“A级”光洁度。任何外部车身组件的多个部件必须接合在一起。
因此，出于所有这些原因，需要一种重量较轻、具有较低投资成本、具有良好的表面外观并且满足或超过较高的工业性能标准的升降门组件，并且需要一种消除或减少与常规系统相关联的困难或问题的用于制造升降门组件的方法。
发明内容
本发明总体上涉及一种外部车身面板组件及用于制造该外部车身面板组件的方法，该外部车身面板组件包括具有包覆成型的局部增强件——例如多个金属增强件——的多个第一增强件例如侧部增强件。多个第一增强件红外焊接至组件的至少第一面板、例如内面板。此外，至少一个第二增强件、例如上增强面板红外焊接至至少第一面板。附加地，至少一个第三增强件、例如下增强面板红外焊接至至少第一面板。红外焊接根据特定应用产生实现预定要求所需的结构，并产生满足或超过其他焊接方法和结合所需的结构。红外焊接还允许取决于应用的更多形状、改进的接合部几何形状、用以减少或消除在“A”级表面上的穿透的改进的条件、改进的强度以及防水且产生密封的连续的焊缝。
此外，通过将局部增强件包覆成型至侧部第一增强件，可以将局部增强件制造得较小。这对于减轻重量是重要的，特别是当局部增强件是钢时。这还改善了截面特性，以满足并超过预定的工业要求，例如，高张力要求、噪音、振动和粗糙度(NVH)要求。与可比较的系统相比，相比于金属直接包覆成型至内面板的情况，本发明的性能在包覆成型与红外焊接至第一面板分开的情况下更好。
至少一个第一外面板、例如具有精加工展示表面的扰流板以及至少一个第二外面板、例如具有精加工展示表面的下外面板分别以粘合剂结合至第二增强面板和第三增强面板。替代性地或附加地，第一外面板机械附接至第二增强面板，并且第二外面板机械附接至第三增强面板。
本发明总体上提供了一种用于车辆例如机动车辆、电动车辆、汽车、运动型多功能车辆等的组件，该组件包括附接至至少一个增强件的至少一个局部增强件，可选地，与将所述至少一个增强件红外焊接至至少一个面板相结合。可选地，所述至少一个面板能够以可操作的方式附接至至少一个其他面板，优选地，所述至少一个其他面板包括A级表面。可选地，所述至少一个面板是内面板。可选地，所述至少一个其他面板是外面板。至少一个局部增强件优选地为金属、最优选地为钢。可选地，本发明还通常提供将至少一个局部增强件的包覆成型，优选地，将至少一个局部增强件包覆成型至至少一个增强件。可选地，所述至少一个其他面板附接至所述至少一个面板并且/或者附接至所述至少一个增强件并且/或者附接至所述至少一个局部增强件。本发明包括组件并且包括制造该组件的方法。
根据下文中提供的详细描述，本发明的其他应用领域将变得明显。应当理解的是，详细描述和特定示例虽然表示本发明的优选实施方案，但是仅意在用于说明目的，而不意在限制本发明的范围。
附图说明
根据详细说明和附图将更充分地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的升降门组件的升降门子组件的分解立体图；
图2A是根据本发明的升降门组件的后视图；
图2B是在图2A处截取的截面图，其示出了根据本发明的包覆成型至第一增强面板的局部增强件，该第一增强面板连接至第一面板；
图3A是根据本发明的升降门组件的后视图；
图3B是在图3A处截取的截面图，其示出了根据本发明的包覆成型至第一增强面板的局部增强件，该第一增强面板连接至第一面板；
图4A是根据本发明的升降门组件的后视图；
图4B是在图4A处截取的横截面图，其示出了根据本发明的包覆成型至第一增强面板的局部增强件，该第一增强面板连接至第一面板；
图5A是根据本发明的升降门组件的后视图；
图5B是在图5A处截取的截面图，其示出了根据本发明的连接至第一面板的第一增强面板和第二增强件以及连接至第一外面板的第二增强面板；
图6A是根据本发明的升降门组件的后视图；
图6B是在图6A处截取的截面图，其示出了根据本发明的连接至第一面板的第一增强面板；
图7A是根据本发明的升降门组件的后视图；
图7B是在图7A处截取的截面图，其示出了根据本发明的连接至第一面板的第二增强件和连接至第一外面板的第二增强件；
图8A是根据本发明的升降门组件的后视图；
图8B是在图8A处截取的截面图，其示出了根据本发明的连接至第一面板的第一增强面板和第二增强件以及连接至第一外面板的第二增强面板；
图9是根据本发明的位于第一工具嵌套件上的第一面板的正视图；
图10是根据本发明的抵靠第一工具嵌套件的第一面板和抵靠第二工具的增强件的正视图；以及
图11是根据本发明的示例性红外焊接固定件的正视图，该示例性红外焊接固定件具有对第一工具中的相邻的第一面板进行加热的至少一个红外热源并且具有对由第二工具嵌套件保持的相邻的第二面板进行加热的至少一个红外热源。
具体实施方式
以下对优选实施方式的描述本质上仅是示例性的，并且决不意在限制本发明及其应用或用途。
总体上参照附图，本发明总体上提供了一种下述组件，该组件包括附接至至少一个增强件的至少一个局部增强件，其中，与将所述至少一个增强件红外焊接至至少一个面板相结合。所述至少一个面板能够附接至至少一个其他面板，优选地，所述至少一个其他面板包括A级表面。本发明通常还提供局部增强件至增强件的包覆成型以及部件的红外焊接的组合。本申请涉及组件和制造该组件的方法。
虽然贯穿附图描绘了并且在文中描述了升降门组件，但是应当理解的是，作为任何类型的车辆部件的外部车身面板组件都在本发明的范围内，包括但不限于前端托架组件、门组件、发动机罩组件、缓冲器组件、四分之一面板组件、车顶组件、后背门组件、任何多件式结构或任何其他类型的车身组件例如任何种类的外部车身组件，特别是但不限于是包括具有下述表面的至少一个面板的那些外部车身组件：A级表面、经涂装的精加工表面、经涂装的热塑性部件和/或模制成彩色或以其他方式精加工的部件表面等。
总体上参照图1至图8B，描绘了总体上以附图标记10示出的升降门组件，升降门组件10包括总体上以附图标记11示出的升降门子组件，升降门子组件11包括：至少一个第一面板12，优选地，作为内面板的至少一个第一面板12；至少一个第一增强件14a，优选地，一对第一增强件14a、14b，更优选地，作为侧部增强件的至少一对第一增强件14a、14b，最优选地，作为对于至少一个第一面板12中的开口15的侧部增强件的一对第一增强件14a、14b；至少一个局部增强件16a，通常为多个局部增强件16a，优选地，至少一对局部增强件16a、16b，更优选地，作为上增强件的至少一对局部增强件16a、16b，更优选地，作为上增强件的至少一对局部增强件16a、16b和至少一对第二对局部增强件16c、16d；以及，最优选地，还包括至少一个第二增强件18，通常是作为上面板增强件的至少一个第二增强件18，优选地，作为外面板增强件的至少一个第二增强件18，更优选地，作为上外面板增强件的至少一个第二增强件18，最优选地，作为扰流板增强件的至少一个第二增强件18；以及，最优选地，还包括至少一个第三增强件20，通常是作为下面板增强件的至少一个第三增强件20，优选地，作为外面板增强件的至少一个第三增强件20，更优选地，作为下外面板增强件的至少一个第三增强件20，最优选地，作为下外A级面板增强件的至少一个第三增强件20。
优选地，至少一个第二增强件18呈大致“U”形形状，最优选地，呈在车辆安装位置中端部大致朝向车辆的后部突出的大致“U”形形状。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想适于根据应用而提供增强的任何其他轮廓或形状。
至少一个第一面板12处的开口15通常定尺寸成提供用于在车辆的后部处观察的后车窗开口。具有预定材料、优选为钢化汽车车窗玻璃的车窗22以可操作的方式连接以覆盖开口15。优选地，粘合剂24连接车窗22，更优选地，靠近车窗22的周缘的粘合剂将车窗22粘附在组件10中。最优选地，粘合剂24将车窗22联接至至少一对侧部增强件14a、14b和/或第二增强件18、和/或第三增强件20、和/或至少一个装饰部件(trim part)68。
优选地，至少一个第三增强件20呈大致三角形形状，最优选地，至少一个第三增强件20包括从优选地位于下端部处的至少一个较短构件28沿相反方向倾斜至至少一个较长构件30的至少一对构件26a、26b，优选地，较长构件30朝向至少一个第三增强件20的顶部大致水平地展开。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想适于根据应用而提供增强的任何其他轮廓或形状。优选地，优选居中地定位的至少一个附加构件32a连接至较短构件28和较长构件30。至少一个附加构件32a优选地为大致彼此平行且大致横向于较长构件30延伸的一对附加构件32a、32b。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想适于根据应用而提供增强的任何其他轮廓或形状。
在至少一个第三增强件20中优选地设置有至少一个开口34a、最优选地设置有多个开口34a，这额外有利地帮助降低材料成本和重量。优选地，设置有至少三个开口34a。更优选地，至少一个开口34a为呈大致三角形形状、例如直角三角形的一对开口34a、34b，并且可选地为附加开口34c，该附加开口34c优选地为大致居中定位的开口。最优选地，附加构件32a、32b中的每个附加构件的内侧壁36a、36b界定开口34c的侧部，而附加构件32a、32b的外侧壁38a、38b形成开口34a、34b中的每个开口的一个壁。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以根据应用设置更多或更少的开口和位置或替代性位置。还应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想开口的适于使材料最少同时仍允许根据应用进行充分增强的任何其他轮廓或形状。
通常，至少一对第一增强件14a、14b邻近于第一面板15的开口15定位。优选地，至少一对第一增强件14a、14b定位在位于第一面板15的开口15的相反侧的侧部部分42a、42b——例如，相对于车辆安装位置的大致竖向或直立的侧部——上。更优选地，至少一对第一增强件14a、14b连接至侧部部分42a、42b并且侧部部分42a、42b是后柱或后拐角区域。最优选地，至少一对第一增强件14a、14b连接至侧部部分42a、42b并且侧部42a、42b是D柱或D柱区域。
优选地，至少一对第一增强件14a、14b大致彼此镜像并且分别包括大致朝向彼此延伸的至少一个端部40a、40b。端部部分40a、40b优选地位于所述一对第一增强件14a、14b的上部部分44a、44b处。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想适于根据应用进行增强的至少一对第一增强件14、14b的任何其他轮廓或形状。
至少一对局部增强件16a、16b分别连接至至少一对第一增强件14a、14b。优选地，至少一对局部增强件16a、16b分别连接至所述一对第一增强件14a、14b的上部部分44a、44b。优选地，至少一对局部增强件16a、16b分别连接至所述一对第一增强件14a、14b的上部部分44a、44b。优选地，至少一对第二对局部增强件16c、16d分别连接至所述一对第一增强件14a、14b的下部部分46a、46b。通常，局部增强件16a至16d在需要的地方提供增强。通常，局部增强件16a至16d有助于整体结构的期望特性，例如预定的扭转刚度、噪音、振动和粗糙度等。可选地，第一对局部增强件16a、16b和/或第二对局部增强件16c、16d增加了机构——例如升降门机构、支柱、气体支柱等——的结构和强度。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以根据应用设置更多或更少的局部增强件、位置或替代性位置。
优选地，局部增强件16a至16d是金属的，最优选地是钢。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用可以设想非金属的局部增强件。
根据本发明，局部增强件16a至16d分别直接连接至一对第一增强件14a、14b；而不直接连接至第一面板18。常规系统使用机械附接(即铆钉、螺钉等)或直接包覆成型至内面板的金属增强件。将金属增强件直接连接至内面板、特别是在金属增强件直接包覆成型至内面板时要求必需将金属增强件制造得较大，这影响重量。此外，不能实现良好的截面特性。不良的截面特性也导致具有较差的特性(即，较差的噪音、振动和粗糙度等性能)。
优选地，局部增强件16a至16d分别机械连接或焊接或直接包覆成型至一对第一增强件14a、14b。最优选地，局部增强件16a至16d包覆成型至一对第一增强件14a、14b。将局部增强件16a至16d包覆成型至一对第一增强件14a、14b允许最优选为金属的局部增强件16a至16d较小并且改善截面特性。比如用以实现高性能标准、噪音、振动和粗糙度(NVH)等的性能也好得多。通常，振动频率为至少35赫兹、优选为大于或等于40赫兹、最优选地为大于40赫兹。预定的较小尺寸(或取决于应用的尺寸)总体上比常规金属增强件小约5％至90％、通常为至少约5％、优选地为至少20％、更优选地为至少50％、最优选地为至少75％。与常规金属增强件相比，相比于常规金属增强件的预定重量减少量总体上为约5％至75％、通常为至少约5％、优选地为至少15％、更优选地为至少25％、最优选地为至少35％。应当理解的是，每个局部增强件16a至16d的尺寸根据应用而彼此相同或不同并且被最小化以用于最大的重量减少同时适用于其他的期望特性。
通常，具有连接的局部增强件16a至16d的一对第一增强件14a、14b红外焊接至第一面板12。优选地，局部增强件16a至16d包覆成型至所述一对第一增强件14a、14b并且然后所述一对第一增强件14a、14b红外焊接至内面板12。最优选地，局部增强件16a至16d包覆成型至所述一对第一增强件14a、14b，并且然后所述一对第一增强件14a、14b红外焊接在内面板12的相反侧的增强件14a、14b上。
可选地，在局部增强件16a至16d、一对第一增强件14a、14b和第一面板12上设置有多个孔。穿过局部增强件16a至16d和一对第一增强件增强件14a、14b的多个孔48、49和穿过第一面板12的多个孔50、51允许紧固件将部件进一步机械固定在一起以获得额外的强度(例如，孔48对准至孔50，并且孔49对准至孔51)。
通常，至少一个第二增强件18和至少一个第三增强件20直接连接、例如机械连接和/或焊接至第一面板12。优选地，至少一个第二增强件18红外焊接至第一面板12；更优选地，至少一个第二增强件18大体上至少部分地在第一面板中的开口15的上方红外焊接至第一面板12；最优选地，至少一个第二增强件18在下述情况下大体上至少部分地在第一面板12中的开口15的上方红外焊接至第一面板12，其中，所述一对第一增强件14a、14b将例如上部部分44a、44b部分地夹在第一面板12与第二增强件18之间。优选地，至少一个第三增强件20红外焊接至第一面板12；更优选地，至少一个第三增强件20大体上在第一面板12中的开口15的下方红外焊接至第一面板12；最优选地，至少一个第三增强件20在下述情况下大体上在第一面板12中的开口15下方红外焊接至第一面板12，其中，所述一对第一增强件14a、14b将例如下部部分46a、46b部分地夹在第一面板12与第三增强件20之间。可选地，第二增强件18和/或第三增强件20分别附加地红外焊接——替代性地，机械紧固和/或粘附——至所述一对第一增强件14a、14b。
可选地，在至少一个第三增强件20和第一面板12上设置有多个孔。穿过第三增强件20的多个孔52、53、穿过一对第一增强件14a、14b和局部增强件16c、16d的多个孔49和穿过第一面板12的多个孔51和54允许紧固件将部件进一步机械固定在一起以获得额外的强度(例如，孔49对准至孔51和孔52，并且孔53对准至孔54)。
优选地，设置有至少一个附加局部增强件16e，更优选地，在第三增强件20上设置有至少一个附加局部增强件16e，最优选地，在第三增强件20的较短构件28部分处设置有至少一个附加局部增强件16e。较短构件28优选地为用于组装的闩锁区域。优选地，附加局部增强件16e是金属、优选地是钢。局部增强件16e直接连接至第三增强件20。优选地，局部增强件16e机械连接或焊接或直接包覆成型至第三增强件20。最优选地，局部增强件16e机械连接至第三增强件20。设置有至少一个孔56以通过至少一个紧固件将局部增强件16e连接至第三增强件并且可选地连接至内面板12。
通常，第一面板12和一对第一增强件14a、14b是热塑性的，通常为增强丙烯，优选地为纤维填充丙烯，更优选地为玻璃纤维增强丙烯或玻璃填充聚丙烯，最优选地为长纤维增强丙烯。通常，第二增强件18和/或第三增强件20是热塑性的，通常为增强丙烯，优选地为纤维填充丙烯，更优选地为玻璃纤维增强丙烯，最优选地为长纤维增强的丙烯。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用可以设想适于增强件和预定特性的任何替代性材料。
升降门组件10包括至少一个外面板，优选地包括至少两个外面板，更优选地包括至少一个第一外面板58和至少一个第二外面板60，至少一个第一外面板58例如最优选地为上外面板，至少一个第二外面板60例如最优选地为下外面板。优选地，上外面板58是扰流板。优选地，下外面板60和上外面板58具有精加工展示表面。至少一个上外面板58通过粘附性结合、机械和/或红外焊接而连接至至少一个第二增强件18，最优选地，上外面板58粘附性结合至第二增强件18。至少一个下外面板60最优选地通过粘附性结合、机械和/或红外焊接而连接至至少一个第三增强件20，最优选地，上下外面板60粘附性结合至第三增强件20。
根据本发明的最优选方面，升降门组件包括：第一面板12，最优选地，该第一面板12是内面板；一对第一增强件14a、14b；两对局部增强件16a至16d，所述两对局部增强件16a至16d包覆成型至一对第一增强件14a、14b；第二增强件18，该第二增强件18是第一外面板增强件并且大体上在第一面板12的开口15的上方红外焊接至第一面板12；第三增强件20，该第三增强件20是第二外面板增强件并且大体上在开口15下方红外焊接至第一面板12。具有包覆成型至其上的局部增强件16a至16d的一对第一增强件14a、14b还大体上在开口15的例如以附图标记42a、42b指示的侧部处红外焊接至第一面板12。局部增强件16a至16d是金属、优选地是钢。分别地，优选地为具有精加工展示表面的扰流板的第一外面板58粘附性结合至至少第二增强件18，并且优选地为具有精加工展示表面的下外面板的第二外面板60粘附性结合至至少第三增强件20。附加局部增强件16e机械连接或红外焊接至第三增强件20、优选地通过至少一个紧固件连接至第三增强件20。本段中的特征中的每个特征都在本申请中进行了更详细的阐述。应当理解的是，将局部增强件16a至16d包覆成型至一对第一增强件14a、14b允许金属局部增强件16a至16d较小，这改善了重量和截面特性。比如，例如用以实现高性能标准、噪音、振动和粗糙度(NVH)等的性能也好得多。通常，振动频率为至少35赫兹、优选地为大于或等于40赫兹、最优选地为大于40赫兹。
现在更具体地参照图2B至图8B，总体上，描绘了穿过组件的若干横截面。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想取决于应用的替代性横截面。众所周知，不同的车型、平台、OEM、要求、性能要求、标准和附件可以影响空间、尺寸、形状、支柱、截面参数等。对于说明性横截面，焊接(最优选地为红外焊接)位置以附图标记62(一系列的“x”)指示，胶条以附图标记64指示，并且附加粘合剂以附图标记25指示。然而，应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用可以设想更多或更少的以及任何替代性的结合位置以及部件轮廓、位置和构型。
优选地设置有至少一个小翼66。至少一个小翼66优选地使用胶条64连接，优选地，胶条64是双面胶条。例如，图2B和图3B的横截面示出了在两个位置中使用两段双面的胶条64并且在第一增强件14a和第一面板12红外焊接的位置处使用第三段双面的胶条64连接至至少第一增强件14a的小翼66。
通常，设置有至少一个装饰部件，优选地为内装饰件，最优选地为以可操作的方式连接至组件10、优选地连接至至少第一面板12的侧部内装饰件68和装饰内件70。侧部内装饰件68优选地在至少一个位置中与第一面板12一体化或合并或者连接至(例如，焊接、红外焊接等)第一面板12。例如，图2B和图3B的横截面描绘了侧部内装饰件68，该侧部内装饰件68焊接、例如红外焊接至最优选地为内面板的至少第一面板12，并且焊接、例如红外焊接至第一增强件14a，并且通过粘合剂25结合至车窗22。例如，图2B和图3B的横截面还描绘了通过至少一个紧固件72连接至第一面板12的装饰内件70。
局部增强件包覆成型至侧部增强件并红外焊接至第一面板。优选地，局部增强件16a包覆成型至第一增强件14a并且在至少一个位置中红外焊接至第一面板12，优选地，在至少两个位置中红外焊接至第一面板12，并且焊接至侧部内装饰件68。例如，图2B和图3B的横截面描绘了包覆成型至第一增强件14a并且在至少两个位置中红外焊接至第一面板12且在至少一个位置中红外焊接至侧部内装饰件68的局部增强件16a。
至少一个线束74位于设置在部件之间的空间中。优选地，线束74位于第一面板12、第一增强件14a与侧部内装饰件68之间。
总体上进一步参照图4B，描绘了包覆成型至第一增强件14a的局部增强件16a。第一增强件14a粘附25至车窗25并且连接、优选地红外焊接至侧部内装饰件68。第一增强件14a还在至少两个位置中红外焊接至内面板12。小翼66连接至第一增强件14a，优选地，通过胶条64连接，最优选地，在至少两个位置中通过为双面胶条的胶条64连接。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用可以设想更多或更少的和任何替代性的结合位置、红外位置以及部件轮廓、位置和构型。
总体上进一步参照图5B，描绘了在至少两个位置中红外焊接62至内面板12的第一增强件14a和在至少两个位置中红外焊接62至内面板12的第二增强件18。最优选地，红外焊接62的两个位置在第一面板12上的对准区域处连接第一增强件14a和第二增强件18。第一增强件14a还粘附24至车窗22。第一增强件14a在至少两个位置中粘附25至优选地为扰流板的第一外面板58。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用可以设想更多或更少的和任何替代性的结合位置、红外位置以及部件轮廓、位置和构型。内装饰件上部70a联接至第一面板12。
总体上进一步参照图6B，描绘了粘附24至车窗22、粘附25至第一面板12并且粘附25至第一增强件14a的小翼66。第一增强件14a在至少两个位置中红外焊接62至第一面板12。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用可以设想更多或更少的和任何替代性的结合位置、红外位置以及部件轮廓、位置和构型。用于组件10的气体支柱76以附图标记76指示。
总体上进一步参照图7B，示出了在至少三个位置中红外焊接62至优选地为内面板的内面板12的优选地为上增强件的第二增强件18。第二增强件18在至少四个位置中粘附25至优选地为扰流板的第一外面板58。优选地为扰流板内部的第一外面板内部58a粘附24至车窗22并且粘附25至第二增强件18。还描绘了门密封件78。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用可以设想更多或更少的和任何替代性的结合位置、红外位置以及部件轮廓、位置和构型。
总体上进一步参照图8B，描绘了包覆成型至优选地为侧部增强件的第一增强件14a的局部增强件16a。第一增强件14a在至少三个位置中红外焊接至优选地为内面板的第一面板12。优选地为上增强件的第二增强件18在至少三个位置中红外焊接62至内面板12；最优选地，这些位置中的至少两个位置与第一增强件14a和第一面板12的红外焊接62位置大致对准。第二增强件18在至少四个位置中粘附25至优选地为扰流板的第一外面板58。优选地为扰流板内部的第一外面板内部58a粘附24至车窗22并且粘附25至第二增强件18。还描绘了门密封件78。门铰链80、例如升降门铰链总体上以附图标记80示出。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用可以设想更多或更少的和任何替代性的结合位置、红外位置以及部件轮廓、位置和构型。
进一步考虑图2A至图8B，应当理解的是，右手横截面优选地是所示出的左手侧横截面的大致镜像。
第一面板12和/或增强件例如14a、14b和/或18和/或20是热塑性的，最优选地为玻璃增强聚丙烯。然而，可以设想适于红外焊接的任何预定材料，包括但不限于复合材料、SMC、非填充热塑性聚烯烃(TPO)部件、具有A级表面的TPO部件、经涂装的部件、模制成彩色的部件、具有经涂装的A级表面的TPO材料、对穿透敏感的材料、热敏材料、结构热塑性塑料、聚丙烯基材料、热固性或热塑性塑料比如增强聚丙烯(RPP)、玻璃填充聚丙烯等。
本发明提供了优于常规系统的若干益处，包括但不限于本发明比已知的胶合解决方案更刚性；是比胶合方法更快的方法；重量减少(等于或小于粘合剂重量)；比钢解决方案更好的D柱设计空间利用(对扭转刚度有影响)；在尺寸和形状精度方面的改善；由于更高的精度(额外的重量减轻)，因而本发明可以为比粘合厚度所需要的厚度更薄的外面板；甚至可以焊接有包覆成型的钢增强件；包覆成型的钢增强件在高温下有帮助；模态频率行为的改善；用于大量生产的较低焊接设备成本(与胶合相比)；满足碰撞性能要求；实现所有OEM所需的刚度性能和其他标准。
现在总体上参照图9至图11，现在将更详细地描述根据本发明的用于制造根据本发明的任何方面的组件10的方法。本发明还包括包覆成型和红外焊接，而不是常规的粘附性结合部件或机械连接部件。此外，局部增强件包覆成型至增强件，而不是将局部增强件直接连接至内面板，如前所述，这具有优于常规系统的显著优点和优越的结果。应当理解的是，部件、嵌套结构和红外焊接固定件的几何形状和轮廓仅是示例性的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用可以设想任何其他的几何形状和轮廓。
提供优选地为内面板的第一面板12。提供至少一个第一增强件14a，优选地提供至少一对第一增强件14a、14b。还提供至少一个第二增强件18和至少一个第三增强件20。提供至少一个局部增强件16a，优选地提供至少两对局部增强件16a至16d。重要的是，局部增强件16a至16d不直接连接至第一面板12。下一个步骤是将至少一个局部增强件包覆成型至至少一个第一增强件14a。优选地，局部增强件例如16a至16d包覆成型至第一对增强件14a、14b。附加局部增强件16e例如机械地连接至第三增强件20。可选地，附加局部增强件16e替代地包覆成型至第三增强件20。
提供用于最优选地为内面板的第一面板12的第一嵌套件100、和用于至少一个增强件——例如第一增强件14a、14b和/或第二增强件18和/或第三增强件20——的至少一个第二嵌套件104。第一嵌套件100被制造成保持第一面板18(例如，升降门子组件的内面板)。第二嵌套件104被制造成保持增强件中的至少一个增强件。图10示出了保持第一增强件14a的第二嵌套件104。应当理解的是，可以将多于一个的增强件保持在第二嵌套件104中。还应当理解的是，可以使用各自对应于相应的增强件的多个嵌套件，例如，容纳第一对增强件14a、14b的至少一个嵌套结构、容纳第二增强件18的嵌套结构、容纳第三增强件20的嵌套结构及其任意组合。
嵌套件100、104中的至少一者移动至夹持位置。优选地，第一嵌套件100和第二嵌套件104两者可移动成彼此操作性接合并且与总体上以附图标记116示出的红外固定件进行操作性接合。至少一个控制器或电子控制单元123与红外固定件116和多个嵌套件100、102等例如以硬连线或无线的方式操作通信。
嵌套件优选为铝，优选地，第一嵌套件100和第二嵌套件104具有抛光表面，这提供了允许在需要时容易地将面板从模具移除的优点。替代性地，可以将氨基甲酸酯或硅膜施加至嵌套件，以用于更容易地将面板从嵌套件移除。
可选地，至少第一面板102可以以较高的保压压力模制以减少肋痕。
该方法包括下述步骤：将第一面板102装载到第一嵌套件100中，并且然后将至少一个增强件、优选地一对第一增强件14a、14a装载到第二嵌套件104中。优选地，装载增强件是在真空下完成的。具体地，将所述一对第一增强件14a、14a安置到坐置在第一嵌套件100中的第一面板102上的预定位置上。然后使第二嵌套件104与所述一对第一增强件14a、14a接触并且在第二嵌套件104远离第一嵌套件100移动时施加真空以保持所述一对第一增强件14a，14a。这些真空力也可以在需要时根据方法中的阶段而关闭/打开。可选地，在面板和增强件接触相应的嵌套件的情况下执行部件检查配合以确保部件适当地对准。
然后，嵌套件100、104彼此分离同时仍保持其各自的部件。
使具有多个红外热源118和120的至少一个红外焊接固定件116能够靠近分别被保持在第一嵌套件100和第二嵌套件104中的第一面板12和第一对增强件14a、14b进行红外焊接。红外热源118和120与面板12和增强件14a、14b的预定焊接表面108相距预定距离。通常，红外热源118、120距相应的面板12、14a、14b的距离通常小于5英寸，典型地小于20毫米、优选地为3mm至18mm；更优选地为8mm至12mm；最优选地为约10.5mm。在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用可以设想更大或更小的距离。应当理解的是，所描绘的焊接表面108意在是示例性的，并且在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用可以设想任何替代性的合适表面。
多个红外热源118、120的预定位置通常与待焊接的特定升降门部件和期望的焊接位置相对应。多个红外热源118、120用于对预定焊接表面加热预定的时间量和适于将部件面板12和增强件14a、14b红外焊接在一起(并且将面板12和第二增强件18焊接在一起，以及将面板12和第三增强件20焊接在一起)的量。
热源118、120是灯泡、电线、扰流板、镜面焊接金属热板、瓷片、箔、竖向箔、水平箔、单玻璃球形管、双玻璃球形管、石英玻璃球形管，餐用箔或其任何组合。应当理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用可以设想适于红外焊接的任何替代性热源118、120。
一旦将多个热源118、120定位成用于红外焊接，就对目标面板/增强区域加热(如由图11中的波浪线121、124所指示的)预定时间至预定温度。加热源功率优选地为100％。在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想更大或更小的功率百分比。加热时间通常大于2秒；典型地为大于6秒；优选地为大于8.5秒；更优选地为6秒至9秒；最优选地为15秒或更短。
当第一面板12和增强件14a、14b被加热时，存在约1毫米的熔化。在不脱离本发明范围的情况下，可以设想更多或更少的熔化。
可选地，第一面板12和增强件14a、14b在加热之后保持就位。保持时间通常大于2秒；典型地为大于4秒，优选地为大于6.5秒；最优选地为4秒至7秒。在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想更多或更少的加热时间或保持时间。加热时间和保持时间可能是影响焊接强度的因素。
加热温度通常取决于面板材料、尺寸和展示表面。根据参数，约180°度以用于熔化材料。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，根据应用，温度更高或更低。红外热源118、120的加热温度可以是相同的或不同的，优选地是不同的，例如约120℃至150℃的差异。例如，取决于具体应用、材料和几何形状，第一面板12、第一对增强件14a、14b、18、20的加热温度可以是相同的或不同的。优选地，对于具有精加工展示表面的任何面板，热尽可能低，例如在精加工部件表面上不超过约50℃，以防止穿透至精加工部件表面。
红外热源118、120优选地是中等波长红外源。通常，峰值小于约3μm。典型地为约2μm至3μm。这是对进入到材料中的辐射侵入和表面上的最大吸收的折中。这基于对FTIR光谱和光学穿透深度的材料研究。主要目的是尽可能快地仅加热目标表面并使其余材料尽可能冷。
此后，将红外焊接固定件116移开并且在压力下将嵌套件100、104带到一起，以用于由第一嵌套件100和第二嵌套件104执行压缩(参见图10)，以在红外焊缝62处接合第一面板12和例如为第一增强件14a的增强件。通常，夹持力或配合力小于20千牛顿；典型地为2KN至15KN；优选地为5KN至10KN；最优选地为约7.5KN。在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想更大或更小的配合力。
通常，夹持时间大于5秒；典型地为大于8秒，优选地为9秒至20秒；更优选地为约11秒；最优选的为约5秒至10秒。在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想更大或更小的夹持时间。通常，夹持压力大于5；典型地为小于50；优选地为5至30；最优选地为约7.5。在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想更大或更小的夹持压力。
产生的焊缝最优选为约0.2mm至0.4mm深。这是重要的，原因在于根据本发明的红外焊接不仅将两个或更多个部件连接在一起，而且根据本发明的红外焊接还可以消除对用于那些红外焊接面板的粘合剂或密封剂的需要。
优选地，在从嵌套件102、104移除接合部件之前，允许焊接在一起的第一面板102和第一对增强件14a、14b在嵌套件中稍微冷却约5秒至8秒。替代性地，在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想强制冷却剂。
然后将第一嵌套件102和第二嵌套件204分离，并且对相同或不同的嵌套件中的任何剩余增强件重复该过程(例如，将第二增强件18和/或第三增强件20红外焊接至至少第一面板12)。典型地，至少一个其他工具嵌套件以类似于图10至图11中所描绘的方式设置以用于第二增强件和/或第三增强件。优选地，另一工具嵌套件以类似于图10至图11中所描绘的方式保持第二增强件和第三增强件两者。可选地，类似于图10至图11中所描绘的，另一工具嵌套件保持第二增强件，并且另一工具嵌套保持第三增强件。如果相同的工具嵌套件保持第二增强件18和第三增强件20两者，则这些增强件可以根据应用而被同时或不同时地保持在工具嵌套件中。以示例的方式，第一面板以及第二增强件18和第三增强件20的焊接表面可以由红外焊接固定件116同时加热并且然后同时被按压在一起，以用于产生类似于图10中所描绘的焊缝。替代性地，第二增强件18或第三增强件20可以首先被加热和焊接，然后第二增强件18或第三增强件20中的另一者被加热和焊接。一旦将所有期望的增强件红外焊接就位，就将子组件11从第一嵌套件102移除，或者在嵌套件中进行进一步组装(例如，将外面板粘附至组件10)。
将第一外面板58和第二外面板60粘附性结合至第一面板12。替代性地，使用相容的嵌套件和红外加热红外固定件将第一外面板58和/或第二外面板60红外焊接至第一面板12。
整个循环时间比常规结合快得多，常规结合可能花费约8分钟。通常，本发明的总红外焊接周期时间为5分钟或更短，典型地为4分钟或更短，优选地为3分钟或更短，更优选地为2.5分钟或更短，最优选地为2.25分钟或更短。因此，代替每8分钟一个部件，本发明可以在该相同时间中将多个面板焊接在一起。例如，粘合剂在长得多的时间内保持柔软。此外，如果在结合之前存在翘曲(或其他公差变化)，则即使在结合之后该翘曲仍然存在，原因在于在接合部上存在永久应力(接合部中的剪切应力、接合部中的蠕变等)。
应当理解的是，将若干方法和设计变量考虑在内。示例性方法和设计变量包括：温度、加热时间、发射器距离、夹持压力、按压速度、保持时间、冷却、部件、展示表面等，部件材料、部件几何形状例如平坦的接合区域几何形状、肋等，(最大)部件翘曲、(最佳)焊接凸缘厚度和(最佳)焊接干涉等。
本发明的描述本质上仅是示例性的，并且因此，不脱离本发明的本质的变型意在落入本发明的范围内。这样的变型不应被视为脱离本发明的精神和范围。

Claims (23)

1.一种用于车辆的升降门组件，包括：
至少一个局部增强件，所述至少一个局部增强件包覆成型至至少一个第一增强件；
至少一个第一面板，所述至少一个第一增强件红外焊接至所述至少一个第一面板；以及
至少一个外面板，所述至少一个外面板以可操作的方式联接至所述至少一个第一面板，所述至少一个外面板包括精加工展示表面。
2.根据权利要求1所述的升降门组件，其中，所述至少一个局部增强件是至少一对局部增强件，并且其中，所述至少一个第一增强件是至少一对增强件。
3.根据权利要求2所述的升降门组件，其中，所述至少一对增强件大致在所述至少一个第一面板中的开口的相反侧处红外焊接至所述至少一个第一面板，所述开口设置成用于窗玻璃。
4.根据权利要求2所述的升降门组件，其中，所述至少一对增强件在所述车辆的D柱区域中红外焊接至所述至少一个第一面板，其中，所述D柱区域中的截面特性实现至少40赫兹的振动频率要求。
5.根据权利要求2所述的升降门组件，还包括红外焊接至所述至少一个第一面板的至少一个附加增强件。
6.根据权利要求2所述的升降门组件，还包括包覆成型至所述至少一对增强件的第二对局部增强件。
7.根据权利要求6所述的升降门组件，其中，所述至少一对局部增强件和所述第二对局部增强件分别朝向所述至少一对增强件的上部部分和下部部分定位。
8.根据权利要求7所述的升降门组件，还包括：
至少一个第二增强件，所述至少一个第二增强件大致在所述至少一个第一面板中的开口的上方红外焊接至所述至少一个第一面板，所述开口设置成用于后窗；
至少一个第三增强件，所述至少一个第三增强件大致在所述至少一个第一面板中的开口的下方红外焊接至所述至少一个第一面板，所述开口设置成用于后窗。
9.根据权利要求8所述的升降门组件，其中，所述至少一个外面板包括：第一面板和第二面板，所述第一面板是粘附性结合至所述至少一个第二增强件的上外面板，所述第二面板是粘附性结合至所述至少一个第三增强件的下外面板。
10.根据权利要求1所述的升降门组件，其中，所述至少一个局部增强件是金属的。
11.根据权利要求1所述的升降门组件，还包括至少一个第二增强件，所述至少一个第二增强件大致在所述至少一个第一面板中的开口的上方红外焊接至所述至少一个第一面板，所述开口设置成用于后窗。
12.根据权利要求1所述的升降门组件，还包括至少一个附加增强件，所述至少一个附加增强件大致在所述至少一个第一面板中的开口的下方红外焊接至所述至少一个第一面板，所述开口设置成用于后窗。
13.根据权利要求13所述的升降门组件，还包括机械连接或包覆成型至所述附加增强件的附加局部增强件，其中，用于所述附加局部增强件的位置是闩锁区域。
14.根据权利要求13所述的升降门组件，其中，所述附加增强件包括不具有材料多个开口，以用于减轻重量。
15.根据权利要求1所述的升降门组件，其中，所述至少一个第一面板和/或所述至少一个增强件是玻璃填充增强聚丙烯。
16.根据权利要求1所述的升降门组件，还包括前述权利要求中的任何一项或更多项的任何组合。
17.一种用于车辆的外部面板组件，包括：
至少一对第一对局部增强件，所述第一对局部增强件包覆成型至至少一对增强件；
至少一对第二对局部增强件，所述第二对局部增强件包覆成型至所述至少一对增强件，其中，所述第一对局部增强件和所述第二对局部增强件是金属；
第一面板，所述至少一对增强件红外焊接至所述第一面板，其中，将所述第一对局部增强件和所述第二对局部增强件包覆成型至所述至少一对增强件允许使所述局部增强件的尺寸最小以用于减轻重量；
至少一个第二增强件，所述至少一个第二增强件红外焊接至所述第一面板；
至少一个第三增强件，所述至少一个第三增强件红外焊接至所述第一面板；
第一外面板，所述第一外面板以可操作的方式连接至所述至少一个第二增强件；以及
第二外面板，所述第二外面板以可操作的方式连接至所述至少一个第三增强件。
18.根据权利要求17所述的外部面板组件，其中，所述第一外面板粘附性结合至所述至少一个第二增强件，并且所述第一外面板为具有精加工展示表面的扰流板，并且其中，所述第二外面板大致在所述第一面板中的用于车窗的开口的下方粘附性结合至所述至少一个第三增强件，并且所述第二外面板具有精加工展示表面。
19.根据权利要求17所述的外部面板组件，其中，所述至少一对增强件大致在所述至少一个第一面板中的开口的相反侧处红外焊接至所述至少一个第一面板，所述开口设置成用于窗玻璃。
20.根据权利要求17所述的外部面板组件，还包括前述权利要求中的任何一项或更多项的任何组合。
21.一种制造用于车辆的升降门组件的方法，包括下述步骤：
提供第一面板；
提供多个金属局部增强件；
提供至少一对增强件；
提供用于所述第一面板的第一工具嵌套件；
提供用于所述至少一对增强件的至少一个第二工具嵌套件；
提供具有多个红外热源的至少一个红外加热固定件；
将所述多个金属局部增强件包覆成型至所述至少一对增强件；
将所述第一面板装载到所述第一工具嵌套件上；
将所述至少一对增强件装载到所述至少一个第二工具嵌套件上；
将所述多个红外热源对准成靠近所述第一面板及所述至少一对增强件的焊接表面；
将所述焊接表面加热预定量持续预定时间量，以使所述焊接表面熔化预定量；
使所述第一面板及所述至少一对增强件的焊接表面彼此直接对准；以及
将预定的夹持压力施加至所述第一工具嵌套件和所述至少一个第二工具嵌套件，以将所述第一面板及所述至少一对增强件的焊接表面按压在一起一预定时间量，以产生将各部件连接在一起的焊缝。
22.根据权利要求21所述的制造升降门组件的方法，还包括：
提供第二增强件；
提供第三增强件；
提供包括精加工展示表面的第一外面板；
提供包括精加工展示表面的第二外面板；
提供用于所述第二增强件和/或所述第三增强件的另一工具嵌套件；
可选地，提供用于所述第三增强件的附加工具嵌套件；
将所述第二增强件和/或所述第三增强件装载到所述另一工具上；
将所述多个红外热源对准成分别靠近所述第二增强件和/或所述第三增强件以及所述第一面板和/或所述至少一对增强件的焊接表面；
用所述多个红外热源将所述焊接表面加热预定量持续预定时间量，以使所述焊接表面熔化预定量；
使所述第二增强件和/或所述第三增强件以及所述第一面板和/或所述至少一对增强件的焊接表面彼此直接对准；以及
将预定的夹持压力施加至所述第一工具嵌套件和所述另一工具嵌套件，以分别将所述第二增强件和/或第三增强件以及所述第一面板和/或所述至少一对增强件的焊接表面按压在一起持续预定时间量，以产生将各部件连接在一起的焊缝；
可选地，将所述第三增强件装载到所述附加工具上；
可选地，将所述多个红外热源对准成靠近所述第三增强件以及所述第一面板和/或所述至少一对增强件的焊接表面；
可选地，将所述焊接表面加热预定量持续预定时间量，以使所述焊接表面熔化预定量；
可选地，使所述第三增强件以及所述第一面板和/或所述至少一对增强件的焊接表面彼此直接对准；
可选地，将预定的夹持压力施加至所述第一工具嵌套件和所述附加工具嵌套件，以将所述第三增强件以及所述第一面板和/或所述至少一对增强件的焊接表面按压在一起持续预定时间量，以产生将各部件连接在一起的焊缝；
将所述第一外面板粘附至所述第二增强件；以及
将所述第二外面板粘附至所述第三增强件。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括前述权利要求中的任何一项或更多项的任何组合。
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