CN111148682B - 车辆结构部件和用于制造车辆结构部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种车辆结构部件(10)，所述车辆结构部件包括至少一个纤维增强的第一塑料嵌件和至少一个纤维增强的第二塑料嵌件(22、23)以及连接所述塑料嵌件(22、23)的、喷塑到所述塑料嵌件(22、23)上的注塑肋结构(12)和至少一个金属元件(14)，通过所述金属元件形成所述车辆结构部件(10)的连接区域(28)。此外，提出一种用于制造车辆结构部件(10)的方法。

Description

车辆结构部件和用于制造车辆结构部件的方法

技术领域

本发明涉及一种车辆结构部件和一种用于制造车辆结构部件的方法。

背景技术

车辆结构部件用于加固车辆结构、例如竖直柱的或车辆车顶结构的车辆结构。此外，车辆结构部件可以用于连接盖板与盖板的功能元件、例如弹簧缓冲元件。

为了实现轻量化结构，这样的车辆结构部件通常由纤维增强的塑料制成，因为这种部件具有比由钢制成的结构部件更低的重量。然而，在这种情况下不利的是，由塑料制成的结构部件无法通过常规的方法、例如通过焊接与车辆结构相连接。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供一种用于机动车的车辆结构部件，所述车辆结构部件在同时具有高的刚性和强度的情况下具有轻的重量并且能够通过热连接技术与车身结构相连接。此外，所述车辆结构部件应当能大批量地生产。

按照本发明，所述目的通过一种车辆结构部件来实现，所述车辆结构部件包括至少一个纤维增强的第一塑料嵌件和至少一个纤维增强的第二塑料嵌件以及一个连接所述塑料嵌件的、喷注到所述塑料嵌件上的注塑肋结构和至少一个金属元件，通过所述金属元件形成所述车辆结构部件的连接区域。

这种车辆结构部件具有一系列的优点：通过所集成的金属元件，实现在高结构负荷的情况下用于能量吸收的高局部延展性。此外，能实现选择性地力导入。此外，所述车辆结构部件与邻接的车辆结构的连接能通过用于金属材料的热连接技术、例如通过焊接来实现。此外，可以使用相同的或附加的金属元件，以便安装可运动的元件、例如用于连接尾部盖板的铰链。纤维增强的塑料嵌件设法使所述车辆结构部件具有必需的刚性。通过按体积构成为所述车辆结构部件的主要部分的注塑肋结构，所述车辆结构部件满足在轻量化结构方式方面的要求。

优选地，所述纤维增强的塑料嵌件之中的至少一个纤维增强的塑料嵌件突出穿过在所述金属元件中的留空部。由此，能实现从所述车辆结构部件到其余车辆结构上、例如到侧框架上的好地力传递。

按照一种实施方式，所述至少一个金属元件构成为插入部件，所述插入部件具有多个被塑料填充的留空部。特别是在设置有留空部的区域中，所述金属元件被所述注塑肋结构包围、优选被注塑包封。由此，所述金属元件与所述注塑肋结构可靠地相连接，而无需附加的紧固元件。

按照一种替代的实施方式，所述至少一个金属元件可以材料锁合、摩擦锁合和/或形状锁合、特别是通过粘接、铆接和/或螺纹连接地与所述注塑肋结构相连接。由此，也可以实现在所述金属元件与所述注塑肋结构之间的可靠地连接。

在横剖面中看，所述注塑肋结构可以具有相对于塑料嵌件并且相对于彼此成角度地延伸的加固接片。由此形成类桁架式的、特别稳定的结构。

在横剖面中看，优选地每至少两个相邻的加固接片与所述塑料嵌件之一形成一个局部的加固单元。例如，多个、特别是两个相邻的加固接片彼此成角度地延伸并且在所述至少一个纤维增强的第一塑料嵌件上和/或在所述至少一个纤维增强的第二塑料嵌件上在一个连接点中相连接。在此，所述加固接片被喷塑在纤维增强的塑料嵌件上。此外，通过所述连接点使加固接片彼此相连接并且能实现类桁架式的力分布，其中，所述连接点用作节点。

优选地，多个加固接片在所述车辆结构部件的纵向方向上横向于所述纵向方向相继延伸和/或所述塑料嵌件在结构部件的纵向方向上延伸。由此，可以促使在所述车辆结构部件中的特别好地力分布。

优选地，所述纤维增强的塑料嵌件沿着车辆结构部件的外表面延伸。特别是所述车辆结构部件的外表面的一部分通过塑料嵌件的面形成。这便利于所述车辆结构部件的制造，因为纤维增强的塑料嵌件可以简单地插入到模具中。

特别优选地，所述至少一个纤维增强的第一塑料嵌件沿着车辆结构部件的上侧延伸，并且所述至少一个纤维增强的第二塑料嵌件沿着车辆结构部件的下侧延伸。替代地或附加地，所述塑料嵌件可以在车辆结构部件的边缘区域中延伸。车辆结构部件的边缘区域沿车辆方向看设置在前方或后方。通过这种布置结构，所述塑料嵌件形成通过注塑肋结构相连接的型材。按照这种方式，所述车辆结构部件能够承受特别高的负荷。

所述加固接片可以在车辆结构部件的纵向方向上分别彼此间隔开距离地设置。按照这种方式可以节省材料，因为较少的加固接片必须被构成。

特别是所述加固接片的数量可以匹配于在车辆结构中的相应的要求。

按照一种实施方式，所述注塑肋结构具有短纤维增强的热塑性塑料和/或所述塑料嵌件具有连续纤维材料。特别是，所述塑料嵌件在纵向方向上切割成预定的长度。短纤维增强的热塑性塑料特别好地适用于注塑应用。塑料嵌件的连续纤维可以被树脂浸润。优选地，所述连续纤维在塑料嵌件中单向地延伸，从而这些连续纤维表现出一种各向异性的材料特性。由此，所述车辆结构部件特别是在纵向方向上具有高刚性。

所述金属元件可以在其整个表面上与所述塑料嵌件间隔开距离。由此避免在所述车辆结构部件中出现应力集中。

优选地，所述车辆结构部件借助于所述金属元件与邻接的车辆结构材料锁合地、特别是通过点焊或粘接地相连接。由此能够实现将所述车辆结构部件可靠、持久地紧固在车辆结构上。

此外，本发明的目的通过一种用于制造如上所述的那样构成的车辆结构部件的方法来实现，其中，所述方法包括以下步骤：

a)提供模具模型，

b)加热纤维增强的至少一个第一塑料嵌件和纤维增强的至少一个第二塑料嵌件，

c)使所述至少一个第一塑料嵌件和所述至少一个第二塑料嵌件成型，

d)将成型的所述至少一个第一塑料嵌件和成型的所述至少一个第二塑料嵌件插入到模具模型中，

e)利用塑料来注塑包封所述塑料嵌件，并且

f)通过在步骤e)中的注塑包封和/或通过紧固装置将至少一个金属元件这样安装到所述车辆结构部件上，使得至少一个塑料嵌件突出穿过在所述金属元件中的留空部。

通过这种方法能实现大批量地制造按照本发明的车辆结构部件。

所述模具可以包括至少一个上模和至少一个下模，其中，所述至少一个纤维增强的第一塑料嵌件这样插入到所述上模中并且所述至少一个纤维增强的第二塑料嵌件这样插入到所述下模中，使得所述塑料嵌件抵靠在模具件的内表面上。由此，所述塑料嵌件在注塑之后形成所述车辆结构部件的外表面的至少一部分。

所述上模和下模分别包括用于从侧面在纤维增强的塑料嵌件之间进行嵌接的嵌接装置。所述嵌接装置具有互补的形状，该互补的形状作为喷射释放区具有相对于彼此预先确定的错位，其中，塑料被喷射到所述喷射释放区中。

附图说明

本发明的其他特征和优点由以下描述以及由所参考的以下附图得出。图中：

图1以底视图示出按照本发明的车辆结构部件，

图2以前视图示出图1中的车辆结构部件，

图3以俯视图示出图1中的车辆结构部件，

图4以侧视图示出图1中的车辆结构部件，

图5示出车辆结构部件的沿着在图2中的线A-A的剖面，

图6示出车辆结构部件的沿着在图2中的线B-B的剖面，

图7示出车辆结构部件的在图1中以C表示的区域的细节视图，

图8示出车辆结构部件的在图3中以D表示的区域的细节视图，

图9示出沿着在图8中的线E-E的剖面，

图10示出沿着在图9中的线G-G的剖面，

图11示出车辆结构部件的等轴视图，

图12示出在图11中以F表示的区域的另一细节视图，

图13示出按照本发明的另一车辆结构部件，以及

图14示出图13中的车辆结构部件的细节视图。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的车辆结构部件10。

所述车辆结构部件10例如是一种支撑件、特别是一种在车辆横向方向上将左车顶框架与右车顶框架彼此相连接的车顶横向结构部件。在图1至图12中示出的车辆结构部件10的实施方式是车顶弓形架。

所述车辆结构部件10构成为混合式构件并且具有由短纤维增强的热塑性塑料制成的注塑肋结构12，并且在纵向侧的端部上分别具有一个金属元件14。所述注塑肋结构12基本上给车辆结构部件10提供了其形状。此外，使用塑料在车辆重量方面是有利的。通过金属元件14可以利用已知的生产方法、例如通过点焊将车辆结构部件10连接到车辆车身上。为此目的，所述金属元件14的一个区域没有包围的注塑肋结构12。

所述金属元件14例如可以是插入部件、特别是钢板，所述插入部件被注塑肋结构部分地注塑包封并且因此与所述注塑肋结构12固定地相连接。为此目的，所述金属元件14具有留空部16，所述留空部在随后的附图中、例如在图6中可见。这些留空部16被注塑肋结构12的塑料填充。在留空部16的区域中，在注塑肋结构12中设置有延深部18(参见图1)，以便避免材料堆积。这样的材料堆积可能导致在制成的构件中的凹陷点。

替代地，金属元件14可以通过材料锁合、摩擦锁合和/或形状锁合、特别是通过粘接、铆接和/或螺纹连接与注塑肋结构12相连接。

沿纵向方向看，车辆结构部件10、特别是注塑肋结构12具有多个加固接片20，所述加固接片横向于纵向方向相继延伸并且在车辆结构部件10的纵向方向上分别彼此间隔开距离。这设法使车辆结构部件10具有必需的稳定性。所述加固接片20基本上在车辆结构部件10的整个宽度上延伸、特别是在车辆结构部件10的整个宽度上延伸。在已装配状态下，车辆结构部件10的宽度沿车辆的纵向方向延伸。

此外，所述车辆结构部件10包括多个纤维增强的塑料嵌件22、23、特别是四个纤维增强的塑料嵌件22、23。这些塑料嵌件基本上沿着车辆结构部件10的纵向方向延伸并且被注塑肋结构12部分地包围并且嵌入到所述注塑肋结构中。在此，两个纤维增强的第一塑料嵌件22沿着车辆结构部件10的上侧延伸，并且两个纤维增强的第二塑料嵌件23沿着车辆结构部件的下侧延伸，如在图1和3中可见的那样。

特别是所述纤维增强的塑料嵌件22这样设置，使得所述纤维增强的塑料嵌件形成一个型材，其中，注塑肋结构12至少部分地设置在所述塑料嵌件22之间。所述纤维增强的塑料嵌件22优选是具有连续纤维材料的纤维束。

金属元件14在其整个表面上与纤维增强的塑料嵌件22、23间隔开距离。

在横剖面中看，注塑肋结构12的加固接片20相对于塑料嵌件22、23以及相对于彼此成角度地延伸。

此外，在横剖面中看，每至少两个相邻的加固接片20与所述塑料嵌件22、23之一形成一个局部的加固单元。因此，所述车辆结构部件10具有桁架式的结构，所述结构能实现在车辆结构部件10中的特别好地力分布。

按照一种变型方案，所述车辆结构部件10可以具有另外的金属的插入件、例如插入件24，所述插入件沿车辆结构部件10的纵向方向在所述两个金属元件14之间、特别是邻接到所述金属元件14上地延伸。所述插入件24具有在车辆结构部件10的俯视图中露出的面26，该面可以被涂漆。所述插入件24可以用于紧固另外的车辆组件。

图5示出了车辆结构部件沿着在图2中示出的剖切线A-A的剖面。

在该示图中示出了纤维增强的塑料嵌件22、23的布置结构和形状。

所述塑料嵌件22、23特别是设置在车辆结构部件10的边缘区域中。仅仅一个塑料嵌件22略微向内错位，因为在车辆结构部件10的上侧上的边缘区域上已经设置有金属的插入件24。

图6示出了沿着在图2中示出的线B-B的剖面。在该剖面视图中可以看到金属元件14的留空部16，所述留空部被注塑肋结构12的塑料材料填充、特别是注塑包封。

从图5和图6中可以清楚地看到，所述纤维增强的塑料嵌件22、23具有变化的横截面。在车辆结构部件10的中间区域中，塑料嵌件22、23具有基本上矩形的横截面。在边缘区域中、特别是在设置有金属元件的区域中，所述横截面匹配于车辆结构部件10的被整平的几何结构并且匹配于金属元件14的几何结构，这样使得塑料嵌件22、23与金属元件14彼此间隔开距离。特别是金属元件14在其整个表面上与塑料嵌件22、23间隔开距离。

图7以细节视图C再次示出了在注塑肋结构12与金属元件14之间的连接部。金属元件14具有露出的连接区域28，该连接区域没有被注塑肋结构12包围。附加地，金属元件14的多个圆形的面30、32、34从注塑肋结构12露出。在这些面30、32、34上以及在连接区域28中例如可以设置焊点。

图8以细节视图D示出了插入件24的几何结构，其中，注塑肋结构12被透明地示出。所述插入件24具有带有侧凹部38的T形接片36。所述接片36被注塑肋结构12的塑料注塑包封，从而插入件24由于侧凹部38被固定地锚固在注塑肋结构12中。

图9示出了插入件24沿着线E-E的剖面。在边缘区域中、特别是在接片36的区域中，所述插入件24向内弯曲。在此，所述接片36平行于插入件24的主面40延伸，然而向内错位。由此，插入件24的面40向外可以没有注塑肋结构12，而接片36被锚固在注塑肋结构12中并且因此所述插入件24固定在车辆结构部件10上。

图10示出了沿着在图7中示出的线G-G的剖面。所述剖面沿着车辆结构部件的纵向方向延伸。在该示图中可以看出，所述纤维增强的塑料嵌件22突出穿过在金属元件14中的留空部16之一(参见带括号的右边的留空部)。其余的留空部16仅被注塑肋结构12的塑料填充。按照这种方式，在车辆横向负荷的情况下，力可以特别良地从车辆结构部件10传递到周围的车辆结构上。在右边的留空部16中也可以看到，所述留空部16的边缘被注塑肋结构12的塑料接触，使得所述塑料形成一种从金属边缘至预制的塑料嵌件22的桥接部，该塑料嵌件在该区域中伸入并且穿过所述留空部16。塑料嵌件22因此不接触元件14。

图11和12补充地示出了车辆结构部件10的等轴视图和另一细节视图。

在图13和14中示出的车辆结构部件10的实施方式是后窗框架。原则上，车辆结构部件10在该实施方式中与在图1至12中所述的一样地构造，仅仅几何结构相应地匹配于在尾部区域中的车辆结构。为了能实现尾部盖板连接部，所述车辆结构部件10、特别是金属元件14具有附加的露出的区域42、亦即没有注塑肋结构12的区域。

所述车辆结构部件可以借助于金属元件14与邻接的、未示出的车辆结构材料锁合地、特别是通过点焊或粘接地相连接。

为了制造车辆结构部件10，将纤维增强的塑料嵌件22、23和金属元件14插入到模具中，更确切地说这样插入，使得至少一个塑料嵌件22、23穿过金属元件14的留空部16，但是相对于元件14具有间隙。接着，所述塑料嵌件22、23与金属元件14一起被注塑包封，其中，在此填充所述间隙。替代地，所述金属元件14可以在注塑工序之后才例如通过粘接、螺纹连接或铆接安装在车辆结构部件10上。

所述塑料嵌件22、23在先前的工序步骤中加热和成型。

Claims (12)

1.车辆结构部件(10)，包括：纤维增强的一对第一塑料嵌件(22)和纤维增强的一对第二塑料嵌件(23)，所述一对第一塑料嵌件(22)和所述一对第二塑料嵌件(23)在所述车辆结构部件(10)的纵向方向上延伸，所述一对第一塑料嵌件(22)沿着车辆结构部件(10)的上侧延伸，并且所述一对第二塑料嵌件(23)沿着车辆结构部件的下侧延伸；注塑肋结构(12)，所述一对第一塑料嵌件(22)和所述一对第二塑料嵌件(23)被注塑肋结构(12)部分地包围并且嵌入到所述注塑肋结构中；以及至少一个金属元件(14)，通过所述金属元件形成所述车辆结构部件(10)的连接区域(28)，其中，所述一对第一塑料嵌件(22)和所述一对第二塑料嵌件(23)之中的至少一个塑料嵌件突出穿过在所述金属元件(14)中的留空部(16)。

2.按照权利要求1所述的车辆结构部件(10)，其特征在于，所述至少一个金属元件(14)构造为插入部件，所述插入部件具有多个被塑料填充的留空部(16)。

3.按照权利要求1或2所述的车辆结构部件(10)，其特征在于，所述至少一个金属元件(14)通过材料锁合、摩擦锁合和/或形状锁合与所述注塑肋结构(12)相连接。

4.按照权利要求1或2所述的车辆结构部件(10)，其特征在于，所述注塑肋结构(12)在横剖面中看具有相对于所述一对第一塑料嵌件(22)和所述一对第二塑料嵌件(23)并且相对于彼此成角度地延伸的加固接片(20)。

5.按照权利要求1或2所述的车辆结构部件(10)，其特征在于，在横剖面中看，每至少两个相邻的加固接片(20)与所述一对第一塑料嵌件(22)和所述一对第二塑料嵌件(23)中的一个塑料嵌件形成局部的加固单元。

6.按照权利要求1或2所述的车辆结构部件(10)，其特征在于，在所述车辆结构部件(10)的纵向方向上，多个加固接片横向于所述纵向方向相继延伸。

7.按照权利要求6所述的车辆结构部件(10)，其特征在于，所述加固接片在所述车辆结构部件(10)的纵向方向上分别彼此间隔开距离地设置。

8.按照权利要求1或2所述的车辆结构部件(10)，其特征在于，所述注塑肋结构(12)具有短纤维增强的热塑性塑料和/或所述一对第一塑料嵌件(22)和所述一对第二塑料嵌件(23)具有连续纤维材料。

9.按照权利要求1或2所述的车辆结构部件(10)，其特征在于，所述金属元件(14)在其整个表面上与所述一对第一塑料嵌件(22)和所述一对第二塑料嵌件(23)间隔开距离。

10.按照权利要求1或2所述的车辆结构部件(10)，其特征在于，所述车辆结构部件(10)借助于所述金属元件(14)与邻接的车辆结构材料锁合地相连接。

11.按照权利要求1或2所述的车辆结构部件(10)，其特征在于，所述车辆结构部件(10)借助于所述金属元件(14)与邻接的车辆结构通过点焊或粘接相连接。

12.用于制造按照权利要求1至11之一所述的车辆结构部件(10)的方法，包括以下步骤：

a)提供模具模型，

b)加热纤维增强的一对第一塑料嵌件(22)和纤维增强的一对第二塑料嵌件(23)，

c)使所述一对第一塑料嵌件(22)和所述一对第二塑料嵌件(23)成型，

d)将成型的所述一对第一塑料嵌件(22)和成型的所一对第二塑料嵌件(23)插入到模具模型中，

e)利用塑料来注塑包封所述一对第一塑料嵌件(22)和所述一对第二塑料嵌件(23)，并且

f)通过在步骤e)中的注塑包封和/或通过紧固装置将至少一个金属元件(14)安装到该车辆结构部件(10)上，使得所述一对第一塑料嵌件(22)和所述一对第二塑料嵌件(23)之中的至少一个塑料嵌件突出穿过在所述金属元件(14)中的留空部(16)。

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