CN116888036A - 用于车辆主体的复合式车顶横梁构件以及用于对包括复合式车顶横梁构件的车辆主体电泳涂覆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于车辆主体的复合式车顶横梁构件。该复合式车顶横梁构件包括至少一个金属梁部件和至少一个CFRP部件。车顶横梁构件可连接到车辆主体的其余部分，使得由车辆主体的其余部分施加在车顶横梁构件上的张力负荷主要或仅由金属梁部件来承载。本发明还涉及一种用于对包括复合式车顶横梁构件的车辆主体电泳涂覆的方法。
Description
本发明涉及一种用于车辆主体的复合式车顶横梁构件。该复合式车顶横梁构件包括至少一个金属梁部件和至少一个CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer，碳纤维增强复合材料)部件。车顶横梁构件可以连接到车辆主体的其余部分，使得在烘烤室内部进行电泳涂覆(e-coating)干燥过程期间，由车辆主体的其余部分施加在车顶横梁构件上的张力负荷主要或仅由金属梁部件来承载。本发明还涉及一种用于对包括复合式车顶横梁构件的车辆主体电泳涂覆的方法。
本领域已知的车顶横梁构件连接到车辆主体或车辆主体的其余部分，以形成车辆的主体结构。车辆的主体结构可以理解为包括诸如车顶横梁构件、支柱、梁等部件，这些部件是车辆主体结构所必需的。车顶横梁构件可以以是所述主体结构的一部分，同时也是车顶的组成部分。
一旦车辆主体结构在车辆的制造过程期被组装，该主体结构将经过作为电泳涂覆过程的一部分的烘烤室过程并且将被加热到约180℃，以干燥或固化在电泳涂覆过程期间施加的涂料。在车辆主体中使用的不同材料(例如铝、钢或CFRP)表现出热膨胀系数的显著差异，这可能会导致在电泳涂覆过程的烘烤室过程期间的热变形以及接头和零件故障。
具体地，由于车辆主体的侧部结构的膨胀和收缩，车顶横梁构件可能会承受张力负荷和/或压力负荷。已知的CFRP车顶横梁构件可能在电泳涂覆之后或期间，或者更确切地说，在电泳涂覆过程的烘烤室过程期间或之后出现永久变形。这是因为烘烤室温度远高于标准环氧树脂的玻璃化转变温度Tg。因此，横梁构件可能会软化，并且在很大程度上失去其刚度。施加到横梁构件的负荷然后可能会使横梁构件的结构变形和/或损坏。此外，如果车顶横梁构件的CFRP部件通常接合到车辆主体或者特别地车顶横梁构件的Al(铝)结构或钢结构，也可能发生接头故障。
为了将CFRP部件整合在车辆主体结构中，对现有的制造过程，特别地是涂装车间中的干燥/固化过程或烘烤室过程进行调整，使得采用步进式温度分布并降低最高烘烤室温度。这些改变成本高并且需要更多的投资，包括更大的烘烤室面积和更长的加工总时间。因此，将CFRP部件成本有效地整合在车辆主体结构中是不可能的或者是有问题的。
本发明的目的是克服这些困难，并且在不改变现有的制造参数(特别地是烘烤室或固化过程)且不使用昂贵的环氧树脂的情况下，在车辆制造主体车间中将CFRP车顶横梁构件或车顶弓梁(roof bow)成功地整合到车辆主体中。
这一目标通过根据权利要求1的复合式车顶横梁构件以及根据权利要求10的用于对包括复合式车顶横梁构件的车辆主体电泳涂覆的方法来实现。本发明的优选实施例以从属权利要求为准。
根据权利要求1，提供了一种用于车辆主体的复合式车顶横梁构件。该复合式车顶横梁构件包括至少一个金属梁部件和至少一个CFRP部件。车顶横梁构件可连接到车辆主体或车辆主体的其余部分，使得由车辆主体施加在车顶横梁构件上的张力负荷主要或仅由金属梁部件来承载。显然，只有在一定范围内的张力负荷可以主要或完全由金属梁部件来承载，因为过多的负荷可能使得金属梁部件伸长，这进而会增加由复合式车顶横梁构件的CFRP部件承载的负荷的比例。
由车辆主体施加在车顶横梁构件上的张力负荷可能发生在固化过程或烘烤室过程期间，在这些过程期间，复合式车顶横梁构件与车辆主体的其余部分一起被加热到高于CFRP部件的环氧树脂的玻璃化转变温度Tg的温度。加热的部件可能会发生不同的膨胀，这取决于它们各自的材料的热膨胀系数，从而使得车辆主体侧部结构可能对复合式车顶横梁构件施加一力。实际上，车辆主体侧部结构可能对复合式车顶横梁构件施加一张力负荷。
根据本发明，车辆主体的主体侧部结构的膨胀被车顶横梁构件的金属梁部件抵消，而CFRP部件不承受负荷，并且因此不会发生任何实质变形。因此，通过在车顶横梁构件内部使用金属梁部件，可以避免由于车辆主体侧部结构膨胀而引起的CFRP横梁构件的变形，或者更确切地说是车顶横梁构件的CFRP部件的变形。在车顶横梁构件的电泳涂覆干燥/固化过程期间，金属梁部件承受来自车辆主体结构的负荷并且支撑CFRP部件并因此支撑整个车顶横梁构件。根据本发明，车顶横梁构件可以在车身制造车间中组装并进行电泳涂覆，而无需改变现有的制造过程，也无需使用昂贵的高温树脂。
在本发明的一优选实施例中，金属梁部件和CFRP部件可以通过相同的连接器件，特别地是相同的紧固件(诸如至少一个螺栓连接件和/或铆接连接件)连接到车辆主体。因此，各个部件的连接可以同时是成本效益的且简单的。
在本发明的另一优选实施例中，金属梁部件仅通过连接器件连接到CFRP部件。仅使用相同的连接器件将复合式车顶横梁构件的至少一些部件彼此连接以及将整个复合式车顶横梁构件连接到车辆主体，以提供简化复合式车顶横梁构件的构造的另一种方法。
在本发明的另一优选实施例中，复合式车顶横梁构件包括至少一个连接器(特别地是钢连接器)，用于将车顶横梁构件连接到车辆主体。可以以使用位于复合式车顶横梁构件的相对两个端部上的两个连接器。这些连接器可以彼此对称并且/或者它们可以在一侧上与CFRP部件接触，而在另一侧上与车辆主体的其余部分接触。
在本发明的一特别优选实施例中，连接器、金属梁部件和CFRP部件仅通过连接器件连接。所提及的部件例如可以包括用于插入作为连接器件的螺栓的对准的通孔。
在本发明的另一优选实施例中，金属梁部件位于CFRP部件内部。金属梁部件可以由CFRP部件至少部分包围或全部包围。
在本发明的另一优选实施例中，金属梁部件包括至少两个铝梁和/或镁梁，特别地包括两个相同的、和/或正好两个、和/或平行的和/或挤出成型的铝梁和/或镁梁。
在本发明的另一优选实施例中，CFRP部件包括两个CFRP构件，特别地正好两个，即上部构件和下部构件。金属梁部件可以夹在上部构件与下部构件之间。可替代地，可以使用其他金属。术语“铝”和“镁”可以是指所有常用的铝合金。
在本发明的一特别优选实施例中，下部构件包括槽状部分，并且金属梁部件位于槽状部分内部。槽状部分可以沿着复合式车顶横梁构件的纵向方向定向，其中复合式车顶横梁构件的纵向方向对应于车辆主体的横向方向。
本发明还涉及一种用于对包括根据权利要求1至9中任一项的复合式车顶横梁构件的车辆主体电泳涂覆的方法。根据该方法，一旦将涂层施加到车辆主体，就在烘烤室中加热该车辆主体，使得保持温度分布恒定并且维持最高烘烤室温度，而不考虑CFRP部件的环氧树脂的玻璃化转变温度。因此，不必采用步进式温度分布，并且最高烘烤室温度可以高于廉价的环氧树脂的玻璃化转变温度。在加热过程的大部分时间内，温度分布可以保持恒定。
本发明的其他特征、细节和优点在权利要求、附图的以下描述以及附图本身中公开。附图示出了：
图1：复合式车顶横梁构件的分解图；
图2：复合式车顶横梁构件的一部分的分解图；
图3a：处于组装状态下的复合式车顶横梁构件的一部分；
图3b：处于组装状态下的复合式车顶横梁构件的截面图；以及
图4：处于组装状态下的复合式车顶横梁构件的不同截面图。
图1示出了复合式车顶横梁构件的分解图。复合式车顶横梁构件包括至少一个金属梁部件1和至少一个CFRP部件2。车顶横梁构件可以连接到车辆主体，使得由车辆主体施加在车顶横梁构件上的张力负荷主要或仅由金属梁部件1来承载。车辆主体未在图1中示出。
金属梁部件1和CFRP部件2可以通过相同的连接器件，特别地是相同的紧固件(诸如至少一个螺栓连接件和/或铆接连接件)连接到车辆主体。金属梁部件1可以仅通过连接器件连接到CFRP部件2。连接器件未在图1中示出，然而，用于插入连接器件的通孔3在复合式车顶横梁构件的各个部件中是可见的。
复合式车顶横梁构件包括至少一个连接器6(特别地是钢连接器6)，用于将车顶横梁构件连接到车辆主体。在图1的实施例中，两个钢连接器6示出为在复合式车顶横梁构件的沿纵向方向的相对的两个端部上。复合式车顶横梁构件的纵向方向对应于车辆主体的横向方向。
复合式车顶横梁构件可以设计成使得连接器6、金属梁部件1和CFRP部件2仅通过连接器件(诸如螺栓和/或盲孔铆钉)连接。可替代地，例如CFRP部件2与金属梁部件1之间的附加连接可以以例如黏合剂连接的形式来提供。
在图1的实施例中，金属梁部件1正好包括两个铝梁。可替代地，可以使用更多或更少的金属梁来形成金属梁部件1。从图1中显而易见的是，术语部件可以从广义上理解，并且形成金属梁部件1的各个梁不必彼此直接接触。
金属梁示出为相同且彼此平行。然而，可以使用不同尺寸的梁并且/或者梁可以定向成彼此不平行。梁可以是挤出成型的梁。金属梁可以包括位于其纵向端部处的倒角边缘，使得金属梁在其下部部分处(附图中示出为在其底侧处)沿纵向方向进一步延伸。梁的下部部分可以包括用于插入紧固器件的通孔，所述紧固器件未在附图中示出。
CFRP部件2包括两个CFRP构件，即上部构件4和下部构件5。上部构件4的表面积可以大于下部构件5的表面积。
图2是复合式车顶横梁构件的一部分的分解图。金属梁部件1和CFRP部件2可以通过相同的连接器件连接到车辆主体。为此目的，下部构件5、金属梁部件1和连接器6均包括通孔3，紧固件(诸如至少一个螺栓和/或铆钉)可以穿过该通孔插入。上部构件4包括上部部分21，用于在复合式车顶横梁构件的组装状态下容纳金属梁部件1。
下部构件5包括槽状部分，并且金属梁部件1可以位于该槽状部分内部。槽状部分包括中央平坦部分24，该中央平坦部分与横向边缘22间隔开并且朝向下部构件5的内部。下部构件5的横向边缘22可以定位成与中央平坦部分24相邻且高于该中央平坦部分。在复合式车顶横梁构件的组装状态下，金属梁部件1可以位于横向边缘22上。
图3a示出了处于组装状态下的复合式车顶横梁构件的一部分，并且图3b示出了处于组装状态下的复合式车顶横梁构件的对应的截面图。在组装状态下，金属梁部件1位于CFRP部件2内部，即位于CFRP部件2的上部构件4与下部构件5之间。图3b的截面定位成与复合式车顶横梁构件的纵向端部间隔开，如金属梁部件1与下部构件5之间的一间隙所示。
下部构件5包括一个中央平坦部分24，该中央平坦部分可以由两个倾斜部分25界定。金属梁部件1可以位于中央平坦部分24上方并且位于两个倾斜部分25之间。倾斜部分25可以定向为与中央平坦部分24垂直或者相对于中央平坦部分成另一角度。
每个倾斜部分25可以由接触部分26界定，下部构件5可以通过接触部分26连接到上部构件4。接触部分26可以与上部构件4的位于接触部分正上方的部分平行地对准。
上部构件4可以包括至少一个窄平坦部分27，该窄平坦部分可以与金属梁部件1平行地对准。窄平坦部分27可以与上部构件4的上部部分21相邻。上部部分21可以位于窄平坦部分27上方，并且可以形成上部构件4的最上部部分。在图3b的实施例中，两个窄平坦部分27示出为对应于金属梁部件1的两个梁。
金属梁部件1的两个梁可以以比梁的宽度更大的距离彼此间隔开。在图3b中，梁的宽度可以理解为其水平范围。梁可以具有如图3b中所示的矩形截面。
图4示出了处于组装状态下的复合式车顶横梁构件的不同截面图。该截面对应于复合式车顶横梁构件的一位置，在该位置中横向边缘22与梁部件1接触。上部构件4、下部构件5和连接器6示出为在下部构件5的接触部分26的区域中彼此紧密接触。下部构件5在该位置处被夹在上部构件4与连接器6之间。
梁部件1、下部构件5和连接器6中的通孔3示出为彼此对准。连接器件(诸如螺栓/或盲孔铆钉)可以通过通孔3插入，以用于将这些部件彼此连接并且将这些部件连接到车辆主体侧部结构。主体结构和连接器件未在附图中示出。
在图4中所示的截面中，即复合式车顶横梁构件处于横向边缘22与梁部件1接触的位置中，上部构件4可以具有平坦的结构，而不是图3b中示出的上部部分21中的任一者。
本发明还涉及一种用于对包括复合式车顶横梁构件的车辆主体电泳涂覆的方法，如以下所述。在将涂层施加到车辆主体之后，在烘烤室中加热包括复合式车顶横梁构件的车辆主体，以用于固化该涂层。
由于复合式车顶横梁构件的构造使得其在被施加应力和高温时不易变形，因此该复合式车顶横梁构件可以使用简化的电泳涂覆过程以及特别地简化的固化过程。根据本发明，在固化期间，保持温度分布恒定并且保持最高烘烤室温度，而不考虑CFRP部件2的环氧树脂的玻璃化转变温度。最高温度可以远高于CFRP部件2的环氧树脂的玻璃化转变温度，这是因为CFRP部件2在高温固化过程期间不受应力。
本发明不限于当前描述的实施例，而是可以以不同的方式改变。权利要求书、说明书和附图中限定的所有特征(包括构造细节、空间布置)可以与本发明有关。
【附图标记】
1金属梁部件
2CFRP部件
3通孔
4上部构件
5下部构件
6连接器
21 上部部分
22 横向边缘
24 中央平坦部分
25 倾斜部分
26 接触部分
27 窄平坦部分
Claims (10)
1.一种用于车辆主体的复合式车顶横梁构件，包括至少一个金属梁部件(1)和至少一个CFRP部件(2)，其特征在于，所述车顶横梁构件能连接到车辆主体，使得由所述车辆主体施加在所述车顶横梁构件上的张力负荷主要或仅由所述金属梁部件(1)来承载。
2.根据权利要求1所述的复合式车顶横梁构件，其特征在于，所述金属梁部件(1)和所述CFRP部件(2)能通过相同的连接器件连接到所述车辆主体，相同的所述连接器件特别地是诸如至少一个螺栓连接件和/或铆接连接件的相同的紧固件。
3.根据权利要求2所述的复合式车顶横梁构件，其特征在于，所述金属梁部件(1)仅通过所述连接器件连接到所述CFRP部件(2)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的复合式车顶横梁构件，其特征在于，所述复合式车顶横梁构件包括用于将所述车顶横梁构件连接到所述车辆主体的至少一个连接器(6)，所述连接器特别地是钢连接器(6)。
5.根据权利要求2和4所述的复合式车顶横梁构件，其特征在于，所述连接器(6)、所述金属梁部件(1)和所述CFRP部件(2)仅通过所述连接器件连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的复合式车顶横梁构件，其特征在于，所述金属梁部件(1)位于所述CFRP部件(2)内部。
7.根据前述权利要求中任一项所述的复合式车顶横梁构件，其特征在于，所述金属梁部件(1)包括至少两个铝梁和/或镁梁，特别地是两个相同的、和/或正好两个、和/或平行的和/或挤出成型的铝梁和/或镁梁。
8.根据前述权利要求中任一项所述的复合式车顶横梁构件，其特征在于，所述CFRP部件(2)包括两个CFRP构件，特别地正好包括两个CFRP构件，即上部构件(4)和下部构件(5)。
9.根据权利要求8所述的复合式车顶横梁构件，其特征在于，所述下部构件(5)包括槽状部分，并且所述金属梁部件(1)位于所述槽状部分内部。
10.一种用于对包括根据前述权利要求中任一项所述的复合式车顶横梁构件的车辆主体电泳涂覆的方法，其特征在于，在已经将涂层施加到所述车辆主体之后，在烘烤室中加热所述车辆主体，使得保持温度分布恒定并且维持最高烘烤室温度，而不考虑所述CFRP部件(2)的环氧树脂的玻璃化转变温度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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