CN1412466A - 用于框架结构的合成结构制品 - Google Patents

Abstract

描述了合成结构制品，最好是金属和热塑材料的合成结构制品。合成结构制品包括：(a)至少一个强化零件(2)，具有尺寸确定的开口(20)；和(b)至少三个成型零件(1、3、4)。每个成型零件(1、3、4)的部分与强化零件(2)的部分互锁连接。所述成型零件(1、3、4)的至少两个具有末端部分，每个末端部分具有突起区域(5)，与强化零件(2)尺寸确定的开口(20)互锁接合，从而强化零件(2)的部分至少部分包围突起区域(5)。通过与强化零件(2)互锁连接的每个区域中注入的热塑材料(10、11、12、13)，成型零件(1、3、4)进一步连接到强化零件(2)上。此外，一个成型零件(3)与至少两个所述成型零件(1、4)的关系为(i)邻接关系和(ii)互锁关系的至少一个。可以包括根据本发明的合成结构制品，包括例如机动车辆、电动车辆和家庭电器。

Description

用于框架结构的合成结构制品

相关专利申请的交叉参考文献

本专利申请根据35U.S.C.第119节(a)-(d)，要求2001年10月8日申请的德国专利申请第10149522.6号的优选权。

技术领域

本发明涉及塑料-金属合成结构零件，及其在框架结构中的应用。本发明特别涉及通过组装成型零件而生产的合成结构零件，其中成型零件由高强度高刚性的合成结构零件制成，特别是塑料-金属混合结构，其中通过热塑浇筑合成材料的形成与成型，来实现成型零件的组装和合成结构零件的生产。在这个过程中生产的合成结构零件，它们具有高强度和高刚性材料(例如钢或合成材料)，它们在热塑材料的辅助下组装起来，并且另外通过肋或实心壁保持在适当位置上，并支撑为适当的形状。

背景技术

高承载支持部件、成型零件、板材等的高强度接头，通常用于汽车和机器的生产中。在这种连接中，主要使用钢或铝的支持零件，它们在连接区域彼此焊接或粘合。为了提供连接位置的进一步强化，连接位置此后也被称为节点，在结构中典型地结合了交叉支架，或者采用例如将铝进行模铸的铸造接头。进一步能够使用半成品，包括合成材料(通过长玻璃纤维强化的塑料)，它们通常彼此连接。这些半成品合成材料通常形成层压制品，具有连接零件，从而彼此连接，其中连接零件包括相似的合成材料。

实际上，现有技术使用的这些过程具有缺点，即组装过程耗费时间，并且只允许有限尺寸的精度，并且在大量生产中只允许有限的重复性。如果交叉支架用于为连接零件提供另外的加固，那么交叉支架通常必须是厚壁类型的(1-3mm)，从而防止由于膨胀或弯曲导致的机械故障。在汽车工业中，轿车生产使用的金属板的典型壁厚为0.7-1.2mm，摩托车生产使用的金属板的典型壁厚为0.7-3mm。这增加了结构零件的重量，这与生产者的期望相反，在车辆的生产中更是特别如此。

发明内容

由此，本发明的目的是提供合成结构零件，它具有背景部分中阐述那些类型的节点，允许支持零件和板材的高强度和高刚性连接，并且允许将半成品与结构零件部分经济地组装成结构部件。同样，应当以高的尺寸精度和重复性完成连接零件的生产。特定的目的是在注塑工具中布置成型零件，从而可以通过简单的滑动操作通过工具中的塑料强化，然后容易地从工具上取下来。由此简化各种广泛不同应用中的框架结构的生产过程。

根据本发明实现这个目的，其中高强度材料的强化零件用于连接成型零件，并且用于强化合成结构零件，所述零件以互锁方式布置在连接区域(成型零件的连接部分)。然后，连接区域提供有热塑材料，将所有独立零件结合到一起，并且防止连接区域中高强度独立零件的早期膨胀或弯曲。根据本发明进一步实现这个目的，其中至少两个成型零件在其末端具有突起区域，其末端被强化零件包围。

根据本发明，提供了合成结构制品，包括：

(a)至少一个强化零件(2)，具有尺寸确定的开口(20)；和

(b)至少三个成型零件(1、3、4)，

其中

每个成型零件的一部分与所述强化零件(2)的一部分互锁连接，

两个所述成型零件至少具有末端部分，每个具有突起区域(5)，其中突起区域(5)与所述强化零件(2)确定尺寸的开口互锁接合，从而所述强化零件(2)的一部分至少部分地围绕所述突起区域(5)，

在与所述强化零件(2)互锁连接的每个区域，通过注入热塑材料(10、11、12、13)，所述成型零件进一步连接到所述强化零件(2)上，并且

一个所述成型零件(3)与至少两个所述成型零件(1、4)的关系为(i)邻接关系和(ii)互锁关系的至少一个。

本发明的特点特别在权利要求书中指出，并且权利要求书附加到这项发明中，并且形成其一部分。从后面的具体描述和附图中，将更充分理解本发明的这些和其它特点、其运行优点和通过其使用而得到的特定目的，在附图中说明并描述了本发明的优选实施例。

除了在例子中或另外说明之外，在说明书或权利要求书中使用的所有数字或符号，如表示结构尺寸的那些等，在任何情况下都理解为使用术语“大约”来进行修改。

附图说明

图1是成型零件(1)的典型示图，具有位于末端的突起区域(5)，成型剖面(6)和成型边缘(7)；

图2是图1的成型零件(1)的典型后视图；

图3是强化零件(2)的典型透视图，在成型末端具有成型边缘(7)，支架(15)和成型零件(或部分)(8)；

图4是强化零件(2)与成型零件(1)组装的典型透视图，其中成型末端(5、8)交叉，并且图4包括说明，指示了成型零件的拆卸方向(9)；

图5是在具有注塑材料的合成结构零件中，强化零件(2)与所有成型零件(1、3和4)组装的典型示意图，其中注塑材料为肋(13)形式的，注塑密封的成型边缘(10)，无浇道(sprueless)注塑零件(12)，和成型边缘(7)上的肋包围(11)；

图6是图5的合成结构零件从上面看的典型透视图，它包括图示说明的成型零件轮廓(14)；

图7是图5的合成结构零件从下面看的典型透视图，说明了成型零件(3)的成型边缘(7)与横向成型零件(1、4)的互锁连接；

图8是根据图5的合成结构零件从后面看的典型透视图，显示了强化零件(2)末端的支架(15)；

图9是成型零件(1、4、3)以及强化零件(2)之间的接触面的典型剖视图；而

图10显示了使用上述几个合成结构零件组装几个成型零件(1、2、3、4和16、17、18)，合成结构零件包括连接零件(1、2、3、4和13)和另外的成型零件(16、17、18)，使用贯穿注入的塑料铆钉(12)，成型零件边缘上注入的包围(10)和边缘零件上的肋包围(11)，形成摩托车的框架结构。

图10显示了上述合成结构零件的一种应用的整体视图，使用摩托车框架结构的例子来说明。通过成型零件1和4在成型零件3末端对称布置，可以得到从一个结构零件(成型零件3)到两个结构零件(成型零件1+4)的稳定的高强度过渡部分(参考图10)。此外使用强化零件2，它强化了单一成型零件与两个成型零件之间的过渡部分，并且使用了强化支架13，它强化了所有成型零件和过渡部分。通过另外使用成型零件16、17和18，来形成复杂的框架结构。所有成型零件在它们的边缘具有注入的包围(10)，贯穿注入的塑料铆钉(12)和肋包围11。此外，这个例子在成型零件3的顶部具有圆柱形凹陷19，可以容纳转向柱和宽的金属法兰20，其中金属法兰20允许将转向柱固定。

在图1-10中，相似的参考数字指示相同的零件和结构特性。

具体实施方式

本发明的说明书中的成型零件(例如1、3、4)，是任意剖面的塑料或金属彼此独立开放或封闭的成型零件(特别是开放成型零件)，其中最好是金属，特别是钢、铝或镁。最好选择开放的U型成型零件，或在其一端半封闭的帽型成型零件。成型零件最好具有0.3-3mm的壁厚，特别是0.5-2.5mm。

强化零件(例如2)为例如夹子、半硬壳结构、或其它成型零件的形式，只要是适合于组装结构零件部分和成型零件部分的形状，都可以用作高强度连接零件，并且特别是另外通过交叉支架，并且/或者最好通过进一步支持成型零件的方式彼此支持。它们围绕组装的成型零件和其它结构零件部分放置。强化零件用于强化并加固连接部分，并且设计与组装的成型零件和结构零件部分形成互锁连接。

强化零件最好包括金属，特别是钢、铝或镁，包括陶瓷材料或高强度塑料，特别是长纤维增强的热固材料或塑料，或用工业纤维增强的塑料。

强化零件最好特别形成为半硬壳结构。

为了对合成材料提供特别的强化，强化零件最好提供有另外的支持壁。

如果在优选的修改中，成型零件的突起区域做出与邻接它们的其它成型零件接触的区域，那么合成结构零件将特别稳定。

如果成型零件具有彼此独立的另外的强化区域(例如7)，那么合成结构零件的稳定性可以进一步提高。

在本发明进一步的优选修改中，彼此独立的成型零件和强化零件具有边缘，由热塑材料来覆盖。

设计优选的合成结构零件，从而成型零件安排在连接零件区域中的一个平面内。以这种方式得到成型零件的稳定结构，其中独立的支持零件过渡为两个支持零件，它们横向连接到所述支持零件上，并且在合成材料中可以实现轻的但高强度的刚性连接。

合成结构零件可以根据需要的应用，通过任意(或另外)的结构元件扩展。合成结构零件是优选的，其中在成型零件上注入其它塑料结构零件，特别是在从组中选择的结构零件上，其中组包括外壳、强化支架、弹簧扣(snap-actionhook)、(槽型)导线管、其它弹簧扣或可释放连接的凹陷、可插入支架或板的支架、或金属板、槽，特别是燃油箱的下半部分或储油箱的下半部分、和头盔支架(helmet)和/或存储空间的外壳，以及车身和车轮盖结构零件的外壳。

在另外的优选结构中，如果强化零件在连接部分区域形成一段，并且提供有成型零件，其中成型零件在喷射(或注入)热塑材料之前，推入或插入强化零件中，那么合成结构零件特别强。

在进一步的优选改进中，如果在成型零件和强化零件的重叠位置，在成型零件和/或强化零件中制出具有边缘的开口或孔(或穿孔)，热塑材料从开口或孔中突出，并且热塑材料(10)在其中固定，那么合成结构零件的稳定性可以提高。开口或孔或穿孔最好具有变形的边缘部分，例如提供有凹槽、边缘等。

在更进一步的优选实施例中，如果在所述成型零件和强化零件的重叠位置，在成型零件和/或强化零件中提供特定形状的区域(如凹槽)，特别是卷边或翻边，并且其中固定了热塑材料，那么合成结构零件的稳定性还可以提高。

非强化的或强化的或注入的塑料最好使用热塑材料，最好基于聚酰胺(PA)、聚酯，特别是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚烯烃，特别是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、苯腈共聚体，特别是丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚体(ABS)、聚碳酸脂(PC)、聚氧化丙烯(PPO)、(PSO)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、(PEE)、聚酮、间同立构聚苯乙烯(PS)或这些塑料可能的混合物。

合成结构零件特别变化的特点在于，强化零件的末端成型，从而能够在末端容纳其它成型零件和特别形成的零件(突起区域)。对于注塑过程，这些末端最好提供有倾斜区域，与其它倾斜零件不同。

合成结构零件的进一步改进，进一步包括强化零件末端的支架(例如倾斜区域)，其中强化零件靠在其它邻近的成型零件上，并且通过重叠开口、孔或钻孔(或穿孔)，可以选择使用凹槽，并且通过其间和其中注入热塑材料，而与其它成型零件连接。

在进一步的优选形状中，中间成型零件(3)具有成型边缘(7)，形成成型边缘(7)，而从下面产生与两个成型零件的另外的互锁连接，其中两个成型零件由强化零件包围。

对于根据本发明的合成结构零件的应用，本发明还提供其作为机器、车辆和所有类型结构零件的结构零件，特别是用于机动车辆、电动车辆、家庭电器、建筑材料、摩托车、自行车、踢水板、摩托车、自行车、脚踏车辆(如链传动车辆)、棚架、橱柜、厨房用品、洗衣机、干衣机、厨房用品(大的搅拌机)、复印机、打印机、扫描仪、电视架、写字台支架、计算机外壳、椅子、网球拍、活梯、打印机支架、车辆中的座椅、运输车辆(“ants”)、购物手推车、轿车、卡车、拖车、大篷车、三轮车(摩托车和自行车)、轮椅、车辆的杆/把手和水平控制臂中。

对于合成结构零件的应用，本发明还提供其作为结构零件，用于车辆，特别是门、保险杠、支持零件、轿车的前部和后部零件，门支持框架、A柱、B柱、C柱、空间框架零件、仪表板支架、后挡板支架、车顶框架、卡车框架、拖车框架、摩托车框架和后座扶手中。

本发明进一步提供了框架，用于摩托车、自行车、踢水板、摩托车、自行车、脚踏车辆(如链传动车辆)、棚架、橱柜、厨房表面材料、洗衣机、干衣机、厨房用品(大的搅拌机)、复印机、打印机、扫描仪、电视架、写字台支架、计算机外壳、椅子、网球拍、活梯、打印机支架、车辆中的座椅、运输车辆(“ants”)、购物手推车、轿车、卡车、拖车、大篷车、三轮车(摩托车和自行车)、轮椅、车辆的杆/把手和水平控制臂中，它们都包括根据本发明的合成结构零件。

后面在图示的帮助下，并且通过例子的方式，更具体地描述本发明，但这不会限制本发明。例子

在本发明的优选实施例中，合成结构制品是塑料-金属合成结构零件，其中金属成型零件1由帽型或U型剖面的钢板材料(0.5mm厚)形成(见图1)。在一端和/或在与进一步成型零件3和4连接的连接位置，成型零件1的这部分形成得比成型零件1的其它部分更深。在这个位置，比突起零件部分更深的“盆”5提供在成型零件1中(见图2)。这个盆5允许与强化零件2的开口20在大面积上互锁连接，其中强化零件是特别成型的金属成型零件(见图3)，从而形成与强化零件2的相对大的安装表面和更多的连接点。强化零件2在第一成型零件的末端具有完全匹配的成型边缘7、支架15和成型零件8，它们一起单向释放第一成型零件1。在连接零件的区域，成型零件1相对于强化零件2在其总轴上设置为大约90°(可以进行更大的变动)，并且可以在使用中例如作为导向框架而被插入。此外，成型零件1的开口方向相对于强化零件2旋转大约90°(见图4)。同样可以通过比这里说明的那些更复杂的框架结构，使用工具来处理零件。图4显示了强化零件2与成型零件1的组装，插入的成型末端5，和成型零件1和2的拆卸方向9。

图5是部分视图，显示了强化零件2与成型零件1和镜像对称的成型零件4的组装，同样显示了与其它U型金属成型零件的组装，来形成合成结构零件。通过注入成肋13形状的热塑材料(玻璃纤维强化的聚酰胺)、压塑的成型边缘10、在几个重叠开口12上的无浇道注入、和成型零件1、3、4上的肋包围11，它们彼此(并与强化零件2)连接，并且实际上机械地增强。

图6通过示意性说明的成型轮廓14，从上面显示了根据图5的合成结构零件的另一个视图。可以又一次清晰地看到强化零件2中成型零件1、3、4的配合及其彼此的连接。

图7从下面显示了根据图5的合成结构零件的又一个视图。这个视图再次清晰地显示了成型零件3的成型边缘7与侧面的成型零件1和4的互锁连接。还可以看到应用于第三成型零件的热塑材料的肋结构13。图8是详图，显示了侧面的成型零件1如何在开口12使用塑料铆钉连接，通过支架15连接到强化零件2上。

从图9的详图中还可以看到，成型零件1的突起区域5如何与邻接的成型零件3进行二维接触。

图10显示了上述合成结构零件一种应用的整个视图，使用了摩托车框架结构的例子来说明。在成型零件3的末端，通过对称布置成型零件1和4，可以得到从一个结构零件(成型零件3)到两个结构零件(成型零件1和4)的稳定的高强度过渡部分(参见图10)。此外，使用了强化零件2，它强化了单一成型零件与两个成型零件之间的过渡部分，并且使用了强化支架13，它强化了所有成型零件和过渡部分。通过另外使用成型零件16、17和18，形成了复杂的框架结构。所有的成型零件都在其边缘具有注入的包围(10)，具有贯穿注入的塑料铆钉(12)和肋包围11。此外，这个例子在成型零件3的顶部具有圆柱形凹陷19，成型零件3可以容纳转向柱和宽的金属法兰20，其中金属法兰20用于固定转向柱。

Claims (21)

1.一种合成结构制品，包括：

(a)至少一个强化零件，具有尺寸确定的开口；和

(b)至少三个成型零件，其中，

每个成型零件的部分与所述强化零件的部分互锁连接，

至少两个所述成型零件具有末端部分，每个具有突起区域，与所述强化零件的尺寸固定的开口互锁接合，从而所述强化零件的部分至少部分包围所述突起区域，

通过在与所述强化零件互锁连接每个区域注入的热塑材料，所述成型零件进一步连接到所述强化零件上，并且

一个所述成型零件与至少两个所述成型零件之间的关系，为(i)邻近关系与(ii)互锁关系的至少一个。

2.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于所述成型零件的每个独立地具有选自封闭或开放的剖面结构。

3.根据权利要求2的合成结构制品，其特征在于所述成型零件每个独立地具有选自圆形、矩形和U型的剖面结构。

4.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于从金属、陶瓷材料和高强度塑料中选择至少一种而制成所述强化零件。

5.根据权利要求4的合成结构制品，其特征在于金属从杠、铝、镁中选择至少一种；并且高强度塑料从热塑材料、长纤维强化的塑料和工业纤维强化的塑料中选择至少一种。

6.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于所述强化零件具有另外的强化肋。

7.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于两个所述成型零件的每个突起区域二维邻接接触其它成型零件。

8.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于每个所述成型零件独立地具有强化边缘。

9.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于每个所述成型零件和所述强化零件独立地具有压塑的塑料包围边缘。

10.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于在与所述强化零件连接的互锁区域，每个所述成型零件布置在一个平面内。

11.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于每个所述强化零件进一步独立地包括注塑材料，注塑材料形成至少下列之一：外壳；强化肋；弹簧扣；具有线导管的塑料结构；具有凹陷的塑料结构，其中凹陷容纳弹簧扣和可释放连接的至少一个；可插入板和可插入金属板材中至少一个的支架；槽型的塑料结构；车身的结构零件；车轮盖。

12.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于在热塑材料注入每个互锁连接部分之前，一段成型零件插入强化零件的尺寸确定的开口中，并且具有突起区域的每个成型零件的突起区域插入所述强化零件尺寸确定的开口中。

13.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于所述强化零件和每个所述成型零件具有穿孔，其边缘实际上对准所述强化零件与所述成型零件的每个互锁连接区域，并且注入互锁连接区域的热塑材料部分从实际上对准的穿孔中延伸，由此将每个所述成型零件互锁地连接到所述强化零件上。

14.根据权利要求13的合成结构制品，其特征在于所述穿孔的至少一些具有变形的边缘部分。

15.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于在所述强化零件与每个所述成型零件互锁连接的每个区域，至少一个所述强化零件和每个所述成型零件具有凹槽，热塑材料注入每个互锁区域连接的区域，填充在至少部分所述凹槽中，由此固定互锁连接区域中的热塑材料。

16.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于注入的热塑材料从(PA)、聚酯，聚烯烃、苯腈共聚体、聚碳酸脂(PC)、聚氧化丙烯(PPO)、(PSO)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、(PEE)、聚酮、间同立构聚苯乙烯(PS)；的至少一种中选择；热塑材料选择用于强化或填充的至少一种。

17.根据权利要求16的合成结构制品，其特征在于热塑聚酯从聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)的至少一个中选择；热塑聚烯烃从聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)的至少一个中选择；而苯腈共聚体从丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚体(ABS)中选择。

18.根据权利要求1的合成结构制品，其特征在于强化零件进一步包括至少一个支架，所述支架邻接至少一个成型零件的部分，所述支架与所述成型零件部分的每个邻接具有穿孔的所述支架，穿孔实际上已经对准，热塑材料注入所述支架和所述成型零件的邻接区域，注入的热塑材料通过实际上对准的穿孔延伸，由此将所述成型零件连接到所述支架上。

19.根据权利要求1的合成结构制品，包括具有成型边缘的中间成型零件部分，其特征在于边缘成型而形成与至少两个其它成型零件的另外的互锁连接。

20.一种制品，包括权利要求1的合成结构制品，其特征在于所述制品从机动车辆、电动车辆、家庭电器、建筑材料、摩托车、自行车、踢水板、摩托车、自行车、脚踏车辆、棚架、橱柜、厨房用品、洗衣机、干衣机、厨房表面材料、复印机、打印机、扫描仪、电视架、写字台支架、计算机外壳、椅子、网球拍、活梯、打印机支架、车辆中的座椅、运输车辆、购物手推车、轿车、卡车、拖车、大篷车、三轮车、轮椅、车辆的杆、把手和水平控制臂中选择。

21.一种车辆的结构零件，包括权利要求1的合成结构制品，其特征在于所述结构零件从门、保险杠、支持零件、轿车的前部和后部零件，门支持框架、A柱、B柱、C柱、空间框架零件、仪表板支架、后挡板支架、车顶框架、卡车框架、拖车框架、摩托车框架和后座扶手中选择。

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