CN1898120A - 用于汽车的构件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种构件(1)，特别是布置在汽车A柱之间的横梁。该构件(1)具有一个管形或其它长形的金属本体(1)，一个塑料管道(2)，特别是一个通风管道至少部分地在本体(1)的轮廓范围内与所述本体相连；该构件还具有一个用来固定其它构件的连接件(4)，它与本体(1)或一个与所述本体刚性连接的部件机械连接。该连接件(4)在一个接合点(5)与本体(1)或一个与所述本体刚性连接的部件形成材料结合的连接，从而形成一个中间区域(12)，以减少连接件(4)和管道(2)的塑料(7)之间的热传递和/或排出在连接时所产生的气体。

Description

用于汽车的构件

技术领域

本发明涉及一种构件，特别是一种布置在汽车A柱之间的横梁，它包括一个形状基本上为一个管形或由一个在轮廓上为敞开的长壳形的金属本体，和一个至少部分地被本体的轮廓包围并与本体机械连接的塑料管道，例如通风管。这样一种构件曾在例如DE 100 64 522 A1中公开。

背景技术

在一辆汽车中，连接A柱的横梁同时用作通风管，从而可以减轻重量和/或节省空间。将塑料覆盖到横梁上，既可以提高横梁的稳定性，还可以减少经过调节被送往汽车内部的空气中所含有的水分出现冷凝的可能性。其它部件如转向柱或气囊的连接点布置在横梁上。这种连接点通常是通过焊接在横梁上的连接件实现的。由于横梁壁薄，所以在结构上需借助塑料覆盖层进行稳定，而在横梁上进行焊接则会引起很多问题。在横梁外侧的热量输入会导致其内侧的温度迅速升高，这样将会损坏形成通风管道的塑料。另外，由于塑料变热或表面镀层如锌层出现挥发会产生气体。这种气体可以进入到焊缝处熔化的金属中并形成气孔或将液态的焊缝金属从焊缝中挤出。

发明内容

本发明的目的是提供一种构件，特别是一种汽车横梁，它具有一个拉长形的金属本体和一个与本体机械连接的塑料管道，特别是通风管，并具有良好的制造和继续加工的性能。

这一目的通过具有下述特征的构件实现。在这里，一个至少主要由塑料制成的管道与一个基本上为管形或在轮廓上为敞开的金属本体、特别是布置在汽车A柱之间的横梁机械连接。本体或一个与本体刚性连接的部件具有至少一个接合点，与用来固定其它构件的连接件形成材料结合的连接。至少在接合点区域，本体、与本体刚性连接的部件和/或管道的形状，使得在接合点和形成管道壁的塑料之间出现一个中间区域。这个中间区域减少了接合点和塑料管道之间的热交换。这样，在接合点处的热量输入就不会损坏至少主要由塑料形成的管道壁。另外，只要塑料处于适当的温度，这个中间区域可优选地作为放气口或放气槽，使在接合例如焊接时塑料管道所产生的气体或表面镀层的挥发材料得以排出。

特别适当的是，管道优选通过注塑法与本体的轮廓形成传递力的连接。在这里，管道中的塑料在注塑过程中穿过本体上的开口，使得用这种方式制成的混合构件就带有了由塑料形成的铆接连接件。在这种制造方法中，在本体特别是横梁和管道，尤其是通风管之间就不再需要使用其它的连接件。在几何形状上，构件优选地采用以下方式成型，即，为了使用注塑法制成管道，只需要一种结构简单的注塑模，最好是一种不带或带有少量的辅助滑阀的开闭模(Auf-Zu-Werkzeug)。但管道也可以预先制成，然后通过粘接、卡接、凸缘盘连接和/或其它方式与构件机械连接。

在用来固定气囊或转向柱轴承的连接件与构件形成材料结合的连接之前，管道就已经布置在构件中或构件上，不受制造方法如IMA法(模内装配)或PMA法(成型后装配)的限制。在将管道装入到本体中或将管道与本体连接后再将连接件与本体连接，可以避免在其它情况下会出现的公差问题。此外，在很好地实现注塑加工的同时，可以通过与塑料的连接增强本体的强度，而不必使用高成本的滑阀或在连接点上安装密封机构。

按照一个优选实施形式，接合点直接位于本体之上。在这里，在强度要求允许的情况下，可以放弃在本体轮廓内的接合点区域装入起加强作用的附加件如板材的做法。在用来与连接件形成材料结合连接的区域，本体优选地具有一个压制结构，特别是一个球状突出物，也称“疙瘩结构”(Noppenstruktur)或肋片结构，这样就保证接合点与塑料管道之间相隔一定距离。这样，仅通过本体的形状就可以使连接件和构件中由塑料形成的部件之间有一个间隔，这将减少接合点和塑料之间的热交换。优选地形成压制结构，以使管道壁在与接合点相连的中间区域的部分由本体的材料形成，而管道壁的其余部分则由塑料形成。从制造技术方面而言，它通过以下方式可以很容易地实现：本体上的球状突出物、肋片或其它压制结构是从本体的外侧向内深压入而成，这样，在本体轮廓的内侧上用来制作管道的塑料，只是在本体表面上除球状突出物、肋片或类似凹陷-从轮廓的外侧看-之外的区域形成管道壁。而在上述凹陷区域，管道壁由本体的材料形成。通过使本体上压制结构的压入深度和本体的壁厚之和近似地等于凹陷区域之外的管道壁的厚度，就可以得到一个总体上平坦的管道内表面。这样，将不带塑料的凹陷区域包括在内，从整体来看，管道的内表面绝大部分是由塑料形成，这样就可以避免在金属管道上所出现的冷凝问题。另外，本体的压制结构同时以具有优点的方式提高了构件的机械稳定性。

尽管金属本体具有良好的导热性，被塑料所覆盖或完全由塑料形成的管道壁区域却离接合点有着足够的距离，从而能够在这个点进行焊接。通过至少有限地去掉接合点和管道之间的热耦合，可以使接合点的尺寸加大，并使进入到本体中的连接件的传力范围相应变大。这样，本体的壁越薄就越好。因此，在连接件的布置和形状的设计自由度很大的情况下，构件的结构就能够起到节省重量的作用。一种特别均匀、范围广的传力作用优选地通过以下方式实现：连接件不仅是在单独的点或线上、特别是在外部轮廓上与本体形成材料结合的连接、特别是焊接在一起，而是通过接合点连接，接合点则具有更大的面积，形状大致为蜂窝或网状线式焊缝。

本体优选地在与接合点相邻的区域带有一个或多个开口，例如钻孔或冲孔，作为放气口，它们形成中间区域或中间区域的一部分。这种在连接件焊接前通过激光制成的排气口优选地与本体和/或固定在本体上的连接件的压制部位结合，这些压制部位形成通道或其它空腔，在接合工序中产生的气体则可以通过这些通道排出。此外，连接件还可优选地带有与本体上的排气口配合的开口和/或轮廓。

按照一个优选的实施形式，接合点在本体上的一个向外弯曲即偏离管道的外弯件上形成，并且这个位置至少与管道、特别是通风管道相隔一定距离。这样，既使接合点与塑料管道之间可以相隔一段特别大的距离，也使本体与连接件之间的连接面积可以特别大。在这种结构下，接合点直接布置在本体上，而不需要其它的辅助元件，从而使构件的制造得到优化。

在上面的描述中，本体的一体式结构带有布置在管道表面和/或外弯件上的接合点，而与此不同的是，本体可以同一个特殊部件、特别是一个插入件连接，例如通过焊接，这个插入件具有与另一个构件形成材料结合连接的接合点。在这里，插入件的一部分优选地布置在本体的轮廓之内，即在本体朝向管道的一侧上，而另一部分则从管道中向外突出。在通过注塑法制成管道的同时，位于内部的插入件部分也优选在管道内注射而成，在这种情况下，与制作不带有插入件或适配器的构件的注塑模具相比，这里的注塑模具的费用并没有增加或增加不多，特别是没有增加滑阀。特别具有优点的是，插入件对构件起到进一步加强的作用。在确定插入件的厚度时，优选的是：为了形成在整体上至少接近于平坦的表面，在插入件紧贴在本体上的区域，管道壁不带有塑料。这样，插入件构成了接合点特别是焊根与管道的塑料壁之间的中间区域的至少一部分。在这里，接合点位于在本体之外的插入件部分上，和/或本体的一个区域内，在这个区域内，位于内部的插入件部分紧贴在本体上。特别是在具有特殊的插入件的结构中，构件具有以下优点：在不改动或稍微改动作为基本件的本体的情况下，可以制造出不同的变型。

按照上述的构件实施形式，用于保护管道塑料的中间区域主要是由金属件构成。与此不同或作为与上述结构的一种组合，至少一个中间区域按照其它的实施形式由管道塑料的表面结构构成，而这个中间区域既优选地形成一个隔热空间，又优选地形成一个放气槽。这种结构优选地用于以下情况：一个预制的通风管通过粘接和/或机械连接装置与本体相连。例如，中间区域由完全由塑料制成的管道上的肋片或其它的隆起部位形成，而它们则是位处基本平坦的本体内表面上。

连接件不受本体或管道的几何形状的限制，优选地通过一个低温接合工艺如激光焊接或电子束焊接与本体连接。通过这种方式，即使本体的壁很薄，在接合时最多只会出现略微的翘曲。

本发明的优点特别在于，汽车横梁的金属本体与一个管壁至少主要由塑料制成的通风管道相连，使它的强度得到加强，而中间区域在直接布置在本体上的接合点与通过注塑法装入到本体中的通风管的塑料之间形成，使热传递减少，这样，尽管本体为薄壁结构，但横梁与在接合点处固定的连接件之间还是能够实现有效可靠的、可承受高机械负荷的连接。

附图说明

下面通过附图对本发明的若干实施例进行详细说明。其中，

图1中是现有技术的横梁的轮廓，

图2中是图1中所示的横梁，具有按照现有技术注射成型的通风管，

图3a、3b中是一个构件，带有作为本体的横梁，本体上带有根据本发明的注射成型的通风管和材料结合连接的连接件，

图4到7分别是构件的其它实施例的、与图3相似的视图，

图8a、8b中是构件的一个实施例，它带有一个在本体外弯件上的接合点，用来与一个连接件形成材料结合的连接，

图9、10分别是构件的其它实施例的、与图8a相似的视图，

图11中是构件的一个实施例，它带有在通风管的外表面和本体之间形成的、起隔热作用的中间区域，

图12中是构件的一个实施例，它带有多个通风管，

图13a、13b是构件的另一个实施例的透视图以及横断面图，它带有一个焊接在本体上的连接件，

图14是一个被部分剖开的透视图，详细展示连接件在构件上的固定方式，

图15a到15c是连接件在构件上固定的另一个实施例的透视图以及横断面图，

图16a到16d分别是连接件结构的俯视或横断面示意图，

图17是金属塑料混合构件的另一个实施例，它通过PMA法制成，

图18a、18b分别是本体的一个实施例的透视图，它带有一个固定在本体上的连接件，

图19a、19b分别是图18b中所示本体或连接件的细部示意图，

图20a、20b是一个横梁的透视图以及横断面图，它带有一个注射成型的通风管和附加的插入件。

在所有的图中，相同或功能相同的零部件使用相同的标号。

具体实施方式

图1以横断面的形式展示了作用原理已被公开的金属横梁1，它形成将在后面详细说明的、根据本发明的构件的本体。横梁1，也被成为仪表板支架，作为车身机构的支承部分布置在汽车A柱之间，并与其它构件如气囊壳体形成机械连接。

同样作用原理已公开的是，例如在DE 100 64 522 A1中，按照图2的布置，横梁1带有横断面为圆形的管道或通风管2，它由塑料通过注塑法制作成型。至少略微提高横梁1稳定性的通风管2沿着横梁1延伸，这样就沿着汽车的横向分配供风。

在图3a和3b中，本发明构件3的结构原理与图1和2中的布置类似。在这里，除了本体或横梁1和与本体通过注塑法连接的通风管2外，还设置了一个在图中只是象征性表示的连接件4。和本体1一样，连接件4由金属制成，并通过焊缝5(一般被称为接合点)固定在本体上。与图2中的实施例不同的是，在图3的实施例中，本体1具有一个压制结构6，它的形式为一种球状突出物结构。它穿入到通风管2的塑料7之中，并使本体具有明显改善的机械稳定性。在这里，压制结构6的各球状突出物8朝着管道2的内腔方向突出。

在图中所示的上部区域，即在作为本体1的一部分在径向上与圆形通风管2相连的两个连接面10之上，通风管2的外侧9只由本体1的材料形成，而内侧11则具有由金属形成的区域如球状突出物8，和另外由塑料7所形成的表面。在整个范围内接近于恒定的通风管2的壁厚用d表示，本体1的壁厚用a表示，而压制结构6的压入深度则用p表示。特别是从图3a中的局部详图可以看出，压入深度p和本体1的壁厚a之和等于通风管2的壁厚d。由塑料7形成的通风管2内表面占据了通风管2整个内表面的绝大部分，并与金属球状突出物8连接形成一个平坦的表面。焊缝5位于球状突出物8的区域内，这样就形成一个将接合点5同通风管2上的塑料7分开的中间区域12。这个中间区域12使连接件4可以在通风管2在本体1中成型后焊接在本体1上，而不会损坏塑料7。反过来，焊缝5的质量也不会受到塑料7的影响。

图4到7中分别是图3a和3b中所示的构件3的结构原理的具体实施形式，其中，至少一个连接件4具有不同的结构。无论如何，接合点5都只处于本体1上在注塑中没有被塑料7所覆盖的区域，这样，就形成了一个至少具有一定大小的中间区域12。连接件4由冲压和/或弯曲的板材形成，而这些板材基本上要么沿着本体1延伸的方向，要么垂直于这个方向，而所述连接件在一个或多个球状突出物8区域焊接在本体1上。为了使连接件4与图中未示的其它构件机械连接设置了孔13。

图8a和8b到10中是接合点5的另一种布置的实施例。在这里，本体1分别具有至少一个外弯件14，它作为从本体1向外弯出的侧臂15，或者形成长形或圆形的翻边孔16，并优选地与本体1形成一体。如图10所示，连接件4可以固定在一个翻边孔16的内侧或外侧。外弯件14是在通风管2装入之前在本体1中成型的。特别是在图8b中的局部图中可以看出，塑料7在一个与由于外弯件14的形成所出现的开口17相邻的区域，将本体1也在外侧9包围。这样就改善了通风管2和本体1之间的传递力的连接。

在图11中所示的实施例中，本体1具有一个轮廓，它与前面所述实施例中的横梁1相同。但与它们不同的是，通风管2不是在本体1中注射成型，而是预先制成，然后再通过粘结、卡接或凸缘盘连接与本体1相连。通风管2朝向本体1的外侧区域具有一个带有肋片18的不平坦的表面结构，它在通风管2和本体1之间形成多个作为隔热空间的中间区域12。连接件4只固定在本体1的这些隔热空间12的区域内。这样，只要连接件4在接合点5加热接合时，由塑料7所产生的气体通过形成通道的中间区域12排出。在图中未示的是，为了使气体进一步排出，在本体1中设置了必需的开口。

在图12中是构件3的一个实施例，它具有一个基本上呈矩形的横断面，在这个横断面中有两个矩形的通风管2。两个通风管2与本体1的侧壁19之间相隔一段距离，并与本体1的支承面20相连。结合点5只设置在本体1的以下区域中：在这些区域中，通风管2的壁的内侧没有与形成本体1的板材相接。当把一个图中未示的连接件4焊接到本体1上时，塑料7最多在通风管2之外的区域局部熔化。为了避免对焊缝5产生不良影响，塑料7在相邻的区域最好带有开口(图中未示)，例如冲孔。从塑料7中产生的气体可以从冲孔中排出，而这种冲孔还可以以相应的方式设置在其余的实施例中。

图13a和13b以整体透视图以及局部横断面图的形式展示了连接件4通过压制结构固定在本体1的平坦表面上。本体1和具有一个圆形横断面的通风管2通过注塑法制成一个混合构件。连接件4基本上具有一个几乎被折断的板条形状，包括一个位于本体1上的第一支承侧部21和一个用来固定图中未示构件例如气囊的第二固定侧部22。支承侧部21具有一个位于中央的孔23，固定侧部22则具有两个孔24。与横梁1同样弯曲的支承侧部21具有一个压制结构25，从俯视角度看，它有一个交叉形图案，而在横断面中，它呈波浪形。压制结构25中与横梁1相接的区域构成了接合点5。中间区域12在压制结构5上与本体1相隔一定距离的区域和本体1的表面之间形成。本体1在与支承侧部21相对的区域带有多个开口26，它们用于将接合工序如焊接过程中从塑料7或镀层例如锌所散发出的气体排出。然后所产生的气体再继续从支承侧部21的侧边处以及通过孔23排出。支承侧部21与本体1的连接在整体上近似于一个平面，并同与本体1之间形成大面积传递力的连接的管道2一起，使构件3具有一个轻型但稳定的结构。

图14是连接件4在本体1上固定的另一个实施例的局部图。在这里，连接件只是在边缘区域与本体1焊接，而在支承侧部21的中央部位形成了一个扁平的中间区域12，它通过孔23与外部相通。本体1中的开口26在连接件4焊接前通过激光加工制成。按照图中所示或类似的形式，多个连接件4可以以灵活的加工方式在任意位置与本体1相连。

图15a到15c中的实施例与图13a、13b和14中所示的实施例不同，在这里，本体1的表面为波纹状，而与之焊接的支承侧部21则是平坦的。本体1的开口26在这里由槽形成。

在图16a到16c中是支承侧部21的不同结构的示意图，即孔形(图16a)、蜂窝形(图16b)和蜂窝/球状突出物的组合(图16c)。图16d中的横断面示意图涉及图16a到16c中的每个实施例。原则上，可以使用不同的、具有凹陷和/或隆起的支承侧部21的表面结构。本体1在接合点5区域优选地具有与上述结相匹配的表面结构。从这个意义上说，图16a到16c中所示的结构也与本体1的表面有关。

图17是构件3的另一个实施例的横断面示意图，它带有一个横断面基本为梯形的金属本体1，以及一个与本体机械连接的通风管2。用于焊接连接件4的接合点5只设置在本体1上的以下位置处：在这些位置上，通风管2的壁没有与本体1轮廓的内侧相接。构件3通过例如PMA法制成。

图18a和18b中的实施例从原理上展示了一个大体积的连接件4在本体1上固定的可能性。在这里，连接件4具有一个位于本体1上并与之焊接的固定臂27。在焊接之前，连接件4就已通过固定臂27以形状配合的方式固定在本体1上。

图19a和19b分别是图18b中所示固定臂27区域的本体1表面结构示意图(图19a)和连接件4表面结构示意图(图19b)。在这里，为了使塑料7中产生的气体排出，在本体1中设置了开口26，在固定臂27中设置了缺口28。

图20a和20b是构件3的一个实施例的横断面示意图及透视图。除了本体1和通风管2之外，构件还具有由塑料7形成的筋部29，它与通风管2一同在注塑工序中制成。在这里，外弯件14不是由本体1形成的，而是由插入件30形成的，在这个实施例中，它们分别具有一个紧贴在本体1内侧的弧形内部段31，其壁厚至少近似地等于通风管2的壁厚d减去本体1的壁厚a。因此，通风管2的内表面与图3a和3b中的实施例相似，一部分由塑料7形成，一部分由金属形成。

在图20a的左部，一个第一接合点5直接位于本体1的外侧。由于在横梁1内侧的塑料7被插入件30的内部段31取代，这样，在接合点5和形成通风管2的壁的塑料7之间就产生一个中间区域12。在注塑工艺中所使用的模具型芯的外径等于通风管2的内径。这样，在注塑工序中，插入件30就被固定在本体1上。在位于图中部和右部的插入件30上，穿透本体1的支臂32从内部段31起基本上沿径向向外延伸，而用来固定或连接其它构件的连接件4则焊接在支臂上。

标号说明

1本体，横梁            2通风管

3构件                  4连接件

5接合点，焊缝          6压制结构

7塑料                  8球状突出物

9外侧                  10连接面

11内侧                 12中间区域

13孔                   14外弯件

15侧臂                 16翻边孔

17开口                 18肋片

19侧壁                 20支承面

21支承侧部             22固定侧部

23孔                   24孔

25压制结构             26开口

27固定臂               28缺口

29筋部                 30插入件

31内部段               32支臂

a本体的壁厚            b管道的壁厚

c压入深度

Claims (9)

1.一种构件，包括布置在汽车A柱之间的横梁，具有一个管形或其它长形的金属本体(1)，一个管道(2)，特别是一个由塑料(7)制成的通风管道至少部分地在该本体的轮廓范围内与所述本体相连；该构件还具有一个用来固定其它构件的连接件(4)，它与本体(1)或一个与所述本体刚性连接的部件机械连接，其特征在于，该连接件(4)在一个接合点(5)与本体(1)或一个与所述本体刚性连接的部件形成材料结合的连接，从而形成一个中间区域(12)，以减少连接件(4)和管道(2)的塑料(7)之间的热传递和/或排出在连接时所产生的气体。

2.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，管道(2)通过塑料注射法与本体(1)相连，使它的强度增强。

3.根据权利要求1或2所述的构件，其特征在于，该接合点(5)直接布置在本体(1)上。

4.根据权利要求3所述的构件，其特征在于，本体(1)在用于固定连接件(4)的区域带有一个压制结构(6)，这个结构使得管道(2)的壁在与接合点(5)相连的中间区域(12)的部分由本体(1)的材料形成，而管道壁的其余部分则由塑料(7)形成。

5.根据权利要求4所述的构件，其特征在于，该压制结构(6)的压入深度(p)和本体(1)的壁厚(a)之和至少近似等于管道(2)的壁厚(d)。

6.根据权利要求3所述的构件，其特征在于，接合点(5)布置在与管道(2)偏离的本体(1)的外弯件(14)上。

7.根据权利要求1或2所述的构件，其特征在于，接合点(5)布置在与本体(1)刚性连接的插入件(30)之上。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的构件，其特征在于，管道(2)在其朝向本体(1)的外侧上具有一个构成中间区域(12)的表面结构。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的构件，其特征在于，连接件(4)在接合点(5)处通过一种低温接合工艺与本体(1)相连。

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