JP5592028B2 - 対角支柱装置およびその製造方法と対角支柱装置を用いて補強された自動車車台 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の車台上の補強装置のための対角支柱装置に関する。本発明はさらに、対角支柱装置の製造方法および対角支柱装置が使用される自動車の車台に関する。

自動車の車台上の装置のための対角支柱は、ねじれ剛性を増すことが知られている。これは特に、固定された屋根構造の無い、インテグラルボディのコンバーチブルで重要である。張力と圧縮力が、対角支柱を介して、車体の外側のエッジ領域から例えば予備タイヤの凹み上の様なさらに内側の垂直車両中心面に位置する領域に導かれる。これらの張力と圧縮力は、不要な振動と車体の歪みが原因で発生し、これらは運転中に発生する場合があるため、安全かつ快適な運転に不利に影響し自動車構造に負荷を掛ける。

かくして、特許文献１は、支柱の方向とその車体への接続が有効な可能性を持つ自動車を記載している。これを受けて、これを受けて、車両は４つの補強支柱を持ち、それらは車両の垂直車両中心面にある車台の下に自由に配置されそこから隔てられた、クロスビームに留められている。支柱は、クロスビームから外側へ伸び、クロスビームとは離れた端部で車台の領域で車体に接続されている。支柱は金属または繊維強化ポリマーから製造されることが可能である。

車両の軽量構造においてはますますハイブリッドな部品が使用され、それらは様々な材料、例えば繊維強化ポリマーの軽金属要素に接続している。特許文献２は軽金属／ＣＦＫ部品を開示しており、そこでは炭素繊維プラスチック材料が、エポキシ系接着剤を含む１０〜５００μｍの厚さの接着層を用いて、軽金属材料に添えられている。炭素繊維プラスチック材料と軽金属材料との間の接触腐食を防ぐために、接着層は最低１〜１０¹³Ωｃｍの特定量の抵抗力を持ち、室温での接着強度は最低１５ＭＰａである。

独国特許出願公開第１０−２００４０１８９７７−Ａ１号明細書 独国特許出願第６９８−３６−２５９−Ｔ２号明細書

この先行技術にもとづき、自動車車台上の装置の自動車のねじれ剛性を増加させる対角支柱装置を提供する目的が生じ、それにより軽量構造のコンセプトを実現し、軽量性と高い張力および圧縮力とが組み合わさって、わずかな手順でシンプルに製造されることが可能になる。

この目的は、請求項１の特徴を持つ対角支柱装置によって解決される。装置の開発は、各従属請求項の中で具体化されている。

対角支柱装置のシンプルな製造は、少ない手順での大量生産に適しているが、請求項１１の特徴を持つ方法で解決される。

さらに、改善された自動車車台は、請求項１２の特徴により、自動車の車台上の対角支柱装置を用いて開示されている。

本発明による、対角支柱装置の最初の実施形態は、自動車の車台の補強装置に適しており、対角支柱装置が、繊維強化プラスチック複合材料から成り中央の接合要素から伸びていて、いくつかの支柱から構成されているという事実に対応している。対角支柱装置は、中央接合要素の外側を向く支柱の端部を介して車台に接続することが可能である。これを受けて、各支柱は、本発明により、中央接合要素の外側を向く端部上に接続接合要素を持ち、それは中央接合要素のように、軽金属材料から作られている。中央接合要素と接続接合要素は、互いに接合したいくつかの個々の要素からそれぞれ形成されている。接合要素は、少なくとも支柱に嵌合されている。

本発明による軽金属接合要素は、繊維強化の支柱と共に、通常用いられる鋼鉄材料から作られる対角支柱よりも、明らかに軽量な強化構造を有利にもたらす。

いくつかの支柱から作られる対角支柱装置のフレームワーク状構造によって、それはジョイントによって一方の端部で接続されもう一方の端部で車体に固定することが可能であるが、張力と圧縮力は個々の繊維強化支柱でのみ発生し、それにより対角支柱装置の高いねじれ剛性が起こる。張力と圧縮力は、本発明による対角支柱装置を持つ自動車の車台に存在し、車体に導かれる。中央および接続接合要素は、本発明により個々の要素から接合され、それらは支柱に嵌合され、一方個々の要素は支柱周辺に設置されその後一緒に接合される。

中央接合要素および／または接続接合要素の個々の要素の接合は、溶接、はんだ付け、接着剤、またはその他の接続技術を用いて行うことが可能であり、具体的には個々の要素はねじ、リベット、釘、またはコッターを用いて互いに接続される。

さらに、対角支柱装置の支柱は、それらの端部セクションに開口部および／または構造を持つことができ、それらは、中央接合要素および／または接続接合要素の１つまたはいくつかの個別要素の適した構造によって、貫通および／または包囲される。

本発明による対角支柱装置のさらなる実施形態では、支柱は、少なくともその端部でそれらに加えられた活性化可能な接着剤コーティングを持ち、そこで嵌合が行われる。接着剤は、例えばＩＲ、ＵＶまたはその他の放射を用いて活性化可能である。この接着コーティングはまた、嵌合だけではなくそれぞれの支柱とそれぞれの接合要素との間の追加の接着接続を可能にし、それにより対角支柱装置を補強する。

少なくともその端部で接着性が向上したコーティングを持つ支柱が装備されることも考えられ、それは例えば構造化された表面を持ち、したがって接合要素の機械的クランプから支柱のそれぞれの端部に影響する。

本発明により対角支柱装置のさらなる実施形態は、対角支柱装置が接続補助を持つという事実に対応し、これらを用いることで、自動車の車台に、よりシンプルに接続することが可能になり、必要であれば、対応する接続媒介を持つことができる。接続補助は、接続接合要素の上に設けられ、それらはボアホール、インサート、ねじ山、接着面、クリンチ要素、および／または溶接接触領域とすることができる。

さらに、支柱から中央接合要素および接続接合要素への嵌合は、リベットまたはねじを使用して達成される強固に接着された接続によってさらに補強され、それがそれぞれの要素の支柱への接続を確実にする。

対角支柱装置の支柱は、繊維強化プラスチックの引抜成形プロファイルとすることができ、具体的には、プロファイルの総量に関して７０％までの炭素割合を持ち、したがって高いレベルの張力と圧縮力を持つことができる。

対角支柱装置は最大４つの支柱から形成されることが望ましい。具体的な実施形態では、対角支柱装置は、中央接合要素の上にＸ型に設置されている４つの支柱から形成される。かかる対角支柱装置のために、また支柱の数または配置に関し異なって設計されている対角支柱装置のためにおいても、支柱は、中央接合要素で互いに向かって斜めに設置されることが可能であり、かかる中央接合要素は、支柱のもう一方の端部に設置された接続接合要素を固定する面から離れている。この分離はまた、対角支柱装置と複雑な体比を持つ車体との接続を可能にする。

接合要素の構成のための軽量材料は、軽金属、またはアルミニウム、マグネシウム、あるいはシリコンのようなその合金、といった軽金属合金である。

本発明による対角支柱装置の製造方法は次の手順：
−繊維強化プラスチック複合材料から作られた複数の支柱を準備するステップと、
−中央接合要素および接続接合要素を形成するために一緒に接合することが可能である複数の個別要素を準備するステップと、
−前記支柱が、第一の各端部では、中央接合要素の構成のために提供された領域で互いに接近してそれぞれ横たえられ、第二の各端部では、接続接合要素の構成のために提供された各領域で互いに離れるように配置されるステップと、
−支柱の端部周辺にいくつかのそれぞれの個別要素を配置するステップと、
−支柱の端部に少なくとも嵌合される中央接合要素および接続接合要素を形成する方法によって個別要素を接合するステップ、
より成る。

有利には、この製造方法は、繊維強化支柱の接合要素の個別要素へのインサートおよびそれらへの接合のみを必要とし、したがってシンプルかつ効果的に具体化することが可能である。支柱と中央および接合接続接合要素との組立のさらなる手順は省くことができる。

本発明による対角支柱装置は、自動車の車台上の装置の補強に適しており、対角支柱装置の中央接合要素は、自動車の垂直車両中心面にある車台の下に設置され、接続接合要素を用いた組立または外部構造の構築のあいだに、対角支柱装置は車台にリベット、ねじ、接着剤、クリンチで留められるかまたは溶接される。

これらおよびその他の有利性は、添付された図面の参照とともに、以下の典型的な実施形態の記述で立証されている。記述における図面の参照は、記述を補うため、また主題の理解を容易にするために役立つ。図面は、本発明の実施形態の概略図のみである。

対角支柱装置の本発明による実施形態の上面からの斜視図である。 対角支柱装置の本発明による実施形態の下側からの斜視図である。

本発明による対角支柱装置は、図面に典型的に記されたいわゆるフレームワーク構造に関する。

対角支柱装置１は、４つの引抜成形された繊維強化プラスチック支柱２から成り、中央で接続された軽量金属接合３によって互いに接続している。例えば６つの支柱など、支柱の数が異なることももちろん可能である。自動車車台への接続のために提供された、接合された接続接合要素４も、軽量金属材料から成る。この方法でセットアップされた対角支柱装置１は、組立の間、または外部構造構築の間であっても、車台に固定することが可能である。これは、接合された接続接合要素４によって可能となり、この目的のために、それは対応する接続補助を持つことが可能である。

接合３、４を作成するために軽金属材料を使用することで、繊維強化プラスチック支柱２の重量の有利性の維持が可能となる。軽金属材料は、厚さが５ｇ／ｃｍ以下の軽金属および合金である。とりわけ、アルミニウム、マグネシウム、チタニウム、および小規模では、ベリイウム、リチウムへの技術的応用がある。アルミニウムとマグネシウム合金では、部品は、コストの大きな後処理の無いニアネットシェイプとしてダイキャスティングによる製造が可能である。機械加工による後処理は可能である。

図面に示された対角支柱装置１は、車両の車台上の補強装置のために設置することが可能であり、対角支柱装置１の中央接合要素３は車両の垂直車両中心面にある車台の下に設置され、対角支柱装置１は車台に、接続接合要素４を用いて、組立または外部構造の構築中に、リベット、ねじ、接着剤、クリンチで留められるか、および／または溶接される。

図面の対角支柱装置１は、繊維強化プラスチック複合材料から作られた４つの支柱２を持ち、これらは繊維強化プラスチック引抜成形プロファイル２であり、最大７０％の繊維比率を持つことができ、Ｘ型の中央接合要素３から離れて斜めに伸び、かかる中央接合要素３から外に向かっている支柱２の端部には、接続接合要素４が存在しており、中央接合要素３から離れている面を固定している。

接合要素３、４は支柱２の端部周辺に接合されているという事実により、嵌合が行われる。中央接合要素３および／または接続接合要素４の接合された個別要素は、例えば溶接、はんだ付け、または接着剤で接着されるか、ねじ、リベット、釘、コッターのような追加の接続要素で互いに接続される。

支柱２と接合要素３、４との嵌合は、開口部および／または構造によって補強されることができ、その端部で支柱２を持つことが可能であり、それらは中央接合要素３および／または接続接合要素４の、１つまたはいくつかの個別要素の適した構造により、貫通および／または包囲される。

加えて、支柱は、少なくともその端部で追加された活性化可能な接着剤コーティングを持ち、そこで嵌合が行われる。接着剤は、例えばＩＲ、ＵＶまたはその他の放射を用いて活性化可能である。この接着コーティングはまた、嵌合だけではなくそれぞれの支柱とそれぞれの接合要素との間のさらなる接着接続を可能にし、それにより対角支柱装置を補強する。

請求項１から４の少なくとも１つにより、対角支柱装置１は、支柱２が、それに付加された接着性の向上したコーティングをその端部領域に持ち、そこで嵌合が提供され、具体的には構造化された表面を提供することを特徴とする。

支柱２の端部のコーティングは、接着力の向上にも貢献することができ、そのコーティングは、支柱２に嵌合された接合要素の、追加の機械的クランプを可能にする構造化された表面をもたらす。

接続接合要素４は、必要であれば接続補助を持ち、それを用いて対角支柱装置１は車台に簡単に接続されることができ、この場合は、それは接続接合要素４に対応する接続点を持つべきである。ボアホール７またはインサートは、接続接合要素４のねじ山の有無にかかわらず、接続補助とみなされ、リベットまたはねじとの接続を可能にする。接続接合要素４が、接着または溶接のために設けられる表面を提供することも考えられる。接続接合要素４のための別の接続の可能性は、クリンチ要素６の設計にあり、それは押しボタンに似た形状を持ち、（車台の）対応する反対側の要素への嵌合、かつ圧力ばめの接続を想定している。

対角支柱装置１の様々な接続接合要素４は、ここでは異なる接続補助を持つことが可能である。

中央接合要素３または接続接合要素４またはその両方は、嵌合により、例えばリベットまたはねじ５を用いて、追加的に支柱２に接続することができる。

対角支柱装置１を製造するには、必要な繊維強化プラスチック支柱２は、引抜成形により製造されることが望ましい。必要な個別要素は、中央接合要素３および接続接合要素４を形成するために一緒に接合されることができるが、具体的にはキャスティングにより軽金属から製造される。支柱２は、第一の各端部では、中央接合要素３の構成のために設けられた領域で互いに接近してそれぞれ横たえられ、第二の各端部では、接続接合要素４の構成のために設けられた各領域で互いに離れるような方法で配置される。そして、いくつかの各個別要素は、支柱２の端部周辺に配置され、その後中央接合要素３および接続接合要素４を形成するような方法で一緒に接合され、支柱２の端部に少なくとも嵌合される。

対角支柱装置１は、とくに自動車の車台に適している。これは対角支柱装置１によって補強されるが、それは自動車の車台に設置され、そこで対角支柱装置は繊維強化プラスチック複合材料から作られた複数の支柱２から構成され、中央接合要素３から外に向かって伸び、各支柱２はこれを介して中央接合要素３から外に向かって車台に接続され、接続接合要素４は中央接合要素３から外に向かっている各支柱２の端部に設置され、車台との接続は解除操作不能に設けられ、そして、その中央接合要素３および接続接合要素４は、軽金属材料から形成され、少なくとも嵌合によって支柱２に接続され、中央接合要素３および接続接合要素４は、いくつかの接合された個別要素からそれぞれ形成される。

Claims (12)

1. 車両の車台の補強装置のための対角支柱装置（１）であり、前記対角支柱装置（１）は繊維強化プラスチック複合材料から作られた、中央接合要素（３）から外に向かって伸びる複数の支柱（２）を含み、各支柱（２）が前記中央接合要素（３）から外に向かう端部を介して前記車台に接続されることができる対角支柱装置（１）であって、
   接続接合要素（４）が前記車台への前記接続を提供するために前記中央接合要素（３）から外に向かって各支柱（２）の前記端部の上に配置され、前記中央接合要素（３）および前記接続接合要素（４）が軽量金属材料から形成され、前記中央接合要素（３）および前記接続接合要素（４）がいくつかの接合された個別要素からそれぞれ形成され、および、少なくとも嵌合により前記支柱（２）に接続されることを特徴とする、対角支柱装置（１）。
2. 前記中央接合要素（３）および／または前記接続接合要素（４）の前記接合された個別要素が、溶接、はんだ付け、または接着剤で接着されるか、ねじ、リベット、釘またはコッターのような追加的な接続要素により互いに接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の対角支柱装置（１）。
3. 前記支柱（２）がその端部に開口部および／または構造を持ち、それらが前記中央接合要素（３）および／または前記接続接合要素（４）の、１つまたはいくつかの個別要素の、適切な構造によって貫通および／または包囲されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の対角支柱装置（１）。
4. 前記支柱（２）が、少なくともそれらの端部でそれらに付加された、活性化可能な接着剤コーティングを持ち、そこで前記嵌合が行われることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の対角支柱装置（１）。
5. 前記支柱（２）が、少なくともその端部でそれに付加された、接着性が向上したコーティングを持ち、そこで前記嵌合が行われ、具体的には構造化された表面を提供することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の対角支柱装置（１）。
6. 前記対角支柱装置（１）が接続補助を含み、それを用いて前記対角支柱装置（１）が前記車台に接続されることができ、前記接続補助が前記接続接合要素（４）の上に設けられ、ボアホール、インサート、ねじ山、接着剤、クリンチ要素、および／または溶接接触領域を含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の対角支柱装置（１）。
7. 前記中央接合要素（３）および／または前記接続接合要素（４）が嵌合により、具体的にはリベットまたはねじ（５）によって、追加的に前記支柱（２）に接続されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の対角支柱装置（１）。
8. 前記支柱（２）が繊維強化プラスチックの引抜成形プロファイル（２）であり、具体的には前記繊維強化プラスチック引抜成形プロファイルの総重量に関して最大７０％の繊維割合を持つことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の対角支柱装置（１）。
9. 前記対角支柱装置（１）が４つまでの支柱（２）を含み、それらは具体的には前記中央接合要素（３）の上にＸ型に配置されるか、および／または、それらは前記中央接合要素（３）で互いに傾斜して配置され、かかる前記中央接合要素（３）は前記接続接合要素（４）を固定する面から離れていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の対角支柱装置（１）。
10. 前記軽金属材料は軽金属または軽金属合金であり、具体的にはアルミニウムまたはマグネシウム合金であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の対角支柱装置（１）。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の対角支柱装置（１）の製造方法であって、
    −繊維強化複合材料から作られた複数の支柱（２）を準備するステップと、
    −中央接合要素（３）および接続接合要素（４）を形成するために一緒に接合することが可能である複数の個別要素を準備するステップと、
    −前記支柱（２）が、第一の各端部では、前記中央接合要素（３）の前記構成のために提供された領域で互いに接近してそれぞれ横たえられ、第二の各端部では、前記接続接合要素（４）の前記構成のために提供された各領域で互いに離れるように配置されるステップと、
    を含み、
    −前記支柱（２）の前記端部周辺にいくつかのそれぞれの個別要素を配置するステップと、
    −前記支柱（２）の前記端部に少なくとも嵌合される中央接合要素（３）および接続接合要素（４）を形成する方法によって個別要素を接合するステップと、
    の追加手順によって特徴づけられる、製造方法。
12. 自動車の車台上に補強用に配置される対角支柱装置であって、前記対角支柱装置は繊維強化プラスチック複合材料から作られた複数の支柱（２）を含み、中央接合要素（３）から外に伸び、各支柱（２）が前記車台に前記中央接合要素（３）から外に向いた端部を介して接続され、
    接続接合要素（４）が前記中央接合要素（３）から外に向いた各支柱（２）の前記端部の上に配置され、前記車台との前記接続は解除操作不能に提供され、前記中央接合要素（３）および前記接続接合要素（４）は軽金属材料から形成され、少なくとも嵌合によって前記支柱（２）に接続され、前記中央接合要素（３）および前記接続接合要素（４）がいくつかの接合された個別要素からそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１記載の対角支柱装置。

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