用于机动车的连接结构及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于制造用于机动车的连接结构的方法，其中将至少两个型材元件（20、22）放入到工具（28）中并且通过合成材料接头元件（38）彼此连接，所述合成材料接头元件在工具（28）中硬化，其步骤如下：制造纤维半成品（10），所述纤维半成品具有用于型材元件（20、22）的相应的连接区域（16、18）的相应的接纳部（12、14）；使型材元件（20、22）的连接区域（16、18）与纤维半成品（10）的相应的接纳部（12、14）连接；通过以注塑工艺将合成材料注入到所述工具（28）的、为此设置的成型区域（36）中来制造合成材料接头元件（38）。此外，本发明涉及一种连接结构，其以所述的方法制造。
【专利说明】用于机动车的连接结构及其制造方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于制造用于机动车的连接结构的方法。此外，本发明涉及一种按照权利要求6的前序部分所述的用于机动车的连接结构。
【背景技术】[0002]从文献DE102006026385A1已知一种这样的连接结构以及用于制造这样的连接结构的方法。在此，多个空心型材支架通过相应的接头(接合部)彼此连接，其方法是首先将空心型材支架插入到不可压缩的中空的插嵌套管(Einlage)中。紧接着，利用被浸透的和可硬化的纤维材料(特别是以纤维垫)围绕插嵌套管及其支架开口，所述空心型材支架的支架端部插入到所述支架开口中。为此，以液态合成材料来浸透纤维材料并且将其放入到成型工具/模具中。紧接着，闭合所述成型工具并且在温度影响下使得以液态合成材料进行浸透的纤维材料硬化。由此形成了一种相应的合成材料接头，其包括插嵌套管和由纤维材料构成的相应的转接点，空心型材支架经由所述合成材料接头彼此连接。
【发明内容】
[0003]本发明的任务在于，这样来改进开头所提及的类型的方法和连接结构，即，实现一种具有简化的结构以及减小的重量的连接结构。
[0004]该任务按照本发明通过具有权利要求1和6的特征的方法和连接结构解决。具有针对性改进的有利的设计方案在各自的从属权利要求中表明。
[0005]为了实现一种方法，借助于所述方法实现一种具有简化的结构以及减小的重量的开头所提及的类型的连接结构，首先制造至少一个纤维半成品，通过所述纤维半成品可以使至少两个型材元件彼此连接。为此，各纤维半成品设置有用于所述型材元件的相应的连接区域的相应的接纳部。
[0006]在制成所述纤维半成品之后，使所述纤维半成品在下一方法步骤中与相应的型材元件连接，例如其方法是将所述型材元件的相应的连接区域插入到所述纤维半成品的相应的接纳部中。
[0007]在型材元件插入或类似地与相应的纤维半成品的连接之后，将该组件放入到一个工具中并且将该工具闭合。在此，应该认为共同包括在本发明的范围中的是:在放入到所述工具中的过程中或者通过放入到所述工具中才进行各型材元件与相应的纤维半成品的连接。
[0008]紧接着,在将构件放入到工具的具有相应构型(Textur)的模具(模型，Form)中并且闭合所述工具之后，为了制造相应的合成材料(塑料)接头元件(接合元件)而将合成材料(特别是树脂)注入到所述工具的模具的为此设置的成型区域中，在该成型区域中使所述纤维半成品定位。上述过程以注塑工艺进行，该注塑工艺通常也称为RTM (转移模塑)工艺。
[0009]最后，在另一方法步骤中，在工具中进行相应的合成材料接头元件的硬化，亦即优选地通过相应的热作用和/或压力作用。
[0010]总之，由此实现了一种连接结构，其特别之处在于相应的合成材料接头元件的设计的类型。这些合成材料接头元件(如所阐明的那样)以注塑工艺在使用相应的纤维半成品的情况下进行制造。在此，这样的合成材料接头元件例如具有的优点在于，所述合成材料接头元件可以这样坚固且高强度地设计，从而使该合成材料接头元件非常适合于连接车身结构的型材元件或其它车辆构件，例如整体式支架或轴支座。在此，这样的合成材料接头元件可以制造得特别轻，从而使该合成材料接头元件特别适合于轻量型的复杂结构的实现。这样的合成材料接头元件的另一优点在于，该合成材料接头元件能够以高制造精度可重复地进行制造，这特别是因为已经可以高精度地制造相应的纤维半成品。而且型材元件通常可以格外小的公差进行制造，从而可以实现高精度的、整体的连接结构。
[0011]在本发明的另一有利的设计方案中，使用树脂或以纤维强化的合成材料作为用于注入到所述工具的相应的成型区域中的合成材料。这样的树脂或合成材料特别适用于本注塑工艺，由此可以实现格外高强度且坚固的合成材料接头元件。
[0012]另一有利的实施形式规定，在所述纤维半成品中设置有相应的接纳开口作为接纳部。所述接纳开口可以通过相应的纤维半成品或纺织物的设计而得以预制。然而也可以考虑的是，所述接纳开口在纤维半成品的成型中借助于各自相应的冲头产生，所述冲头刺入到所述纺织物中(在织物层之间也或通过压入)。通过调整冲头的冲入深度可以按照要求改变相应的纺织物或纤维半成品的接纳开口的开口深度。
[0013]本发明的另一有利的实施形式规定，使用开口型材(开放型材)或空心型材作为所述型材元件。在此，这样的型材或型材元件可以以简单的方式例如通过拉挤成型方法或挤压成型方法进行制造。
[0014]最后证实为有利的是，相应的合成材料接头元件不仅限定为相应的型材元件的连接功能，而且将所述合成材料接头元件设计为特别是机动车车身或可运动的翼形部件例如门、盖或罩或诸如此类的框架元件。因此例如可考虑的是，以至少一个这样的合成材料接头元件设计机动车车身的车身柱，此外通过所述合成材料接头元件将相应的型材元件彼此连接。这实现了车身的简单和快速的制造，而且使该车身具有格外小的重量并且不损失强度或事故安全性。在此，所述制造可以在单独的大工具中实现，所述工具例如包围从前车至后车的整个侧面结构。在此可考虑的还有，由例如具有一个或多个型材元件的柱构成的模块化结构形式，从而在随后进行的不同的组合形式的装配中实现了基于各轻型的结构基本模块的方案多样性。
[0015]上面结合按照本发明的方法描述的优点也适用于按照权利要求6的连接结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]本发明的另外的优点、特征和细节由下面对优选实施例的描述以及根据附图得出。
[0017]其中:
[0018]图1示出用于制造用于机动车的连接结构的工具的示意性剖视图，其中在此将两个型材元件经由相应的连接区域插入在纤维半成品的相应的接纳部中并且将该组件放入到工具中，之后通过将合成材料以注塑工艺注入到所述工具的在纤维半成品的区域中的模具的为此设置的成型区域中而形成合成材料接头元件，并且其中包括被注入的合成材料和纤维半成品的合成材料接头元件紧接着通过相应的热作用和/或压力作用在工具中得以硬化；
[0019]图2示出按照第一实施形式的用于机动车的连接结构的示意性侧视图，其中所述连接结构被设计为侧门形式的可运动翼形部件的框架结构；
[0020]图3示出用于机动车的连接结构的第二实施形式的示意性俯视图，所述连接结构在这种情况下设计为辅助支架例如整体式支架或轴支座，用于机动车车身上的固定作用；以及
[0021]图4示出连接结构的第三实施形式的示意性侧视图，所述连接结构在此设计为具有相应的型材元件的轿车的车身结构，所述相应的型材元件通过相应的合成材料接头元件彼此连接。
【具体实施方式】
[0022]在图1中示出了用于制造用于机动车的连接结构的工具的示意性剖视图，所述连接结构在下文中还将进一步阐释。在此进一步说明用于制造该连接结构的相应的方法。
[0023]首先，连接结构包括至少一个纤维半成品10，其通常借助下文还将进一步阐明的方法而被称为所谓的预制件。纤维半成品10例如由碳纤维或玻璃纤维组成，它们可以在单独的或前置的制造步骤中生产并且此外也被预加固。在此，在纤维半成品10的制造中设置用于各型材元件20、22的相应的连接区域16、18的相应的接纳部12、14。在本实施例中，将型材元件20、22例如设计为具有相应的连接区域16、18的管型材，设计为接纳开口的接纳部12、14基本上形状一致地与相应的连接区域相匹配。然而，所述形状一致的匹配并不是强制需要的。因此，将接纳部12、14在此设计为总地来说同样空的纤维半成品10内的空的、孔形的接纳开口，其中例如相应的止挡部24、26限制接纳部12、14的插入深度，从而由此产生了用于相应的型材元件20、22的格外精确的可重复的插入深度。在此必须说明，纤维半成品10当然可以以多种可能的实施形式来进行设计。还可以设计这样的接纳部12、14来代所述替接纳开口，所述接纳部例如构成为相应的榫/栓。同样地，纤维半成品10不限定为一件式地设计。多件式的设计同样可以考虑。在此还可以考虑的是，通过纤维半成品10的相应的子元件形成相应的接纳部12、14的相应的子区域并且在纤维半成品10的组装中由此也进行相应的接纳部12、14的组装。
[0024]在将相应的型材元件20、22插入到纤维半成品10的相应的接纳部12、14中之后，将其整体地放入到在图1中示出的工具28中并且随后闭合两个半模30、32。在此必须提到的是，当然原理上也可以考虑的是，相应的型材元件20、22和相应的纤维半成品10在放入到工具28中后才彼此进行连接或者比如在必要时彼此进行插接。
[0025]在闭合工具28之后，现在可以在下一个方法步骤中以注塑工艺(其通常也称为RTM工艺)使得纤维半成品10具有合成材料，特别是树脂或以纤维强化的合成材料。在此，特别适合作为所述树脂的是甲醛树脂或反应树脂。合成材料的注入在这种情况下通过一个或多个注入通道34实现，所述注入通道通向工具28的(具有相应构型的)模具的成型区域36。工具的模具的成型区域36形成相应的合成材料接头元件38的阴模，此外所述合成材料接头元件还将参照图2至4得到进一步阐明。由此可见，相应的合成材料接头元件38由此形成，即，在相应的注塑工艺中在纤维半成品10的区域中引入合成材料或者使得该纤维半成品10具有合成材料。
[0026]在将合成材料(特别是树脂)注入到为此设置的成型区域36 (在其中附有纤维半成品10)中之后，最后在另一方法步骤中通过在工具28的成型区域36的区域中相应的热引入和/或相应的压力作用来进行合成材料或树脂的硬化。
[0027]总地来说，由此实现了一个或多个用于连接相应型材元件20、22的合成材料接头元件38，所述合成材料接头元件格外坚固并且可以简单地进行制造。再者，所述各合成材料接头元件38特别在重量上是有利的并且可以非常良好地进行重复制造。
[0028]下面，现在应该根据图2至4对用于相应的连接结构的相应的应用领域进行描述，所述连接结构按照结合图1阐明的方法制造。
[0029]为此，图2在示意性侧视图中示出了用于机动车的连接结构的第一实施形式，所述连接结构在该情况下设计为用于轿车的侧门的框架结构40。也可以以类似的方式来设计其它翼元件或者可运动的翼形部件，如罩、盖或其它具有这样的框架结构40的门。在该情况下可看到三个型材元件41、42和43(它们形成相应的沿车辆横向延伸的支承件或上面的基本上U形的并且环绕相应的侧面玻璃的支承件)以及两个合成材料接头元件44、45，它们使得型材元件41、42、43彼此连接。在此，合成材料接头元件44、45或设计为框架结构40的连接结构以前文结合图1所阐明的方法来制造。
[0030]此外，在该情况下的特点现在还在于，合成材料接头元件44、45在此并不限定在相应的型材元件41、42、43的连接的功能上，而是附加地设计为侧门形式的可运动翼形部件的相应的框架元件或类似的功能元件。这实现了框架结构40的简单和快速的制造，所述框架结构在此优选设计为门支架。此外，使门的重量非常小，而总地来说不损失强度或事故安全性。在此，相应的合成材料接头元件44、45可以以简单的方式按照要求设计，也就是例如设计为空心型材或开口型材，其中可以集成如接纳部、固定部位或诸如此类的功能区域。
[0031]图3在示意性俯视图中示出了另一连接结构，该连接结构根据图1中所阐明的连接结构的类型或以这样的方法进行制造。在此，按照图3的连接结构设计为整体式支架或轴支座形式的辅助支架46，其在下侧可固定在轿车车身的车身前端结构或车身尾端结构的相应的支架或者类似的结构元件上。在此，在该实施例中辅助支架46包括四个相应的型材元件47，所述型材元件在整体为框架式的辅助支架46的相应的角区域中通过四个相应的合成材料接头元件48彼此连接。
[0032]最后，图4在示意性侧视图中示出了连接结构的另一可能的实施形式，其在该情况下至少基本上设计为轿车的完整的车身50。在此，在前车区域中或在车身前端结构52的区域中设置有多个型材元件53、54，此外它们通过连接件形式的合成材料接头元件55彼此连接，所述连接件包括减振支柱罩56。在此，整个车身前端结构52或整个前车可以设计为前车模块。
[0033]类似的设计方案也用在后车或车身尾端结构58的区域中。而且在此设置有多个型材元件60、61，它们由相应的合成材料接头元件62形成。在本实施例中这些合成材料接头元件62 (如此外也在车身前端结构52中那样)各自仅仅承担连接件的功能，或者附加有利地设计为相应的结构框架元件。作为对此的例子，在该情况下是在后桥之上的纵支架63，该纵支架同样设计为合成材料接头元件62，并且该纵支架已在按照结合图1所述方法的类型的相应的注塑工艺中得以阐明。
[0034]在车身50的客舱64的区域中同样设置有多个型材元件。同样，例如在车顶框架的区域中设置有相应的型材元件65、66。在此，特别是前部的型材元件65可以相应地填充泡沫。为此可以在相应的侧门槛的区域中设置相应的型材元件67、68。在此，所述的型材元件65至68通过相应的合成材料接头元件69、70、71彼此连接，它们在该情况下设计为A柱、B柱或者C柱。与如在图2中所述的例子类似地，在此也设置有车身的框架元件或柱元件，它们由相应的连接结构的合成材料接头元件69、70、71形成。这再度实现了车身的简单和快速的制造，同时具有小的重量而不损失强度或碰撞安全性。在此，所述制造可以在一个单独的大工具28中实现，该工具包围从前车至后车或者从车身前端结构52至车身尾端结构58的整个侧结构。也可以考虑的是，由例如相应的柱或具有一个或多个型材元件的框架元件构成的模块化结构形式，从而在随后进行的不同的组合形式的装配中实现了基于各轻型的结构基本模块的方案多样性。
[0035]型材元件自身可以特别地作为拉挤型材由以纤维强化的合成材料或由轻金属材料制造。当然也可以考虑其它制造方法。相应的纤维半成品10 (根据应用区域)可以具有相应的纤维取向，从而使相应的合成材料接头按照力损耗地来对要求或负荷进行匹配。
[0036]本连接结构不仅适用于翼形部件的相应的框架结构40、相应的辅助支架46或整个车身50或其部件，而且此外还适用于复合部件或模块，例如包括柱和框架元件、端壁横支架、车厢前壁横梁或通风口之下的横梁。
【权利要求】
1.一种用于制造用于机动车的连接结构的方法，其中将至少两个型材元件(20、22)放入到工具(28 )中并且通过合成材料接头元件(38 )彼此连接，所述合成材料接头元件在工具(28)中硬化，其特征在于以下步骤: -制造纤维半成品(10)，所述纤维半成品具有用于型材元件(20、22)的相应的连接区域(16、18)的相应的接纳部(12、14)； -使型材元件(20、22)的连接区域(16、18)与纤维半成品(10)的相应的接纳部(12、14)连接； -通过以注塑工艺将合成材料注入到所述工具(28)的、为此设置的成型区域(36)中来制造合成材料接头兀件(38)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用树脂或以纤维强化的合成材料作为用于注入到工具(28)的所述成型区域(36)中的合成材料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在纤维半成品(10)中设置有相应的接纳开口作为接纳部(12、14)。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用开口型材或空心型材作为型材元件(20、22)。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，将合成材料接头元件(38)设计为框架元件，特别是机动车车身(50)的框架元件或可运动的翼形部件的框架元件。
6.一种用于机动车的连接结构，具有至少两个型材元件(20、22)，所述型材元件通过硬化的合成材料接头元件(38)彼此连接，其特征在于，所述合成材料接头元件由以注塑工艺设置有合成材料的纤维半成品(10)形成。
7.根据权利要求6所述的连接结构，其特征在于，纤维半成品(10)的相应的接纳部(12、14)与型材元件(20、22)的相应的连接区域(16、18)直接连接。
8.根据权利要求6或7所述的连接结构，其特征在于，型材元件(20、22)设计为开口型材或空心型材。
9.根据权利要求6至8之一所述的连接结构，其特征在于，型材元件(20、22)由金属合金、特别是轻金属合金或者由一种特别地以纤维强化的合成材料形成。
10.根据权利要求6至9之一所述的连接结构,其特征在于,合成材料接头元件(38)设计为特别是机动车车身(50)的框架元件或可运动的翼形部件的框架元件。
【文档编号】B62D29/00GK103702894SQ201280035884
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年6月23日 优先权日:2011年7月20日
【发明者】K·艾佩尔 申请人:戴姆勒股份公司