专利名称：乘用车的车身的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求I前序部分所述类型用于制造乘用车车身的方法。本发明此外涉及按权利要求6前序部分所述的这种乘用车车身。本发明最后涉及一种按权利要求9前序部分所述的用于制造这种乘用车车身的设备。
背景技术：
在乘用车的批量汽车制造中，通常将多个车身构件例如通过焊接或粘接相互连接而制成汽车结构。在此方面还公知，设有车身的含塑料的单个车身构件，以便使其作为混合构件构成。这种类型的混合构件例如在仪表板支架、车门框架或其他支承构件中使用。现有的乘用车车身在此方面通常由多个的单件组成，这些单件通过复杂且昂贵的接合技术相互连接。在此方面，为在接合单个车身构件时达到足够的精度，需要在非常昂贵 的组装线上进行多个的单项作业。通常最好由钢或铝合金组成的单个车身构件在压力机或白车身生产线上被成型为所要求的几何结构并在其他工序中通过焊接机器人接合成车身。特别是对于铝质车身构件，需要时还使用其他的接合技术，如夹紧粘接(Clinchkleben)或类似物的技术。需要时车身构件也以差异结构——也就是采用不同的接合工艺——组装，例如在单个车身构件由纤维复合塑料组成的情况下便是这样。结果，总之这一点导致了在高成本和不精确的情况下的较多的单个且昂贵的步骤。另一个问题在于，此前的部件、总成、缆线或类似物仅在极其复杂的情况下才能被安装到车身上或集成到车身中。
发明内容
本发明的目的因此在于，提供开头所称类型的方法、车身以及设备，借助它们可以明显简化车身的制造和组装过程。依据本发明该目的通过具有权利要求1、6或9所述特征的方法、车身和设备得以实现。本发明具有优点的方案连同合理并且非同寻常的改进方案在其余的权利要求中限定。为了提供一种能使乘用车车身的制造和组装方法明显简化的方法，依据本发明提出，以组合的内高压成型和注塑方法制造车身。换句话说，依据本发明，在一个相应的组合式内高压成型和注塑设备中制造汽车车身的全部或至少是大部分。这一点例如以如下方式实现，即相应的车身构件通过内高压成型和/或通过塑料的注塑而相互连接或构成。这样例如可以设想，各车身构件通过相应的内高压成型法、如液压夹紧或液压冲铆/冲压铆接相互例如形锁合(formschluessig)地连接。同样可以设想,车身构件在混合连接结(接头，节点)的帮助下通过塑料相互连接。此外，塑料也可以用于，围绕相应的加固结构而至少局部地注塑在相应的车身构件上。由此例如可以减轻重量，因为车身构件的壁厚可以相应降低。此外，可以在塑料中集成构件区和/或用于部件、装置或构件的功能区。结果无论如何都实现了明显简化制造乘用车车身的工艺流程，这是因为不仅可以在一个步骤中组合连接多个车身构件，而且此前需要单独设置在车身上的多个功能区或类似物现在都可以成为车身的集成部分。另一个优点在于，明显降低了用于接合车身的单独部件的数量。此外，通过与其他接合连接相比减少操作步骤而使质量得到提高，这一点特别是反映在更低的制造公差和更低的重复公差上。另一个优点在于，通过以塑料点式加强结构部件，可以实现例如在事故造成的力加载的情况下具有高整体性结构、高刚性和高强度的车身。另外的优点在于，这种方案在生态学上的高度可持续性以及由减少零件数带来的经济性。此外，通过本方法可以极其迅速并成本低廉地实现新的非常规的设计方案。同时，非常高的功能集成性也降低了随后的制造成本和时间。此外，例如通过取消阴极浸溃涂漆和其他设备、例如喷漆设备，在基础设施和厂房方面实现了更低的工业化成本并且实现了更少的投资成本。前面结合本发明方法所介绍的优点以同样的方式适用于按权利要求6所述的车身和按权利要求9所述的设备。
本发明的其他优点、特征和细节来自以下对优选实施例的说明以及附图。其中图I示出乘用车车身的示意正视图和示意侧视图，该车身具有多个至少部分具有塑料的、相互连接的车身构件，其中，该车身是以组合的内高压成型和注塑方法制造的；图2示出两个作为内高压成型管材的车身构件的透视图和透视剖视图，这两个车身构件交叉设置并通过混合连接结相互连接；图3a、3b示出用于使两个作为内高压成型管材的车身构件与板件连接的双混合连接结的相应剖视图，其中存在塑料包覆注塑，以及示出在内高压成型管材与同样利用塑料包覆注塑的板件之间的一个单混合连接结；图4示出两个作为板件的车身构件的连接，其各自的凸缘相互形成插接并通过塑料包覆注塑来包封；图5按顺序示出为接合不同的车身构件而进行液压夹紧(上方视图)和液压冲铆(下方视图)时的不同方法步骤的示意剖视图；图6示出用于在内高压成型注塑机器中制造乘用车车身的设备的示意俯视图；图7示出乘用车车身的透视分解图；图8示出图6设备的示意俯视图，其中，可以看出内高压成型注塑机器的装备设计；图9左上示出乘用车车身在仪表板横梁区域中的局部透视图；上中央示出乘用车车身前部结构在相应用于接纳前部梁的区域中的局部透视图；右上示出尾灯卡接结构的透视剖视图；右下示出具有外壳的安全带伸缩器的透视图；下中央示出汽车车身的车顶饰板的局部透视图，左下示出汽车车身连同经卡接结构接纳内饰板的接纳部的局部透视图；以及图10示出电池扁平单体壳的透视图和具有电缆布线接纳部的塑料构件的透视图。
具体实施例方式图I以示意正视图和侧视图示出乘用车的车身。在本案例中涉及的是一种单厢式两座汽车，其中，后面所介绍的本发明也可以在其他结构类型的汽车车身上使用。在此方面，从图I可以看出下列车身构件后框架型材10、相应的侧框架型材12和相应的侧门槛型材14。这些车身构件10、12、14各自作为内高压成型注塑的构件构成。此外可以看出塑料包覆注塑的底板16，塑料包覆注塑的前侧结构板18、相应塑料包覆注塑的后侧结构板20以及作为顶盖框架接纳部构成的角撑板22。因此，车身构件10-22主要可以涉及管材或空心型材或扁平件如板材。车身构件10-22可以由利用塑料——特别是纤维增强的塑料——包覆注塑的金属基础构件组成。取代金属质的构造，可以设想这些基础构件本身由最好是加固的FVK材料，特别是CFK材料制成。对于整个车身也可以设想是混合成型，也就是说，根据特别是在如刚性和强度等的机械性能方面的需要和要求，车身构件10-22中的某些包含金属基础构件而另外一些包含FVK基础构件。下面借助图2-5介绍可以结合本汽车车身使用的不同的接合工艺为此图2以示意透视图和透视剖视图示出一种混合连接结，借助这种混合连接结例如依据图I的局部II所示、将侧框架型材形式的车身构件12与侧门槛型材形式的车身构件14连接。 特别是从图2的剖视图可以看出，在车身构件12和14的相应的空心型材内分别设有嵌件26、28。两个车身构件12、14的连接在此方面通过多个形锁合的液压夹紧连接30实现。这种连接通过如下方式实现在嵌件26、28中分别形成相应的通孔32和盲孔34，通过施加内高压成型加载而使相应车身构件12、14的对应壁区36被压入所述的通孔32和盲孔34中。在相应车身构件12、14的各自的壁区36的区域内，另外的相应车身构件12、14同样具有通孔。结果，无论如何在混合连接结的区域中实现了形锁合的液压夹紧连接30。在这两个作为型材构件构成的车身构件12、14——即侧框架型材和侧门槛型材——中，在本案例中在上侧和/或下侧分别设有横截面与车身构件12、14相匹配的板件。在本案例中，涉及的是两个侧结构板18或20和/或底板16。它们同样通过液压夹紧连接38相互连接。未示出的是，在本案例中在混合连接结区域中用于加固和功能集成的塑料筋。在这里需要注意的是，这种类型的混合连接结需要时也可以构造成无嵌件26、28。特别是使用包围混合连接结注塑的交叉塑料筋。从图3a和3b可以看出其他的混合连接结，其依据的是图I侧视图中的相应局部IIIa和Illb。例如从图3a的示意剖视图可以看出，两个车身构件10、12，也就是后框架型材和侧框架型材通过一个双混合连接结相互接合。在此方面，这两个车身构件10、12通过一深拉板24相互连接。同样形成一车身构件的深拉板24与车身构件10、12通过相应的液压夹紧连接部40相连接，该液压夹紧连接按照公知的方法通过内高压成型建立。整个双混合连接结都被在这里作为塑料环绕筋形成的塑料42包覆注塑。在深拉板24内设有多个通注点44，通过这些通注点在塑料42与深拉板24和/或车身构件10与12之间产生形锁合。图3b以剖视图示出通过多个混合连接部40连接的在那里的侧结构板20形式的深拉板与对应的车身构件12——侧框架型材——之间的基本上相同的构型。同样设有通注点42。因此由图3b可以看出混合连接结，其中仅一管与板件接合并利用塑料42包覆注塑。正如从图4所看到的那样，板件46、48形式的两个车身构件的接合也可以通过如下的连接部实现，在该连接部中板件46的凸缘47与板件48的凸缘49形锁合地彼此嵌接。在这种连接方式中，在这两个所要接合的板件中分别加工出尺寸彼此协调的凸缘47和49。这些凸缘47、49彼此嵌接并利用塑料42包覆注塑。图5以相应的示意剖视图示出另外两种形锁合的内高压成型接合法，它们可以替代或补充上述方法或连接来使用。这些方法是液压夹紧和液压冲铆。从图5中上面的三个图可以看出冲头50和夹具51，它们在这里设置在作为流体板(Fluidblech)构成的车身构件52背离压力的一侧上。在此方面，高压流体53对车身构件的压力侧加压，从而车身构件52的壁区被压入夹具51的对应开口中并因此也被压入待与车身构件52连接的另外的车身构件55的对应开口 54中，而且是与冲头50的力相反。因此，通过液压夹紧能够使型材与型材连接或使型材与板件连接或使板件与板件连接。与此类似，图5下面的视图示出液压冲铆，其中，借助一冲头50在两个待连接的车身构件58、59中形成液压冲铆结构56，而且是与作用于背离液压冲铆结构56的一侧的液压流体53的压力相反。夹具51也起到使这两个车身构件58、59彼此可靠地支承/接触的作用。按照这种方式，可以通过液压冲铆使型材与型材连接、使型材与板件连接或使板件与板 件连接。此外，需要时利用塑料包覆注塑加强的形锁合接合技术也是可行的。也可以使用材料结合(stoffschluessig)的接合技术。因此，在使用招质内高压成型管和/或招质内高压成型板以及例如由聚酰胺形成的包覆注塑时，可以考虑铝管和/或铝板的基于PA的底层，该基于PA的底层使得在铝管与包覆注塑筋之间的材料结合成为可能。图6以示意俯视图示出用于制造这种乘用车车身的设备，该设备按照还要详细介绍的方式包括用于内高压成型和注塑的装置，借助这些装置可以组合的内高压成型和注塑方法制造车身。车身在此方面以所谓的“一步法(One-Shot-Verfahren)”制造。该设备主要包括四个装置或单元E1、E2、E3和E4，其中，单元E1、E2和E4在这里是可动的，而单元E3则是固定的。可动单元El用于装备模具芯60。利用该单元El可以使模具芯60从设备或机器的内部移出并可以在外部被装备。例如为了能够在水平的机器设计方案上实现侧壁和汽车底板的大面积包覆注塑，使车身绕其横轴转过90°。为了能够围绕模具芯60布置各车身构件10、12、14、16、18、20并使已被组装接合的车身仍能被取下，如图7所示，在该组合的内高压成型和注塑方法之后的工序中使顶盖框架型材61和横梁62与车身连接。车身饰板63同样如图7所示地被后续安装。单元E2和E4分别是具有集成的塑化单元64的双板闭合单元。需要时可以通过集成在内高压成型-注塑模具中而取消双板闭合单元。单元E2和E4—正如开头提到的那样——是可动的，以便可以使车身脱模。而单元E3是固定的，以便限制设备或者说内高压成型-注塑机的复杂性。从图6还可以看出运输存放处65，车身在脱模后可以在设备上方存放在该运输存放处上。这一点可以利用龙门起重机进行。图8以类似于图6的示意俯视图示出一用于制造车身的设备。在此方面特别是可以看出四个机器人R1-R4以及龙门起重机P，借助它们进行模具芯60的装备。依据图8所示设备的装备设计，两个结构板18、20以及两个顶盖框架板与预成型的侧框架型材12—从两侧一相对彼此定位并放置在模具芯60上。机器人Rl和R3承担这项任务。机器人R2给模具60的底阴模装备预成型的后框架管或后框架型材10。机器人R4给不可动地与单元E3连接的阴模装备作为前板的车身构件17。龙门起重机P给模具芯60的前侧装备底板16。龙门起重机P除了装备功能外还承担的任务是，将完成接合的内高压成型-注塑的车身输送到处于设备或机器上方的运输存放处66上，然后从该运输存放处将车身继续运输到后续工序处。在内高压成型和注塑方法之前和之后所设的工序在地点上可以设置在该设备的旁边。在之前和之后的工序与该设备之间通过机器人和龙门起重机P来提供用于接纳的部件。因此可以简化设备构件的输入和输出。在之前和之后的工序中，也可以在该设备的区域内保留一用于更换模具的专用区域。这种模具更换例如可以通过龙门起重机P进行。用于制造乘用车车身的方法如下形成车身结构基础的车身构件——例如构件10-20——作为预成型的半成品被装入设备的模具芯60内。这种半成品的最终成型通过组合的内高压成型和注塑方法在注塑 机的模具中进行。该方法是一种与利用塑料42例如同时对车身进行包覆注塑相组合的内高压成型(方法)。特别是在此方面使用纤维增强的塑料，特别是热塑性塑料例如PA或PEEK或热固性塑料。除了传统的阴模外，在此在外侧作用于车身构件10-20的相应管材上的塑料熔体流体压力也作为阴模组起作用。换句话说，塑料熔体也可以是用于使相应车身构件10-20成型的高压流体。车身构件10-20的预成型的半成品用在两个车身侧面、车身底部区域中以及车身尾部处。它们在此按照此前所介绍的方式环绕模具芯60设置。在机械上高负荷的部位——例如车门的铰链连接部和顶盖框架接纳结板的连接区——处，具有相应空心型材的单个车身构件10-20例如可以被局部地利用相应的塑料填充泡沫/发泡。用于局部填充相应车身构件10-20各自的空心型材的这种塑料例如可以是TOR。这种泡沫填充提高了刚性和在事故造成的力加载情况下的特性。这种局部泡沫填充例如可以设想在图I的局部IIIb的区域内、也就是在顶盖框架接纳结板的区域内。结构板——也就是例如侧结构板18和侧结构板20——在这里已经以其几乎是最终的形状被装入模具中或者说设置在模具芯60中。这些结构板18或20在内高压成型注塑机器中被包覆注塑以纤维增强的塑料。通过这种增强能降低结构板18、20的壁厚，由此挖掘进一步减轻重量的潜力。这种类型的结构板18、20例如作为底板结构在前部区域中和侧面的结构区域中使用。为维持法拉第笼原理，此外金属结构以及金属的纤维结构和/或导电的——例如由碳或类似物制成的——纤维也可以被集成到车身中或注塑到车身中。车身的制造在此以“一步法原理”实现。也就是说，车身的全部或大部分成分在一个模具中被制造。为接合车身使用从聚合物混合技术(型内组装法，In-Mold-Assembly-Verfahren)和内高压成型已知的方法。现借助图9和10介绍功能集成的可能性。在此首先设想，构件、导线或类似物至少局部地被集成在塑料42中。这样例如可以设想，在作为结构聚合物材料构成的塑料42中集成导电材料，例如控制导线和能量供给线路，或者直接利用塑料42包覆注塑所述的导电材料。此外，例如可以将光纤维用于照明。在此方面，既可以是间接的导体布置，也可以是直接的导体布置。图9示出一种替代的功能集成。左上的视图部分示出在仪表板横梁68区域内的车身局部透视图。该车身在此包括形式为连接面或定位部位或类似物的多个功能区70、72，通过这些功能区可以将仪表板横梁68固定或定位在车身上。功能区70、72由塑料42实现。图9的上部中间视图以具有相应功能区74的前部区域示出车身，这些功能区作为用于前部横梁的连接面、定位元件或类似物。这些功能区74同样集成在塑料42中。图9的右上视图示出这种类型的另一功能集成，其中以部分剖开的透视图示出用于尾灯的卡接部。这两个卡接件75、76中的一个在此可以作为功能区形成在车身侧面上，该功能区集成到塑料42中。依据示出具有外壳的安全带伸缩器的图9右下视图，相应的外壳部件78同样由配设给车身的塑料42构成。换句话说，也可以设想这种部件的外壳部分78设置在具有塑料42的车身侧面上。下部中间视图示出车身的一局部透视图，其中，用于车顶篷或车顶饰板80的车身侧接纳部同样可以作为功能区构成。用于固定车顶饰板80的这些功能区例如可以按照右 上视图的卡接部的类型构成，其中一个卡接件74也可以设置在车顶衬板80的侧面上而另一个卡接件75设置在车身的通过塑料42构成的侧面上。最后，图9左下的视图示出车身的局部透视图，其中，内饰82在车门立柱或车顶框架的区域中同样可以利用这种类型的卡接部固定。通过以内高压成型注塑法制造车身而建立的可能方案实现了，集成节能的传动技术、由此节省部件并且直接在车身几何结构中考虑功能。图10右侧以透视图示出具有两个半壳83、84的电池扁平单体外壳，例如直接由塑料42或车身的几何结构来承担其中一个半壳84的功能。电池的其余外壳构件可以通过用于快速自动更换电池的快速夹紧系统与车身连接。最后，图10的右图示出在使用轮毂电机的情况下的另外的应用范围。这样，电缆布线可以直接由车身接纳。通过包覆注塑而接纳电缆布线的构件或车身构件86在图10中在右侧示出。作为另外的变型，可以集成车内调温功能。面式集成的调温辐射系统可被集成到结构中或塑料42中。这种调温辐射系统(导电/导热的包覆注塑结构)可以被不同地应用，例如作为底板加热装置、侧壁加热装置、后壁加热装置或类似物。同样可以设想将传导性的纤维结构和/或织物传感器系统置入到模具中并利用塑料42包覆注塑。它们在例如车身运动的负荷情况下导致线路电阻的变化或电容变化。这种变化被探测和检测。由此可以获得对运行强度或损坏性负荷的识别。总之可以看出，在这里提供了方法、车身和设备，借助它们可以由多个车身构件10-20制造车身，其以组合的内高压成型和注塑方法被设置塑料42。
权利要求
1.一种用于制造乘用车车身的方法，其中使多个车身构件(10-20)相互连接，给所述多个车身构件至少部分地设置塑料(42)，其特征在于，以组合的内高压成型和注塑方法制造所述车身。
2.按权利要求I所述的方法，其特征在于，通过内高压成型使各车身构件(10-20)形锁合地相互连接。
3.按权利要求I或2所述的方法，其特征在于，通过所述塑料(42)使各车身构件(10-20)相互连接。
4.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述内高压成型和注塑方法之前使各车身构件(10-20)预成型。
5.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在所述塑料中集成至少一个构件(75,76 ；78 ；83)和/或用于部件、构件、装置或类似物的功能区(70、72、74)。
6.一种乘用车的车身，该车身包括相互连接的多个车身构件(10-20)，所述多个车身构件至少部分地具有塑料(42)，其特征在于，所述车身是以组合的内高压成型和注塑方法制造的。
7.按权利要求6所述的车身，其特征在于，各车身构件(10-20)是通过内高压成型而相互形锁合连接的。
8.按权利要求6或7所述的车身，其特征在于，各车身构件(10-20)是通过塑料(42)相互连接的。
9.一种用于制造乘用车车身的设备，借助该设备能使多个车身构件(10-20)相互连接，所述多个车身构件至少部分地被设有塑料(42)，其特征在于，该设备包括用于进行内高压成型和注塑的相应装置(E1-E4)，借助这些装置能以组合的内高压成型和注塑方法制造出车身。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造乘用车车身的方法，其中使多个车身构件(10-20)相互连接，给所述多个车身构件至少部分地设置塑料(42)，其特征在于，以组合的内高压成型和注塑方法制造所述车身。本发明还涉及这种车身和用于制造这种车身的设备。
文档编号B29D29/00GK102834238SQ201180018344
公开日2012年12月19日 申请日期2011年3月8日 优先权日2010年4月10日
发明者E·里斯 申请人:戴姆勒股份公司