专利名称：复合构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合构件，具体涉及这样一种复合构件，其包括有通过弹性材料所制成的至少一个连接件而结合在一起的具有不同线性热膨胀系数的至少两个部分。
背景技术：
在由连接在一起的金属部分和例如模制塑料部分制成的复合构件的情况下，经常会出现由于这两种材料的不同线性热膨胀系数不同而发生的应力或变形。例如，如果采用聚碳酸酯板而非玻璃来用于车顶的玻璃窗，则聚碳酸酯板在受热后将会出现比玻璃板大很多的变形，这是因为聚碳酸酯和钢材的线性热膨胀系数之间的差异很大。聚碳酸酯板例如采用粘合剂结合在车辆的钢制车顶上，而玻璃板一般利用夹紧密封或粘合剂而固定就位。当聚碳酸酯板在强烈加热的影响下发生膨胀时，粘合剂就不能充分地补偿线性热膨胀和板的挠曲。这种变形问题在玻璃板上就不会出现，因为在玻璃和钢材的线性热膨胀系数之间的差异比较小，并且玻璃具有比聚碳酸酯更大的固有刚度。
因此，本发明的目的是提供一种复合构件，其包括具有不同线性热膨胀系数的至少两个部分，特别是金属成形部分以及例如模制件的塑料制成的部分，其中这些部分以一定的方式连接在一起，使得因不同线性热膨胀系数导致的这些部分、尤其是塑料部分的非所需变形得以减轻，优选得以阻止。同时，应当吸收所出现的外力、例如在车辆装有玻璃窗的情形下因强风引起的应力，使得不会有损因机械效应以及固有频率特性所引起的变形。
发明内容
公开了一种复合构件，其包括在它们各自的线性热膨胀系数上彼此不同的至少两个部分。这些部分通过至少一个弹性连接件结合起来，该连接件具有一定的高度尺寸和厚度尺寸，并包含可以剪切挠曲(shear-flexible)的方式变形的至少一个剪切件。高度尺寸在2至60的范围内与厚度尺寸相关。本发明的复合构件尤其适用于制作汽车车顶的玻璃窗。
图1a是用于连接两个部分的根据本发明的连接件的一个实施例的示意图。图1b是处于剪切应力下的图1a所示连接件的示意图。
具体实施例方式
本发明提供了一种复合构件，其包括有通过弹性材料所制成的至少一个连接件而连接在一起的具有不同线性热膨胀系数的至少两个部分，其中该连接件具有至少一个剪切件，其可以剪切挠曲的方式变形，并且其中的高度与厚度之比在2至60的范围内。
根据本发明的复合构件包括具有不同线性热膨胀系数的至少两个部分。线性热膨胀系数之间的差异优选为至少20×10-6K-1，最多为100×10-6K-1。
这两个部分中的至少一个例如由金属、优选为钢、铝、镁、铜、钛和/或这些金属的合金制成。这两个部分中的一个尤其优选为钢。
这些部分中的至少一个例如由塑料材料、优选为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS、ASA、聚酰胺、PBT、聚丙烯或者这些塑料材料的共混物制成。这些部分中的一个尤其优选为聚碳酸酯。
这些部分可具有任意的几何形状。例如，它们可以为板材、部分壳体或者框架件。这些部分中的一个优选为带有窗玻璃用开口的钢制车顶的一部分，另一个为包括用于给车顶装玻璃的聚碳酸酯板的另一部分。
这些部分通过由弹性材料制成的至少一个弹性件而结合在一起。连接件的弹性材料优选为塑料材料，尤其是热塑性聚氨酯(TPU)、热塑性弹性体(TPE)、橡胶、未增强的聚酰胺、PP和/或PE。
连接件具有至少一个剪切件，其可以剪切挠曲的方式变形，并且其中的高度与厚度之比在2至60的范围内。“高度”和“厚度”这两个用语涉及到其中在剪切件上未施加剪切力的被动状态。剪切件的高度被视为剪切件与这些部分的两个连接点之间的距离。如果剪切件与这两个部分成直角地设置，那么剪切件的高度就大致对应于在连接区域内的这两个部分之间的间隔。厚度被视为设置成与高度成直角的剪切件的两个尺寸中的较小者。厚度的延伸平行于这两个部分相互间相对地发生的位移，即平行于所施加的剪切力的方向。
在原理上，这些部分可在任意点处相互连接，其中它们可在连接区域内彼此重叠。这些部分例如可设置成部分地或者全部地相互间上下地设置。它们可在这些部分的边缘区域中相互间上下地设置，即这些部分的边缘区域重叠起来。
在重叠区域中，连接件提供了这两个部分的剪切挠曲的连接，这是因为根据本发明的连接件由弹性材料制成并且可以剪切挠曲的方式变形，其高度与其厚度之比在2至60的范围内。用于剪切件的高度与厚度之比的高比率与粘合剂相比可有助于更大的剪切挠曲。因此，根据本发明的连接件补偿了这两个部分在受热时的不同线性热膨胀，从而避免了非所需的变形，例如这些部分的挠曲。根据本发明，这通过相对较小的作用力而在这两个部分之间的相对运动来发生。
剪切件例如可以为片状的或条状的。在剪切件为片状的情况下，厚度对应于剪切件的壁厚。在具有大致圆形横截面的条状剪切件的情况下，剪切件的厚度对应于条状剪切件的直径。条状剪切件例如还可具有方形的横截面。此时剪切件的厚度对应于横截面的边长。其它规则的或不规则的几何形状是可行的，只要高度与厚度之比在2至60的范围内。如果连接件由若干剪切件构成，那么这些剪切件可以是相同的或不同的。
在第一实施例中，连接件具有片状剪切件，其可在剪切方向上柔性变形，但其在成直角的方向上、即在片层的方向上可很好地传递作用力。片状件在温度变化期间出现的线性力作用下是易弯的，因此就可发生这两个部分之间的相对位移。这防止了因不同线性热膨胀系数引起的这些部分的非所需变形。该实施例例如可以这样来设计，即使得片状剪切件通过端部件而相互连接，其中端部件各自设在剪切件的上端和下端。面向这些部分的端部被视为剪切件的上端和下端。这类端部件成形为带、板等等。各端部件连接在这些部分中的一个上。端部件例如可通过使用胶水、螺钉、铆钉、敲弯钉等等而连接在部分上。
在该实施例中，连接件可有利地使得除了将这两个部分相连之外，还在这两个部分之间形成密封。
在另一实施例中，连接件包括条状剪切件。与片状剪切件相类似，该弹性条状件使得这两个部分在因热影响而承受剪切应力时，可相互间产生相对位移。该实施例如可以这样来设计，即使得条状剪切件在其端部通过端部件而相互连接。各端部件连接在这些部分中的一个上。端部件例如可通过使用胶水、螺钉、铆钉、敲弯钉等等而连接在部分上。
也可以采用片状件和条状件的组合。类似地，对片状件或条状件的任何修改是可行的，只要这些件能提供足够的稳定性并且可促成剪切挠曲的连接。根据这些部分的形状和材料，连接件必须具有足够的稳定性以便可承受外力(强风、振动)。例如，可以设有大量的剪切件，以便提高稳定性。剪切件的厚度也决定了稳定性。该厚度例如也可通过剪切件的高度来变化。
剪切件的数量、尤其是片状剪切件的数量优选为至少2件，以及优选为至多8件。相连的两个部分之间的间隔，以及剪切件的高度优选为至少5毫米，优选为至多30毫米。剪切件、尤其是片状剪切件的厚度优选为至少0.5毫米，优选为至多2.5毫米。端部件的厚度优选为至少0.5毫米，优选为至多4毫米。如果连接件除了剪切件之外还包括端部件，那么剪切件的高度就减少了一段端部件厚度的尺寸。剪切件的高度和端部件的厚度一起形成了这两个部分之间的间隔，即整个连接件的高度。
根据本发明的复合构件中的连接件例如可通过挤出加工来生产。然而，该连接件也可由通过焊接或胶合而连接在一起的不同的注射成型和/或挤出件来生产。
根据本发明的复合构件的一个实施例涉及车顶的玻璃窗。在这种情况下，钢制车顶形成了这些部分的其中一个，聚碳酸酯制成的窗形成了第二部分。聚碳酸酯窗插入到框架内的车顶中。在其中钢框架和聚碳酸酯窗相互重叠的边缘区域之上，这两个部分通过弹性材料制成的、根据本发明的剪切挠曲的可变形连接件而连接在一起，弹性材料尤其可以为热塑性聚氨酯、热塑性弹性体或橡胶。连接件优选设在聚碳酸酯窗四条边的每一条边上。
现在参见图1a和图1b所述模制件来更详细地描述本发明。
在图1a中显示了根据本发明的复合构件1的一个实施例的示意图。部分2如钢制车顶的框架以及部分3如聚碳酸酯制窗通过连接件4而连接在一起。这两个部分2，3具有不同的线性热膨胀系数。连接件4由弹性材料如热塑性聚氨酯(TPU)制成，并且可以剪切挠曲的方式变形。在所示实施例中，连接件4具有片状剪切件5，其在温度变化期间出现的线性力的作用下是易弯的。片状剪切件5在拉应力的作用下是稳定的。片状剪切件5的上端和下端、即面向部分2，3的端部通过端部件6而相互连接起来。各端部件6连接在部分2，3之一上。
如图1b示意性所示，当温度发生变化并且在这两个部分相互间产生位移(如箭头7所示)、同时部分2，3未出现非所需变形的时候，就产生了剪切。
示例示例1因聚碳酸酯窗在钢框架内的热膨胀引起的变形利用车顶模件的二维模型以数学方式来确定。在对比示例中，聚碳酸酯窗胶合在钢框架上。在代表本发明的示例中，聚碳酸酯窗3以与图1a所示相类似的方式通过连接件4而连接在钢框架2上，连接件4具有4个片状剪切件5。下表1列出了在复合构件经受100K温差时通过数学方法计算出的变形和应力的值。
表1
示例2因聚碳酸酯窗在钢框架内的热膨胀引起的变形利用车顶模件的三维模型以数学方式来确定。在对比示例中，聚碳酸酯窗胶合在钢框架上。在所使用的示例中，聚碳酸酯窗3以与图1a所示相类似的方式通过连接件4而连接在钢框架2上，连接件4具有4个片状剪切件5。下表2列出了在复合构件经受100K温差时通过数学方法计算出的最大变形值。
表2
尽管在上文中已出于说明目的而详细介绍了本发明，然而应当理解，这些细节只是出于说明目的，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，本领域的技术人员可以在其中进行各种变化。
权利要求
1.一种复合构件，其包括在它们各自的线性热膨胀系数上彼此不同的至少两个部分，以及将所述部分结合起来的至少一个弹性连接件，所述连接件具有一定的高度尺寸和厚度尺寸，并包含可以剪切挠曲的方式变形的至少一个剪切件，所述高度尺寸在2至60的范围内与所述厚度尺寸相关。
2.根据权利要求1所述的复合构件，其特征在于，所述剪切件为片状的。
3.根据权利要求1所述的复合构件，其特征在于，所述剪切件为条状的。
4.根据权利要求1所述的复合构件，其特征在于，所述连接件为聚合材料。
5.根据权利要求4所述的复合构件，其特征在于，所述材料包含选自热塑性聚氨酯、未增强的聚酰胺、聚丙烯和聚乙烯的至少一种成分。
6.根据权利要求1所述的复合构件，其特征在于，一个所述部分由金属制成。
7.根据权利要求6所述的复合构件，其特征在于，所述金属为选自钢、铝、镁、铜、钛以及这些金属的任意组合的任何合金的成分。
8.根据权利要求1所述的复合构件，其特征在于，一个所述部分由聚合材料制成。
9.根据权利要求8所述的复合构件，其特征在于，所述材料为选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS、ASA、聚酰胺、PBT、聚丙烯的至少一种成分。
全文摘要
公开了一种复合构件，其包括在它们各自的线性热膨胀系数上彼此不同的至少两个部分。这些部分通过至少一个弹性连接件结合起来，该连接件具有一定的高度尺寸和厚度尺寸，并包含可以剪切挠曲的方式变形的至少一个剪切件。高度尺寸在2至60的范围内与厚度尺寸相关。本发明的复合构件尤其适用于制作汽车车顶的玻璃窗。
文档编号B60J1/00GK1740500SQ200510099459
公开日2006年3月1日 申请日期2005年8月26日 优先权日2004年8月26日
发明者F·克劳泽 申请人:拜尔材料科学股份公司