专利名称：带外肋板的轻质结构元件的制作方法
相关申请的交叉引用按照35 U.S.C.ξ119(a)-(d)，本发明要求享受于2002年2月28日提交的德国专利申请No.10208953.1的优先权。
早先，机动车上的仪表板支撑件、所谓的车横梁或横向构件是用钢管制成的，且这样的构件上带有各种焊接或螺栓连接的部件。这些部件的重量相对较大。另外，对于这样的构件，如要利用注塑工艺将其它的结构元件如上述那样直接模制到基体上，则或者是不可能的，或者即使是可能的也是很困难的。
专利文件EP370342A1中公开了一种轻质结构元件，其是由一段内部带有支撑肋的壳状型材构成的，其中，该支撑肋是由模塑的热塑性塑料材料构成的。虽然这种结构元件可被用作支撑结构—尤其是以塑料-金属合成体的形式应用，但其作为结构元件的其它技术应用则一般是有限的。
根据本发明，此处提供了一种轻质结构元件，其包括(a)一壳状的基体或壳，其例如是由金属制成的，该基体具有内表面和外表面，所述基体的内表面围出了一个内部空间；以及(b)一些加强肋，它们是由塑料材料—优选为热塑性塑料制成的，加强肋被固定(或永久性地)安装到基体的外表面上，其中，所述加强肋是通过离散的安装点固定安装到所述基体的外表面上的，所述加强肋是直接或间接地固定安装到所述基体的外表面上，其中的安装点例如可包括孔眼、槽、焊道和/或突起。
在权利要求书中具体指明了本发明的区别技术特征，权利要求书附属于、并构成本公开文本的一部分。从下文的详细描述以及附图，可对本发明上述特征以及其它的特征、应用本发明时的操作优点和所能获得的具体目的有更全面的理解，其中，在下文的详细描述以及附图中示出并说明了本发明的优选实施例。
除非特别指明，本说明书和权利要求书中使用的所有标号或标记—例如那些表达结构尺寸、组成成分的数量等的标号或标记，都应被理解成在所有情况下都可用术语“大约”来进行修饰。
在本说明书和权利要求书的语境中，词语“穿孔”是指这样的孔其尺寸或构造为任意的，其通常位于基体上，或可选地设置在基体的凸缘上，该词语的含义包括孔眼和/或槽，但并不仅限于此。
在本说明书和权利要求书的语境中，词语“孔眼”是指这样的穿孔其具有大体上类似的截面尺寸，其具有从如下几何形状中选出的形状大体圆形、大体方形和/或大体三角形，但并不仅限于此。
在本说明书和权利要求书的语境中，词语“槽”是指这样的穿孔相对于该穿孔其它的(一个或数个)尺寸方向，其在某一尺寸方向上为细长形状，该词语的含义包括矩形槽和/或椭圆槽，但并不仅限于此。
在本说明书和权利要求书的语境中，除非特别指明，词语“塑料材料”是指热塑性材料(基本上没有三维交联网状物的塑料材料)和/或热固性塑料材料(具有三维交联网状物的塑料材料)。
在本说明书和权利要求书的语境中，关于外部塑料加强肋所用的语句“直接固定安装”是指这些加强肋是通过孔或槽利用结构配合、或力配合连接到基体上的。
在本说明书和权利要求书的语境中，关于外部塑料加强肋所用的语句“间接固定安装”是指这些加强肋是通过焊道或突起利用力配合连接到基体上的。
在
图1-4中，相同的参考标号代表相同的部件。
加强肋与基体之间的连接优选地是在穿孔(例如孔眼和/或槽)处实现的、或者是利用这些穿孔来实现，塑料材料穿过这些孔眼并延伸超出穿孔(例如孔眼和/或槽)的平面。
在本发明的一个优选实施例中，当利用塑料材料至少部分地包封住基体的边沿来另外地连接加强肋与基体时，可以使结构元件的刚性增加或改进。更为具体地说，在本发明的一个实施例中，轻质结构元件基体的形状选择为大体为U形的形状或大体为V形的形状，这两种形状都具有两个侧壁(例如基本上对置的侧壁)，每个侧壁都具有一个边沿，且还通过使加强肋的塑料材料至少部分地包住这些边沿而将加强肋固定安装到基体的外表面上。
在本发明的一个优选实施例中，如果基体的边沿部分具有一个折角增强凸缘—尤其是一个双折角增强凸缘，则轻质结构元件的刚度能进一步被增大。更为具体地说，轻质结构元件基体的形状选择成大体为U形的形状、或大体为V形的形状中，其中，这两种形状都具有两个侧壁(例如大体上对置的侧壁)，每个侧壁都具有一个边沿，且通过使加强肋的塑料材料至少部分地包住这些边沿而进一步将加强肋固定安装到基体的外表面上。
基体的这些折角边沿部分(或者横向向外延伸的凸缘)可以是用各种方式制成的(例如是按照对金属部件的深冲压工艺)，且它们的构造例如主要由该结构元件作为一个整体时的设计要求而确定的。
如在下文将进一步详细说明的那样，如果加强肋和基体之间的连接是通过将塑料材料模塑在基体外表面上来实现的—例如是利用注塑工艺实现的，则轻质结构元件的制造是特别简单的，且同样还易于拆解开，从而便于对塑料材料的循环回收。
在一个特别优选的实施例中，为了进一步增加轻质结构元件的强度，将基体的外表面(除了设置加强肋之外)用塑料材料包封住。可选地是该外部包封塑料材料与外加强肋的塑料材料为连续一体。
在腐蚀保护方面，例如对于金属插件的腐蚀保护，本发明的一个优选轻质结构元件的特别优点在于其基体的内表面至少部分地被包封在塑料材料中。这种内部包封塑料材料可被选择为与穿过基体上的穿孔而延伸到基体内部空间中的外加强肋的塑料材料为连续一体，由此能进一步地将外加强肋固定安装到基体的外表面上。
可根据应用场合而任意选择轻质结构元件中壳体的空间形状。轻质结构元件一种优选结构形式的特征在于基体的形状(相对于基体型材的断面)选择为大体上U形形状和/或大体上V形形状。
与封闭的箱型基体相比，本发明基体的优点在于其制造更为简单—例如可通过挤压工艺成型。
为了形成布线通道或空气导管，还可选择用一个盖板来封闭壳状基体。因此，这样的一种轻质结构元件将是优选的其特征在于至少有一块附加的盖板至少是部分地(尤其是完全地)封闭着基体的内部空间，该盖板被安装成横越(或跨罩)着基体的内部空间。在本发明的一实施例中，基体的形状选择为大体上U形的形状或大体上V形的形状，其中，这两种形状都具有两个侧壁，每个侧壁都具有一个大体上横向向外延伸的凸缘，该轻质结构元件还包括一盖板，该盖板固定安装在每一凸缘上，并覆盖了基体内部空间的至少一部分。
盖板可按照任何理想的方式伸出到轻质结构元件的侧边部分(侧壁)之外。在这种情况下，还可选地在盖板上设置其它的功能性元件—例如仪表板部件等等，因此可被用作其它的设计特征。
在本发明轻质结构元件的一特别优选的实施形式中，盖板被塑料材料连接包封在基体的边沿部分中，从而可封闭内部空间。在一实施例中，盖板被塑料材料固定安装在基体上，其中的塑料材料包封着每一凸缘、以及盖板上与所述凸缘抵接(或至少部分叠置)的至少一部分。
如果盖板是优选地通过相对叠置的孔眼或槽与基体结合的，且塑料材料穿透过这些孔眼或槽、并延伸超出孔眼或槽的平面之外，则能进一步提高结构元件的刚度。这样就形成了一种塑料铆接连接。在本发明的一实施例中，盖板和凸缘上都具有数个穿孔，每一穿孔都具有一个平面，盖板和所述凸缘上的至少一部分穿孔是相互对准的，这些相互对准的穿孔构成了多个对准孔，且每个对准孔都具有一平面，所述盖板利用延伸穿过至少一部分对准孔、并超出对准孔平面之外的塑料材料固定安装到所述基体上，所述对准孔中穿孔可选择为孔眼和/或槽。
如果需要一个气密通道，则可通过焊接或粘结连接的方法来实现封闭板与壳状基体或轻质结构元件之间的连接，和/或另外插入一个密封元件—例如一橡胶密封件。
对于某些应用(例如空气导管等等)而言，一种优选的轻质结构元件是有利的，其特征在于通过焊接接合、粘结接合、或某种密封剂—尤其是一种橡胶密封件，可将盖板相对于基体的安装点气密地封闭。在本发明的一实施例中，通过位于每一凸缘与盖板至少一部分之间的焊接接合、粘结接合、和/或某种密封剂，盖板在基体内部空间的上方形成了一个气密封件，其中，盖板上的至少一个部分是指固定安装到两凸缘上的那一部分。
在分开地容纳多个导管方面，轻质结构元件这样的一种优选形式已被证明是成功的结构元件基体的内部具有至少一个分隔壁，其尤其特别是用热塑性塑料材料制成的。
可用金属板材作为制造轻质结构元件基体的优选材料，或也可作为可选盖板的优选材料，其中的金属板材优选为钢板或铝板；压铸金属板—尤其是铝、锌或镁；或纤维增强的塑料材料或复合材料。
对于轻质结构元件的加强肋和包封件(可选的)的材质，优选的材料可从如下的塑料系列中选择聚碳酸酯；聚酯—尤其是PET或PBT；聚亚安酯；聚苯乙烯；聚酰胺；聚烯烃—特别是聚丙烯。
性能好且重量轻的结构元件和罩壳元件可应用在汽车工业、机械工程和仪表工业、电气工业和其它结构元件中。
特别是，这些元件可用在汽车工业中作为仪表板支撑件或所谓的车横梁件(CCBs)。
如果可行的话，还可利用注塑工艺在基体的外部区域或肋板上直接模制其它的结构元件，这些结构元件例如为用于仪表板区域的修饰性或功能性部件。
可按照可行的方式—尤其是利用注塑工艺以相对较短的生产时间制造出上述的轻质结构元件。在本发明的一优选实施例中，离散的安装安装点包括数个穿孔、多条焊道和/或数个突起。优选地是通过将塑料材料模塑到基体的外表面上的过程，来将加强肋固定安装到基体的外表面上，模塑上的塑料材料至少会(i)延伸穿过至少一部分穿孔，并延伸到基体的内部空间中；或(ii)填充至少一部分槽；或(iii)填充至少一部分所述焊道；以及(iv)至少部分地包封至少一部分所述突起。将塑料材料模塑到基体外表面上的过程包括(i)注塑(在热塑性塑料的情况下)；(ii)反应注塑(在热固性塑料材料的情况下，例如对于双组分热固性塑料或热固性聚亚安酯复合物)；以及(iii)将注塑和反应注塑相结合(在塑料复合物或部件既包括热塑性塑料、也包括热固性塑料材料的情况下)。
因此，本发明还涉及根据本发明的轻质结构元件的应用，其用作机动车或飞行器构造上的结构部件或支撑结构，尤其是作为一种带有布线通道或气体通道—尤其优选的是带有空气通道的支撑结构，并特别优选地作为仪表板支撑件或车横梁。可带有本发明轻质结构元件的制品包括(但不局限于此)机动车上的结构部件；飞行器上的结构部件；以及具有一条用于容纳缆线与气体之一的通道的结构部件。可带有本发明轻质结构元件的其它制品包括(但不局限于此)仪表板支撑件；以及车横梁。
在本发明的一特别优选的实施例中，轻质结构元件的加强肋在基体的外表面上形成一整体连续结构。
下面将结合附图以举例的方式来更加详细地说明本发明。示例示例1一由金属板材(厚0.08mm)制成的U形型材段(基体或壳)1带有折角凸缘8(在边沿区域29上)，型材段的外部上设置有用热塑性塑料材料(例如玻璃纤维增强的PA6材料)制成的十字形肋2a。如上所述，肋2a是用注塑工艺模塑在型材段上的。横跨型材段1的内部空间而设置了一个盖5a，其通过一模制的边沿包封件4而永久地固定在型材段1的边沿8上。
在型材段1表面的某些点上，设置了一些孔眼3形式的穿孔，热塑性塑料从这些孔眼中穿过。此处的塑料材料形成了一种铆接连接，其类似于图3中所示的连接3a。示例2图2示出了一个类似于图1中型材段的型材段1，其中，该型材段1具有一个双折角增强凸缘8。此处，横向加强肋2b被设置成相对于型材段的延伸部以及凸缘垂直。
肋2b通过穿过型材段1的热塑性塑料安装到型材段上的槽3f处。在该示例中，型材段被制成一开口箱形节段。示例3在图3所示的金属型材段1中，内表面20被热塑性塑料材料包封住，这可从横截面图中看出。类似于图1所示的型材段，型材段1具有一个盖板5a，其通过粘结剂6安装到型材段1上。
也可以通过使用边缘焊接接合(图中未示出)来进行安装，以此来取代粘结剂6。在焊接连接的情况下，连接盖板所用的材料/塑料材料可与连接内包封件的材料相同。
在这种情况下，盖板a是由玻璃纤维增强的热固性材料制成的。
在图3的截面图中示出了安装点的三种变型形式一种简单的孔眼3a、一种梯形的焊道3b、以及一种球形的突起3c。
型材段1具有双折角凸缘8，该凸缘被包封在热塑性塑料材料中，并与安装点3a、3b、3c相接合来确保组合体的强度。
为了进一步提高结构元件的刚度，盖板5a还可具有按照纵向、横向或十字形方式布置的补强焊道。示例4图4中表示出了一金属型材1的横截面构造，类似于根据示例2的型材段，其也具有塑料外肋板2a、2b。在该示例中，也是通过注塑工艺使热塑性塑料在孔眼3a、3b、3c或槽3f处穿过型材段基体1而形成数个安装点。
一金属盖板5b跨罩在型材段1的内部空间上方，盖板被直接坐压在金属型材1上，从而与之构成一电屏蔽通道26。盖板5b上的孔3g与型材段1上的孔眼3e或槽3f直接正对，因而利用塑料材料，其可被铆接到型材段1上。
考虑到图3中基体上带有折角凸缘部分，从而，只有基体侧区域上的纵向塑料材料肋板2b—即在变形方向上的肋板能起到增强件的作用。
型材段的整个外表面23上还具有一外包封件10，其是由与肋板2a、2b相同的热塑性塑料制成的。在此情况下，安装点3d、3e、3f不必直接设置在肋板2a、2b的区域内。
可采用制造轻质结构元件的常规注塑工艺来直接执行金属盖板5b的安装过程，或者是采用所谓的“模内组装工艺”、而非传统的连接工艺(粘结、焊接6)来执行。
尽管在上文中，为了例示说明，对本发明作了详细的描述，但应该理解，这样的详细叙述仅仅是为了说明目的，本领域的技术人员在不脱离本发明设计思想和保护范围的条件下可对其进行多种形式的改变，其中，本发明的范围只能由权利要求书进行限定。
权利要求
1.一种轻质结构元件，其包括(a)一壳体基体，其具有内表面和外表面，所述基体的内表面围成了一内部空间；以及(b)一些由塑料材料制成的加强肋，加强肋被固定安装到所述基体的外表面上，其特征在于所述加强肋是通过离散的安装点固定安装到所述基体的外表面上的，所述加强肋是直接或间接地固定安装到所述基体的外表面上。
2.根据权利要求1所述的轻质结构元件，其特征在于制成所述基体的材料是从热塑性塑料材料、热固性塑料材料以及金属中选出的至少一种。
3.根据权利要求1所述的轻质结构元件，其特征在于所述加强肋的塑料材料是从热塑性塑料材料和热固性塑料材料中选出的至少一种。
4.根据权利要求1所述的轻质结构元件，其特征在于所述离散安装点包括如下的至少一种多个穿孔、多条焊道以及多个突起。
5.根据权利要求1所述的轻质结构元件，其特征在于所述基体具有多个穿孔，每个穿孔都具有一平面，通过使所述加强肋塑料材料延伸穿过至少一部分所述穿孔、并延伸超出所述穿孔的平面之外、从而进入到所述基体的内部空间，而将所述加强肋固定安装到所述基体的外表面上，所述穿孔选择为孔眼和槽中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的轻质结构元件，其特征在于所述基体的形状选择为大体为U形的形状或大体为V形的形状，这两种形状都具有两个侧壁，每个侧壁都具有一个边沿，通过使所述加强肋的塑料材料至少部分地包住所述边沿而进一步地将所述加强肋固定安装到所述基体的外表面上。
7.根据权利要求6所述的轻质结构元件，其特征在于每一侧壁的边沿都具有一大体横向向外延伸的凸缘，通过使所述加强肋的塑料材料至少部分地包住所述凸缘而进一步地将所述加强肋固定安装到所述基体的外表面上。
8.根据权利要求4所述的轻质结构元件，其特征在于通过将塑料材料模塑到所述基体的外表面上的过程，来将所述加强肋固定安装到所述基体的外表面上，模塑上的塑料材料至少会(i)延伸穿过至少一部分所述穿孔，并延伸到所述基体的内部空间中；或(ii)填充至少一部分所述槽；或(iii)填充至少一部分所述焊道；以及(iv)至少部分地包封至少一部分所述突起。
9.根据权利要求1所述的轻质结构元件，其特征在于所述基体的外表面至少部分地被包封在塑料材料中。
10.根据权利要求1所述的轻质结构元件，其特征在于所述基体内表面的至少一部分被用塑料材料进行了包封。
11.根据权利要求1所述的轻质结构元件，其特征在于所述基体的形状选择为大体上U形形状或大体上V形形状。
12.根据权利要求1所述的轻质结构元件，其特征在于所述基体的形状选择为大体上U形的形状或大体上V形的形状，其中，这两种形状都具有两个侧壁，每个侧壁都具有一个大体上横向向外延伸的凸缘，所述轻质结构元件还包括一盖板，所述盖板固定安装在每一所述凸缘上，并覆盖了所述基体内部空间的至少一部分。
13.根据权利要求12所述的轻质结构元件，其特征在于所述盖板通过塑料材料固定安装在所述基体上，所述塑料材料包封着每一所述凸缘、以及所述盖板上与每一所述凸缘相抵接(或至少部分叠置)的至少一部分。
14.根据权利要求12所述的轻质结构元件，其特征在于所述盖板和所述凸缘上都具有数个穿孔，每一穿孔都具有一个平面，所述盖板和所述凸缘上的至少一部分穿孔是相互对准的，这些相互对准的穿孔构成了多个对准孔，且每个对准孔都具有一平面，所述盖板利用延伸穿过至少一部分对准孔、并超出对准孔平面之外的塑料材料固定安装到所述基体上，所述穿孔可选择为孔眼和/或槽。
15.根据权利要求12所述的轻质结构元件，其特征在于通过位于每一所述凸缘与所述盖板至少一部分之间的焊接接合、粘结接合、以及某种密封剂中的至少一种，所述盖板在所述基体内部空间的上方形成了一个气密封件，其中，所述盖板上的至少一个部分是指固定安装到所述凸缘上的部分。
16.根据权利要求1所述的轻质结构元件，还包括至少一个分隔壁，其位于所述基体的内部空间内。
17.根据权利要求12所述的轻质结构元件，其特征在于所述基体与所述盖板是由至少一种材料分别独立地制出的，所述材料是从一组材料中选出的，这组材料包括金属板材、压铸金属以及纤维增强的塑料材料。
18.根据权利要求1所述的轻质结构元件，其特征在于所述加强肋的塑料材料是从一组材料中选出的至少一种热塑性塑料，这组材料包括聚碳酸酯、聚酯、聚亚安酯、聚苯乙烯、聚酰胺、以及聚烯烃。
19.一种包括根据权利要求1所述轻质结构元件的制品，其中，所述制品可选为如下的构件机动车上的结构部件；飞行器上的结构部件；以及具有一条用于容纳缆线与气体之一的通道的结构部件。
20.一种包括根据权利要求1所述轻质结构元件的制品，其中，所述制品可选为仪表板支撑件或汽车横梁。
21.根据权利要求1所述的轻质结构元件，其特征在于所述加强肋在所述基体的外表面上形成了一个连续的整体结构。
全文摘要
本发明公开了一种轻质结构元件(100)。该轻质结构元件(100)包括(a)一壳状的基体或壳(1)，其例如是由金属制成的，该基体具有内表面(20)和外表面(30)，所述基体的内表面(20)围出了一个内部空间(26)；以及(b)一些加强肋(2a、2b)，它们是由塑料材料－优选为热塑性塑料制成的，加强肋被固定安装到基体(1)的外表面(30)上。加强肋是通过离散的安装点固定安装到所述基体的外表面上的，安装点例如可包括孔眼(3a)、槽(3f)、焊道(3b)和/或突起(3c)。可包括该轻质结构元件的制品例如包括机动车和飞行器上的结构部件(例如汽车横梁)以及具有一条用于容纳缆线与气体之一的通道的结构部件。
文档编号B62D29/00GK1441191SQ03106748
公开日2003年9月10日 申请日期2003年2月28日 优先权日2002年2月28日
发明者R·卡彭施泰恩, H·戈德巴赫 申请人:拜尔公司