结构单元的连接装置和用于连接结构单元的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于连接车辆车身的至少两个结构单元(10)的方法，所述至少两个结构单元分别包括构成为空心型材的至少一个支撑单元(12)，所述支撑单元具有在所述支撑单元(12)中设置的至少一个加强件(14)，其中，利用结构泡沫(16)使相应的加强件(14)与相应的支撑单元(12)连接，其中，使两个结构单元(10)的加强件(14)分别形成接合部段并相互接合。按照本发明，对待连接的结构单元(10)进行定向，在结构单元(10)的热处理之前将加强件(14)预固定在支撑单元(12)中，在热处理之后通过发泡和/或粘合使加强件最终固定。此外，本发明还涉及一种用于车辆车身的两个结构单元(10)的连接装置。
【专利说明】结构单元的连接装置和用于连接结构单元的方法
【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连接结构单元的方法以及一种按照权利要求10的前序部分所述的用于车身的两个结构单元的连接装置。
【背景技术】
[0002]这样的用于连接用于车身的两个结构单元的方法在多个变型中是已知的。这样的方法用于提高车身的强度并且用于降低车身的重量，特别是在轻质车身的情况下在机动车中的不同位置上。为了制造两个结构单元的连接装置，特别是应用多种结构形式的轻型材料，这些轻型材料基于高的扭转刚度并由此非常高的特定于重量的能量吸收而突出地适用于吸收机动车中的碰撞能量。作为附加的加固件将填料和/或可发泡的人造树脂引入到结构单元中，其中，填料和/或人造树脂使结构单元与邻接的构件相连接。
[0003]由文献DE 12 2009 049 313 B4已知例如两个用于车辆车身的结构单元的连接装置，所述结构单元分别包括构成为空心型材的支撑单元，该支撑单元具有在所述支撑单元中设置的加强件。该加强件通过结构泡沫与相应的支撑单元连接，其中，两个结构单元的加强件分别构成为具有接合部段并且通过该接合部段相互接合。与结构泡沫连接的构件最终固定在其位置上。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种用于连接结构单元的方法和一种用于车辆车身的两个结构单元的连接装置，所述方法和连接装置通过简单和成本低廉的方式实现了车辆支撑单元的无应力的加固。
[0005]按照本发明，该目的通过提供具有权利要求1的特征的用于连接结构单元的方法和具有权利要求10的特征的两个用于车辆车身的结构单元的连接装置实现。本发明的有利的实施方式和改进方案在从属权利要求中提出。
[0006]为了提供用于连接结构单元的方法和用于车辆车身的两个结构单元的连接装置——所述方法和连接装置以简单和成本低廉的方式实现了车辆支撑单元的无应力的加固，按照本发明提出，对待连接的结构单元进行定向，在结构单元的热处理之前将加强件预固定在支撑单元中，在热处理之后通过发泡(Schaumen )和/或粘合使加强件最终固定。通过有利的方式按照本发明的方法实现了，待连接的结构单元和支撑单元中的加强件可以在其装配之后和在热处理之后准确地相对取向并且固定或最终固定在相对取向的位置上。由此实现了，结构单元中的支撑单元相互定位或固定在最优和规定的位置上，从而这些支撑单元可以良好地吸收和分配或进一步引导待传递的力。这是需要的，以便确保结构单元的功能并且阻止优选骨架式支撑单元或加强件的折弯。通过按照本发明的方法可以实现结构单元和支撑单元中加强件的准确定向和固定，因为可以考虑在热处理之后构件的相对运动。结构单元与车辆车身的支撑结构的按照本发明的可靠连接可以有针对性地改善车辆车身的强度并且也抵抗压力负荷，该压力负荷可能会不理想地垂直地作用于结构单元并由此导致力矩和压力。由此可以确保车辆中碰撞能量的非常好的吸收。本方法的另一优点在于，按照本发明的结构单元可以非常轻地、然而却抗扭转地构成并且吸收了作用在车辆上的碰撞能量的大部分，因为该结构单元可以具有高的特定的能量吸收能力。通过结构单元按照本发明改善车辆的支撑结构的刚性的方式，由此对支撑结构的材料和强度的要求可以匹配于相应的应用情况。
[0007]在按照本发明的方法的有利设计方案中，所述预固定可以设计为机械紧固(Verhakung)和/或化学连接。
[0008]由此，待连接的构件可以通过有利的方式成本低廉地预装配和固定在确定的位置上。如此可以例如大面积地施加化学试剂，和/或可以将机械构造的固定机构集成到待相互固定的构件中。在两种情况下，可以实现车辆的相应设计的车身构件的快速和成本低廉的预固定或预装配。构件的这样的预固定在封闭的型材内或在两个构件之间有利地实现了小的相对运动，该相对运动可能基于热处理强制性地出现。通过省去独立的机械固定件或通过使用轻的化学试剂在保持车辆重量不变的情况下引起仅仅非常小的材料成本和制造成本。
[0009]在按照本发明的方法的另一有利的设计方案中，可以通过热处理消除所述结构单元中的内应力。构件中的内应力可能在固定和热处理时导致扭曲变形，从而在车身中会出现尺寸不准确性。此外可能由于扭曲变形在最终装配时需要再加工，例如另外的构件的装配、公差补偿等等，由此引起高成本和长的装配时间。通过预固定和随后用于消除构件中的内应力的热处理，按照本发明的方法的实施方式通过有利的方式实现了构件的尽可能无应力的组装，从而可以避免再加工。在预装配中应用的装配机构可以避免在装配时产生内应力。因为不仅机械紧固而且粘合剂形式的化学连接仅仅引起小的内应力，所以可以通过热处理以有利的方式有效消除在金属材料中由于小的公差而保留的内应力。无应力装配的构件可以具有长的使用寿命。
[0010]在按照本发明的方法的另一有利的设计方案中，所述结构单元的支撑单元和/或加强件可以由不同的材料和/或不同材料组合制造。由此可以通过有利的方式实现在混合结构的情况下连接技术的简化，特别是通过由不同材料和/或不同材料组合制成的结构单元，由此轻型的构件可以在轻型结构构思的意义上设计为具有不同的强度特性。由此结构单元的刚性或特定的能量吸收能力有针对性地在构造上与碰撞情况相协调并且积极地影响机动车的支撑结构或支撑结构的一部分的碰撞特性。按照本发明的方法的另一优点在于，不同材料和/或不同材料组合的应用最优地适用于复杂的结构单元和节点几何结构并且由此机动车的支撑结构可被成本低廉地加固。
[0011]在按照本发明的方法的另一有利的设计方案中，所述材料和/或材料组合具有不同的热膨胀系数。大幅相互不同的热膨胀系数可以导致机械应力，可以通过有利的方式在构造上对该机械应力加以考虑和积极地利用。在两个构件之间定位的构件的热特性可以例如有针对性地用于构件的位置定位。在热处理中通过构件的原始长度的匹配可以平衡构件的和温度有关的长度变化，因此可以例如将具有大幅相互不同的热膨胀系数的构件、例如铝和纤维强化的塑料无问题地组合在一起。备选地可能的是，接合结构单元的构件，所述构件虽然具有基本上相同的热膨胀系数，其中然而热感应长度变化基本上沿不同方向起作用，其方法是在构造上补偿构件的长度变化，以便避免产生机械应力。
[0012]在按照本发明的方法的另一有利设计方案中，所述材料和/或材料组合可以由金属和/或非金属组成，例如由碳纤维强化的塑料、纤维塑料复合物或铝组成。由此可以通过有利的方式产生具有不同的强度特性的非常轻的构件，该构件由此可完全在轻型结构构思的意义上设计，其中结构泡沫可以用作在具有不同材料和/或不同材料组合的结构构件之间的障碍物。由此可以在结构单元的构件之间通过有利的方式有效地避免接触腐蚀并且制造负载情况优化的结构单元。
[0013]优选地，所述热处理可以设计为阴极浸溃涂装的硬化过程。由此可以在随后的干燥之后通过有利的方式产生对于所引入的结构泡沫的粘附的特别好的条件。特别是可以通过该方法在装配状态下以大件数经济地处理结构单元的构成为具有复杂的结构和空腔的表面并且由此获得最优的腐蚀保护。阴极浸溃涂装最优适用于机动车的这样的支撑结构，因为该支撑结构在大约185°C的温度下可以被自动化并且环保地涂装。阴极浸溃涂装的另一优点在于金属表面均匀的涂层和具有均匀层厚和好的表面质量的空腔。
[0014]在按照本发明的方法的另一有利设计方案中，所述结构单元的至少一个加强件可以具有至少一个加强肋。由此结构单元可以通过有利的方式抗扭转却特别轻地构成，由此压力可以被大面积地分布和传递到邻接的构件面上。加强肋可以不平地或平面地构成并且由此吸收特别容易提高的压力负荷。本发明的另一优点在于，通过加强肋的几何结构的可变的设计、特别是通过加强肋的面向目标和/或不同的材料厚度，结构单元的可负荷性的规定的调节以及总的能量吸收能力是能够实现的。另一优点是具有加强肋的结构单元的大的表面，由此在引入结构泡沫之后可以实现填充泡沫的结构单元的高的扭转刚度。
[0015]在按照本发明的方法的另一有利设计方案中，所述加强件可以通过结构泡沫和/或粘合剂以形锁合和/或力锁合和/或材料结合的方式与相应的支撑单元连接。由此为了连接加强件与相应的支撑单元通过有利的方式不需要投入大的装配步骤或成本高的连接方法，从而可以降低材料成本和装配成本。由此结构单元的多个复杂的构件可以在难以进入的区域或节点中快速地通过简单和成本低廉的方式经济地相互连接和加强。结构泡沫和/或粘合剂的任务在于，优选将加强件或结构单元在支撑单元中定位或者在其位置上固定，以便加强支撑单元。机动车的这种大面积填充泡沫的结构单元或支撑结构可以具有带有小的强度跳跃性的特别高的扭转刚度并且可高负荷地构成。结构泡沫或粘合剂可以在小的特定重量的情况下同时具有高的剪切模量。此外，结构泡沫可以阻止在相互连接的构件的材料之间发生可以导致腐蚀的电化学反应。由此可以有效改善车辆车身的刚性和质量。
[0016]此外提出一种用于车辆车身的两个结构单元的连接装置，该结构单元分别包括构成为空心型材的至少一个支撑单元，所述支撑单元具有在所述支撑单元中设置的至少一个加强件，其中，相应的加强件通过结构泡沫与相应的支撑单元连接，其中，所述两个结构单元的加强件分别构成为具有接合部段并相互接合。相连接的至少两个结构单元被定向，在结构单元的热处理之前加强件被预固定在支撑单元中，加强件在热处理之后通过发泡和/或粘合被最终固定。由此在构件的成本低廉的制造的情况下产生抗扭转和轻的结构单元，该结构单元可以通过有利的方式应用在车辆车身的不同区域中，因为该结构单元可与另外的结构单元连接并且能以不同大小制造。
[0017]在按照本发明的连接装置的一个有利设计方案中，所述支撑单元可以至少部分构成为封闭的空心型材。由此可以通过有利的方式在不添加附加的材料的情况下实现按照本发明的支撑单元的刚性和可负荷性的进一步改善。优选地，支撑单元可以除了小的重量和高的刚性之外还具有改善的特定能量吸收能力的优点。基于支撑单元的按照本发明的设计方案可以受控地吸收作用到支撑单元上的碰撞能量并且特别是通过简单和成本低廉的方式极大地改善按照本发明的支撑单元的能量吸收能力。
[0018]在按照本发明的连接装置的另一有利设计方案中，预固定可以通过具有高膨胀性能(Dehnung)的基于橡胶的粘合剂实现,该粘合剂通过有利的方式无损坏地经受住材料的不同的纵向膨胀(Langenausdehnung )。因为为了预固定构件，粘合剂仅能少量地应用，所以可以极大地简化和改善制造方法。除了结构单元的可靠连接和精确安装之外还可以显著降低安装成本。因为为了预固定结构单元，粘合剂仅仅在单个点上或在具有小的面的短的路段上实现，所以在结构单元与邻接的构件之间保留足够大的间隙，从而表面处理或涂装或填充泡沫可以在空腔中有针对性地进行，由此结构单元可以在热处理之后特别简单地最后固定在其位置上。
[0019]在按照本发明的连接装置的另一有利设计方案中，PUR结构泡沫可以用作结构泡沫。由此可以通过有利的方式在车辆车身的结构单元与支撑结构之间确保稳定和持久的连接，其中，结构泡沫可选择地不出现。此外，结构泡沫可以防止湿气的进入并且有效地缓冲在车辆车身的结构单元与支撑结构之间起作用的相对运动。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]本发明的有利的实施方式在附图中示出并且在下面进行描述。彼此相对应的构件在各个图中始终以相同的附图标记表示。在附图中的相同的构件仅仅分别表示一个构件。
[0021]其中:
[0022]图1示出了具有多个结构单元的按照本发明的连接装置的一个实施例的车辆的门扇的空心型材的部分截面图，所述结构单元通过结构泡沫相互连接；
[0023]图2示出了根据图1的本发明重要的部分的细节截面图；
[0024]图3示出了具有结构单元的按照本发明的连接装置的另一实施例的透视图，该结构单元由支撑单元、加强件和结构泡沫组成；
[0025]图4示出了没有加强件的根据图3的按照本发明的连接装置的透视图；
[0026]图5示出了用于根据图3的按照本发明的连接装置的加强件的第一实施例的透视图；
[0027]图6示出了用于根据图5的按照本发明的连接装置的加强件的截面图；以及
[0028]图7示出了用于按照本发明的连接装置的加强件的第二实施例的截面图。
【具体实施方式】
[0029]如由图1清晰可见，按照本发明的连接装置的示出的实施例具有用于车辆车身的至少两个结构单元10。所述至少两个结构单元10分别包括至少一个构成为空心型材的支撑单元12和至少一个在支撑单元12中设置的加强件14、14’。相应的加强件14、14’通过结构泡沫16与相应的支撑单元12连接，其中，两个结构单元10的加强件14、14’分别构成为具有接合部段并且相互接合。
[0030]为了提供用于车身的两个结构单元10的按照本发明的连接装置，该连接装置以简单和成本低廉的方式实现了机动车的支撑单元12的无应力的加强/刚度提高，按照本发明提出，对待连接的结构单元10进行定向，在结构单元10的热处理之前将加强件14、14’预固定在支撑单元12中，在热处理之后通过发泡和/或粘合使加强件最终固定。
[0031]如由图1和2进一步清晰可见，在本实施例中四个按照本发明的结构单元10安装在车门的车门立柱18中。在构成为空心型材的车门立柱18的直的部段中设置两个相同的结构单元10，它们分别由一个在角区域20或节点中设置的结构单元10包围。结构单元10的几何结构和实施方式可以匹配于具有规定的刚性的安装几何结构，由此不仅支撑单元12而且在支撑单元12中设置的加强件14、14’都可以不同地构成。在结构单元10之间可以为构成为空心型材的车门立柱18的自由间隙部分地或完全地填充结构泡沫16，由此结构单元10可以相互地连接并且与车门立柱18的空心型材的内面连接并且由此可以实现车门立柱18的附加的机械加强。
[0032]在另一在此未示出的实施例中，一个或多个结构单元可以通过发泡和/或粘合最终相互连接，并在机动车的承载结构的构件之间优选通过加强件的至少一个加强肋与机动车的支撑结构连接。
[0033]如由图3清晰可见，支撑单元12在示出的实施例中至少部分地构成为封闭的空心型材，其中，支撑单元12构成为具有空腔的矩形型材。自然也可以考虑其他对于本领域内技术人员看起来有意义的、支撑单元12的型材的实施方式。
[0034]如由图3至7进一步清晰可见的是，示出的加强件14、14’优选U形地构成并且具有对置的加强肋14a、14b，所述加强肋相互错开地设置，由此可以制造具有高强度的抗扭体。加强肋14a、14b增大了加强件14、14’与支撑单元12的连接面。加强件14、14’固定在支撑单元12的至少一个端侧上，其方法是加强件14的加强肋14a、14b包围支撑单元12的一个端侧并且由此封闭支撑单元12的打开的型材区域。在通过填充泡沫和/或粘合剂在支撑单元12上最终连接加强件14、14’之后，产生抗扭的构件。
[0035]如由图3和4进一步清晰可见的是，支撑单元12的型材的打开的空腔可以部分或完全地填充结构泡沫16作为结构单元10的附加的机械加强。为了优化支撑单元12与结构泡沫16的连接和支撑单元12的重量，支撑单元12可以完全或部分地具有孔和/或使表面增大的结构。
[0036]如由图7进一步清晰可见，加强件14’的备选实施方式具有附加的加强肋14c，通过该附加的加强肋可以实现结构单元10在机动车的支撑结构上的连接。
[0037]结构单元10根据按照本发明的方法制造。待连接的至少两个用于车辆车身的结构单元10分别包括至少一个构成为空心型材的支撑单元12,该支撑单元具有至少一个在所述支撑单元12中设置的加强件14、14’，其中，相应的加强件14、14’通过结构泡沫16与相应的支撑单元12连接，并且其中，两个结构单元10的加强件14、14’分别构成为具有接合部段并且相互接合。按照本发明，对待连接的结构单元10进行定向，在结构单元10的热处理之前将加强件14、14’预固定在支撑单元12中，在热处理之后通过发泡和/或粘合使加强件最终固定。
[0038]为了能够把结构单元10固定在期望的位置上，预固定在第一步骤中在热处理之前通过具有高膨胀性能的基于橡胶的粘合剂实现，该粘合剂无损坏地经受住材料的不同的纵向膨胀。备选地，结构单元10也可以在期望的位置上通过机械固定机构进行预固定，该机械固定机构可以设置在结构单元10和相应的紧固副中，由此可以实现机械的锁定或锁闭。在热处理之后在随后的第二步骤中为在位置方面预固定或机械锁闭的结构单元10和接纳结构单元10的构件完全填充泡沫。
[0039]通过有利的方式，所述预固定设计为机械紧固和/或化学连接，其使加强件14、14’与支撑单元12能在热处理期间运动运动而不使该连接松脱。在本实施例中，结构单元10的至少一个加强件14、14’具有至少一个加强肋14a、14b、14c，其中，加强件14、14’优选通过结构泡沫16和/或粘合剂以形锁合和/或力锁合和/或材料结合的方式与相应的支撑单元12连接。优选将PUR结构泡沫用作结构泡沫16。自然地也可以应用环氧泡沫和/或金属泡沫，例如铝泡沫等等作为结构泡沫16。备选于结构泡沫16也可以应用基于橡胶的粘合剂。
[0040]虽然结构单元10的支撑单元12和/或加强件14、14’由不同材料和/或不同材料组合制造并且由此具有不同的热膨胀系数，但基于连接的方法有利的弹性特性通过热处理消除结构单元10中的内应力。
[0041]优选地，材料和/或材料组合由金属和/或非金属组成，由此能够制造具有不同强度特性的负荷特定的结构单元10，其可以极大地改善机动车支撑结构的刚性。热处理例如是一种设计为在阴极浸溃涂装中的硬化过程的方法。
[0042]附图标记列表:
[0043]10结构单元
[0044]12支撑单元
[0045]14、14’ 加强件
[0046]14a、14b 加强肋
[0047]16结构泡沫
[0048]18车门立柱/空心型材
[0049]20角区域
【权利要求】
1.一种用于连接车辆车身的至少两个结构单元(10)的方法，所述至少两个结构单元分别包括构成为空心型材的至少一个支撑单元(12)，所述支撑单元具有在所述支撑单元(12)中设置的至少一个加强件(14、14’)，其中，利用结构泡沫(16)使相应的加强件(14、14’ )与相应的支撑单元(12)连接，其中，使两个结构单元(10)的加强件(14、14’ )分别形成接合部段并相互接合，其特征在于，对待连接的结构单元(10)进行定向，在结构单元(10)的热处理之前将加强件(14、14’)预固定在支撑单元(12)中，在热处理之后通过发泡和/或粘合使加强件最终固定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预固定设计为机械紧固和/或化学连接。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过热处理消除所述结构单元(10)中的内应力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述结构单元(10)的支撑单元(12)和/或加强件(14、14’ )由不同的材料和/或不同的材料组合制造。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述材料和/或材料组合具有不同的热膨胀系数。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述材料和/或材料组合由金属和/或非金属组成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述热处理设计为阴极浸溃涂装的硬化过程。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述结构单元(10)的至少一个加强件(14、14’ )具有至少一个加强肋(14a、14b、14c)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述加强件(14、14’)通过结构泡沫(16)和/或粘合剂以形锁合和/或力锁合和/或材料结合的方式与相应的支撑单元(12)连接。
10.一种用于车辆车身的两个结构单元(10)的连接装置，该结构单元分别包括构成为空心型材的至少一个支撑单元(12)，所述支撑单元具有在所述支撑单元(12)中设置的至少一个加强件(14、14’)，其中，相应的加强件(14、14’ )通过结构泡沫(16)与相应的支撑单元(12)连接，其中，所述两个结构单元(10)的加强件(14、14’ )分别构成为具有接合部段并相互接合，其特征在于，相连接的结构单元(10)是利用根据权利要求1至9中任一项所述的方法相互连接的。
11.根据权利要求10所述的连接装置，其特征在于，所述支撑单元(12)至少部分构成为封闭的空心型材。
12.根据权利要求10或11所述的连接装置，其特征在于，预固定通过具有高膨胀性能的基于橡胶的粘合剂实现，该粘合剂无损坏地经受住材料的不同的纵向膨胀。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的连接装置，其特征在于，所述结构泡沫(16)是HJR结构泡沫和/或环氧泡沫和/或金属泡沫。
【文档编号】B62D29/00GK104203730SQ201380017516
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年3月23日 优先权日:2012年4月4日
【发明者】A·耶施克 申请人:奥迪股份公司