用于制造增强的纤维复合构件的方法和纤维复合构件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于制造增强的纤维复合构件的方法和纤维复合构件。所述方法包括如下步骤：提供金属的空心体；使金属的空心体塑性变形，以产生具有确定横截面的金属的增强型材；将所产生的增强型材设置在第一纤维复合壳体的第一腔内；将至少一个第二纤维复合壳体设置在增强型材上，使得第一腔和由第二纤维复合壳体确定的第二腔构成接纳增强型材的空室，其中至少一个所述设置的步骤包括使增强型材与纤维复合壳体中的至少一个以材料接合方式连接。所述纤维复合构件包括至少两个彼此连接的纤维复合壳体，纤维复合壳体分别包括一个腔，所述腔共同确定出一空室，以及在该空室中设置有与至少一个纤维复合壳体以材料接合方式连接的、金属的增强型材。
【专利说明】用于制造増强的纤维复合构件的方法和纤维复合构件
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造增强的纤维复合构件的方法以及一种壳式结构的增强的纤维复合构件。
【背景技术】
[0002]纤维复合构件在机动车中得到越来越多的应用，因为它们与由纯金属材料构成的相应的构件相比在重量轻的同时具有很高的刚性。
[0003]对此常常使用空心梁，这些空心梁构造成通常纵向延伸的空心型材并提供特别有利的刚性。例如，在这种情况下其涉及的是车辆结构件或者具备支承功能的加强元件。这些空心型材可以由多个分开制造的薄壳状元件组装而成，这些元件首先单独制造以及接着相互粘合在一起，从而它们共同确定出一个空室。然而在这里，特别是在由碳纤维增强的塑料构成的空心型材中，小的断裂延伸率被证明是不利的，该空心型材具有相应小的结构整体性。
[0004]此外，由DE 102010037459 Al已知:附加地提高这种空心梁的抗弯刚度。为此，空心梁由两个薄壳状的型材构成并且在该空心梁的空室中设置有加强的金属筋结构，该筋结构与空心梁粘合在一起。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目的是:提供一种增强的纤维复合构件，该纤维复合构件确保在重量轻的同时具备尽可能高的抗弯刚度以及尽可能过程可靠的和易于适配的可制造性。
[0006]为实现上述目的，本发明提出一种用于制造增强的纤维复合构件的方法，其包括如下步骤:
[0007]a.提供金属的空心体，
[0008]b.使金属的空心体塑性变形，以产生具有确定横截面的金属的增强型材，
[0009]c.将所产生的增强型材设置在第一纤维复合壳体的第一腔内，
[0010]d.将至少一个第二纤维复合壳体设置在所述增强型材上，使得所述第一腔和由所述第二纤维复合壳体确定的第二腔构成一个接纳所述增强型材的空室。
[0011]此外，其中至少一个所述设置的步骤包括使增强型材与所述纤维复合壳体中的至少一个以材料接合方式连接。
[0012]简言之，那就是说所述金属的空心体(它尤其可以是金属管或者具有多角形横截面的空心型材)首先要改变横截面地成形为原始形状，以便产生具有所期望的横截面的增强型材。优选地，以这种方式所产生的增强型材沿着纵向延伸具有一种保持恒定的横截面，也就是说沿着长度保持不变的横截面形状和横截面大小。
[0013]接下来将该增强型材包纳于纤维复合壳体之间，其方式是:所述纤维复合壳体借助相应确定的腔共同地包围所述增强型材。在此，优选所述纤维复合壳体材料接合地敷设到、特别是粘合到增强型材的外表面上。增强型材的金属材料具有可延展的材料特性，这些材料特性能够实现简单的和适配于需要的制造，并赋予整个纤维复合构件提高的结构整体性。附加地，由金属材料构成的增强型材还能有益地提高整个纤维复合构件的断裂延伸率。特别是钢、铝和镁以及相应的合金被证明为特别适合的金属。不言而喻，同样还可以使用其他金属。
[0014]例如借助内高压变形加工或者所谓的“吹制成型硬化”法(“Blow-Form-Hardening"-Verfahren)来进行所述塑性变形的步骤。在所谓的“内高压变形加工”中，(简言之)所述金属的空心体通过加注到空心体内部的和施加压力的液体、例如水-油-乳浊液从内部通过朝向成型的阴模的扩张而受到挤压并因此相应地变形。这一点通常是在最大可达3000bar的内压力下实现。此方法为“冷式”，因此发生材料的冷作硬化，从而能够在负担载荷时实现得以降低的、可承受的应力。
[0015]在所谓的“吹制成型硬化”法中，(同样大幅度简化地描述)对金属的空心体进行剧烈加热，例如加热到约980°C，并通过压缩空气从内部施加压力。以这种方式，通过朝向成型的阴模的扩张同样实现了变形。接着，用水对经过变形的空心体进行激冷，由此便能产生强度特别高的增强型材。
[0016]另外，所产生的金属的增强型材的确定横截面具有这样的形状，该形状构造成至少部分地、然而优选完全地与待连接的第一和/或第二腔的几何形状互补，从而使所述金属的增强型材能够至少部分面状地与第一和/或第二纤维复合壳体连接。通过这种方式，可以在这些部分区段中配置一种相互间的、材料接合的连接，其建立了在两拼合配对件之间的固定式连接，由此明显提高整个纤维复合构件的强度和抗弯刚度以及其结构整体性。
[0017]这意味着:所述金属的增强型材的确定横截面这样地与所述腔的形状相匹配:使得增强型材的相应表面(至少在这个区域内)可以呈面状地贴靠到确定各个腔的各个纤维复合壳体的内表面上。
[0018]纤维复合壳体本身可以由纤维复合材料构成。在此，作为纤维，适用的特别是玻璃纤维、碳素纤维、芳族聚酰胺纤维、其他人造纤维或者天然纤维，这些纤维是以合适的、热固性母体或者热塑性母体浸渍的。优选第一和/或第二纤维复合壳体借助树脂传递模塑法(缩写:RTM)或者借助湿压法制成。在这些情况中，各纤维复合壳体也就是在单独分开的工作步骤中加以准备并且优选在硬化的状态下提供。
[0019]两个纤维复合壳体之间简单而易于制造的连接通过如下方式得以实现，S卩，第一和第二纤维复合壳体借助至少一个法兰连接相互连接。例如，法兰特别是可以通过粘合相互连接。
[0020]附加地，本方法还可以包括利用阴极浸漆(KTL)对所产生的增强型材进行涂层的步骤。通过这种方式，可以在金属的增强型材上涂覆适合的防腐保护。
[0021]在塑性变形的范围内，金属的空心体被置于具有确定横截面的新的形状。所述确定横截面例如是圆形的、椭圆形的或者多角形的封闭的横截面。作为“多角形”，特别是应理解为三角形、四角形、五角形或六角形的横截面。当然也可以是具有更多数量个角的横截面。在每个实施方式中所述确定横截面可以与此无关地具有规则的、特别是镜像对称或旋转对称的形状或者不规则的或者说不对称的形状。不言而喻，多角形的横截面的各角不必强制性地构造为呈尖锐状延伸会聚到其尖部，而是作为可选方案可以具有倒圆的尖部。
[0022]此外还提出一种增强的纤维复合构件，其包括至少两个彼此连接的纤维复合壳体，所述纤维复合壳体分别包括一个腔，其中，所述腔共同确定出一个空室，以及，在所述空室中设置有与至少一个纤维复合壳体以材料接合方式连接的、金属的增强型材。
[0023]优选地，所述纤维复合构件是利用所说明的方法制造的。
[0024]根据一个实施方式，所述纤维复合构件是纤维增强的车身结构部件或者机动车的增强构件。例如，该车身结构部件可以是车篷弓形架、坎梁、发动机固定架、纵梁、侧框等等。所述纤维复合构件同样可以是增强构件，该增强构件可以与车身结构部件相连接，诸如A-柱增强件、B-柱增强件或C-柱增强件，该增强件插置在外侧框与内侧框之间。
[0025]因此便可以产生这样一种纤维复合构件，该纤维复合构件由于材料接合地集成联接的增强型材的增强措施而具有特别高的结构整体性。因此能够实现特别高的负荷水平。此外，根据所期望的负荷能够改变并适配调整所述增强型材的和/或两个纤维复合壳体的相应的壁厚匹配。因此，在一定限度内，特别是可以使纤维复合壳体的外部几何结构保持不变，而仅仅在纤维复合壳体的内部改变相应的几何结构。在此情况下，整个构件对外保持不变。这一点特别是对于车辆的衍生部件(Derivat)或者其他的差异化措施(Differenzierungsma β nahme)具有优点并且省却了对相邻构件的相应的匹配调整。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]下文将借助实施例参照附图详细地阐述本发明。附图示出:
[0027]图1为根据上面说明的增强的纤维复合构件的侧视图，和
[0028]图2为图1所示的增强的纤维复合构件的横截面。
【具体实施方式】
[0029]在图1中示出了增强的纤维复合构件10，其在所示出的实施方式中示例性地构造为用于车辆A-柱的增强构件。当然也可以相应地构造成其他空心型材，特别是车身结构部件或者机动车的其他增强构件。
[0030]图2示出了在图1中所示的增强的纤维复合构件10的横截面A-A。该纤维复合构件包括两个相互连接的纤维复合壳体11、12，这些纤维复合壳体分别包括一个腔13、14。两个纤维复合壳体11、12彼此这样地连接，S卩，它们的腔13、14彼此相对地设置并且共同确定出一个空室15。在这个空室15中设置有金属的增强型材20。增强型材20具有一种确定的横截面，该横截面在所示出的实施方式中构造成不规则的(非对称的)、带有倒圆角部的六角形封闭形状。该形状构造为与两个纤维复合壳体11、12的形状完全互补。
[0031]这意味着:横截面的或者说增强型材20的形状与相应的腔13、14的或者说纤维复合壳体11、12的形状并行地构造，从而两构件能够相匹配地彼此嵌置。这显示出如下优点:金属的增强型材20可以至少部分面状地与第一和第二纤维复合壳体11、12相连接。优选通过粘合(示例性的粘合点16)进行连接。仅仅示意性地示出了粘合的厚度，不言而喻，粘合的厚度应该适配于相应的要求。与相应地，可选择所述腔13、14的和增强型材20的横截面的尺寸，以实现尽可能最佳的互补形状。
[0032]除了与增强型材20的相应粘合，所述第一纤维复合壳体11和第二纤维复合壳体12还借助于两个法兰连接17相互连接，特别是借助粘合点18相互粘合。
[0033]所述纤维复合构件20例如可以利用具有至少如下步骤的方法来进行制造(未示出):
[0034]a.提供金属的空心体，例如形式上为具有圆形横截面的、管状的空心圆柱体，
[0035]b.使所述金属的空心体塑性变形，以产生具有确定横截面的金属的增强型材20，特别是不规则的、具有倒圆角部的六角形封闭的横截面，
[0036]c.将所述增强型材20设置在第一纤维复合壳体11的第一腔13内，
[0037]d.将第二纤维复合壳体12设置在所述增强型材20上，使得第一腔13和由第二纤维复合壳体12确定的第二腔14构成接纳所述增强型材20的空室15。
[0038]在此，两个所述设置的步骤均包括使增强型材20与相应的各纤维复合壳体11、12材料接合地连接(例如粘合)。所述塑性变形的步骤特别是可以借助内高压变形加工或者所谓的吹制成型硬化法来进行。附加地，本方法可选地还可以包括利用阴极浸漆(KTL)对所产生的增强型材20进行涂层的步骤。
【权利要求】
1.用于制造增强的纤维复合构件的方法，其包括如下步骤: a.提供金属的空心体， b.使所述金属的空心体塑性变形，以产生具有确定横截面的金属的增强型材， c.将所产生的增强型材设置在第一纤维复合壳体的第一腔内， d.将至少一个第二纤维复合壳体设置在所述增强型材上，使得所述第一腔和由所述第二纤维复合壳体确定的第二腔构成一个接纳所述增强型材的空室， 其中至少一个所述设置的步骤包括使所述增强型材与所述纤维复合壳体中的至少一个以材料接合方式连接。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，借助内高压变形加工或者所谓的吹制成型硬化法进行所述塑性变形的步骤。
3.如权利要求1或2之任一项所述的方法，其特征在于，所述金属的增强型材的确定横截面具有这样的形状，该形状构造成至少部分地、优选完全地与待连接的第一和/或第二腔的几何形状互补，从而使所述金属的增强型材能够至少部分面状地与所述第一和/或第二纤维复合壳体相连接。
4.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于，所述第一和/或第二纤维复合壳体借助树脂传递模塑法或者借助湿压法制成。
5.如权利要求1至4之任一项所述的方法，其特征在于，所述第一纤维复合壳体和所述至少一个第二纤维复合壳体借助至少一个法兰连接相互连接。
6.如权利要求1至5之任一项所述的方法，其特征在于，该方法包括利用阴极浸漆(KTL)对所产生的增强型材进行涂层的步骤。
7.如权利要求1至6之任一项所述的方法，其特征在于，所述金属的空心体构造成具有圆形横截面的空心圆柱体，特别是构造成金属管。
8.如权利要求1至7之任一项所述的方法，其特征在于，所述确定横截面是圆形的、椭圆形的或者多角形的封闭的横截面。
9.增强的纤维复合构件，其包括至少两个彼此连接的纤维复合壳体(11，12)，所述纤维复合壳体分别包括一个腔(13，14)，其中，所述腔(13，14)共同确定出一空室(15)，其特征在于，在所述空室(15)中设置有与至少一个纤维复合壳体(11，12)以材料接合方式连接的、金属的增强型材(20)。
10.增强的纤维复合构件，其特征在于，该纤维复合构件(10)利用如权利要求1至8之至少任一项所述的方法制成。
【文档编号】B62D25/00GK104441626SQ201410592249
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】T·施瑙费尔, A·贝尔, S·施皮策 申请人:宝马股份公司