用于機(jī)動(dòng)車的采用混合式結(jié)構(gòu)的支架元件和能量吸收元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動(dòng)車的采用混合式結(jié)構(gòu)的支架元件，其包含至少一個(gè)與塑料元件(14)連接的金屬元件(12)，其中，所述金屬元件(12')與所述塑料元件(14)在所述支架元件的占主要部分的表面區(qū)域(16，18，20)內(nèi)相互靠接，并在所述支架元件的至少一個(gè)表面區(qū)域(22，24)內(nèi)在構(gòu)建有空腔(26，28)的情況下相互間隔一距離。此外，本發(fā)明還涉及一種用于機(jī)動(dòng)車的采用混合式結(jié)構(gòu)的能量吸收元件(66)，其包含至少一個(gè)與塑料元件(14，14')連接的金屬元件(68，68')，其中，所述金屬元件(68，68')與所述塑料元件(14，14')在所述能量吸收元件(66)的表面區(qū)域(16，18，20，46，48，50，52，53)內(nèi)相互靠接，并在所述能量吸收元件(66)的至少一個(gè)表面區(qū)域(22，24，56，59)內(nèi)在構(gòu)建有空腔(26，28，58，60)的情況下相互間隔一距離。
【專利說明】用于機(jī)動(dòng)車的采用混合式結(jié)構(gòu)的支架元件和能量吸收元件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的用于機(jī)動(dòng)車的采用混合式結(jié)構(gòu)的支架元件。此外，本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求9的前序部分所述的用于機(jī)動(dòng)車的采用混合式結(jié)構(gòu)的能量吸收元件。

【背景技術(shù)】
[0002]在大量實(shí)施方案中公開了用于批量生產(chǎn)乘用車的部件所具有的、由金屬元件和塑料元件構(gòu)成的混合式結(jié)構(gòu)。這種混合式結(jié)構(gòu)首先有助于減輕相應(yīng)部件的重量，從而相應(yīng)減少燃料消耗。此外，就用于構(gòu)建相應(yīng)機(jī)動(dòng)車的支架元件而言，金屬元件和塑料元件的兩種材料的優(yōu)點(diǎn)均得到利用。
[0003]例如，DE 10 2009 042 272 Al便已公開了一種采用混合式結(jié)構(gòu)的支架元件。其中，由金屬板構(gòu)成的外支架元件的內(nèi)側(cè)被一由塑料構(gòu)成的包括多個(gè)肋部的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固。DE 20 2010 002 099 Ul也公開了一種相似的技術(shù)方案。
[0004]此外，DE 10 2004 049 396 Al公開了一種具有本體和內(nèi)置塑料襯里的支架，該塑料襯里由布置于本體的空腔中的塑料薄膜通道構(gòu)成。在與本體的疊合區(qū)域中，該塑料襯里的整個(gè)表面區(qū)域均靠接在本體上。
[0005]此外，采用此類混合式結(jié)構(gòu)的，用于減小機(jī)動(dòng)車中的事故相關(guān)作用力的能量吸收兀件同樣為人所知。舉例而言，DE 197 17 473 B4公開了一種在管形的金屬兀件內(nèi)布置同樣為管形的塑料元件的方案。在相互疊合的區(qū)域中，管形塑料元件的外周普遍靠接在管形金屬元件的內(nèi)周上。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是，提供本文開篇所述類型的一種支架元件及一種能量吸收元件，該支架元件及該能量吸收元件在重量及結(jié)構(gòu)空間方面具備優(yōu)勢，以及在事故相關(guān)的施力下具有有利的變形特性。
[0007]本發(fā)明用以達(dá)成上述目的的解決方案是一種具有權(quán)利要求1所述特征的支架元件，以及一種具有權(quán)利要求9所述特征的能量吸收元件。本發(fā)明的有利技術(shù)方案以及合適且不平凡的改進(jìn)方案由其余的權(quán)利要求給出。
[0008]為提供一種本文開篇所述類型的，既在重量及結(jié)構(gòu)空間方面具備優(yōu)勢，又在事故相關(guān)的施力下具有極有利的變形特性的支架元件，本發(fā)明提出的方案是，所述金屬元件與所述塑料元件在所述支架元件的占主要部分的表面區(qū)域中相互靠接，并且在所述支架元件的至少一個(gè)表面區(qū)域中在形成空腔的情況下相互間隔一距離。
[0009]所述金屬元件，特別是成形的金屬板，被大面積靠接于其上的塑料元件以在結(jié)構(gòu)空間及重量方面具備優(yōu)勢的方式加固。這樣便可以將例如由高強(qiáng)度鋼或彈簧鋼構(gòu)成的薄壁式鋼板作為被所述塑料元件增強(qiáng)的金屬元件使用。其中，所述塑料元件優(yōu)選構(gòu)建為尤其是層厚至少基本一致的塑料層和/或塑料膜。對(duì)所述金屬元件的應(yīng)用使得所述支架元件在事故情形下具有較高的能量吸收能力，且具有可延展的特性。
[0010]在所述塑料元件與所述金屬元件呈空心型材狀地相互間隔一距離的區(qū)域中，形成某種腔狀輪廓/廓形/剖面，由此使由所述塑料元件與所述金屬元件所構(gòu)成的復(fù)合體具有特別高的結(jié)構(gòu)剛度。這樣一來，所述支架元件便能非常好地將事故相關(guān)的作用力傳遞至在其他位置的結(jié)構(gòu)部件或起到相應(yīng)的分散負(fù)荷的作用。
[0011]在本發(fā)明的另一技術(shù)方案中有利的是，為實(shí)現(xiàn)極輕的重量，所述金屬元件構(gòu)建為薄壁式金屬板，特別是構(gòu)建為薄壁式鋼板。由此可以形成所述支架元件的有利于上漆的外表面。
[0012]另一有利實(shí)施方式是，所述塑料元件由纖維增強(qiáng)塑料構(gòu)成。由這種塑料構(gòu)成的塑料元件極輕、極穩(wěn)定且剛度極高。
[0013]另一實(shí)施方式是，所述塑料元件的纖維增強(qiáng)部與所述靠接在金屬元件上的表面區(qū)域以及與所述支架元件的形成空腔的所述至少一個(gè)表面區(qū)域相匹配。這種類型的匹配尤其可以是根據(jù)在事故相關(guān)的施力下所產(chǎn)生的負(fù)荷在方向和數(shù)目方面對(duì)所述纖維增強(qiáng)部的纖維層進(jìn)行調(diào)整。舉例而言，在形成所述空腔的表面區(qū)域中，設(shè)置比在所述金屬元件與所述塑料元件在其中相互靠接的所述占主要部分的表面區(qū)域中更為穩(wěn)定的纖維增強(qiáng)部。舉例而言，也可以在所述空腔的表面區(qū)域中設(shè)置比在所述支架元件的占主要部分的表面區(qū)域中更多的纖維。
[0014]特別有利地，可以將所述支架元件用作機(jī)動(dòng)車的縱梁元件或橫梁元件(特別是柔性橫梁)。就是這種類型的縱梁元件和/或橫梁元件起到吸收和/或傳遞事故相關(guān)的負(fù)荷的作用，從而對(duì)車廂并進(jìn)而對(duì)乘客進(jìn)行保護(hù)。在此情形下發(fā)揮了所述金屬元件與所述塑料元件的兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，其中，所述金屬元件確保了所述支架元件具有有利的可延展性，所述塑料元件確保了所述支架元件具有高剛度。此外，可以將所述金屬元件設(shè)計(jì)為具有小的材料厚度，同時(shí)通過所述塑料元件確保充分的增強(qiáng)或加固。
[0015]為使所述支架元件具備特別高的強(qiáng)度及剛度，另一實(shí)施方式是，所述空腔至少局部被塑料填充。由此還可以根據(jù)需要對(duì)所述支架元件的變形特性進(jìn)行調(diào)整。用于將所述空腔至少局部填充的塑料優(yōu)選為泡沫元件。換言之，所述空腔至少局部被所述塑料以重量較輕的方式發(fā)泡填充。
[0016]此外，所述支架元件的特征在于，所述塑料元件在所述支架元件的至少近乎整個(gè)范圍內(nèi)延伸，因而使所述金屬元件得到非常大面積的加固。
[0017]另一實(shí)施方式是，所述至少一個(gè)電纜、電路或類似線路布設(shè)在所述空腔中。這樣便實(shí)現(xiàn)極高的集成度，其中，所述空腔一方面用于加固、另一方面用于隱蔽地容置(例如用于傳感器的)相應(yīng)線路。
[0018]為提供一種在重量及結(jié)構(gòu)空間方面具備優(yōu)勢，且具有極有利的事故特性的用于機(jī)動(dòng)車的能量吸收元件，根據(jù)權(quán)利要求9提出，所述金屬元件與所述塑料元件在所述能量吸收元件的表面區(qū)域中相互靠接，且在所述能量吸收元件的至少一個(gè)表面區(qū)域中在形成空腔的情況下相互間隔一距離。
[0019]所述結(jié)合本發(fā)明的支架部件所描述的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)在此也適用于本發(fā)明的能量吸收元件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]本發(fā)明的更多優(yōu)點(diǎn)、特征及細(xì)節(jié)參閱下文對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述及附圖:
[0021]圖1為用于乘用車的柔性橫梁形式的、采用混合式結(jié)構(gòu)的支架元件的橫剖視圖；
[0022]圖2為用于乘用車的縱梁元件形式的、采用混合式結(jié)構(gòu)的支架元件的橫剖視圖；
[0023]圖3為用于乘用車的橫梁元件形式的、采用混合式結(jié)構(gòu)的支架元件的橫剖視圖；以及
[0024]圖4為用于乘用車的采用混合式結(jié)構(gòu)的能量吸收元件的橫剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1為用于乘用車的柔性橫梁10形式的支架元件的橫剖視圖。其中，柔性橫梁10采用混合式結(jié)構(gòu)并包括由金屬材料構(gòu)成的金屬元件12，以及與該金屬元件連接的塑料元件14。柔性橫梁10例如被分配給乘用車的保險(xiǎn)杠，且在安裝狀態(tài)下至少大致沿車輛橫向延伸。柔性橫梁10尤其用于在(例如因正面碰撞引起的)事故相關(guān)施力下吸收事故相關(guān)負(fù)荷，并沿車輛縱向?qū)⑦@些負(fù)荷傳遞或分散至布置于其后的結(jié)構(gòu)部件，例如乘用車的縱梁元件。
[0026]金屬元件12沿車輛縱向布置于外側(cè)，且由特別是由鋼或彈簧鋼構(gòu)成的薄壁式金屬板制成。當(dāng)然，作為替代方案，也可以用另一金屬合金，例如鋁合金來代替鋼或鋼合金。在本發(fā)明中，借助金屬兀件12形成一開放式空心橫截面,塑料兀件14布置于該開放式空心橫截面中。設(shè)計(jì)為具有至少大致恒定的層厚的塑料層或塑料涂層/覆層的塑料元件14尤其用于對(duì)薄壁式金屬元件12進(jìn)行加固。其中，塑料元件14在金屬元件12的至少近乎整個(gè)高度及寬度范圍內(nèi)延伸，因此，與其他制造方法的不同之處在于，該金屬元件不只是局部地，而是大面積地與塑料元件14連接，并被該塑料元件加固和增強(qiáng)。
[0027]其中，金屬元件12與塑料元件14在柔性橫梁10的占主要部分的表面區(qū)域中相互抵靠/靠接。在此，所述占主要部分的表面區(qū)域由三個(gè)表面分區(qū)16、18、20形成。至少在這些表面分區(qū)16、18、20的一部分中也將金屬元件12與塑料元件14連接。這一連接例如可以通過粘合或者通過直接將塑料元件14敷設(shè)/涂敷至金屬元件12上來實(shí)現(xiàn)。
[0028]在表面分區(qū)16、18、20中，金屬元件12通過靠接的塑料元件14相應(yīng)地增強(qiáng)，且例如具有非常高的翹曲剛度。由此實(shí)現(xiàn)了金屬元件12與塑料元件14的特別剛性的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0029]在其他表面區(qū)域22、24內(nèi)，在構(gòu)建有相應(yīng)空腔26、28的情況下，金屬元件12與塑料元件14相互間隔一距離。其中，以車輛垂直方向?yàn)闇?zhǔn)，空腔26形成在在柔性橫梁10的上角區(qū)30中，且空腔28形成在柔性橫梁10的下角區(qū)32中。在沿車輛垂直方向布置于角區(qū)30、32之間的中心區(qū)域34內(nèi)，塑料元件14在表面分區(qū)18中抵靠在金屬元件12上。
[0030]塑料元件14與金屬元件12在其他表面區(qū)域26、28內(nèi)間隔一距離，從而形成具有沿周向閉合的橫截面的腔狀輪廓/剖面/廓形或輪廓元件，這些腔狀輪廓或輪廓元件至少大致沿車輛橫向延伸，且使得柔性橫梁10特別是在其他表面區(qū)域22、24內(nèi)具有非常高的剛度。沿車輛縱向向后以及沿車輛垂直方向向下，空腔26和空腔28以塑料元件14為邊界。沿車輛縱向向前以及沿車輛垂直方向向上，空腔26、28以金屬元件12為邊界。在此，空腔26,28至少局部被泡沫材料35、37填充，以便例如調(diào)整強(qiáng)度或剛度，從而根據(jù)需要調(diào)整柔性橫梁10的變形特性。[0031 ] 空腔26和/或28也可以具有雙功能，即不僅用于對(duì)柔性橫梁10進(jìn)行加固或增強(qiáng)，還用作乘用車的至少一個(gè)組件的容置腔。這種組件例如可以是圖1中未繪示的線路。這一線路例如可以用于為像柔性橫梁10 —樣布置于乘用車的前部車身區(qū)域中的距離傳感器與電源建立連接，以及/或者，為該距離傳感器與乘用車的控制器建立耦合，以便使所述控制器能夠與所述距離傳感器交換信號(hào)。這樣便可以將電纜、通道或類似線路以節(jié)省空間且隱蔽的方式布置在空腔26、28中。
[0032]圖2以橫剖視圖示出形式為縱梁元件36的、用于乘用車的采用混合式結(jié)構(gòu)的支架元件的另一實(shí)施例。縱梁元件36包括兩個(gè)均由金屬材料構(gòu)成的金屬元件12、12’，這些金屬元件均呈現(xiàn)為縱梁元件36的殼元件。換言之，縱梁36以殼結(jié)構(gòu)構(gòu)建，其中，金屬元件12、12’通過相應(yīng)的連接法蘭38、40相連。
[0033]金屬兀件12、12’各具一開放式的空心橫截面,在空心橫截面中主要布置有相應(yīng)的塑料元件14、14’。其中，針對(duì)柔性橫梁10的金屬元件12所描述的內(nèi)容可以直接沿用至縱梁元件36的金屬元件12、12’。同樣地，針對(duì)柔性橫梁10的塑料元件14所描述的內(nèi)容也可以直接沿用至縱梁元件36的塑料元件14、14’。相應(yīng)的金屬元件12、12’和塑料元件14、14’在縱梁元件36的占主要部分的表面區(qū)域中相互抵靠。在此，該占主要部分的表面區(qū)域由表面分區(qū)16、18、20、46、48、50、52、53、54和57共同構(gòu)成。在其他表面區(qū)域22、24、56內(nèi)，在構(gòu)建有相應(yīng)空腔26、28、58、60、62的情況下，金屬元件12、12’與附屬的塑料元件14、14’相互間隔一距離。其中，空腔28、60布置于縱梁元件36的各一角區(qū)內(nèi)，而空腔26、58布置于中心區(qū)域中。
[0034]同橫梁元件10中一樣，薄壁式金屬元件12、12’被塑料元件14、14’加固和增強(qiáng)。借助空腔26、28、60形成各個(gè)沿縱梁元件36的縱向延伸方向延伸的輪廓部分，這些輪廓部分使得縱梁元件36的剛度極高。在安裝位置中，縱梁元件36至少大致沿車輛縱向延伸，從而使得借助空腔26、28、58、60形成的輪廓部分也沿車輛縱向延伸。在此，空腔26、28、58、60也完全被相應(yīng)的塑料35、37、39、41填充。
[0035]圖3示出用于乘用車的橫梁元件70形式的支架元件的另一實(shí)施例，該支架元件在此通過相應(yīng)的連接法蘭38、40接合在乘用車的車輛底板72上。橫梁元件70例如可以是座椅橫梁。橫梁元件70也設(shè)計(jì)采用混合式結(jié)構(gòu)，并包括金屬元件12及塑料元件14。塑料元件14與金屬元件12以在橫梁元件70的占主要部分的表面區(qū)域中相互靠接的方式設(shè)計(jì)，其中，該占主要部分的表面區(qū)域由表面分區(qū)16、18、20、46、48、50、52共同構(gòu)成。在其他表面區(qū)域22、24內(nèi)，在構(gòu)建有相應(yīng)空腔26、28的情況下，金屬元件12與塑料元件14相互間隔一距離。在此，各空腔26、28完全被塑料35、37，特別是被泡沫材料填充。
[0036]此時(shí)，塑料14、14’優(yōu)選配設(shè)有附圖未繪示的纖維增強(qiáng)部，該纖維增強(qiáng)部在纖維層中與相應(yīng)的負(fù)荷相匹配。因此例如可以在相互間隔一距離的表面區(qū)域22、24、56、59內(nèi)采用比在表面分區(qū)16、18、20、46、48、50、52、53、54、57內(nèi)更多的纖維，在這些間隔式區(qū)域中，塑料元件14及14’與金屬元件12及12’，或者與金屬元件68、68’形成貼靠式的夾層狀復(fù)合體。
[0037]優(yōu)選采用由碳(Karbon或Kohlenstoff)、玻璃或芳族聚酰胺構(gòu)成的纖維。其中，塑料元件14、14’的塑料用作供所述纖維增強(qiáng)部的纖維至少局部嵌入的基質(zhì)。在此情形下，例如將熱固性塑料或熱固性材料用作塑料。
[0038]圖4示出采用了所描述的混合式結(jié)構(gòu)的能量吸收元件66。其中，能量吸收元件66包括兩個(gè)金屬元件68、68’和兩個(gè)塑料元件14、14’，這些金屬元件和塑料元件在能量吸收元件66的優(yōu)選占主要部分的表面區(qū)域中相互靠接。其中，該占主要部分的表面區(qū)域由表面分區(qū)16、18、20、46、48、50、52、53構(gòu)成。這樣便可以構(gòu)建材料厚度較小的金屬元件68、68’，從而減輕其重量，并且借助塑料元件14、14’將其增強(qiáng)。配設(shè)有塑料元件14、14’的金屬元件68、68’通過相應(yīng)的連接法蘭38、40相連。
[0039]在其他表面區(qū)域22、24、56、59內(nèi)，在構(gòu)建有相應(yīng)空腔26、28、58、60的情況下，金屬元件68、68’同樣相互間隔一距離，這些空腔可以完全被相應(yīng)塑料填充。
[0040]在接合在乘用車的車身上的狀態(tài)下，能量吸收元件66至少大致沿車輛縱向延伸，并且特別是用于在變形的情況下將碰撞能量轉(zhuǎn)化成變形能量。其中，柔性橫梁10例如可以通過兩個(gè)沿車輛橫向相互間隔一距離的能量吸收元件66接合在相應(yīng)的縱梁元件36上。
【權(quán)利要求】
1.一種用于機(jī)動(dòng)車的采用混合式結(jié)構(gòu)的支架元件，所述支架元件包括至少一個(gè)與塑料元件(14)連接的金屬元件(12)， 其特征在于， 所述金屬元件(12’)與所述塑料元件(14)在所述支架元件的占主要部分的表面區(qū)域(16,18,20)內(nèi)相互靠接，并在所述支架元件的至少一個(gè)表面區(qū)域(22，24)中、在形成有空腔(26，28)的情況下相互間隔一距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的支架元件， 其特征在于， 所述金屬元件(12)構(gòu)建為薄壁式鋼板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的支架元件， 其特征在于， 所述塑料元件(14)至少基本上構(gòu)建為由纖維增強(qiáng)塑料構(gòu)成的塑料層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的支架元件， 其特征在于， 所述塑料元件(14)的纖維增強(qiáng)部與靠接于所述金屬元件(12)上的表面區(qū)域(16，18，20)以及與所述支架元件的形成有空腔(26，28)的所述至少一個(gè)表面區(qū)域(22，24)匹配。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的支架元件， 其特征在于， 所述至少一個(gè)空腔(26，28)至少局部被塑料(35，37)填充。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的支架元件， 其特征在于， 所述空腔(26，28)至少局部被所述塑料(35，37)發(fā)泡填充。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的支架元件， 其特征在于， 所述塑料元件(14)在至少大致整個(gè)金屬元件(12)的范圍內(nèi)延伸。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的支架元件， 其特征在于， 至少一個(gè)電纜、電路或類似線路布設(shè)在所述空腔(26，28)中。
9.一種用于機(jī)動(dòng)車的采用混合式結(jié)構(gòu)的能量吸收元件(66)，所述能量吸收元件包括至少一個(gè)與塑料元件(14，14’)連接的金屬元件(68，68’)， 其特征在于， 所述金屬元件(68,68’)與所述塑料元件(14,14’)在所述能量吸收元件(66)的表面區(qū)域(16，18，20，46，48，50，52，53)內(nèi)相互靠接，并在所述能量吸收元件(66)的至少一個(gè)表面區(qū)域(22,24,56,59)中、在形成有空腔(26，28，58，60)的情況下相互間隔一距離。
【文檔編號(hào)】B62D21/15GK104395179SQ201380033488
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2013年2月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月27日
【發(fā)明者】K·艾佩爾, O·辛加爾 申請(qǐng)人:戴姆勒股份公司