專利名稱：用于制造汽車混合構(gòu)件的方法和汽車混合構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種根據(jù)權(quán)利要求1的特征的用于制造汽車構(gòu)件的方法。本發(fā)明還涉及ー種根據(jù)權(quán)利要求10前序部分特征的由纖維復(fù)合材料制成的汽車構(gòu)件。
背景技術(shù)：
如今在汽車エ業(yè)中因法律要求及制造商規(guī)定而致カ于制造盡可能節(jié)省燃料的汽車。由此，一方面經(jīng)濟地限制了化石燃料的使用并且另一方面通過減少燃料的燃燒減輕了環(huán)境污染。在現(xiàn)有技術(shù)中有各種方法來節(jié)省燃料，例如研制具有更高效率的更高效的內(nèi)燃機。另一方案是在所有汽車構(gòu)件以及汽車車身本身當(dāng)中實施一致的輕型結(jié)構(gòu)。在此也由現(xiàn)有技術(shù)已知各種方法，例如制造由高強度或超高強度鋼或由輕金屬制成的汽車車身。由此可在承載式汽車車身上實現(xiàn)直至幾十公斤的重量減輕潛力。隨著用于制造纖維復(fù)合材料構(gòu)件的過程自動化的持續(xù)進ー步發(fā)展，用于實體模型的纖維復(fù)合材料構(gòu)件也變得重要起來。在纖維材料中例如使用碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維、鋼纖維或類似的纖維材料。這些纖維材料被施加樹脂并且在成型工具中成型且硬化為所希望的構(gòu)件或構(gòu)件組成部分。纖維復(fù)合材料構(gòu)件具有與可比較的金屬構(gòu)件相比更高的穩(wěn)定性，且同時具有更小的単位體積自重。在汽車碰撞的情況下，與金屬構(gòu)件相反，纖維復(fù)合材料構(gòu)件首先因其更高的穩(wěn)定性而更有抵抗力并且因此能夠很好地吸收碰撞能量。但如果纖維復(fù)合材料中的單個纖維出現(xiàn)斷裂，則碰撞特性驟然降低且明顯低于類似的金屬構(gòu)件的碰撞特性。DE 19956394A1公開了ー種用于制造由混合材料制成的型材的方法,其中，由預(yù)浸潰的纖維織物和金屬板的交替層形成混合材料疊。在堆疊之后該材料被成型并且最終在高壓鍋爐中在加載壓カ和溫度的情況下硬化。這種混合材料的制造和成型基于高的金屬板份額而極其昂貴。此外，未硬化的且因此仍濕潤或者說滑溜的原材料在硬化工具中的定位很困難。由于纖維復(fù)合材料結(jié)合金屬層的層狀結(jié)構(gòu)，所以重量減輕潛力與傳統(tǒng)的金屬構(gòu)件相比也很小。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于制造纖維復(fù)合材料構(gòu)件的方法，其相對于現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法可特別簡單地實施。本發(fā)明的任務(wù)還在于，提供ー種纖維復(fù)合材料構(gòu)件，其可簡單且低成本地制造并且相對于現(xiàn)有技術(shù)中已知的纖維復(fù)合材料構(gòu)件具有較小的重量和/或改善的碰撞特性。根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)借助ー種根據(jù)權(quán)利要求1的用于制造汽車混合構(gòu)件的方法來解決。在物體的方面中，根據(jù)本發(fā)明的任務(wù)通過ー種具有權(quán)利要求10的特征的汽車混合構(gòu)件來解決。本發(fā)明有利的實施方案為從屬權(quán)利要求的組成部分。用于制造汽車混合構(gòu)件的方法，所述汽車混合構(gòu)件包括金屬基體和由纖維復(fù)合材料制成的加強補片，其特征在于下述方法步驟:將基體制造為三維造型的、熱成型且加壓淬火的汽車構(gòu)件；準(zhǔn)備至少一個纖維材料層、優(yōu)選準(zhǔn)備兩個、尤其是三個或更多個纖維材料層，所述纖維材料層上下堆疊，并且所述層以樹脂預(yù)浸潰并且/或者被施加樹脂；將纖維復(fù)合材料疊放入汽車構(gòu)件中；將纖維復(fù)合材料成型貼緊到汽車構(gòu)件上，以制造汽車混合構(gòu)件，此時汽車構(gòu)件的余熱用于硬化加強補片或者將汽車構(gòu)件與加強補片一起加熱，以便硬化纖維材料層；在所述成型貼緊之前和/或期間和/或之后，在纖維層上至少局部地施加金屬層，所述金屬層設(shè)置在加強補片的與汽車構(gòu)件相反的ー側(cè)上。在該汽車混合構(gòu)件中，金屬構(gòu)件優(yōu)選由輕金屬合金或鋼合金制成。為了局部加強，為金屬構(gòu)件施加纖維材料，使得金屬構(gòu)件在重量僅略微増加的情況下獲得明顯更高的強度。纖維復(fù)合材料在此有針對性地被施加到金屬的汽車構(gòu)件上，以便這樣支撐主要承載結(jié)構(gòu)，使得最初的局部失效只在更大的載荷下才出現(xiàn)。與簡單的由一個單層纖維復(fù)合材料制成的補片相比，纖維復(fù)合材料本身的多層結(jié)構(gòu)更進一步延遲了縱向彎曲和/或鼓起。但為了能夠在盡可能小的制造費用下利用多層結(jié)構(gòu)、例如三明治式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，在出現(xiàn)最大載荷的區(qū)域中在纖維復(fù)合材料加強部上施加附加的金屬層。該附加的金屬層在纖維復(fù)合材料成型貼緊到基體、即三維造型的汽車構(gòu)件上之前和/或期間和/或之后被施加。首先對金屬層進行相應(yīng)于載荷的裁剪——金屬層在具有最大應(yīng)カ集中的區(qū)域中延伸——并且作為平坦的金屬板坯被施加到纖維復(fù)合材料層和/或纖維復(fù)合材料補片上。在此，選擇在其壁厚方面如此彈性易撓的金屬層，使得金屬層尤其是在制造過程中通過纖維復(fù)合材料的成型貼緊沖頭和/或壓制沖頭一同被成型貼緊到汽車構(gòu)件的承載結(jié)構(gòu)上。由此不僅加強補片而且金屬層被三維造型。然后，在接下來的纖維復(fù)合材料的硬化過程中，在加強補片和金屬層之間形成材料鎖合的連接、尤其是粘接連接。通過在加強補片上施加金屬層，僅以制造過程中較少的額外花費就可大幅提高汽車混合構(gòu)件的碰撞能量吸收性能和/或強度特性。與加強補片本身昂貴的三明治式結(jié)構(gòu)相結(jié)合，制造費用總體更低。因此與傳統(tǒng)的由現(xiàn)有技術(shù)已知的制造方法相比，根據(jù)本發(fā)明所制造的汽車混合構(gòu)件的制造成本更低并且在構(gòu)件比重大致相同的情況下具有明顯更高的強度。此外在本發(fā)明的范疇中，優(yōu)選使用由輕金屬制成的金屬層。但在本發(fā)明的范疇中也可使用由金屬材料制成的金屬層。另外可使用金屬板剪裁坯料形式的金屬層。此外金屬層優(yōu)選作為終結(jié)層被施加到加強補片的纖維材料層上。特別優(yōu)選在纖維材料層成型貼緊到汽車構(gòu)件上之前或之后施加金屬層。在纖維材料層的所述成型貼緊之前施加金屬層的優(yōu)點在于，通過該成型貼緊過程本身，多余的樹脂從纖維材料層出來。在本發(fā)明的范疇中，出來的樹脂可用于粘接金屬層與纖維復(fù)合材料。因此在隨后的纖維復(fù)合材料本身的硬化過程中，金屬層和纖維復(fù)合材料之間所形成的粘接連接也硬化。在此，生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的汽車混合構(gòu)件的費用僅限于額外施加金屬層。省略多層三明治式結(jié)構(gòu)的較高成本的生產(chǎn)過程。
在本發(fā)明的范疇中還可想到，金屬層被另ー纖維材料層覆蓋。由此通過從兩側(cè)出來的樹脂確保了金屬層與包圍金屬層的纖維材料層的可靠交聯(lián)。此外，所述另ー覆蓋金屬層的纖維材料層還確保了防腐蝕保護。該防腐蝕保護使得汽車混合構(gòu)件即使在多年使用之后強度也不受到影響。在本發(fā)明的范疇中還特別優(yōu)選將金屬層與纖維復(fù)合材料壓合。更優(yōu)選將纖維復(fù)合材料通過金屬層與汽車構(gòu)件壓合。由此也確保在各個層之間形成均勻的粘接層連接，從而能在保持高生產(chǎn)精度的同時避免了有缺陷的粘接。在本發(fā)明的范疇中還可想到，將汽車構(gòu)件本身制成熱成型的、加壓淬火的構(gòu)件并且汽車構(gòu)件的余熱用于硬化加強補片；或者汽車構(gòu)件與加強補片一起被加熱，以便纖維復(fù)合材料硬化。通過熱量輸入確保加強補片更快地硬化。通過熱量輸入使金屬層硬化也屬于本發(fā)明的范疇。由此縮短了硬化時間，使得即使在維持短的周期時間時也在制造過程期間避免事后的移動。在本發(fā)明另ー種有利的實施方案中，首先將加強補片與汽車構(gòu)件一起制造并且硬化。然后將金屬層粘接到加強補片上。根據(jù)具體應(yīng)用或待制造的形狀的復(fù)雜性，有利的是，在金屬層和加強補片之間施加額外的膠粘劑。例如在此可通過膠粘劑本身來補償可能的高度差異或不平度，由此在金屬層和加強補片之間形成均勻的連接。在本發(fā)明的范疇中，金屬層可以被防腐蝕處理。由此也確保碰撞特性在汽車構(gòu)件的整個使用期間、即在汽車的使用壽命期間不受到金屬層上腐蝕的影響。尤其是在本發(fā)明的范疇中使用壁厚在0.1mm和4mm之間、特別優(yōu)選在0.2mm和
2.1mm之間的金屬層。被證明特別優(yōu)選的金屬層具有0.6mm、l.0mm或2.0mm的金屬板厚度。金屬層因此是三維造型可能性、略微增加汽車混合構(gòu)件自身比重和與此有關(guān)地最大程度增強構(gòu)件強度之間的優(yōu)化形式。通過根據(jù)本發(fā)明的方法尤其是制造車柱、特別優(yōu)選汽車B柱。加強補片為此特別優(yōu)選設(shè)置在汽車B柱的中間部分和/或上方部分中。本發(fā)明還涉及ー種汽車混合構(gòu)件，其包括金屬基體和由纖維復(fù)合材料制成的加強補片，該汽車混合構(gòu)件按根據(jù)上述特征至少之ー的方法來制造并且其特征在于，金屬層相對于汽車車身在內(nèi)側(cè)設(shè)置在加強補片上，在此能量吸收性能與傳統(tǒng)的汽車混合構(gòu)件相比提高大于5%、尤其是大于10%、特別優(yōu)選大于15%并且所述金屬層設(shè)置在汽車構(gòu)件在碰撞情況下出現(xiàn)最大載荷的區(qū)域中。通過根據(jù)本發(fā)明施加到加強補片上的金屬層，汽車混合構(gòu)件具有大致保持不變的自身比重，并且以碰撞能量吸收性能和構(gòu)件強度為特點的能量吸收性能明顯提高。因為金屬層，加強補片的纖維很晚才出現(xiàn)斷裂。根據(jù)本發(fā)明，加強補片至少在出現(xiàn)高載荷的區(qū)域中從兩側(cè)被金屬層結(jié)構(gòu)包圍。在其中一側(cè)該結(jié)構(gòu)是汽車構(gòu)件本身，在另ー側(cè)是金屬層。因此，加強補片的上層、即外側(cè)層不會首先發(fā)生接著會延續(xù)到位于外側(cè)層下方的纖維復(fù)合材料層上的斷裂。與纖維材料層相比，金屬層具有明顯更高的斷裂延伸率，因此延遲或甚至避免纖維材料層的斷裂。金屬層相對于汽車車身設(shè)置在汽車混合構(gòu)件的內(nèi)側(cè)上。一方面，這在設(shè)計技術(shù)或美學(xué)方面具有優(yōu)勢，因為金屬層不會被汽車駕駛員或其它乘員看到。另ー方面，金屬層基于其有時極小的厚度而易于受到撞擊、刮劃或壓カ載荷的損壞。如金屬層設(shè)置在內(nèi)側(cè)、即通過化學(xué)作用設(shè)置得不可被到達(dá)，則可避免金屬層的損壞。在本發(fā)明的另ー種有利的實施方案中，在纖維材料層上全表面地設(shè)置金屬層。由此在本發(fā)明的范疇中也可能的是，并非僅在出現(xiàn)局部高載荷或應(yīng)カ曲線的區(qū)域中、而是相應(yīng)全表面地加強整個構(gòu)件性能。在此，構(gòu)件比重相對于與其成反比上升的強度増大僅略微增加。在本發(fā)明的范疇中還可想到，將金屬層設(shè)置在纖維復(fù)合材料層兩側(cè)。在本發(fā)明的范疇中這意味著，首先將ー個金屬層設(shè)置在汽車構(gòu)件中，然后設(shè)置由ー個或多個纖維復(fù)合材料層制成的結(jié)構(gòu)，并且最后又設(shè)置ー個金屬層。在本發(fā)明的范疇中尤其可想到，在由輕金屬制成的汽車構(gòu)件中選擇這種結(jié)構(gòu)，并且金屬層分別由鋼材料制成。金屬層設(shè)置在汽車混合構(gòu)件的在碰撞情況下預(yù)計出現(xiàn)局部最大應(yīng)カ的區(qū)域中。由此避免了在纖維復(fù)合材料制成的加強補片中出現(xiàn)應(yīng)カ裂紋。


本發(fā)明其它優(yōu)點、特征和方面為下述說明的組成部分。優(yōu)選的實施方式在示意圖中示出。附圖利于簡單理解本發(fā)明。附圖如下:圖1為根據(jù)本發(fā)明制造的汽車混合構(gòu)件的橫截面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明制造的汽車混合構(gòu)件的內(nèi)視圖；圖3a、3b為加強補片和金屬層之間的示意性結(jié)構(gòu)圖；圖4為ー種汽車混合構(gòu)件和根據(jù)本發(fā)明制造的汽車混合構(gòu)件相比較的カー位移曲線圖。
具體實施例方式在附圖中為相同或相似的構(gòu)件使用相同附圖標(biāo)記，即使出于簡化原因省略了重復(fù)說明。在圖1中示出根據(jù)本發(fā)明的汽車混合構(gòu)件I的橫截面圖。該汽車混合構(gòu)件I構(gòu)造成帽形輪廓2的形式。該帽形輪廓2在此包括底部接片3和連在底部接片3上的側(cè)邊4。汽車混合構(gòu)件I通過帽形輪廓2端部上的封閉板5封閉。在底部接片3的內(nèi)側(cè)7上設(shè)置加強補片8，其由在此未詳細(xì)示出的多個纖維復(fù)合材料層構(gòu)成。在加強補片8的內(nèi)側(cè)9上又設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的金屬層10。加強補片8因此作為三明治式構(gòu)件在外側(cè)上通過汽車混合構(gòu)件I的底部接片3終結(jié)并且在其內(nèi)側(cè)7上被金屬層10覆蓋。圖2示出B柱形式的根據(jù)本發(fā)明的汽車混合構(gòu)件I。加強補片8設(shè)置在B柱11的內(nèi)空間12中，B柱11在橫截面圖中主要具有帽形輪廓狀曲線。加強補片8在此設(shè)置在B柱11的中間區(qū)域13和上方區(qū)域14中。金屬層10僅施加在中間區(qū)域13的一個區(qū)段中。在該區(qū)段中，尤其是在汽車碰撞情況下預(yù)計出現(xiàn)局部高應(yīng)カ載荷。圖3a和3b分別示出具有根據(jù)本發(fā)明的金屬層10的加強補片8的示意性結(jié)構(gòu)圖。圖3a示出由四個纖維材料層16構(gòu)成的加強補片8和一個終結(jié)金屬層10。圖3b示出本來的根據(jù)本發(fā)明的由三個位于下方的纖維材料層16構(gòu)成的加強補片8和一個位于加強補片上方的金屬層10。附加地，在這些層上構(gòu)造或者說在金屬層10上施加ー個上方的纖維材料層17，由此實現(xiàn)額外的加強和防腐蝕保護。各個纖維材料層16通過在此未詳細(xì)示出的樹脂彼此連接。附圖中也許可見的間隙僅用于圖解說明。圖4示出力一位移曲線圖，其中在橫坐標(biāo)上示出施加到構(gòu)件上的力并且在縱坐標(biāo)上示出相應(yīng)的變形位移。曲線4a在此表示傳統(tǒng)的汽車混合構(gòu)件1，其包括金屬基體和與之連接的由纖維復(fù)合材料制成的加強補片8。與此相対，曲線4b至4d表示附加的金屬層10施加到加強補片8上，其中，在曲線4b的情況下第二金屬層10的壁厚為2mm，在曲線4c的情況下，其壁厚為Imm并且在曲線4d的情況下其壁厚為0.6mm。在施加カ于壁厚為0.6mm的金屬層10的情況下，構(gòu)件強度就已經(jīng)相對于根據(jù)曲線4a的以傳統(tǒng)方式制造的汽車混合構(gòu)件I增強10%。附圖標(biāo)記列表I 汽車混合構(gòu)件2 帽形輪廓3 底部接片4 側(cè)邊5 封閉板6 帽形輪廓2的端部7 底部接片3的內(nèi)側(cè)8 加強補片9 加強補片8的內(nèi)側(cè)10 金屬層11 B 柱12 B柱的內(nèi)空間13 B柱11的中間區(qū)域14 B柱11的上方區(qū)域15 中間區(qū)域13的區(qū)段16 纖維材料層17 上方的纖維材料層
權(quán)利要求
1.關(guān)于制造汽車混合構(gòu)件(I)的方法，所述汽車混合構(gòu)件包括金屬基體和由纖維復(fù)合材料制成的加強補片(8)，其特征在干，所述方法包括以下方法步驟: 將基體制造成三維造型的、熱成型且加壓淬火的汽車構(gòu)件； 準(zhǔn)備至少一個纖維材料層(16)、優(yōu)選準(zhǔn)備兩個、尤其是三個或更多個纖維材料層(16)，所述纖維材料層上下堆疊，并且所述纖維材料層以樹脂預(yù)浸潰并且/或者被施加樹脂； 將纖維復(fù)合材料疊放入汽車構(gòu)件中； 將纖維復(fù)合材料成型貼緊到汽車構(gòu)件上，以制造汽車混合構(gòu)件(I)，此時汽車構(gòu)件的余熱用于硬化加強補片(8)或者汽車構(gòu)件與加強補片(8) —起被加熱用以硬化纖維復(fù)合材料； 在所述成型貼緊之前和/或期間和/或之后，在纖維層(16)上至少局部地施加金屬層(10)，所述金屬層(10)設(shè)置在加強補片(8)的與汽車構(gòu)件相反的ー側(cè)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，使用由輕金屬制成的金屬層(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述金屬層(10)作為終結(jié)層被施加到纖維材料層(16)上，優(yōu)選在纖維材料層(16)的所述成型貼緊之前或之后施加金屬層(16)，尤其是金屬層(10)通過在該成型貼緊過程期間從纖維復(fù)合材料層排出的多余的樹脂被粘接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之 一的方法，其特征在于，所述金屬層(10)被另ー纖維材料層(17)覆蓋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，所述金屬層(10)與纖維復(fù)合材料壓ムロ o
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法，其特征在干，預(yù)處理金屬層(10)，優(yōu)選借助底漆和/或尤其是通過表面粗糙化來預(yù)處理金屬層(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其特征在于，首先將加強補片(8)與汽車構(gòu)件一起制造并且硬化，然后將金屬層(10)粘接到加強補片(8)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的方法，其特征在于，所述金屬層(10)進行防腐蝕處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的方法，其特征在于，使用壁厚在0.1mm和4.0mm之間、特別優(yōu)選在0.2mm和2.1mm之間的金屬層(10)。
10.車混合構(gòu)件，其包括金屬基體和由纖維復(fù)合材料制成的加強補片(8)，該汽車混合構(gòu)件按根據(jù)權(quán)利要求1至9中至少ー項的方法來制造，其特征在于，金屬層(10)相對于汽車車身在內(nèi)側(cè)設(shè)置在加強補片(8)上，能量吸收性能與傳統(tǒng)的汽車混合構(gòu)件(I)相比提高大于5%、尤其是大于10%、特別優(yōu)選大于15%，并且所述金屬層(10)設(shè)置在汽車構(gòu)件在碰撞情況下出現(xiàn)最大載荷的區(qū)域中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的汽車混合構(gòu)件，其特征在于，在纖維材料層(16)上全表面地設(shè)置金屬層(10)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的汽車混合構(gòu)件，其特征在于，在纖維復(fù)合材料兩側(cè)設(shè)置金屬層(10)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造汽車混合構(gòu)件(1)的方法以及一種根據(jù)本發(fā)明制造的汽車混合構(gòu)件(1)，其特征在于，基體由金屬材料制成并且借助由纖維復(fù)合材料制成的加強補片(8)加強。附加地，加強補片(8)具有金屬層(10)，其在自身比重大致保持不變的情況下增強構(gòu)件強度。
文檔編號B29C70/78GK103085293SQ20121041353
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者F·U·布羅克霍夫, S·格羅特克, S·施米茨, H·德爾斯曼 申請人:本特勒爾汽車技術(shù)有限公司