本發(fā)明涉及一種用于制造具有至少兩個、尤其由纖維塑料復(fù)合材料制成的型材構(gòu)件的接頭結(jié)構(gòu)/節(jié)點結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明還涉及一種接頭結(jié)構(gòu)和車輛車身。

背景技術(shù)：

從現(xiàn)有技術(shù)中已知這種由型材制成的車身結(jié)構(gòu)。例如文獻DE 44 23 642 C1描述了一種機動車支承架，該機動車支承架由單個的、彼此獨立預(yù)制的車架型材件組成。該車架型材件可以相應(yīng)被設(shè)計為具有例如矩形的空心型材橫截面的纖維復(fù)合型材件，并且在加強或者硬化的狀態(tài)中分別通過同樣由纖維復(fù)合材料制成的接頭件以桁架的形式連接成完整的車架結(jié)構(gòu)。為了制造接頭件，待連接的車架型材件被插入預(yù)制的纖維預(yù)成型件的接納凹槽中。在成型工具中隨后在壓力作用和熱作用下制造該接頭件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

從所述現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的是，提供一種用于制造接頭結(jié)構(gòu)的改進的方法。

上述目的通過根據(jù)本發(fā)明的具有權(quán)利要求1的特征的方法實現(xiàn)。

本發(fā)明通過一并列的權(quán)利要求還涉及一種根據(jù)本發(fā)明的接頭結(jié)構(gòu)，該接頭結(jié)構(gòu)尤其通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造。

本發(fā)明通過另一并列的權(quán)利要求還涉及一種車輛車身，尤其是用于乘用車，該車輛車身具有由型材構(gòu)件形成的車架(立體車架)并具有至少一個根據(jù)本發(fā)明的接頭結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，多個形成車架部分(例如車輛后部結(jié)構(gòu)、車輛前部結(jié)構(gòu)或車輛中部結(jié)構(gòu))的型材構(gòu)件由纖維塑料復(fù)合材料制成。在此，該型材構(gòu)件尤其僅涉及借助于根據(jù)本發(fā)明的接頭結(jié)構(gòu)彼此連接的空心型材構(gòu)件。

與所有根據(jù)本發(fā)明的主題類似，本發(fā)明的改進方案和設(shè)計方案由從屬權(quán)利要求、下面的說明和附圖中得到。

提出了根據(jù)本發(fā)明的用于制造具有至少兩個、尤其由纖維塑料復(fù)合材料制成的型材構(gòu)件的接頭結(jié)構(gòu)的方法，這些型材構(gòu)件應(yīng)在其型材端部之一處在連接接頭中彼此連接，根據(jù)本發(fā)明的方法至少具有以下步驟：

-提供預(yù)制的型材構(gòu)件，所述型材構(gòu)件在其待連接的(接頭側(cè))型材端部處被設(shè)計為具有相配的接合面；

-將型材端部定位在產(chǎn)生連接接頭的壓模/擠壓工具中，使得在接合面之間形成均勻的間隔縫隙；

-在添加含纖維的模塑料/塑料物料的情況下實施模壓過程以用于產(chǎn)生使型材端部形鎖合地和在可能情況下也材料結(jié)合地連接的連接接頭，其中，含纖維的模塑料也擠入到接合面之間的間隔縫隙中。

型材構(gòu)件的、在連接接頭中待連接的型材端部被設(shè)計為具有相配的接合面，該相配的接合面被理解為在連接接頭中彼此面對或相對的面部段，該面部段在載荷情況下尤其也用作為力傳遞面。該相配的接合面可以被設(shè)計為例如平直的斜面、凹下和凸起的面(或至少具有凹下或凸起的面部分)、波形面、階梯狀面和/或可嵌套的面，這是優(yōu)選的改進方案的主題。

在這些接合面之間的間隔縫隙實現(xiàn)了，在模壓過程期間將為了產(chǎn)生連接接頭使用的含纖維的模塑料壓入這些接合面之間，從而接頭側(cè)的型材端部被含纖維的模塑料最佳地包圍成型并且由此形鎖合地和在必要時也材料結(jié)合地連接。均勻的和均質(zhì)的間隔縫隙保證了，含纖維的模塑料可以完全填充該間隔縫隙，以及在間隔縫隙的每個部位上都存在基本相同的連接特性。(不均勻的間隔縫隙在所制造的接頭結(jié)構(gòu)受到載荷時例如可能導(dǎo)致不對稱的力流。)

本發(fā)明具有多個優(yōu)點。例如，在根據(jù)本發(fā)明的方法中不需要如文獻DE 44 23 642 C1描述的預(yù)制的纖維預(yù)成型件。此外利用根據(jù)本發(fā)明的方法制造的接頭結(jié)構(gòu)在具有小的重量的情況下還具有優(yōu)秀的強度、剛性和碰撞穩(wěn)定性。

該間隔縫隙優(yōu)選具有至少0.5mm和最高2.0mm的基本上恒定的縫隙尺寸。至少0.5mm的最小的縫隙尺寸保證了接合面之間的能流動的間距，從而定位在壓模中的型材端部可以被含纖維的模塑料最佳地包圍成型，并由此可以形鎖合/材料結(jié)合地連接。最高2.0mm的最大的縫隙尺寸保證了，在連接的型材端部或其接合面之間的力流路徑在制造的連接接頭中是短的。

在含纖維的模塑料硬化之后，可以打開壓模并取出制造的接頭結(jié)構(gòu)。這個接頭結(jié)構(gòu)包括至少兩個、尤其由纖維塑料復(fù)合材料制造的型材構(gòu)件，還包括由纖維塑料復(fù)合材料或含纖維的和尤其含短纖維的模塑料制造的連接接頭，在所述連接接頭中型材構(gòu)件在其型材端部之一處(或者說在其接頭側(cè)的型材端部處)形鎖合地和在可能情況下也材料結(jié)合地彼此連接，其中，在連接接頭中連接的型材端部被設(shè)計為具有相配的接合面，并且該接合面通過均勻的(就是說基本上被設(shè)計為具有恒定的縫隙寬度)和利用含纖維的模塑料填充的間隔縫隙彼此間隔開。因此接頭結(jié)構(gòu)是由至少兩個型材構(gòu)件形成的組合構(gòu)件(ZSB件)。

型材構(gòu)件被理解為伸長的、棒狀的、具有限定的橫截面形狀(剖面)的構(gòu)件，該型材構(gòu)件可以具有直的或彎曲即折彎的軸向走向。至少一個型材構(gòu)件可以是管狀的具有閉合的橫截面和具有至少一個型材腔的空心型材構(gòu)件。涉及的型材構(gòu)件和空心型材構(gòu)件尤其由加強的纖維塑料復(fù)合材料制成。纖維可以是碳纖維、玻璃纖維和/或其它纖維。纖維優(yōu)選是長纖維，該長纖維例如也以層狀結(jié)構(gòu)(Lageaufbau)、以有利于承載路徑的方式(lastpfadgerecht)布置。模塑料(基質(zhì)材料)可以是熱固性塑料或熱塑性塑料。

型材構(gòu)件是預(yù)制構(gòu)件，該預(yù)制構(gòu)件在先前的制造過程中——在可能情況下也在供貨商處——制造。這種構(gòu)件的提供包括例如對待連接的型材構(gòu)件的裝配、修整、清潔和/或檢查。這種提供在可能情況下也包括產(chǎn)生接合面，例如通過機械加工、尤其通過切削和/或銑削產(chǎn)生，其中，接合面最晚在將型材端部插入和定位在壓模中之前必須產(chǎn)生。

型材構(gòu)件優(yōu)選由預(yù)制的型材半成品(尤其是棒料)制造。但是也可以同樣直接制造型材或型材構(gòu)件，例如借助于擠拉成型(或在可能情況下也借助于卷繞或編織)。型材構(gòu)件可以由相同的纖維塑料復(fù)合材料或由不同的纖維塑料復(fù)合材料制成。

根據(jù)本發(fā)明的接頭結(jié)構(gòu)的至少一個型材構(gòu)件優(yōu)選是由纖維塑料復(fù)合材料制成的空心型材構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的接頭結(jié)構(gòu)的所有型材構(gòu)件尤其是由纖維塑料復(fù)合材料制成的空心型材構(gòu)件。

產(chǎn)生連接接頭的模塑料可以是熱固性塑料(樹脂)或熱塑性塑料。纖維優(yōu)選是短纖維(碳纖維、玻璃纖維和/或其它纖維、混合纖維和尤其是再生纖維)，該短纖維具有例如為1mm至100mm、優(yōu)選2mm至50mm、尤其優(yōu)選3mm至25mm的長度。用于產(chǎn)生連接接頭的含纖維的模塑料優(yōu)選匹配于待連接的型材構(gòu)件或空心型材構(gòu)件的纖維塑料復(fù)合材料。

用于產(chǎn)生連接接頭的含纖維的模塑料可以在閉合壓模之前被引入壓模型腔中。用于產(chǎn)生連接接頭的含纖維的模塑料也可以在閉合壓模之后通過注射被引入到壓模型腔中(類似于注塑技術(shù)或RTM技術(shù))。

如上所述，型材構(gòu)件中的至少一個可以是空心型材構(gòu)件，其中，尤其設(shè)置為，這個空心型材構(gòu)件的在接頭側(cè)敞開的型材端部借助于封閉元件封閉，以便在模壓過程期間防止含纖維的模塑料擠入到空心型材構(gòu)件中。在最晚在將空心型材構(gòu)件插入及定位在壓模中之前待安裝的封閉元件可以是例如尤其由纖維塑料復(fù)合材料制成的蓋，或是由泡沫塑料制成的塞子狀的封閉元件，該封閉元件尤其粘接在敞開的型材端部中。

利用根據(jù)本發(fā)明的方法在連接接頭中待連接的型材構(gòu)件和/或空心型材構(gòu)件可以至少在其待連接的型材端部上或在其接頭側(cè)的端部段上被設(shè)計為具有不同的橫截面或者說橫截面尺寸和/或不同的壁強度或者說壁厚。

附圖說明

下面根據(jù)示意性附圖示例性地以及以不局限的方式詳細描述本發(fā)明。在附圖中示出的和/或下面還要描述的特征可以——也獨立于特定的特征組合——改進本發(fā)明。

圖1在透視圖中示出由空心型材構(gòu)件形成的車輛后部結(jié)構(gòu)。

圖2在透視圖中示出從屬于圖1的車輛后部結(jié)構(gòu)的接頭結(jié)構(gòu)。

圖3在多個剖面圖中示出在制造圖2中的接頭結(jié)構(gòu)時在兩個彼此待連接的空心型材端部處的接合面的可能的設(shè)計形式。

圖4在剖面圖中示出在制造圖2中的接頭結(jié)構(gòu)時在三個彼此待連接的空心型材端部處的接合面的可能的設(shè)計形式。

圖5在多個剖面圖中示出在制造圖2中的接頭結(jié)構(gòu)時連接接頭的產(chǎn)生。

具體實施方式

在圖1中示出的車輛結(jié)構(gòu)或車輛后部結(jié)構(gòu)100是車輛車身的車架的一部分。該車輛后部結(jié)構(gòu)100包括多個由纖維塑料復(fù)合材料制成的和彼此獨立預(yù)制的空心型材構(gòu)件120、120a、130、130a、140、140a和150，其中，該空心型材構(gòu)件尤其是所謂的擠拉型材，該擠拉型材的型材端部在連接接頭或者說接頭部位160和160a上固定地彼此連接。空心型材構(gòu)件120、120a、130、130a、140、140a和150典型地被設(shè)計為不同的形式，就是說，這些型材構(gòu)件根據(jù)載荷具有不同的橫截面和/或壁厚，和/或由不同的纖維塑料復(fù)合材料制成。車輛后部結(jié)構(gòu)100還可以具有實心型材構(gòu)件和/或由其它材料(例如金屬)制成的型材構(gòu)件，該型材構(gòu)件尤其也通過連接接頭160或160a連接在車架結(jié)構(gòu)100中。車輛后部結(jié)構(gòu)100在其盡管重量輕的情況下還具有優(yōu)秀的強度、剛性和碰撞穩(wěn)定性。

在連接接頭160或160a中連接的空心型材構(gòu)件與這個連接接頭共同形成本發(fā)明意義上的接頭結(jié)構(gòu)。圖2示出關(guān)于沿行駛方向x位于左側(cè)的車架區(qū)域的這種接頭結(jié)構(gòu)110。整體的接頭結(jié)構(gòu)110包括多個空心型材構(gòu)件120、130、140和150，這些空心型材構(gòu)件的型材端部在連接接頭160中彼此固定地連接。

參照圖3、圖4和圖5，下面描述這種接頭結(jié)構(gòu)110的制造，其中，在不局限于此的情況下并僅為了簡化的顯示和描述的目的，主要僅針對兩個空心型材構(gòu)件120和130進行描述。空心型材構(gòu)件120和130可以——與示出的不同——至少在其待連接的型材端部處或在其接頭側(cè)的端部段121和131處被設(shè)計為具有不同的橫截面或者說橫截面尺寸和/或不同的壁強度或者說壁厚。

根據(jù)本發(fā)明在接頭側(cè)待連接的型材端部被設(shè)計為具有相配的接合面。圖3a-d示出具有不同的結(jié)構(gòu)形式的接合面122和132的空心型材構(gòu)件120和130的型材端部121和131。待連接的空心型材構(gòu)件120和130的敞開的型材端部121和131借助于通過粘接材料126或136粘接的封閉元件125和135封閉。封閉元件125和135由泡沫塑料材料、尤其耐熱的和抗壓的硬質(zhì)泡沫塑料制成。優(yōu)選在粘接這個封閉元件125和135之后才產(chǎn)生接合面122和132，尤其通過機械加工，例如切削和/或銑削產(chǎn)生。這個過程也可以被稱為型材端部的輪廓塑造。

在圖3a中示出的實施可能性中，接頭側(cè)的型材端部被斜割，就是說，在型材端部121和131處的接合面122和132被設(shè)計為平直的斜面。接頭側(cè)的斜面122和132相對于空心型材構(gòu)件120和130的縱軸L1和L2傾斜地(意思是非直角地)延伸。在圖3b中示出的實施可能性中，接合面122和132被設(shè)計為互補的階梯狀的面。在圖3c中示出的實施可能性中，接合面122和132被設(shè)計為具有相配的波紋輪廓的(具有凹下的和凸起的面部分)成波紋狀的面。在圖3d中示出的實施可能性中，接合面122和132被設(shè)計為能彼此嵌套的面。

圖3a-d僅示意性以2D圖示出待連接的型材端部121和131處的接合面122和132。不言而喻的是，示出的接合面122和132具有相應(yīng)地設(shè)計的三維的面輪廓。在圖3a-d中示出的用于接合面的實施可能性還可以變換成或組合成其它的實施可能性。

在圖3a-d中示出的相配的接合面122和132如此設(shè)計，即該接合面能以均勻的間隔縫隙(參見圖4和圖5)相對彼此布置，如下面還要詳細闡明的。接合面122和132還可以如此設(shè)計，即在從屬的型材構(gòu)件120和130之間——盡管存在間隔縫隙——也可以更好地傳遞力和/或力矩。

圖4示出具有用于三個在連接接頭160中待連接的型材端部121、131和141的復(fù)雜成形的接合面的構(gòu)型。通過機械加工如此準備涉及的型材端部121、131和141，即產(chǎn)生特殊成形的接合面或連接面，就是說，產(chǎn)生相配的端部形狀。尤其如此實現(xiàn)輪廓塑造，即該型材端部121、131和141在保持均勻的間隔縫隙S的情況下可以以盡可能大的接合面和盡可能彼此靠近地定位。因此在連接接頭內(nèi)部可以設(shè)置多個以不同的面輪廓和/或以不同的縫隙尺寸形成的接合面配對。以這種方式在結(jié)構(gòu)方面考慮了后來的負載載荷路徑(Belastungslastpfade)的情況下，可以在連接接頭中盡可能緊湊地并進而節(jié)省空間地組合多于兩個型材端部，其中，甚至達到五個型材端部和更多型材端部。

為了產(chǎn)生連接接頭160，將空心型材構(gòu)件120和130的封閉的并且被設(shè)計為具有相配的接合面122和132的型材端部121和131插入制造連接接頭160的壓模200中，如在圖5a中所示。在兩件式的壓模200的相應(yīng)設(shè)計方案中，區(qū)別于示出的180°連接角度的其它連接角度也是可以的。壓模200如此構(gòu)成，即能夠?qū)崿F(xiàn)型材端部121和131的位置準確的緊固。待連接的型材端部121和131的接合面122和132以均勻的或均質(zhì)的間隔縫隙S間隔開。該縫隙尺寸或縫隙寬度B例如是0.25mm至3mm，尤其是0.5mm至2.0mm。

在插入和定位型材端部121和131之前引入的含短纖維的模塑料K已經(jīng)位于壓模下部件210的壓模型腔230中。模塑料K優(yōu)選是熱固性模塑料(樹脂)。在將待連接的型材端部121和131定位之后，例如借助于示出的噴射裝置300在連接區(qū)域上進一步涂覆或噴射含短纖維的模塑料K。

隨后通過壓模上部件220的下降而閉合壓模200，如在圖5b中所示，并進行模壓過程。在這個模壓過程中，含纖維的模塑料K的限定的量分布在型腔230中，其中，空心型材構(gòu)件120和130的布置在型腔230中的型材端部121和131形鎖合地被包圍成型，并且其中，含纖維的模塑料K也擠入到間隔縫隙S中。在此在形成連接接頭160的模塑料K和型材端部121和131之間也形成材料結(jié)合的連接。連接接頭160的形狀通過壓模型腔230的陰模得到。

在模壓過程期間，封閉元件125和135的作用是阻礙以及防止含纖維的模塑料K擠入到空心型材構(gòu)件120和130的型材腔中。由此也可以在壓模型腔230中形成限定的高的成形壓力。

在產(chǎn)生連接接頭160時，僅待連接的型材端部121和131插入壓模200中，從而空心型材構(gòu)件120和130穿過壓模200中的開口伸入到壓模型腔230中。壓模200如此設(shè)計，使得型材端部121和131能位置準確地緊固。在模壓過程期間，借助于密封件241和242實現(xiàn)壓模200的密封。抗壓的封閉元件125和135可以在密封區(qū)域中產(chǎn)生使空心型材壁部穩(wěn)定的作用，并改善型腔密封。

在優(yōu)選的熱固性模塑料K由于壓力作用和溫度作用而硬化之后，可以打開壓模200并取出制造的接頭結(jié)構(gòu)110，如在圖5c中所示。連接接頭160可以具有從1mm至15mm范圍內(nèi)的壁厚，其中，可以設(shè)置相同的和不同的壁厚。封閉元件125和135在不顯著增加重量的情況下改善了接頭結(jié)構(gòu)110的強度、剛性和碰撞穩(wěn)定性。

含短纖維的模塑料K可以被預(yù)先混合，并在閉合壓模200之前例如借助于噴射裝置300或類似裝置被引入到壓模型腔230中。還可以實現(xiàn)層式地施加，其中，可以交替地引入纖維層和塑料層(樹脂層)。

同樣可以在閉合壓模200之后再通過注射(注塑方式)將含短纖維的模塑料K引入到壓模型腔230中。