具有用于弹性地连接另一部件的连接区域的车辆部件 |
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| 申请号 | CN201710413027.7 | 申请日 | 2017-06-05 | 公开(公告)号 | CN107472380A | 公开(公告)日 | 2017-12-15 |
| 申请人 | 福特全球技术公司; | 发明人 | 拉尔夫·辛茨恩; 托马斯·格哈德斯; 丹尼尔·美因茨; 保罗·赞德伯尔根; 阿尔贝托·吉雷利·康索拉罗; 雷纳·苏施莱克; 尼科尔·赞德伯根; 弗雷德里克·彼得·沃尔夫-蒙海姆; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种具有用于弹性地连接另一部件的连接区域(3.3)的车辆部件(1)，其中车辆部件(1)至少部分地由 纤维 增强塑料构成并且具有基部(2)。为了提供简单的制造、节省重量的车辆部件之间的弹性连接，根据本发明提出，连接区域(3.3)形成在至少部分弹性的偏转部(3)上，该偏转部(3)在第一轴线(A)的方向上彼此相对的两端部(3.1、3.2)处连接到基部(2)、在中间与基部(2)间隔开、并且至少在端部(3.1、3.2)的区域可弹性 变形 ，从而连接区域(3.3)相对基部(2)可以弹性地偏转。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有用于弹性地连接另一部件的连接区域(3.3)的车辆部件(1)，其中所述车辆部件(1)至少部分地由纤维增强塑料构成并且具有基部(2)， |
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| 说明书全文 | 具有用于弹性地连接另一部件的连接区域的车辆部件技术领域背景技术[0002] 对于现代车辆，尤其是乘用车和通用货车等机动车辆，在许多方面，两个部件必须以柔性、更具体地弹性的方式相互连接。这适用于例如悬挂部件，例如附接到车轮支撑件、车身等上的纵向或横向控制臂，其中在连接区域中需要包含的部件的相对于彼此的至少受限制的旋转或位移。这例如通过橡胶-金属复合轴承来实现，该轴承在适用的情况下与球窝接头相结合。这种弹性复合轴承通常能够在所有方向上轻微的位移以及旋转，这就是为什么它们可以部分地用作球窝接头的成本有效的替代品。通过复合轴承的典型结构，内部金属套筒由外部金属套筒同心地包围，并且套筒之间的间隙填充有橡胶或另一种弹性体。诸如复合轴承或滚珠轴承的轴承元件通过诸如压配合、焊接等的已知连接方法连接到相邻部件。一方面这使得组装变得复杂，另一方面通常由至少部分金属构成的附加部件对车辆重量具有不利影响。 [0003] 除了金属部件之外，复合材料(例如纤维增强塑料)的部件也被越来越多的用于车辆结构中。通常可以用这种方式生产结构部件，其具有与相应的金属部件相似的承载强度，但重量明显更轻。更具体地，整个部件或部件的部分也可以是弹性结构，该弹性结构不能以与金属的部件相同的方式实现。纤维增强塑料和其他复合材料的使用在其他领域(如飞机制造)也是已知的。 [0004] US 8,985,516B2公开了一种结构，其具有通过粘合剂层彼此连接的例如飞机机翼上的两个部件。这里的主要危险是当一个部件暴露于与另一个部件相比显著不同的应力时，相对非弹性的粘合剂层从一个部件脱离。为了防止这种情况，在两个部件之间提供了柔性的中间部件，并用于补偿不同的应力。 [0005] US 4,113,910A公开了一种可用于空中和空间行进技术中的纤维增强塑料的连接元件，以确保例如在面板和粘合在其上的加强肋之间可以提供的连接。这种加强肋可以通过平行于面板延伸的部分固定地结合在其上，当发生应力时，这些加强肋有可能脱离的危险。连接元件插入在面板和肋之间，并且具有弯曲的侧面，该侧面抵靠在肋的内侧上，由此随后的应力更好地分布。 [0006] US 6,386,481 B1公开了一种紧固元件，通过该紧固元件，纵向加强条可以紧固到飞机机翼中的加强肋。纵长的紧固元件通过凸缘部分紧固在加强肋上。垂直于凸缘部分延伸的面板状部分具有纵长凹槽以及与凸缘部分平行延伸的加强部分。紧固元件可以由铝或纤维增强塑料构成。通过其可以受凹槽影响的弹性，可以补偿肋与桁条之间的位置差异。 [0007] US 6,173,924B1公开了一种结构过渡系统，其将在飞机机翼和布置在其上的方向舵或襟翼之间产生空气动力学有利的过渡。过渡系统沿着方向舵和机翼之间的方向舵的枢转轴线的方向布置。可以由例如轻金属制造的两个柔性杆被连接到机翼表面和方向舵，使得当调节方向舵时它们相对于彼此扭曲。杆嵌入柔性面板。一排支撑元件附接在其上，弹性材料的柔性表层进而连接到支撑元件上。支撑元件之间的间隙可以由泡沫元件填充。 发明内容[0008] 本发明的目的是提供一种在车辆部件之间容易产生的减重弹性连接。 [0011] 本发明提供的车辆部件具有用于弹性地连接另一部件的连接区域。术语“车辆部件”在此表示用于车辆——特别是用于诸如客车或货用车的机动车辆——的部件。然而，也可以通过示例的方式考虑其它道路车辆——如摩托车、拖车等——的其它应用。术语“部件”应被广义地解释并且包含单部分和多部分元件或结构组。它还可以包括可拆卸地或不可拆卸地彼此连接的多个部件。 [0012] 连接区域用于弹性地连接其他部件，其包括其他部件配置为将另一部件连接到车辆部件的可能性、以及其他部件连接到车辆部件的可能性。这种连接甚至可以一体地提供，使得两个部件不会物质上分离，但是可以通过其不同的功能来区分。否则可以提供或给予形状配合、力配合和/或材料结合连接。连接类型显然也指向所涉及部件的材料。“弹性连接”是指其他部件是或可以连接到车辆部件，使得两个部件相对于彼此的移动是可能的，即通过弹性变形。这在现有技术中得到实现，如上所述，例如通过橡胶-金属复合轴承，以及根据用途，通过金属制弹簧元件。术语“其他部件”用于更好地区分车辆部件的类型，其中在任何情况下二者都可以是车辆的部件或用于车辆的部件。 [0013] 车辆部件可以设置在车辆的最不同的区域中。它可以是例如在车身或底盘内具有重要的轴承功能的部件。然而，此外，还可能有许多其它用途，其中两个部件相对于彼此的这种类型的弹性移动性是有利的，例如在车辆内部的储藏舱的挡板、门上方的弹性可偏转保持手柄等的情况下。 [0014] 这里的车辆部件至少部分由纤维增强塑料构成。这包括使用几种不同塑料和/或不同纤维或不同纤维方向，因此使用具有不同取向的纤维的可能性。可以想到，例如不同的纤维在上下安置的不同的层中使用。作为示例，纤维增强塑料可以是碳纤维、玻璃纤维和/或芳族聚酰胺纤维。然而，此外，也可以使用其它纤维。因此，可以将不同种类的纤维混合使用或在不同的层和方向上使用。纤维可以基本上是编织的或非编织的、对齐的或不对齐的。纤维优选地是对齐的，使得通过其对准来系统地影响车辆部件的刚性。车辆部件有利地主要或完全由纤维增强塑料构成。 [0015] 通过使用纤维增强塑料，可以获得与相应的金属部件相当的稳定性，但重量较轻。因此，车辆的总体重量以及因此的燃料消耗和二氧化碳排放被减少。此外，与金属部件相比，制造工艺根据形状被简化，其中纤维增强塑料部分可以被实际上制成任何可想到的形状，因为纤维以及塑料材料在这里实际上几乎不受限制，通过该塑料材料来对纤维进行例如浸透、注射或铸造。另一方面，对于例如用钢板构成的部分，必须在包括例如冲压和深冲压等的几个阶段进行生产。一些形状根本是不可能的，或者只能以相当大的困难而生产。钢部分的变形过程也可能局部地削弱金属的结构，从而在那里发生过早的材料疲劳。这些问题也可以通过塑料部分来克服。制造纤维增强塑料部分所需的生产设备比制造成形金属片部分所需的生产设备实质上更简单和更具成本效益。 [0016] 车辆部件具有基部。这在车辆部件的体积方面可以是最大部分或部件。更具体地，这通常是车辆部件的相对于另一部件能够弹性移动的部分。基部进而可以固定地安装在车身上，或者也可以相对于该车身移动(其中，车身是指用于底盘、车架和副车架(其中设置该车辆部件)的集合术语)。还可以想到，其他部件形成车身的一部分。 [0017] 根据本发明，连接区域形成在至少部分弹性的偏转部上，该偏转部在第一轴线的方向上彼此相对的两端部处连接到基部、在其中间与基部间隔开并且至少在端部的区域中可弹性变形，从而连接区域相对基部可弹性地偏转。所述第一轴线通过偏转部连接到基部处的两端部固定。在两个相对端部之间的区域中，在基部和偏转部之间存在间隔。因此，偏转部在此处可以相对于基部在一定程度上移动，这尤其由其刚度和端部处的连接类型来确定。更具体地，连接区域因此可以相对于基部弹性地偏转。“可偏转的”在这里是任何类型的位置变化的总体术语，无论是通过旋转还是平移运动。为了实现这种弹性柔性的偏转，偏转部可以至少在端部的区域中弹性变形。它可以至少在这个区域中由具有一定的弹性纤维增强塑料构成。 [0018] 以这种方式，在现有技术中必须通过例如借助橡胶-金属复合轴承或其它附加部分的独立元件产生的弹性被并入到车辆部件本身中。利用上述存储舱的挡板的示例，例如可以省略现有技术中使用的金属弹簧。因此这样的附加部分是不必要的。因此，一方面，组装是简化的，另一方面，可以减少车辆重量，因为可以避免金属部件。同样在许多情况下，由于避免了额外部分的成本，所以可以减少制造成本。在某些情况下，整个结构组的使用寿命也可以延长，例如因为能够相对于彼此操作的部件较少。在某些情况下，有利的是，关于偏转部的弹性变形可以比橡胶-金属复合轴承(或另一附加部分)的情况下扩展到更大的区域，由此局部应力结果会降低。 [0019] 很明显，多个这样的偏转部可以连接到基部。这里在每个偏转部中各自的第一轴线的对准显然是不同的。 [0020] 即使本发明的重要优点在于，可以省去橡胶-金属复合轴承以及其他附加部分的必要性，但仍然可以在车辆部件上设置类似的部分。除了以后例如通过压配合与车辆部件连接的可能性之外，这些也可以在制造过程中被并入到纤维增强塑料中。因此，作为示例，当纤维增强塑料被成型时，可以并入金属的轴承套。在纤维增强塑料的成型过程中或之后，橡胶部件(例如轴承衬套，如果使用的话)也可以被硫化。 [0021] 除了这种之外，增强部分也可以被包括在塑料基质中，该基质由例如金属、陶瓷或其它塑料(其与纤维增强塑料的基体的材料不同)构成。因此可以局部加强纵向控制臂的区域，从而获得改进的强度和/或刚性。另一方面，这里可以抑制部件部分内的振动的扩散。然后，人们谈到用于纵向控制臂的混合构造方法。 [0022] 偏转部优选地至少部分地与基部形成一体。也就是说，偏转部和基部通常在成型过程中至少部分地被制成一体。更具体地，它们还可以完全地构成一体，但是替代地，两个部分中的至少一个部分具有一个或多个在成型过程中或之后被添加的部分。通过一体式结构简化了制造过程，并且通常相对于在单独制造及后续连接的情况下，两个部分之间获得更稳定的连接。偏转部优选地配置为至少在端部的区域中与基部形成一体。 [0023] 更具体地，车辆部件可以是悬架部件。这包括例如所有类型的控制臂，因此纵向控制臂，例如拖曳臂、横向控制臂或倾斜控制臂，车轮支撑件通过该臂连接到车身。然而在现有技术中，这种控制臂通常通过橡胶-金属复合轴承连接到车身和/或车轮支撑件，所需的弹性连接可以通过本发明生产，而不需要这种类型的单独的轴承。原则上也可以想到，车轮支撑件或其至少一部分与控制臂一体形成，其中车轮支撑件在连接区域中与控制臂直接地一体连接。显然，也可以想到将与车轮悬架或车身相关联的其它部件与连接区域一体地配置。 [0024] 根据一个有利的结构，在偏转部和基部之间，沿垂直于第一轴线的第二轴线的方向在偏转部的任一侧形成间隙。也就是说，间隙在与第一轴线正交延伸的第二轴线的方向上位于在偏转部的任一侧。这显然意味着基部的部分在第二轴线的方向上布置在偏转部的任一侧。由于偏转部还在两端部连接到基部，所以可以说偏转部(在由第一和第二轴线跨越的平面内)位于基部内部或者被基部包围。或者，偏转部可以肯定地布置在基部的边缘处，使得在第二轴线的方向上仅在一侧设置间隙，并且进而由基部的一部分邻近，而在相对的一侧，偏转部的边缘同时形成车辆部件的边缘。 [0025] 在另一实施例中，偏转部在第一轴线方向上的长度大于偏转部在第二轴线方向上的宽度和/或偏转部在垂直于第一和第二轴线的第三轴线方向上的高度。第一轴线、第二轴线和第三轴线跨越笛卡尔(Cartesian)坐标系，其中在各轴的方向上的尺寸的术语长度、宽度和高度是随机选择的，并且不被认为是限制性的。通过这种结构，偏转部可以被称为在第一轴线的方向上纵向延伸，其中长度可以特别地达到宽度和/或高度的至少两倍、三倍或四倍。这种纵长结构通常对偏转部的弹性变形性具有积极的作用。也可能的是，偏转部的宽度或高度不是恒定的，而是连续地或不连续地变化。因此，如果宽度和/或高度在那里较大，则偏转部的部分在那可以配置为更刚性，而具有较短宽度和/或高度的其它部分较不刚性。类似地，由于宽度与高度显著不同，所以偏转部的刚度可以根据方向受到影响。 [0026] 关于连接区域的弹性柔性偏转有不同的可能性。因此，连接区域可以围绕第一、第二和第三轴线中的至少一个相对基部而旋转。可以说是一个依赖于轴线的扭转或万向节式偏转。特别地，围绕第三轴线的旋转可以被称为扭转偏转，以及围绕第一或第二轴线的旋转可以被称为万向节式偏转。这里可以通过偏转部的成形来阻止或有利于所述旋转中的一种。如果偏转部例如具有远离端部的相对大的横截面并且因此本身是相对刚性的，则这通常将阻止围绕第三轴线的旋转，而围绕第一和第二轴线的旋转仍然可以是可能达到一个显著的程度。同样地，可以相对于扭转偏转来抑制万向节式偏转，其中偏转部的高度被选择为明显大于宽度。替代地或通常，在其旋转能力的同时，连接区域可以沿着第一轴线、第二轴线和第三轴线中的至少一个相对于基部位移。这意味着沿相应轴线的线性或平移偏转。沿着第二轴线或第三轴线的位移通常取决于偏转部的多个弯曲。与此相比，沿着第一轴线的位移通常包含纯伸长或压缩。这在原则上确实是可能的，但通常导致小于第二轴线和第三轴线的方向上的位移。然而，可以想到的是，作为示例，通过将偏转部配置为S形或锯齿形结构，也可以在第一轴线的方向上实现清晰的位移能力。 [0027] 根据另一有利的结构，偏转部沿着第一轴线直线延伸。在这种情况下，例如可以以棒或杆的形式配置。当第一轴线的方向上的偏转不太重要或者甚至不期望时，这种直线设计是特别有利的。其他上述偏转(旋转和位移)可以通过直线结构更好地控制。 [0028] 尽管例如可能的是，只有偏转部的端部由纤维增强塑料或类似的柔性材料构成，而例如实际的连接区域可以由金属或其它材料构成，优选的是，偏转部至少主要由纤维增强塑料构成。具体地，它也可以完全由纤维增强塑料构成。这有利地影响弹性柔性偏转，并且偏转部的形状例如可以通过在单个原始成型步骤中以任何形式来配置。此外，实现了关于重量的优点。 [0029] 此外，通过纤维的对准，也可以预先设定产生提高的刚性的特定方向。换句话说，与本质上各向同性的金属或其他材料相反，纤维增强塑料可以具有方向依赖的刚性。刚性也可能明显地受包装密度、纤维的对准和长度和/或纤维材料以及塑料材料本身(因此通过纤维和基质或树脂)的影响。在此，也可以使用局部依赖的不同密度、对准和/或纤维的材料。也就是说，与金属部分不同，纤维增强塑料可以是非均匀的。 [0030] 有利地，纤维在偏转部内至少主要在第一轴线的方向上延伸。通过纤维的对准，可以特别好地实现上述围绕第一轴线的旋转能力以及在第一和第二轴线的方向上的位移。然而，所描述的其它旋转在这里也是可能的。纤维可能部分在另一方向中延伸，或者纤维的主要部分可能沿着第一轴线的方向延伸，而较小的比例例如横向或倾斜地延伸。对于纯弯曲，例如长直线的纤维是有利的，其中转动约45°的纤维层对于万向节式旋转是有利的。 [0031] 在一个实施例中，连接区域具有用于与另一部件的形状配合连接的装置。这可以是例如引导轴、轴承销、螺钉等穿过的通孔。在螺钉的情况下，通孔也可以具有内螺纹。用于形状配合连接的装置优选地成型在连接区域上，更具体地至少部分地在原始成型过程的范围内成型。这可以通过偏转部特别容易地实现，其中偏转部至少主要由纤维增强塑料构成。这里的连接区域一开始就可以形成为产生形状配合接合所必需的几乎任何几何形状。很明显，当需要时，也可以通过力配合接合和/或材料连接接合来补充这种类型的形状配合接合。 [0032] 除了随后在车辆部件和另一部件之间产生的这种形状配合、力配合和/或材料连接接合之外，还可以在成型过程中从一开始就制造两个部件，然后连接区域直接合并到另一个部件中。这是否是有利的取决于各种因素，例如，所述部件的尺寸、部件所需的材料性质(例如，是否有利于制造纤维增强塑料的其他部件)以及连接区域中的车辆部件是否也要连接到同一个其他部件、或者在此是否有许多备选。 附图说明[0033] 下面使用附图中示出的示例性实施例进一步详细地解释本发明的进一步有利的细节和效果。附图中： [0034] 图1示出了处于无应力状态的根据本发明的车辆部件的示意性局部视图； [0036] 图3示出了在第一力的作用下对应于图2的截面图； [0037] 图4示出了在第二力的作用下对应于图1的视图； [0038] 图5示出了在第一扭矩的作用下对应于图1的截面图； [0039] 图6示出了在第二扭矩的作用下对应于图1的视图； [0040] 图7示出了在第三扭矩的作用下对应于图1的视图。 具体实施方式[0041] 在不同的附图中，相同的部分也具有相同的附图标记，因此通常只被描述一次。 [0042] 图1和图2示出了例如悬架臂的车辆部件1的一部分。车辆部件1在本例中完全由纤维增强塑料构成。车辆部件1具有平面或平坦的结构并且在由第一轴线A和与第一轴线A垂直的第二轴线B所跨越的平面中延伸。在优选的结构中，车辆部件是控制臂。 [0043] 车辆部件1的主要部分由基部2形成。车辆部件1还具有偏转部3，该偏转部3通过第一端部3.1和第二端部3.2连接到基部2，第一端部3.1和第二端部3.2在第一轴线A的方向上彼此相对。偏转部3在两个端部3.1之间从基部2分离或间隔开，其中第一间隙4和第二间隙5在第二轴线B的方向上布置在所述部分2、3之间。在本结构中，偏转部3因此不形成车辆部件1的边缘，而是在基部2的边缘区域2.1的侧面。结构也可以被设想为替代，其中不存在这样的边缘区域2.1，而是偏转部3直接布置在边缘处，使得明显地省略第一间隙4。 [0044] 连接区域3.3布置在偏转部3的中间，其中另一部件(未示出)(例如车轮支撑件、车辆底盘的一部分等)可以弹性地连接。为此，提供通孔3.4，通过该通孔，形状锁定连接例如是可能的。通孔3.4可以例如来保持轴承销。在此，它沿着垂直于第一和第二轴线A、B延伸的第三轴线C的方向延伸。 [0045] 从图1和图2的截面图可以看出，偏转部3具有纵向延伸的结构，其中偏转部3在第一轴线A的方向的长度是其在第二轴线B的方向上的宽度的大约五倍并且是其在第三轴线C的方向上的高度的大约六倍。在这种情况下，宽度因此略高于高度，但是这并不是绝对必要的。两个尺寸也可以相同，或者高度可以大于宽度。由于偏转部3与其长度相比相对较薄，并且由弹性材料构成，所以偏转部3在与基部2空间分离的区域中相对于基部2可以弹性变形。更具体地，连接区域3.3可以相对基部2弹性偏转，如下面使用图3至图7所示。 [0046] 图3在对应于图2的剖视图中示出了在第三轴线C的方向上作用在连接区域3.3上的第一力F1的作用。由于其弹性特性，偏转部3可以遵循力，并且在A-C平面内弯曲。这种力可以由与车辆部件1相对的另一部件的相对运动产生。 [0047] 图4示出了朝向第二轴线B的方向的第二力F2的作用。此外，偏转部3可以弹性弯曲，从而其向内移动到第一间隙4。间隙4、5因此可以被确定尺寸使得在预期的应力的情况下，不会导致偏转部3横向敲击基部2，或者偏转被有意地限制。类似地，一个或两个间隙4、5的特殊形状可以产生偏转部3的部分邻接，从而导致刚性的故意改变，由此只有偏转部3的较短部分能够弹性偏转。 [0048] 通过所示的结构，在作用在第一轴线A的方向上的力的情况下，连接区域3.3的弹性偏转的可能性(如果可能的话)是低的，因为这将需要偏转部3的纯粹的延伸或压缩。为了实现在第一轴线A的方向上的更大的柔韧性，偏转部分3可以偏离在此所示的结构，例如在A-B平面中以S形的方式、曲折形状或锯齿形的方式延伸。 [0049] 图5示出了连接区域3.3上的第一扭矩M1的作用，该第一扭矩M1导致偏转部3在A-C平面内以S形的方式弯曲。只要这与通孔3.4的路径有关，就可以在此形成万向节式变形。在此以及图6和7中，相应的扭矩通过弯曲的下降表示，该弯曲的下降表示由扭矩确定的方向感，并且不是明显地对应于矢量扭矩的物理方向。 [0050] 图6中示出了另一个万向节式变形，其中第二扭矩M2作用在连接区域3.3上。因此偏转部3围绕第一轴线A扭转。 [0051] 图7示出了扭转变形，其中第三扭矩M3作用在连接区域3.3上。应当理解的是，如果仅一个轴承销被引导通过通孔3.4，则相应的扭矩不能传递。否则，偏转部3在此也处于在A-B平面中以S形的方式弹性弯曲的位置。 [0052] 因此，显而易见的是，在所有的作用力和扭矩的作用下，偏转部3的弹性变形导致连接区域3.3相对于基部2偏转。只要这仅受限地应用于沿着第一轴线A的力，则如上所述的这种限制可以通过使偏转部分3调整来提升。影响各偏转的各自的弯曲强度和扭转刚度一方面可以受到偏转部3的形状(更具体地是其横截面或其高度和宽度)的影响，另一方面也受到塑料基质或掺合纤维的材料以及它们的取向的影响。在所示示例中，偏转部3内的塑料纤维(未示出)主要在第一轴线A的方向上取向，其中它们可以部分地适应其在通孔3.4的区域中的外轮廓。 [0053] 附图标记列表 [0054] 1 车辆部件 [0055] 2 基部 [0056] 2.1 边缘区域 [0057] 3 偏转部 [0058] 3.1、3.2 端部 [0059] 3.3 连接区域 [0060] 3.4 通孔 [0061] 4、5 间隙 [0062] A、B、C 轴线 [0063] F1、F2 力 [0064] M1、M2、M3 扭矩 |
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