技术领域
背景技术
[0002] 在机动车结构中由
现有技术已知制备自承载的
车身。该车身由
钢或轻金属、特别是由
铝制成。单独的机动车构件如
门槛、机动车柱、
车顶梁、横梁或者
纵梁为此单独地作为金属板构件在不同的成形的生产步骤中制成并且随后耦联到自承载的机动车车身上。
[0003] 机动车车身在此具有两个重要的目的。一方面机动车车身应当是具有扭转强度的，以便用作用于容纳不同机动车部件的
基础，所述机动车部件包括
驱动器、行驶机构以及盖式构件如车门、
发动机罩。作为对机动车车身的要求的重要的第二方面而提出(特别是在乘客车厢方面的)碰撞安全性。
[0004] 机动车车身的一些部件在此应当在碰撞的情况下有目的地
变形以便耗散碰撞能，其它部件应当有意地具有高刚性，以便确保乘客车厢的成形
稳定性并且因此确保乘客受到保护。
[0005] 这两个要求与上述机动车构件的有利的可生产性和低成本制造以及小的自重(从而在小的
燃料消耗和CO2排放的同时获得机动车的高行驶动态)存在着目标冲突。由现有技术已知与此不同的技术来重量优化地并且以高的强度特性地制造构件。例如对于制造钢构件已知热成形技术和加压淬火技术。
[0006] 特别是对于制造轻金属构件已知：
挤压加工坯件并且紧随其后以切削技术和/或成形技术对其进行加工，从而可以根据不同的横截面几何结构来满足要求地进行制造。然而基于挤压加工技术，在此又通过仅一个处于生产过程中的可能的挤压加工方向来在生产时产生的成本方面进行限制。构件因此可以在横截面中在重量和强度方面进行优化。但是特别是在沿纵向方向延伸的构件中可能始终在纵向方向上的构件强度方面存在妥协。
[0007] 由US9090293B1例如已知一种机动车构件，其以增强构件增强。增强构件通过挤出而制成。另外，由DE102012020432B3已知一种机动车门槛，在该机动车门槛中，内部的门槛由钢制成并且外部的门槛由挤出的轻金属以沿相同方向定向地延伸的方式设置在机动车上。
发明内容
[0008] 因此，本发明的目的在于给出一种构件，该构件低成本并且在生产技术方面耗费小地制成，并且在重量优化的情况下同时具有高的强度特性。
[0009] 前述目的利用一种具有如下特征的机动车混合构件来实现，该机动车混合构件具有一个主构件和至少一个增强
补丁件，其中，主构件构成为由钢
合金或轻金属合金制成的金属板构件，并且增强补丁件由轻金属制成，并且增强补丁件是具有在横截面中至少两种彼此不同的壁厚的挤出的构件，其特征在于，增强补丁件的挤出方向以相对于主构件的纵向方向呈70°至110°的
角度地定向。
[0010] 机动车混合构件具有一个主构件和至少一个增强补丁件，其中，主构件构成为由钢合金或轻金属合金制成的金属板构件，并且增强补丁件由轻金属制成。增强补丁件是具有在横截面中彼此不同的壁厚的挤出的构件。按照本发明，机动车混合构件的特征在于，增强补丁件的挤出方向以相对于主构件的纵向方向呈70°至110°的角度地定向。
[0011] 通过按照本发明的机动车混合构件因此可以的是，在其横截面中优化地制造例如特别是构成为机动车柱、车顶梁或横梁的构件，亦即在其纵向方向上延伸的构件。此外，可以制造具有至少一个增强补丁件的通道例如
传动轴通道、门槛、特别是具有深冲池的
蓄电池架以及纵梁和横梁。由此特别是进行重量优化。由此可能产生的缺点在构件纵截面中的良好强度方面按照本发明通过如下方式考虑，即，引入增强补丁件。然而该增强补丁件本身具有在其横截面中(增强补丁件的横截面优选沿主构件纵剖方向定向)彼此不同的壁厚。此外，由此又可以的是，利用所述至少一个增强补丁件以受载优化且重量优化的方式优化设计机动车混合构件。因此，在沿主构件纵向方向受载小的区域中可以通过主构件本身设定优化地小的壁厚并且可以不设有增强补丁件或者仅设有具有小壁厚的增强补丁件的一部分。相反，在参照纵向方向较强受载的区域或者应该具有高碰撞刚性的区域中设有增强补丁件、并且特别是设有具有较大壁厚的增强补丁件的横截面区域。
[0012] 通过使增强补丁件由轻金属合金制成、特别是由
铝合金、优选6000系列或7000系列铝合金制成而尤其可以的是，将该增强补丁件本身作为挤压加工
型材制造。因此可以简单且低成本地以彼此不同的壁厚制造增强补丁件。由于增强补丁件沿主构件纵向方向仅在一个局部区段上延伸，因此该增强补丁件可以制成为扁平挤出的具有彼此不同壁厚的构件。因此，如果增强金属板在主构件纵向方向的一个纵向区段上延伸超过10cm、特别是超过20cm，那么增强补丁件也可以首先在横截面中与扁平或直线挤出不同，亦即例如被c形、波浪形或欧米伽形地并且也具有彼此不同的壁厚地挤出，并且紧接着被平整或者说碾压和/或加宽。但是挤出构件的如此制成的横截面于是始终沿主构件的纵向方向定向。这在本发明的范围内意为，增强补丁件的挤出方向以相对于主构件的纵向方向呈角度定向地延伸。
该角度是70°至110°、特别是85°至95°并且特别优选90°。
[0013] 主构件本身还优选在其纵向方向上具有变化的横截面。主构件在此可以在其整个纵向方向上在横截面中具有均匀的壁厚。但是主构件备选地或补充地可以在其纵向方向上至少在部分区段上在横截面中具有彼此不同的壁厚。主构件作为铝构件可以优选具有2.5至6mm的壁厚。如果主构件由钢板构成，那么该主构件优选具有1.5至4mm的壁厚。
[0014] 另外特别优选的是，增强补丁件相比于主构件、特别是相比于主构件的下述横截面区域具有更高的强度和/或更大的壁厚，在所述横截面区域中增强补丁件至少在部分区域上、特别是在整个面上贴靠在主构件上。
[0015] 另外特别优选的是，增强补丁件具有大于250Mpa、优选大于300Mpa并且优选小于550MPa的
屈服强度RP0.2。另外特别优选的是，增强补丁件相比于主构件具有更高的强度和/或更大的壁厚。另外特别优选的是，主构件构成为钢构件、特别是构成为热成形的和加压淬火的钢构件。所述主构件于是具有高强度的或者最高强度的特性并且具有大于
1100Mpa、特别是大于1350Mpa的
抗拉强度。
[0016] 特别优选的是，主构件在其纵向方向上的总长度与增强补丁件的同样沿主构件纵向方向上的总长度的比值处于1.25至3之间、优选1.4至2之间。这在后一种情况下例如意为，主构件是增强补丁件的两倍长。增强补丁件特别是在横截面中相对较厚的壁厚的区域中具有在4至6mm之间的壁厚。与之相邻的在横截面中较薄的壁厚区域优选具有在2至4mm之间的壁厚。在过渡区域中或在中间壁厚的区域中的中间厚度可以参照上面提到的值。
[0017] 增强补丁件和主构件还互相耦联。所述耦联可以通过粘合和/或热接合和/或形
锁合、优选通过接合来建立。在本发明的范围内可以的是，所述耦联特别是在使用由轻金属合金制成的主构件和增强补丁件的情况下构成为
熔化极惰性气体保护焊(MIG
焊接)、咬口连接或
铆接。
[0018] 在本发明的范围内，混合构件不仅意为构件由两种彼此不同的材料制成，而且意为构件由相同或高度相似的材料制成然而并且由两个构件、亦即主构件和增强补丁件构成。
[0019] 增强补丁件和主构件可以首先作为半成品互相耦联并且紧接着一同成形。但是，在本发明的范围内也可以的是，首先将主构件成形并且紧接着将增强补丁件耦联。在该情况下不需要成形增强补丁件，而是使用在挤压加工之后仅拉长的增强补丁件。但是也可想到，将主构件成形并且将增强补丁件与之分开成形，并且紧接着将两个预成形的构件彼此耦联。
[0020] 另外可想到，主构件具有封闭金属板，从而主构件在装入增强补丁件的情况下与封闭金属板至少在其纵向方向上在部分区段上构成为空心型材。
[0021] 也可想到，增强补丁件和主构件沿主构件的纵向方向至少在部分区段上构成空心型材。因此，增强补丁件在主构件的横截面中仅在部分区域上面式贴靠。
[0022] 但是优选也可以的是，主构件和增强补丁件在整个面上贴靠。增强补丁件的壁厚的变化于是特别是在增强补丁件的背离主构件的一侧构成。
[0023] 优选地，主构件与封闭金属板耦联。
[0024] 优选地，主构件是机动车柱。
[0025] 优选地，机动车柱在其纵向方向上具有两个彼此间隔开设置的增强补丁件。
[0026] 优选地，机动车柱沿纵向方向具有变化的、c形的、特别是帽形的横截面，并且该机动车柱优选构成有在横截面中彼此不同的壁厚。
[0027] 优选地，主构件是横梁，该横梁在其横截面中构造成c形、特别是帽形。
[0028] 优选地，横梁在其纵向方向上具有至少一个增强补丁件、特别是具有三个分别彼此间隔开设置的增强补丁件。
[0029] 优选地，主构件是车顶梁，该车顶梁在c形横截面中配置成具有突出的
法兰，其中，在背面上设有封闭金属板，并且增强补丁件沿纵向方向设置在形成的空腔中。
附图说明
[0030] 本发明的其它优点、特征、特性和方面在接下来的示意图中示出。这些示意图用于简单理解本发明。其中：
[0031] 图1a至1d以俯视图和不同的横剖视图示出机动车柱,
[0032] 图2a至2d示出具有主构件和相同壁厚的机动车柱,
[0033] 图3a至3e以俯视图、主视图和可能的增强补丁件的横剖视图示出按照本发明的横梁,
[0034] 图4a至4c示出按照图3b的横梁的横剖视图,
[0035] 图5a至5d以侧视图、透视图和横剖视图示出按照本发明的车顶梁。
具体实施方式
[0036] 在各图中，对于相同或类似的构件使用相同的附图标记，并且出于简化的原因省去重复的描述。
[0037] 图1a示出以机动车柱1形式的机动车混合构件，其具有主构件2(其表示实际的机动车柱1)以及设置在其中的增强补丁件3、4。机动车柱1本身是具有在横截面中彼此不同的壁厚W5、W6、W7、W9的金属板构件。这在根据图1b至1d的横剖视图中示出。机动车柱1在此构成为在横截面中帽形的型材并且具有接片5、从接片5延伸的支腿6和又从支腿6突出的法兰7。另外，所述横截面沿机动车柱1的纵向方向8变化。
[0038] 在此，在半径区域9中，相比于接片5的壁厚W5和支腿6的壁厚W6以及法兰7的壁厚W7构造有更厚的壁厚W9。壁厚W5、W6、W7又可以是彼此不同的。特别是，壁厚W7和/或W5小于壁厚W6。但是壁厚W5、W6和W7所有都小于壁厚W9。支腿6、接片5、法兰7和半径区域9的壁厚W5、W6、W7、W9优选沿主构件2的纵向方向8相同构造。例外情况是例如在
挤压成形时形成的拉伸或另外的材料减少。然而横截面配置结构本身可以改变。因此，机动车柱1本身例如可以由挤出的和以挤压成形技术制备的型材制成。因此，机动车柱1的重量优化和受载优化在横截面中实现。但是可以这样设计重量优化，使得在关键区域中以在纵向方向8上延伸的方式设置增强补丁件3、4，所述增强补丁件提供在纵向走向上提高的构件强度和/或碰撞安全性。为此，(参照沿机动车竖直方向Z的装入
位置)上部的增强补丁件3在横截面中具有不同的壁厚W3.1至W3.3。增强补丁件3的横截面在此相应于混合构件的沿纵向方向8的剖面。壁厚W3.2小于壁厚W3.1。壁厚W3.1又小于壁厚W3.3。在上侧上，上部的增强补丁件3以角度α锥形变细地构造。增强补丁件3的横截面因此沿机动车柱1的纵向方向8定向。增强补丁件3具有彼此不同的、匹配于所要求的强度和/或碰撞安全性的壁厚。另外按照在图1b中的剖切线b-b可看到，增强补丁件3这样设置在机动车柱1的内侧10上，使得沿纵向方向8至少在部分区段上构造两个空腔11。因此，接片5的中间区域12贴靠在增强补丁件3上。增强补丁件3的两个端部13参照机动车横向方向Y被拉伸并且在内侧贴靠在
B柱的支腿6上。
[0039] 这按照图1d在下部的增强补丁件4中是不同的。所述下部的增强补丁件在其横截面中也具有彼此不同的壁厚W4.1至W4.3。但是下部的增强补丁件4在整个面上贴靠在机动车柱1的内侧10上。机动车柱1的壁厚过渡部特别是在外侧14的各个半径区域9上构成。增强补丁件4的壁厚过渡部在与机动车柱1对置的一侧上构成。另外，机动车柱1具有车顶结合区域15和门槛结合区域16，它们在横截面中相比于位于它们之间的柱区域加宽地构造。
[0040] 图2a至2d示出机动车柱1的一种备选的设计方案。上部的和下部的增强补丁件3、4在此具有彼此不同的高度延伸尺寸。与图1的设计方案的第二差别在于，机动车柱1具有沿其纵向方向8变化的、壁厚W1均匀的横截面。相应的增强补丁件3、4又在其横剖视图中具有彼此不同的壁厚。相应的增强补丁件3、4的横截面沿机动车柱的纵向方向8延伸。增强补丁件3、4在横截面走向上具有彼此不同的壁厚，其中，壁厚跃变部构造在外侧18上，并且相应的增强补丁件3、4的内侧19基本平坦地构成，从而所述增强补丁件相应地基本上在整个面上贴靠在主构件2的内侧10上。在外部，增强补丁件3、4的两个端部13弯曲。增强补丁件3、4的平坦的表面在本发明的范围内意味着，所述增强补丁件因此可以贴靠在表面上。在此，不排除表面的三维设计并且因此平坦的表面不应理解为仅作为平面的表面。此外，(参照机动车竖直方向Z)下部的增强补丁件4在其横截面中具有彼此不同的壁厚W4.1至W4.3。上部的增强补丁件3在此以高度H3在机动车柱1的柱区域17上方延伸。这相应于机动车柱1总高度H1的优选40％至60％。而下部的增强补丁件4具有高度H4。下部的增强补丁件4设置在机动车柱1的下三分之一中。高度H4相应于机动车柱1的总高度H1的特别是5％至30％、优选10％至20％。备选地也可以规定，补丁件3和4结合在一起，从而也可以是一个此类的增强补丁件在柱区段上方延伸并且具有总高度H1的在50％至75％之间的高度。
[0041] 图3a和3b以俯视图和主视图示出按照本发明的横梁100。横梁100在其两个端部上具有与这两个端部耦联的碰撞盒101并且该横梁沿机动车横向方向Y延伸。横梁100例如具有沿纵向方向108延伸的加强筋102，该加强筋用于附加加固以抵抗沿机动车纵向方向X的挠曲。图3c至3e示出参照图3b的可能的区域，这些区域特别是在内侧设置在增强补丁件103上。增强补丁件103在此以相应的横截面示出并且具有彼此不同的壁厚W103，其中，一个或多个增强补丁件103可以设置在横梁106上。
[0042] 按照图3c的增强补丁件103具有彼此不同的壁厚W103.1至W103.3。所述彼此不同的壁厚W103.1至W103.3相应具有壁厚跃变部104，该壁厚跃变部构造在外侧105上。因此，内侧106构造成平坦的并且贴靠在未详细示出的横梁100内侧107上。按照图3c至3e的相应增强补丁件103的横截面在此相应地沿横梁100的纵向方向108变化。
[0043] 按照图3d，横截面首先(参照图示平面)从左向右在壁厚W103中增加并且由此又减小。该增强补丁件103特别是设置在横梁106的中间区域110中。
[0044] 按照图3e中的增强补丁件103，横截面的壁厚线性地在横截面的走向上减小。该增强补丁件103在端部区域111中备选于图3c的实施方式。
[0045] 图4a至4c示出按照图3b中的剖切线A-A、B-B和C-C的不同的剖视图。可良好地看到，横梁100构成为帽形的横截面型材，该横截面型材具有沿纵向方向108变化的横截面配置结构、但是具有保持不变的壁厚W100。在横梁100的中间区域中设有一个增强补丁件103.1，并且与其间隔开地在一个端部区域中按照剖切线C-C设有一个增强补丁件103.2。增强补丁件103.1、103.2具有在此在其纵截面中示出的本身均匀的壁厚W103.1、W103.2、但是在横截面中具有按照图3c至3e的彼此不同的壁厚。增强补丁件103.1、103.2分别在整个面上贴靠在横梁100的内侧107上。对此，增强补丁件103.1、103.2沿其纵向方向109(该纵向方向相应于横梁100的横向方向)三维成形，从而所述增强补丁件贴靠在横梁100的横截面的内侧107或内表面上。
[0046] 图5a至5d示出按照本发明的车顶梁200。车顶梁200在此在横截面中具有c形的型材，该型材具有侧向突出的法兰201。在背面设有封闭金属板202，从而构造空心型材。车顶梁200也可以构成为A柱。在前部区域中，在内侧设有增强补丁件203。增强补丁件203在此具有两个彼此不同的壁厚W203.1、W203.2。壁厚W203.1在此相比于壁厚W203.2可以更大或更小地构成。增强补丁件203以长度L203沿车顶梁的纵向方向204延伸，该长度相应于车顶梁200沿纵向方向的长度L200的20％至60％之间、特别是在30％至50％之间。该长度在此沿着车顶梁200的弯曲部跟随在图5d中示出的中间纵轴线MLA测定。相应地，也确定增强补丁件
203的长度L203。增强补丁件203在整个面上贴靠在车顶梁200的内侧上。
[0047] 附图标记列表
[0048] 1- 机动车柱
[0049] 2- 主构件
[0050] 3- 增强补丁件
[0051] 4- 增强补丁件
[0052] 5- 接片
[0053] 6- 支腿
[0054] 7- 法兰
[0055] 8- 机动车柱1、主构件2的纵向方向
[0056] 9- 半径区域
[0057] 10- 机动车柱1的内侧
[0058] 11- 空腔
[0059] 12- 接片5的中间区域
[0060] 13- 增强补丁件3的端部
[0061] 14- 机动车柱1的外侧
[0062] 15- 车顶结合区域
[0063] 16- 门槛结合区域
[0064] 17- 柱区域
[0065] 18- 增强补丁件3、4的外侧
[0066] 19- 增强补丁件3、4的内侧
[0067] 100- 横梁
[0068] 101- 碰撞盒
[0069] 102- 加强筋
[0070] 103- 增强补丁件
[0071] 104- 壁厚跃变部
[0072] 105- 增强补丁件103的外侧
[0073] 106- 增强补丁件103的内侧
[0074] 107- 横梁100的内侧
[0075] 108- 横梁100的纵向方向
[0076] 109- 增强补丁件103的纵向方向
[0077] 110- 横梁100的中间区域
[0078] 111- 横梁100的端部区域
[0079] 200- 车顶梁
[0080] 201- 法兰
[0081] 202- 封闭金属板
[0082] 203- 增强补丁件
[0083] 204- 车顶梁200的纵向方向
[0084] 205- 车顶梁200的内侧
[0085] H1- 机动车柱1的总高度
[0086] H3- 增强补丁件3的高度
[0087] H4- 增强补丁件4的高度
[0088] L200- 车顶梁200的长度
[0089] L203- 增强补丁件203的长度
[0090] MLA- 中间纵轴线
[0091] W1- 机动车柱1的壁厚
[0092] W3.1- 增强补丁件3的壁厚
[0093] W3.2- 增强补丁件3的壁厚
[0094] W3.3- 增强补丁件3的壁厚
[0095] W4.1- 增强补丁件4的壁厚
[0096] W4.2- 增强补丁件4的壁厚
[0097] W4.3- 增强补丁件4的壁厚
[0098] W5- 接片5的壁厚
[0099] W6- 支腿6的壁厚
[0100] W7- 法兰7的壁厚
[0101] W9- 半径区域9的壁厚
[0102] W100- 横梁100的壁厚
[0103] W103.1- 增强补丁件103的壁厚
[0104] W103.2- 增强补丁件103的壁厚
[0105] W103.3- 增强补丁件103的壁厚
[0106] W200- 车顶梁200的壁厚
[0107] W203.1- 增强补丁件203的壁厚
[0108] W203.2- 增强补丁件203的壁厚
[0109] W203.3- 增强补丁件203的壁厚
[0110] X- 机动车纵向方向
[0111] Y- 机动车横向方向
[0112] Z- 机动车竖直方向
[0113] α- 角度
