技术领域
[0001] 本
发明涉及一种轿车(PKW)的侧壁组件，特别是电动轿车的侧壁组件，该侧壁组件具有由
纤维加强的塑料制成的
B柱、由纤维加强的塑料制成的在车尾方向随后的至少一个其他的柱以及侧壁，该侧壁由纤维加强的塑料制成并定义了轿车
外壳的一个区段。
背景技术
[0002] 轿车制造工业长期以来
力求于，低成本地制造出具有相同或更好的机械特性的、更轻的
车身构件。这种开发的目的在于较少的
燃料消耗或者较小的有害物排放，特别是CO2排放。当涉及到对于电动轿车的有效范围和/或
加速度值进行改良时，具有良好的碰撞性能较轻车身构件特别就这类轿车而言具有很大意义。
[0003] 例如轿车的车厢的侧壁组件这样的普遍的承重的车身构件由多个单独部件组成。例如，A柱、B柱、
C柱和D柱、顶部
框架、外壳以及其他构件通过
焊接或粘合从多个单独的壳体接合成一个侧壁组件。侧壁组件是部分承重的结构并因此必须也满足于刚性和碰撞性能方面的要求，特别是防侧撞以及车辆倾翻方面的要求。由于这一原因，目前为了侧壁组件大多使用的是由
钢或
铝制成的承重结构。通常的侧壁组件例如由60个以上的单个部件组成并且以高工作成本、通过多个加工步骤而借助于焊接、
铆接、粘接和/或
螺栓连接来接合。此外，已知侧壁组件的较小侧壁区段，这些侧壁区段由塑料制成。这些部分通常在SMS(Sheet Moulding Compound)方法中制成。依赖于制造方法，这些部件以半壳部件形式而制成并且通过粘接接合。为了提高刚性以及强度，这些塑料部件在壳体空腔区域中额外地具有凸棱(参见karosserietechnik(车体技术)，Horst Pippert，Vogel Buchverlag,1998，第269页)。这些侧壁区段由于不定向的加强纤维而相对于刚性和强度方面具有相对较小的轻量化程度。此外，这些侧壁区段由于缺少基质材料而具有不令人满意的外表并且通常在上漆之前需要后续改良。
[0004] 从EP 1 052 164 A1中已知由纤维加强的塑料制成的轿车侧壁组件，这些侧壁组件以成型件的形式在RTM(Resin Transfer Moulding)方法中制成，其中纤维加强的塑料具有在30％至60％之间的纤维体积含量。侧壁组件的结构性承重的区段、特别是B柱就此以夹心结构的方式、作为通过由
泡沫塑料制成的支承芯而部分或全部填充的空腔体的形式而制成，并且使结构性非承重区段以空腔结构的方式作为空腔体而制成。为了制造这样的侧壁组件而以型坯的形式制成纺织织物并且将其放入RTM工具模中，从而在夹心结构的区域内使一个或多个型坯包覆泡沫塑料芯。与此相反，在空腔结构的区域中，能够熔融的熔芯放入到RTM工具模中并且由一个或多个坯件而包覆。在关闭工具模后，向模内注射
树脂(例如环
氧树脂)并且在注射过程结束后使成型件硬化。这种常见的侧壁组件鉴于其刚性、其撞击性能及其低成本的制造而言还需要改进。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于，提供一种前文所述的那类侧壁组件，该侧壁组件在较小的重量条件下具有用于承担工作负载以及撞击负载的高度刚性，具有优异的表面
质量并且能够低成本地通过较短的制造时间来制造。
[0006] 该目的通过具有本发明所述特征的侧壁组件而达到。根据本发明的侧壁组件的优选的且有利的设计方案是本发明的主体。
[0007] 根据本发明的侧壁组件包括由纤维加强的塑料制成的B柱、由纤维加强的塑料制成的在车尾方向随后的至少一个其他的柱以及侧壁，该侧壁由纤维加强的塑料制成并定义了轿车外壳的一个区段，其中B柱包括作为中心部件的、由金属制成的空心柱。
[0008] 根据本发明的侧壁组件的B柱因此作为混合式部件由金属制成的空心柱以及包覆该金属空心柱的纤维加强的塑料而制成，空心柱优选由钢、特别是硬化的
硼-锰钢制成或者由轻金属(例如铝、镁或
钛)制成。混合式B柱为根据本发明的侧壁组件提供了在较小重量条件下用于吸收工作负载以及撞击负载的高度刚性。优选地，混合式B柱的金属空心柱由部分硬化的钢制成，其中空心柱的中央纵截面与空心柱的底部末端和/或顶部末端相比具有较高的
抗拉强度。特别是，通过使空心柱例如具有为固定螺栓所设的
螺纹孔，而使安全带理想地连在金属空心柱处。在根据本发明的侧壁组件中，整合(嵌入)作为安全带连接部件的额外的嵌入物(Einleger)是多余的，而这在从EP 1 052 164 A1中已知的侧壁组件中却是必需的。由此能够就此实现较短的制造时间以及相对较少的制造成本。根据第一种优选的设计方案，根据本发明的侧壁组件的其他柱具有由塑料制成的支承芯，优选由泡沫塑料制成的支承芯。除了混合式B柱以外，由纤维加强的塑料制成的其他柱也有助于达到在相对较小的构件重量条件下、用于吸收工作负载以及撞击负载的较高的车身刚性，所述其他柱具有由较小
密度的塑料(优选泡沫塑料)制成的支承芯。
[0009] 根据本发明的侧壁组件一种优选的设计方案的特征在于，其他柱的支承芯和/或B柱的金属空心柱分别通过由纤维(加强纤维)构成的编织物、层铺物(Gelege)或纺织物而包覆。由此，能够在较小的构件重量条件下以不同负荷方向共同优化侧壁组件的刚性。就此特别优选，使编织物、层铺物或纺织物构造为软管形状并且为无接缝的。由此，以较少的纤维材料的使用能够达到高的构件刚性。此外，能够在这种设计方案中免除了用于由平面编织物或平面的纺织物来制造空心通道形的坯件的额外的制造步骤。因为软管形状的、无缝纺织物或编织物已经限定了理想的坯件。
[0010] 为了强化根据本发明的侧壁组件的塑料而使用的纤维例如是无机纤维(例如是玻璃纤维、
碳纤维或
石墨纤维、陶瓷纤维)、金属纤维或者金属线、塑料纤维、天然纤维和/或由这些纤维构成的混合纤维。为了制造根据本发明的侧壁组件而特别优选使用玻璃纤维和/或
碳纤维来作为加强纤维。
[0011] 加强纤维或者由加强纤维构成的编织物、层铺物或纺织物嵌入在由热塑性或热固性的塑料组成的基质材料中。这例如通过使用相应的成型工具(渗透工具)借助于渗透法而完成。相应地，根据按照本发明的侧壁组件的一种优选的设计方案借助于渗透法来制造B柱、至少一个其他柱以及侧壁。同样地可以使用加工热塑体的设备，例如热塑体
挤压机器。就此，优选在加强性纺织物中使用混
纺纱，例如优选以在热塑性基质中碳纤维的形式的加强纤维。
[0012] 根据本发明的侧壁组件的另一种优选的设计方案的特征在于，B柱和至少一个其他柱通过侧壁而彼此连接起来。通过这样的侧壁组件，能够以有利的方式制造以Coupe形式的、特别是双
门跑车形式而实施的轿车的车身。
[0013] B柱和/或至少一个其他柱能够通过侧壁而材料结合地连接起来，例如粘合起来。在这种情况下，B柱和/或至少一个其他柱与分开制造的侧壁(外壳)在接下来的加工步骤中材料结合地接合或粘合起来。
[0014] 然而，按照本发明的侧壁组件的一种替代性的、特别优选的设计方案，B柱和/或至少一个其他柱与侧壁一起构造为一件式的。就此，金属空心柱和/或由塑料、特别是由泡沫塑料而构成的支承芯，优选分别在软管形状的纤维编织罩或纤维纺织罩中与纺织的表面组织或者与由前述的加强纤维制成的编织物一起放入到成型工具中，特别是渗透工具中并且通过能够流动的、热塑性的或者热固性的塑料渗透，例如注塑包封。
[0015] 根据另一种前述的设计方案，在B柱的(混合式B柱)的金属空心柱处直接安装或构造至少一个用于连接安全带的固定装置，或者可以在接下来的工作步骤中材料结合地(例如通过
点焊)将该固定装置连接到金属的空心柱上。
[0016] 此外，在根据本发明的侧壁组件中能够集成一个或多个连接部件，该连接部件用于连接相邻的构件，例如顶框部件(
车顶纵梁)或者车顶横梁的构件。所述至少为一个的连接部件或者所述多个连接部件其中至少一个能够就此通过嵌入物定义或作为这样的嵌入物而构造。该嵌入物就此为
节点部件并且优选作为注塑件，特别是以铝铸件结构的形式而实施。节点部件例如与混合式B柱连接。
[0017] 在根据本发明的侧壁组件的另一种设计方案中设置，使B柱和/或至少一个其他柱以纵向区段相对于侧壁的下边棱而突出。B柱的或其他柱的突出的纵向区段可以因此有利地使用作为为了相邻的车身部件而设的连接点，这些车身部件例如是
门槛、后
挡板或者后
保险杠。
[0018] 按照根据本发明的侧壁组件的另一种优选的设计方案，侧壁组件的侧壁具有多个与其一件式构造的功能面，这些功能面相对于与其外表面相切的切面平面而言后缩地设置。这种功能面例如涉及灯罩(Lampentopf)、车门的密封面、门
锁部件的连接面、侧玻璃的密封面和/或后盖板的密封面。
[0019] 根据本发明的侧壁组件的另一种有利的设计方案的特征在于，侧壁以夹心结构的方式实施。此外，侧壁具有至少一个消音的表面部件，该表面部件整合在该侧壁的截面中或者安装在侧壁的内面处。
附图说明
[0020] 接下来，根据示出了多种
实施例的附图进一步说明本发明。其中：
[0021] 图1示意性示出了根据本发明的侧壁组件的侧视图(外面
角度)；
[0022] 图2示意性示出了图1的侧壁组件的后视图；
[0023] 图3示意性示出了图1的侧壁组件的内部视图；
[0024] 图4示意性示出了沿着图3中的分割线A-A的简化的、放大的截面图；
[0025] 图5和图6分别示意性示出了用于利用加强纤维来包覆支承芯或者金属空心
支架(空心柱)的设备的前视图和侧视图；
[0026] 图7示意性示出了用于制造根据本发明的侧壁组件的渗透工具的截面图，其中该工具是打开的并且装有由加强纤维制成的纺织织物、通过加强纤维包覆的塑料柱形支承芯以及通过加强纤维包覆的柱形金属空腔支架；
[0027] 图8示意性示出了渗透工序期间、在关闭状态下的根据图7的渗透工具；以及[0028] 图9示意性示出了在打开状态下的、根据图7的渗透工具，其中从工具中取出了完成的侧壁组件。
具体实施方式
[0029] 在图1至图4中示出的侧壁组件1由B柱2、C柱3、D柱4、车顶纵梁5以及定义了侧壁6的外
表壳体构成。柱2-4、车顶纵梁5以及侧壁(外表壳体)6分别由纤维加强的塑料制成，其中B柱2包含由金属制成的空心柱2.1，空心柱由纤维加强的塑料包覆。B柱2因此能够也成为混合式B柱。空心柱2.1例如由轻质金属制成，特别是由铝或钢制成，优选由部分硬化的钢制成。多个其他柱当中至少一个，特别是C柱3或者优选也使D柱4和/或车顶纵梁5具有低密度塑料制成的柱形支承芯3.1、4.1或5.1。优选地，各个支承芯3.1、4.1、5.1由泡沫塑料制成，例如由闭孔的硬质泡沫塑料或者整体泡沫塑料制成。支承芯3.1、4.1、5.1由纤维加强的塑料制成的至少一个层3.2、4.2、5.2
覆盖。同样地，金属的空心柱2.1由至少一个纤维加强塑料制成的层2.2覆盖。
[0030] 加强纤维优选为玻璃纤维和/或碳纤维，以织物的形式而存在。该织物以编织物、层铺物或纺织物的形式而构造并且嵌入到热塑性或热固性的塑料形成的基质当中。纤维加强或织物加强的塑料层2.2、3.2、4.2或5.2具有例如约4mm的层厚度。
[0031] 侧壁(外表壳体)6同样包含由加强纤维制成的织物、优选由玻璃纤维和/或碳纤维制成的织物。该织物例如以编织物、层铺物、纺织物或纤维网的形式而构造并且也嵌入到由热塑性或热固性塑料组成的基质中。纤维加强的或织物加强的侧壁6具有例如1mm的厚度。
[0032] 侧壁6、混合式B柱2以及其他柱/支架3、4、5的纤维加强分别由一层或多层所述织物组成。侧壁6的、混合式B柱2以及其他柱/支架3、4、5的含有织物的塑料优选构造为一件式的。侧壁组件1因此是整体的车身构件。
[0033] 在侧壁组件1中集成用于连接相邻的构件的一个或多个连接部件。例如，侧壁组件1具有用于连接车顶横梁(未示出)的节点部件(连接部件)7。节点部件7优选实施为铝铸件并且例如与混合式B柱2材料接合地连接。
[0034] 此外，侧壁组件1具有多个完整的功能面，这些功能面成型在侧壁(外表壳体)6中。功能面优选相对于侧壁(外表壳体)6的外表面的相切切面靠后地设置。在侧壁组件1中集成的功能面例如定义了灯罩8、在车窗洞9处为了侧玻璃而设的环形的密封面或粘合面9.1、为了车门或后盖板而设的密封面10、11、为了车锁部件(例如车门抓钩)而设的连接面12和/或为相邻的车身构件(例如车顶表壳、车门槛或后保险杠饰板)而设的调整面13。特别在图1和图3中示出，混合式B柱2以及C柱3和D柱4以下方纵向区段相对于侧壁6的下方边棱而突出。
[0035] 在图1至4中示出的侧壁组件1能够在一个程序步骤中借助于渗透方法而制造。
[0036] 在图5和6中示出的设备14以所谓的编制轮的形式来用于以加强纤维来包覆支承芯3.1、4.1、5.1或金属的空心支架(空心柱)2.1。加强纤维、优选玻璃纤维和/或碳纤维，就此以卷绕在卷筒15上的粗纱或线16的形式而提供。该设备具有驱动的转动环14.1，该转动环具有多个钉(销钉)14.2，卷筒15以能够转动的方式保持在这些钉上。待包覆的支承芯4.1、5.1(或3.1或金属空心支架2.1)通过由转动环14.1定义的穿通开口14.3向箭头P方向移动，其中转动环14.1与以可旋转的方式保持在该转动环上的卷筒15同时旋转。以这种方式，支承芯4.1、5.1(3.1或金属空心支架2.1)通过软管形的编织物或纺织物17而包覆。这样制成的软管形的编织物或纺织物17是以无缝的形式而构造的。在图6中能够看出，由泡沫塑料制成的支承芯5.1、4.1具有基本为图1至4中所示出的侧壁组件的D柱4和车顶纵梁5的形状，该支承芯用加强纤维(加强线16)编织覆盖。以相应的方式，也通过加强纤维(加强线16)来编织覆盖C柱3的支承芯(泡沫塑料芯)3.1以及混合式B柱2的金属空心柱2.1。
[0037] 接下来，将分别通过加强纤维编织物17包覆的支承芯/支承架3.1、4.1、5.1和相应包覆的金属空心柱2.1与至少一层织物型坯或由加强纤维制成的纺织的表面组织6.1一起放入到渗透工具中(参见图7)。必要情况下，可以将一个或多个其他的连接部件作为嵌入物(例如用于连接车顶横梁的节点部件7)放入到渗透工具18中。渗透工具18包括至少一个下部工具18.1和至少一个上部工具18.2，这些工具在渗透工具18的关闭状态下定义了型腔19，该型腔基本与待制造的侧壁组件1的形状相应。
[0038] 在图7至9中示出的实施例中，在上部工具18.2的形状面中构造凹槽18.21、18.22，这些凹槽用于容纳混合式B柱的通过纤维编织物包覆的空心柱2.1以及C柱的通过纤维编织物包覆的支承芯(泡沫芯)3.1。此外，上部工具18.2具有用于容纳D柱4以及车顶纵梁5的通过纤维编织物包覆的支承芯(泡沫芯)4.1、5.1。此外，设置通入到型腔19中的一个或多个塑料引入通道20以及连接在型腔处的至少一个抽气通道21。通过抽气通道21能够在型腔19中形成
真空，这个真空有助于利用初始为液态的基质材料(热塑性塑料或热固性塑料)来渗透通过纺织的表面组织6.1以及软管形的编织物17。此外，渗透工具设有
温度控制装置(未示出)，从而引起或者加速注入到型腔中的塑料的硬化。在塑料足够地硬化后，打开渗透工具并且取出制成的侧壁组件(参见图9)。
[0039] 根据本发明的侧壁组件的实施并不受限制于图中示出的实施例。而是能够考虑多种的变型，这些变型在与附图有区别的设计中也能够利用到本发明。因此，例如能够在接下来的加工步骤中将由混合式B柱2以及至少一个其他柱3构成的支架结构与侧壁(外壳)6粘合起来。
