汽车混合构件的制造方法及用该方法制成的汽车混合构件.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103085292 A (43)申请公布日 2013.05.08 CN 103085292 A *CN103085292A* (21)申请号 201210411982.4 (22)申请日 2012.10.25 102011054915.3 2011.10.28 DE B29C 70/68(2006.01) B29C 70/78(2006.01) B62D 29/04(2006.01) (71)申请人 本特勒尔汽车技术有限公司 地址 德国帕德博恩 (72)发明人 M克莱纳 W迪纽斯 S威莱特 J弗赖塔斯 S舍费尔 M费雅卡鲁克 D蒂勒 U罗德 P史密斯 N巴德克 (74。

2、)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038 代理人 邓斐 (54) 发明名称 汽车混合构件的制造方法及用该方法制成的 汽车混合构件 (57) 摘要 本发明涉及一种汽车混合构件的制造方法及 用该方法制成的汽车混合构件。在按照本发明的 方法中， 在基体 （1） 中使增强补片 （10） 形成同型 结构， 其中， 增强补片 （10） 是由纤维复合材料构 成的。按照本发明， 只对增强补片 （10） 进行加热， 从而在制造方法的过程中实施较少的能量供给。 借此可以降低生产成本并同时提高生产质量。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 。

3、2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103085292 A CN 103085292 A *CN103085292A* 1/2 页 2 1. 用于制造汽车混合构件的方法， 该汽车混合构件具有金属的基体 （1） 和由纤维复合 材料构成的增强补片 （10） ， 其特征在于包括以下方法步骤 ： - 将基体 （1） 制成三维成型的汽车构件 ； - 提供至少一层纤维材料， 优选提供两层、 特别是三层或更多层纤维材料， 将它们相互 叠置地堆叠， 其中， 用树脂预浸渍各层和 / 或给各层加进树脂 ； - 将纤维材。

4、料裁剪成预成形件 ； - 将裁剪坯件 （2） 置于预成形模 （3） 上并加热该裁剪坯件 （2） ， 其中， 为了加热裁剪坯件 （2） 而加热预成形模 （3） 或者通过单独的热源对裁剪坯件 （2） 进行加热 ； - 在处于预成形模 （3） 上的裁剪坯件 （2） 上方定位基体 （1） ； - 通过基体 （1） 和 / 或预成形模 （3） 的压紧而将裁剪坯件 （2） 一体成形到基体 （1） 上 ； - 使裁剪坯件 （2） 硬化。 2. 按照权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 使用热辐射器 （12） 优选红外线辐射器或 者使用加热板 （13） 作为单独的热源， 其中， 将加热板 （13） 安置到。

5、裁剪坯件 （2） 上或将裁剪 坯件 （2） 放置到加热板 （13） 上。 3.按照权利要求1或2之一项所述的方法， 其特征在于， 将裁剪坯件 （2） 加热到在40 与 130之间、 优选 50至 120以及特别是 70至 90的加热温度。 4. 按照权利要求 1 至 3 之一项所述的方法， 其特征在于， 将预成形模 （3）加热到在 150与 180之间、 优选在 160与 170之间的温度。 5.按照权利要求1至4之一项所述的方法， 其特征在于， 使用堆叠的预浸料坯料幅作为 裁剪坯件 （2） 。 6. 按照权利要求 4 或 5 所述的方法， 其特征在于， 将裁剪坯件 （2） 在预成形模 （3）。

6、 上加 热以后保持在加热温度上或者对裁剪坯件 （2） 重新加热。 7. 按照权利要求 1 至 6 之一项所述的方法， 其特征在于， 在基体 （1） 压紧到裁剪坯件 （2） 上以后重新加热由此制成的混合构件或者将裁剪坯件 （2） 一体成形所在的区域保持于 一保持温度。 8.按照权利要求1至7之一项所述的方法， 其特征在于， 将混合构件转到单独的压制模 具中并且挤压裁剪坯件 （2） 和基体 （1） 。 9. 按照权利要求 8 所述的方法， 其特征在于， 在 120与 200之间、 优选 150与 170之间的温度下挤压混合构件。 10. 按照权利要求 8 或 9 所述的方法， 其特征在于， 在少于。

7、 10 分钟、 特别是少于 6 分钟 以及特别优选少于 5 分钟的一段保持时间上、 但至少在一秒钟时段上保持压制模具关闭。 11.按照权利要求1至10之一项所述的方法， 其特征在于， 混合构件在制造过程中被加 热到最高达 180的温度。 12. 按照权利要求 8 至 11 之一项所述的方法， 其特征在于， 在往压制模具中置入时， 在 裁剪坯件 （2） 与压制模具之间放置一隔离薄膜和 / 或一密封薄膜。 13.按照权利要求1至12之一项所述的方法， 其特征在于， 在压制模具中执行一种随时 间可变的温度曲线过程。 14. 按照权利要求 1 至 13 之一项所述的方法， 其特征在于， 裁剪坯件 （2。

8、） 往基体 （1） 中 形成同型结构。 权 利 要 求 书 CN 103085292 A 2 2/2 页 3 15. 汽车混合构件， 其具有金属的基体 （1） 和由纤维复合材料构成的增强补片 （10） ， 其 特征在于， 汽车混合构件是按照如权利要求 1 至 14 之至少一项所述的方法制造的。 权 利 要 求 书 CN 103085292 A 3 1/5 页 4 汽车混合构件的制造方法及用该方法制成的汽车混合构件 技术领域 0001 本发明涉及一种按照权利要求 1 中所述特征的用于制造汽车混合构件的方法。本 发明还涉及一种按照权利要求 15 中所述特征的用该方法制成的汽车混合构件。 背景技术 。

9、0002 目前， 汽车制造商力求制造出尽可能节省燃油的汽车， 并且它具有微少的 CO2排 放。为实现燃油节省存在着不同的附加措施。一方面是研发新一代的发动机， 其在消耗显 著较少的情况下提供保持不变的功率。这一点例如可以通过内燃机的增压方法来实现。或 者， 作为该措施的另选方案， 越来越多使用混合动力车， 它除了内燃机之外还利用电力驱动 装置。 0003 此外也存在着其他可能性， 例如在汽车的流线特性改进方面， 从而， 相应地在行驶 运行中通过更好的 CW 值 （风阻系数） 同样节省燃油。 0004 燃油节省的另一可能性在于降低汽车本身的自重。 由此只须使明显更少的质量产 生运动， 这便导致显。

10、著的燃油节省潜力并因此也导致较少的 CO2排放。对此也存在不同的 可能性， 其中是一方面引进轻金属合金， 另一方面是在车身构造中使用高强度的和 / 或极 高强度的钢。 0005 同样， 越来越多地将纤维复合构件或者也将混合构件 （它包括金属成分和纤维复 合成分） 引进车身构造中。这样， 例如将发动机罩、 车门、 行李室盖、 挡泥板或者还有顶面元 件或其他车身部件或甚至是车身结构部件制成为轻型构件。并且， 由于不断开发出一些加 工制造方法用于纤维复合构件的自动化制造， 其制造变得更为经济， 因而这些构件不仅备 用于样车制造、 超级运动车或也备用于汽车的高档产品。 所以， 目前也将用于纤维复合构件。

11、 自动化制造的可能方案经济地应用到汽车的中档产品上。 0006 例如由 DE 102008039869A1 已知一种方法， 用以制造轻型构件或者说用以制造纤 维增强的结构构件， 其中， 将一个待增强的基本结构元件和一个增强元件相互联接。在此， 首先是制备增强元件， 并对基本结构元件进行加热。接着将两构件相互拼合、 挤压和干燥。 0007 但从生产工艺技术的观点来看， 由于对基本结构元件进行加热之故， 实施该制造 方法要产生相当高的能量成本。 发明内容 0008 因此本发明的目的是， 改进由现有技术已知的用于制造汽车混合构件的方法， 使 其可以更加有效地 （特别是在成本方面） 实施。 0009 。

12、按照本发明， 上述目的通过一种具有权利要求 1 中所述特征的用于制造汽车混合 构件的方法得以实现。 0010 此外， 本发明通过一种按照权利要求 15 中所述特征的汽车混合构件得以实现。 0011 本发明的有利实施方案变型是各从属权利要求的组成部分。 0012 按照本发明的用于制造汽车混合构件的方法， 该汽车混合构件具有金属的基体和 说 明 书 CN 103085292 A 4 2/5 页 5 由纤维复合材料构成的增强垫， 其特征在于包括以下方法步骤 ： 0013 - 将基体制成三维成型的汽车构件 ； 0014 - 提供至少一层纤维材料， 优选提供两层、 特别是三层或更多层纤维材料， 将它们 。

13、相互叠置地堆叠， 其中， 用树脂预浸渍各层和 / 或给各层加进树脂 ； 0015 - 将纤维材料裁剪成预成形件 ； 0016 - 将裁剪坯件置于预成形模上并且加热裁剪坯件， 其中， 为了加热裁剪坯件而加热 预成形模， 或者通过单独的热源加热裁剪坯件 ； 0017 - 在处于预成形模上的裁剪坯件上方定位基体 ； 0018 - 通过基体和 / 或预成形模的压紧而将裁剪坯件一体成形到基体上 ； 0019 - 使裁剪坯件硬化。 0020 原则上首先是由金属板坯制造出一基体。例如可以由钢材制造基体， 特别是通过 热成形加工法和加压淬火法。但也可以由轻金属材料制造所述基体。对于所述基体， 特别 是涉及汽车。

14、结构构件， 特别优选地涉及汽车支柱并且特别是涉及汽车的 B 柱。但在本发明 的范围内也可以涉及顶盖横梁或其他的汽车构件， 例如纵梁、 横梁、 底板、 变速箱通道或者 也可以涉及汽车盖件例如发动机罩、 车门等等。 0021 金属基体首先在按照本发明的用于混合构件的制造方法开始时具有其最终几何 形状， 也就是说， 通过实际混合构件的制造方法并不使金属基体变形或者仅仅使其不显著 地继续变形。 0022 此外提供至少一层纤维材料， 优选为两个相互叠置地堆叠的层， 特别是三个或更 多个相互叠置地堆叠的纤维材料层， 在此， 各层本身是用树脂预浸渍的和 / 或给各层加进 树脂。随此之后， 将如此提供的这个或。

15、这些纤维材料层裁剪成裁剪坯件。对于裁剪坯件本 身， 是涉及一种预成形件， 在后继的方法步骤中将其置于预成形模上并在该预成形模上进 行加热。 0023 在此， 裁剪坯件本身基本上符合于增强补片的外部几何尺寸。 在预成形模上， 裁剪 坯件例如通过加热作用便已得到一种轻微的拱曲形， 亦即一种三维的预成形形状。 接着， 在 处于预成形模上的裁剪坯件上方定位基体。所说定位， 在本发明的范围内应该被理解为套 叠或者铺设或也为平放安置。对于汽车支柱的情况， 其横截面优选具有 一种帽形的构型， 其中， 该帽子形状被叠盖于处在预成形模上的裁剪坯件上方， 从而裁剪坯 件贴靠在所述帽子形状的内侧上。 0024 在又。

16、一按照本发明的方法步骤中， 将裁剪坯件一体成形到基体上。这一点通过对 基体和 / 或预成形模的压紧来实现。此时基体用作上部压紧模具， 而预成形模用作下部压 紧模具。使基体的内侧和裁剪坯件本身 （只要尚未在套叠过程实现） 通过压紧而相互接触， 并将裁剪坯件匹配、 成形到基体的表面拓扑形状上或者说往其上形成同型结构。紧接其后 使裁剪坯件硬化， 并因此了构成玻璃纤维材料的增强补片。 0025 在本发明的范围内， 决定性地通过在压紧时排出的、 特别是来自裁剪坯件本身的 多余树脂实现在裁剪坯件与基体内侧之间的材料接合式联接。 树脂在基体与裁剪坯件之间 造成一种胶接。但在本发明的范围内也可设想 ： 在基体。

17、中和 / 或在裁剪坯件上涂覆附加的 胶粘剂， 以便造成胶接或者说进一步提高其强度。 同样在本发明的范围内可以设想 ： 用一种 底剂对基体进行化学预处理。 说 明 书 CN 103085292 A 5 3/5 页 6 0026 在本发明的范围内， 为了加热裁剪坯件而加热预成形模本身或者通过单独的热源 加热裁剪坯件。正是因为这样， 在此得到了本发明的一个重要优点， 即不必加热整个基体， 加热整个基体需要将非常多的能量供给到整个构件中， 而通过相应的加热装置只加热预成 形模本身或加热放置在预成形模上的裁剪坯件。 0027 对于加热装置或热源， 在本发明的范围内特别涉及例如热辐射器、 特别是红外线 辐。

18、射器或涉及加热板。 在加热板的情况下， 实现一种在加热板与裁剪坯件之间的接触， 从而 相应地构成了热传递。 因此， 通过仅仅对唯独裁剪坯件本身的一些区域的有针对性的加热， 与由现有技术已知的方法相比， 可以明显更为经济地实施按照本发明的用于制造汽车混合 构件的方法， 因为在实施该方法的过程中只进行较少的能量供给， 以及， 由于较小规格的加 热工具之故， 而明显更少地付出用于建造生产线的设备购置费用。 0028 在本发明的范围内， 还特别优选将裁剪坯件加热到在 40与 130之间、 优选在 50与120之间、 特别是在70与90之间的加热温度。 在这方面， 在通用的由现有技术 已知的纤维材料例如。

19、碳纤维、 玻璃纤维、 芳族聚酰胺纤维、 玄武岩纤维或者还有金属纤维与 树脂相结合时达到一种最佳状态， 用于实施压紧过程和紧接其后的硬化过程。 0029 在本发明的范围内， 还可设想 ： 将预成形模本身加热到在 150与 180之间、 优 选在 160与 170之间的温度。由此确保在预成形模上安置的裁剪坯件在该裁剪坯件本 身内部达到上述的温度。 0030 此外优选的是， 将预浸料坯 （Prepreg） 材料相互叠置地堆叠， 接着由其制得裁剪坯 件。预浸料坯特别是提供了这样的优点， 即取消树脂涂覆本身。再次通过加热可实现对于 已包含在预浸料坯中的树脂的激活。 0031 在本发明的范围内， 还可设想。

20、 ： 将裁剪坯件在预成形模本身上加热以后保持在加 热温度上或者重新加热裁剪坯件。借此以有利的方式实现了 ： 确保将相应的热量供给加入 已由裁剪坯件和基体构成的混合构件中， 从而， 在紧接着的进一步加工处理中， 在构件本身 中保持有余热。通过重新的或多次的加热， 可以实现树脂在裁剪坯件中逐步成形或逐步激 活和 / 或硬化。 0032 在本发明的范围内， 还有可能的是， 在基体压紧到裁剪坯件上以后重新加热由此 制成的混合构件或者将裁剪坯件一体成形所在的区域保持于一保持温度。 相应地在这里类 似可得到上述优点。 0033 此外， 在本发明的范围内， 将混合构件转移到一单独的压制模具中并且补充挤压 裁。

21、剪坯件和基体。对此， 在裁剪坯件一体成形到基体上之后短时间内就可以实现向压制模 具中的转移， 其中， 在成形之后的过渡时段实现处于裁剪坯件中的树脂的部分硬化。 0034 在本发明的范围内， 在压制模具中在120与200之间、 优选在150与170之 间的温度下挤压混合构件。通过在上述温度范围内的挤压， 在进入基体中的裁剪坯件的可 成形性与接着的硬化过程之间建立一种最佳状态。 在挤压过程中还确保挤出在裁剪坯件与 基体之间可能存在的气包， 从而确保在裁剪坯件与基体之间实现均匀的连结或胶粘层。 0035 此外优选的是， 在少于 10 分钟、 特别是少于 6 分钟以及特别优选少于 5 分钟的一 段保持。

22、时间上、 但至少在一秒钟时段上保持压制模具关闭， 以便在生产上可靠地挤压裁剪 坯件与基体。因此， 按照各个纤维层和 / 或在裁剪坯件与基体之间可选涂覆的胶粘剂的硬 化阶段， 有可能实现特别短的周期时间 （生产节拍） 。例如， 在压紧于预成形模上之后， 裁剪 说 明 书 CN 103085292 A 6 4/5 页 7 坯件可以采取增强补片的最终轮廓， 此时处在增强补片与基体之间的胶粘剂尚未硬化。通 过挤压过程， 然后紧接着便构成了一个均匀的胶粘层， 并且通过热作用相应地将其硬化。 0036 在本发明的范围内， 还可设想 ： 将整个混合构件在制造过程中加热到最高达 180的温度。 0037 在本。

23、发明的另一有利的实施方案变型中， 在往压制模具中置入时， 在裁剪坯件与 压制模具本身之间放置一隔离薄膜和/或一密封薄膜。 通过该隔离薄膜， 首先防止 ： 剩余排 出的胶粘剂和 / 或剩余排出的树脂导致压制模具和混合构件和 / 或增强补片粘连。对于该 隔离薄膜， 可以涉及一次性薄膜或更换型薄膜或者也可涉及这样一种薄膜， 它接着将保留 在构件上， 从而在从增强补片到基体的过渡区域内确保一种附加的防腐蚀效果。在本发明 的范围内， 还可选择加入一种密封薄膜， 它不同于隔离薄膜， 而主要是实现密封功能。对于 所述密封功能， 在本发明的范围内同时涉及到保持开放特定区域的可能性， 在此不发生排 出的树脂和 。

24、/ 或胶粘剂导致待密封区域表面污染即可。在本发明的范围内， 例如可以设想 ： 在这些区域形状锁合和 / 或材料接合地联接其他的构件。例如， 可以涉及这样一些区域， 在 其中建立焊接和 / 或在其中实现形状锁合的安装， 例如车门限制带的形式。 0038 特别是， 在制造汽车支柱的情况下， 在本发明的范围内也可设想 ： 基体并不在处于 预成形模上的裁剪坯件上方套叠， 而是使处在预成形模上的、 被加热的裁剪坯件往基体本 身中形成同型结构 （即， 使裁剪坯件往基体中成型） 。在这种情况下， 基体承担下部模具的功 能， 而预成形模承担上部模具的功能。先前的或后续的各步骤则类似地实施。 0039 此外， 。

25、本发明的构件是一种汽车混合构件， 其包括金属的基体和由纤维复合材料 构成的增强补片， 其特征在于， 该汽车混合构件是按照如上所述的至少一个特征的方法制 造的。相对由现有技术已知的混合构件， 该汽车混合构件能更加经济地制造， 并且与用传 统方法制成的汽车混合构件相比， 具有更高的精度和与此结合的更好的加固性能或碰撞特 性。 0040 上述各项特征可以任意相互组合， 随之带来相应的优点， 而在这种情况下并不脱 离本发明的范围。 附图说明 0041 本发明的其他的优点、 特征、 特性和方面是以下描述的组成部分。 各示意图示出优 选的实施方案。它们有助于本发明的简单的理解。 0042 其中 ： 004。

26、3 图 1 一基体和一在成形之前的裁剪坯件 ； 0044 图 2 一基体包括成形的裁剪坯件和 0045 图 3 按照本发明的制造方法的一示意的流程。 具体实施方式 0046 各图中对于相同的或类似的构件采用了相同的附图标记， 即使重复描述出于简洁 性考虑而予以省去。 0047 图 1 示出了以横截面表示的基体 1， 连同处在下面的裁剪坯件 2。裁剪坯件 2 放置 在一预成形模 3 上。在这里， 用宽度 4 示例性表示的裁剪坯件 2 外部几何尺寸同时符合于 说 明 书 CN 103085292 A 7 5/5 页 8 待制造的增强补片 10 的几何尺寸。基体 1 的横截面具有一种基本上呈帽形的几。

27、何形状， 它 由一底部腹板 5 连同在其上加接的翼缘 6 和在翼缘 6 上又接续的法兰 7 构成。在此， 预成 形模 3 以成形面 8 基本上符合于基体 1 的内侧 9。如果将裁剪坯件 2（如在这里所示的那 样） 放置在预成形模 3 上， 则通过基体 1 的继续下降而相应地将裁剪坯件 2 一体成形于基体 1 中或者说往基体 1 中形成同型结构。 0048 在图2中， 裁剪坯件已经在基体1中形成同型结构， 从而它基本上符合于制成的增 强补片 10。 0049 图 3 中示出了按照本发明的制造方法的示意性流程。首先， 在位置 a 的区域内提 供存储堆放纤维层或者已经从纤维层中切出的裁剪坯件 2。将。

28、其通过一个在标记 b 的区域 内的机械手转送到一加热装置11。 对此例如可以涉及热辐射器12或者也可涉及加热板13， 将裁剪坯件 2 放置在其上。紧接其后， 在标记 d 的区域内通过另一机械手将加热的裁剪坯 件 2 放置在预成形模 3 上。 0050 但在本发明的范围内也有可能的是， 直接在预成形模 3 上加热裁剪坯件 2 和 / 或 加热预成形模 3 本身。接着在预成形模 3 的上方定位和使基体 1 下降， 使得裁剪坯件 2 往 基体 1 中形成同型结构。在紧接其后的机械手操作中， 在标记 e 的区域内将这样由裁剪坯 件 2 和基体 1 预制的混合构件通过另一机械手转移到一压力机 14 中，。

29、 将其在压力机 14 中 相应地进行挤压。在该制造方法的过程中或在挤压过程以后， 裁剪坯件 2 便已得到硬化并 因此构成了在基体 1 上或内设置的增强补片 10。 0051 在本发明的范围内同样有可能的是， 按照图 3e 可旋转地构造预成形模 3。因此可 将预成形模 3 绕其自己的轴加以分离， 以便例如也能压入一个在这里示出的作为基体 1 的 B 柱中。在本发明的范围内还有可能的是， 在预成形模 3 本身中设置主动工作的 （常备） 元 件。例如， 对此可以涉及压出器， 它在压开时从预成形模 3 的表面松脱被压紧的纤维裁剪坯 件， 然后通过机械手就可以取出基体 1 连同被压紧上去的纤维裁剪坯件，。

30、 并且可以将其转 移到压力机 14 中。但在本发明的范围内， 所述主动工作的元件也可以涉及可激活移出的隔 件 （Spalten） ， 其在基体1套装到预成形模3上面之后与安置上的裁剪坯件2一起能够压靠 于基体 1 的内表面中或者说往基体 1 的内表面中形成同型结构或也成条带贴附于基体 1 的 内表面中。 0052 附图标记清单 0053 1 基体 8 成形面 0054 2 裁剪坯件 9 内侧 0055 3 预成形模 10 增强补片 0056 4 宽度 11 加热装置 0057 5 底部腹板 12 热辐射器 0058 6 翼缘 13 加热板 0059 7 法兰 14 压力机 说 明 书 CN 103085292 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103085292 A 9 2/2 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 103085292 A 10 。