本公開涉及一種車身部件并且更具體地涉及一種具有纖維增強(qiáng)塑料材料的車身部件。

背景技術(shù)：

這部分的陳述僅提供與本公開相關(guān)的背景信息，并且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

在DE 10 2012 203 888 A1中公開了一種具有金屬板部件的機(jī)動(dòng)車輛車身單元，該金屬板部件用大面積附接到其的纖維復(fù)合材料的增強(qiáng)部件來增強(qiáng)。如在DE 10 2012 203 888 A1中所闡述的問題，這樣的混合部件不能使用車輛構(gòu)造中常規(guī)的接合方法——例如，點(diǎn)焊——在增強(qiáng)部件的區(qū)域中被接合到其他部件。DE 10 2012 203 888 A1因此提出的是，增強(qiáng)部件包含至少一個(gè)開口，使得金屬板部件可以使用常規(guī)的接合方法被接合到開口的區(qū)域中的另一個(gè)金屬板部件。該金屬板部件是門檻面板增強(qiáng)板。該增強(qiáng)部件包括碳纖維增強(qiáng)塑料材料，該金屬板部件包括可焊接的鐵材料。

EP 2 689 882 A2公開了一種用于摩擦攪動(dòng)焊接的裝置和方法。這里，兩個(gè)不同的金屬板——即，一塊鋁板和一塊鋼板——被接合在一起。填充材料被用來閉合接合焊縫。

US 2010/0089977 A1也涉及不同材料的摩擦攪動(dòng)焊接。這里，鋁板被接合到鎂板，其中銅、錫和鋅以及其他粉末的組合可以加強(qiáng)含鎂和含鋁摩擦攪動(dòng)焊接材料。

在機(jī)動(dòng)車輛構(gòu)造中，特別是對(duì)于車身，車身特別輕是有利的。這樣可以節(jié)省燃料并且從而也減少有害氣體——例如二氧化碳(CO₂)——的排放。在不同的區(qū)域中，結(jié)構(gòu)——即，車身——部件需要被設(shè)計(jì)用于非常不同的載荷。在這方面，部件也必須以這樣的方式來制造，即，使得實(shí)現(xiàn)可能的最輕量級(jí)結(jié)構(gòu)同時(shí)損失盡可能少的材料。在被施加特別重的載荷的區(qū)域中，因此也可以提供增強(qiáng)措施。部件可以例如由基本元件制成，并且包含在某些位置作為增強(qiáng)措施的加厚部分?！岸ㄖ栖堉婆髁?Tailored rolled blanks)”是已知的。然而，定制軋制坯料的制造非常復(fù)雜，并且在這方面也非常昂貴。另外，不利的是，在僅一個(gè)軋制缺陷存在的情況下，不管多么小，整個(gè)部件必須被處理掉，因?yàn)樗菚r(shí)不再滿足要求。然而，也可以想到的是，在基本元件上提供單獨(dú)的增強(qiáng)元件，該增強(qiáng)元件可以包括纖維增強(qiáng)塑料材料。如在DE 10 2012 203 888 A1中已經(jīng)公開的，常規(guī)的接合方法是不適用的。增強(qiáng)元件可以使用粘合結(jié)合的接合點(diǎn)被接合到基本元件，以使得預(yù)期的載荷可以被車身部件吸收這樣的方式來增強(qiáng)所述基本元件。然而，粘合結(jié)合的接合點(diǎn)不允許達(dá)到最大可能的接合力。在這方面，附加的機(jī)械接合點(diǎn)也是必要的，然而，該附加的機(jī)械接合點(diǎn)可能破壞纖維增強(qiáng)塑料材料的纖維，因此使所需的增強(qiáng)無效。例如，增強(qiáng)元件可以使用鉚釘被緊固到基本元件，這不可避免地破壞接合點(diǎn)區(qū)域中的纖維。此外，原來的接合點(diǎn)的剪切力和開裂力可能會(huì)降低，其中腐蝕問題也可能發(fā)生。

文章“鋁AA6181-T4和碳纖維增強(qiáng)的聚苯硫醚的摩擦點(diǎn)接合：工藝參數(shù)對(duì)微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度的影響”(材料和設(shè)計(jì)66(2015)，437-445)涉及鋁板與纖維增強(qiáng)塑料材料的可能接合，也參考EP 2 329 905 B1。

EP 2 329 905 B1公開了一種再填充摩擦攪動(dòng)焊接方法，其中輕金屬板被接合到纖維增強(qiáng)塑料材料。摩擦攪動(dòng)焊接裝置包含銷、套筒和夾緊環(huán)。該裝置旨在使得在焊接工藝過程期間通過摩擦攪動(dòng)焊接裝置閉合摩擦焊接焊縫成為可能，其中纖維增強(qiáng)塑料材料被熔化，但纖維應(yīng)當(dāng)保持不被損壞。一旦旋轉(zhuǎn)已停止，材料就硬化，使得預(yù)先熔化的區(qū)域粘附到彼此。然而，在這方面，明確說明的是，粘合劑結(jié)合的已知缺點(diǎn)被排除，因?yàn)闆]有使用單獨(dú)的粘合劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開提供了一種車身部件，該車身部件具有降低的制造難度和減輕的重量，同時(shí)仍然滿足剛性和/或碰撞要求。

應(yīng)當(dāng)指出的是，在以下說明中單獨(dú)列出的特征和措施可以以任何所需的技術(shù)上可行的方式組合，并且公開本公開的進(jìn)一步的配置。

提供了一種車身部件，該車身部件包含用纖維增強(qiáng)塑料材料的增強(qiáng)元件增強(qiáng)的基本元件。根據(jù)本公開，用增強(qiáng)元件增強(qiáng)的基本元件是車身的立柱——即，A、B、C或D柱——或車頂元件的基本元件，其中增強(qiáng)元件具有恒定的厚度或可變的——即，變化的——厚度。

在一種形式中，增強(qiáng)元件至少在某些位置處至少以形狀適配的方式與基本元件接合。形狀適配的連接可以例如使用再填充摩擦攪動(dòng)焊接裝置來形成?？梢蕴峁┰S多用于摩擦攪動(dòng)焊接裝置的起始點(diǎn)。這里，形狀適配的接合點(diǎn)區(qū)域以類似于點(diǎn)焊接的接合點(diǎn)所使用的間距的方式被間隔開。在基本元件的活動(dòng)側(cè)上，即，在摩擦攪動(dòng)焊接裝置的摩擦攪動(dòng)焊接頭作用的一側(cè)上，基本元件在接合后大體上是平坦的，沒有焊縫和/或凸起部分。在基本元件的相對(duì)的接合點(diǎn)側(cè)上，形成凸起部分，該凸起部分滲入到纖維增強(qiáng)塑料材料的相應(yīng)的接合點(diǎn)側(cè)的熔化的材料中，使得一旦材料冷卻，就形成形狀適配的接合點(diǎn)。纖維增強(qiáng)的增強(qiáng)元件的塑料材料或基質(zhì)由于摩擦攪動(dòng)焊接裝置的摩擦熱的作用而熔化。凸起部分可以采取環(huán)的形式，并且例如對(duì)應(yīng)于套筒的結(jié)構(gòu)。在增強(qiáng)元件的相對(duì)自由側(cè)上，增強(qiáng)元件同樣是平坦的，并且沒有凸起部分。盡管塑料材料熔化，但是增強(qiáng)纖維沒有被破壞，所以避免了可能導(dǎo)致車身部件的弱點(diǎn)的缺陷。由于沒有破壞纖維，即，由于更強(qiáng)的接合點(diǎn)，所以更重的載荷可以被吸收或分布。因而，基本元件的材料厚度可以被減小，這進(jìn)而對(duì)于減輕負(fù)重并且因而對(duì)于減少燃料消耗量以及因此污染物排放量具有積極作用。

此外，有利的是，也提供結(jié)合的接合點(diǎn)，其中在形狀適配的接合之前至少在某些位置——在一種形式中在重疊的接合點(diǎn)區(qū)域處——增強(qiáng)元件和/或基本元件被提供有合適的粘合劑，使得呈現(xiàn)附加的粘接接合點(diǎn)。對(duì)于本公開，有利的是，粘合劑被施加在增強(qiáng)元件抵靠基本元件的整個(gè)區(qū)域上。以這種方式，形狀適配的接合點(diǎn)與單獨(dú)的粘接接合點(diǎn)相結(jié)合，使得在元件之間提供了特別可靠的接合點(diǎn)。這代表一種完全新穎的方法，該方法允許基本元件連同增強(qiáng)元件就車身部件特別是B柱的結(jié)構(gòu)而言的靈活度，以允許更大的載荷吸收同時(shí)觀察到增加的重量減輕。由于這種結(jié)合，更重的負(fù)重可以被實(shí)現(xiàn)，其中基本元件的材料厚度可以被更進(jìn)一步地減小，這進(jìn)而對(duì)于減輕負(fù)重并且因而對(duì)于減少燃料消耗量以及因此污染物排放量具有積極作用。

形狀適配的接合點(diǎn)與以增強(qiáng)元件和基本元件之間的粘接接合點(diǎn)的形式的單獨(dú)的結(jié)合的接合點(diǎn)的組合具有積極作用。

基本元件可以是金屬板，該金屬板已經(jīng)從軋制帶分離并且例如在軋制過程中或在壓制過程中已經(jīng)被適當(dāng)?shù)爻尚?。然而，基本元件也可以是鑄件。由此，基本元件可以特別簡單地形成，根據(jù)本公開提供的是，基本元件在縱向方向上和在橫向方向上的其整個(gè)范圍內(nèi)具有恒定的厚度?！岸ㄖ栖堉频摹被驹璧膹?fù)雜的生產(chǎn)過程可以從而被省略。在這方面，基本元件的一種形式可以是通過壓制來形成。基本元件僅僅通過簡單的軋制步驟或壓制被成形或鑄造成所需的形狀并且至少對(duì)于剛性和/或碰撞要求已具有某些特性。所需的目標(biāo)特性通過增強(qiáng)元件來實(shí)現(xiàn)。

基本元件可以是金屬——即，鋼材——或輕金屬——即，例如鋁或鎂。對(duì)于本公開，鋁和鎂各自也包括它們的各自的合金。

根據(jù)本公開，增強(qiáng)元件是纖維增強(qiáng)塑料材料。這特別輕，但給基本元件提供所需的目標(biāo)特性。該纖維增強(qiáng)塑料材料可以是碳纖維增強(qiáng)塑料材料(CFRP)。該纖維增強(qiáng)塑料材料可以是玻璃纖維增強(qiáng)塑料材料(GFRP)。

在第一種配置中，增強(qiáng)元件可以具有恒定的厚度，并且被設(shè)置在基本元件的根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)待增強(qiáng)的所需區(qū)域處。

在另一種配置中，增強(qiáng)元件可以具有可變的厚度，即，變化的厚度，并且被設(shè)置在基本元件的根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)待增強(qiáng)的所需區(qū)域處。以這種方式，以這種方式增強(qiáng)的基本元件，雖然不是以定制軋制坯料的形式，但是仍然可以包括具有不同的厚度——即，具有不同的特性——的區(qū)域。這允許相比于常規(guī)的定制軋制胚料以特別合理的價(jià)格進(jìn)行生產(chǎn)。

待形成的增強(qiáng)元件匹配待用其增強(qiáng)的基本元件的所需的特性很有意義，其中基本元件可以被形成為簡單地成形或鑄造的輕金屬或鐵材料的基本元件。這樣的過程也允許節(jié)省基本元件的非常昂貴的基材，因?yàn)榛驹槐乇恢瞥删哂心繕?biāo)特性，而是可以實(shí)際上被縮小尺寸。特別是，增強(qiáng)元件可以以這樣的方式來形成，即，使得基本元件的材料厚度被減小，即，盡可能薄。

也適當(dāng)?shù)氖?，增?qiáng)元件被形成為不僅使得其符合基本元件(優(yōu)選其待增強(qiáng)的區(qū)域)的形狀，而且根據(jù)旨在通過增強(qiáng)元件實(shí)現(xiàn)的所需特性來形成。由于形狀適配的接合點(diǎn)與結(jié)合的粘接接合點(diǎn)的上述組合，也可能的是，建立必要的目標(biāo)要求，同時(shí)省略例如夾子或鉚釘?shù)牧硗獾臋C(jī)械接合點(diǎn)。

用增強(qiáng)元件增強(qiáng)的基本元件特別是B柱的基本元件。在這種情況下，增強(qiáng)元件可以被設(shè)置在外側(cè)或內(nèi)側(cè)上或外側(cè)和內(nèi)側(cè)二者上。在組裝狀態(tài)下，優(yōu)選提供的是，增強(qiáng)元件被設(shè)置在車身的向外側(cè)上。纖維增強(qiáng)的增強(qiáng)元件連同以B柱的形式的基本元件的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于非常高的剛性以及改進(jìn)的能量吸收的可能性。

然而，用增強(qiáng)元件增強(qiáng)的基本元件也可以是車頂面板。在這種情況下，適當(dāng)?shù)氖?，設(shè)置增強(qiáng)元件作為車頂面板上的頂部元件，使得車頂元件因而整體上被做得更堅(jiān)硬。車頂面板當(dāng)然也首先被縮小尺寸，并且通過增強(qiáng)元件以使得滿足需求這樣的方式被適當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)。如果基本元件是車頂面板，則也適當(dāng)?shù)氖?，車頂面板的特定區(qū)域被呈現(xiàn)有恒定厚度的增強(qiáng)元件，并且其他區(qū)域被呈現(xiàn)有可變厚度的增強(qiáng)元件。特別是，在碰撞期間吸收更多的載荷力的區(qū)域可以附加地被接合到“定制的”增強(qiáng)元件，即，被接合到可變厚度的增強(qiáng)元件，對(duì)于可變厚度的增強(qiáng)元件，再填充摩擦攪動(dòng)焊接同樣是適合的。此外適當(dāng)?shù)氖?，提供附加的粘接接合點(diǎn)，如已經(jīng)提到的。

進(jìn)一步的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)脑诖颂峁┑恼f明書中變得顯而易見。應(yīng)當(dāng)理解的是，說明書和具體示例僅旨在用于說明的目的，并不旨在限制本公開的范圍。

附圖說明

為了可以很好地理解本公開，現(xiàn)在將參考附圖描述通過舉例的方式給出的其各種形式，在附圖中：

圖1是包含基本元件與根據(jù)本公開的原理構(gòu)造的第一種結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)元件的車身部件的透視正視圖；

圖2示出了圖1的車身部件的透視后視圖；

圖3示出了圖2的放大部分；

圖4是包含基本元件與根據(jù)本公開的原理構(gòu)造的第二種結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)元件的車身部件的正視圖；以及

圖5示出了圖4的放大部分。

在此所描述的附圖僅用于說明的目的，并不旨在以任何方式限制本公開的范圍。

具體實(shí)施方式

以下說明書本質(zhì)上僅僅是示例性的，而不旨在限制本公開、應(yīng)用或用途。應(yīng)該理解的是，在整個(gè)附圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記指示相同或相應(yīng)的部分和特征。

在各個(gè)附圖中，相同的部分始終被提供相同的附圖標(biāo)記，由于這個(gè)原因，它們通常僅被描述一次。

圖1示出了包含基本元件2的車身部件1，該基本元件2已通過增強(qiáng)元件3增強(qiáng)。根據(jù)本公開，用增強(qiáng)元件3增強(qiáng)的基本元件2是立柱——即，車身的B柱——的基本元件，其中增強(qiáng)元件3是由纖維增強(qiáng)塑料材料——優(yōu)選為碳纖維增強(qiáng)塑料材料——形成，并且在第一種形式中具有恒定的厚度?；驹?具有恒定的厚度。增強(qiáng)元件3還可以由玻璃纖維增強(qiáng)塑料材料形成。

基本元件2包含車頂接合區(qū)域4和與其相對(duì)的門檻接合區(qū)域6。如圖所示，兩個(gè)區(qū)域4和6的形狀例如是平面的。凹槽7被設(shè)置在兩個(gè)區(qū)域4和6之間。凹槽7包含在車頂端和在門檻端處的傾斜延伸的過渡區(qū)域8和9，這些區(qū)域各自導(dǎo)向中心區(qū)域11。凸緣12被橫向設(shè)置在基本元件2上。在中線的兩側(cè)上，凸緣12在每種情況下在相同的取向上彎曲延伸進(jìn)入車頂接合區(qū)域4和門檻接合區(qū)域6。

因而，基本元件2可以已在軋制過程中或在壓制過程中由軋制板形成，或已被鑄造成鑄件?；驹?可以包括輕金屬或鋼材。

增強(qiáng)元件3例如被設(shè)置在基本元件2上的某些位置處。顯而易見的是，增強(qiáng)元件3起始于距車頂接合區(qū)域4的一定距離處并且朝向門檻接合區(qū)域6延伸，在到達(dá)門檻接合區(qū)域6之前結(jié)束。例如，當(dāng)在縱向長度上——即，在附圖的平面上——觀察時(shí)，增強(qiáng)元件3從頂部向下延伸到基本元件2的一半。因此，用增強(qiáng)元件增強(qiáng)的基本元件具有車身部件1——即，例如B柱——的目標(biāo)特性。當(dāng)然，增強(qiáng)元件3也可以比如圖所示的覆蓋基本元件2更多或更少。

重要的是，形成基本元件2不需要特殊的配置，如在定制軋制坯料的情況下已知的，但仍然具有例如由增強(qiáng)元件3引起的關(guān)于剛性和碰撞行為的必要的特性。此外，車身部件1比在由基材制成的定制軋制坯料形成基本元件的情況更輕。

增強(qiáng)元件3和基本元件2通過再填充摩擦攪動(dòng)焊接(refilling friction stir welding)以形狀適配的方式被接合。此外，在本公開的一種形式中還提供了附加的結(jié)合的接合點(diǎn)，即，粘接接合點(diǎn)。

摩擦攪動(dòng)焊接的接合點(diǎn)16例如在圖2和3中是可見的。顯而易見的是，這些以點(diǎn)焊的接合點(diǎn)的方式被間隔開。它們被特別強(qiáng)調(diào)僅為了說明的原因。原則上，在圖2和3中摩擦攪動(dòng)焊接的接合點(diǎn)明顯所在的側(cè)面在摩擦攪動(dòng)焊接之后大體上是平坦的。

摩擦攪動(dòng)焊接的接合點(diǎn)16是通過再填充摩擦攪動(dòng)焊接裝置形成的，該再填充摩擦攪動(dòng)焊接裝置包焊銷、套筒和夾緊環(huán)。在這種情況下，摩擦攪動(dòng)焊接在四個(gè)階段進(jìn)行：摩擦、第一次壓制、第二次壓制和撤回。夾緊環(huán)將基本元件保持到位并且阻礙——即，阻止——在該過程中材料流動(dòng)。當(dāng)銷和套筒開始在相同的方向上旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些可以在軸向方向上相互獨(dú)立地移動(dòng)。在這種情況下，銷例如穿透材料，同時(shí)向上移動(dòng)套筒。以這種方式，形成用于增塑的——即，熔化的——材料的空間。一旦已經(jīng)達(dá)到所需的深度，銷和套筒就在運(yùn)動(dòng)的軸向方向上被翻轉(zhuǎn)，使得套筒朝向基本元件移動(dòng)并且銷被撤回。以這種方式，在焊接焊縫中收集到的材料被運(yùn)回，使得形成大體上平坦的無焊縫表面。穿透深度是使得纖維不被接觸到，即，被破壞，摩擦熱足以熔化基本元件的材料以及塑料材料。然而，形狀適配是通過基本元件和增強(qiáng)元件面向彼此的接合點(diǎn)側(cè)上的套筒形成的，因?yàn)榛驹?cè)上的凸起部分接合在增強(qiáng)元件的熔化的塑料材料中并且一旦塑料材料冷卻就保持在該位置。對(duì)于本公開，如果結(jié)合的接合點(diǎn)——優(yōu)選為粘接接合點(diǎn)——與形狀適配的接合點(diǎn)結(jié)合，則這種形狀適配的接合點(diǎn)被更進(jìn)一步地增強(qiáng)。在這種情況下，在形成形狀適配的接合點(diǎn)之前，粘合劑被施加到基本元件和/或增強(qiáng)元件的相互面向的接合點(diǎn)表面。粘接接合點(diǎn)可以被進(jìn)一步硬化。

摩擦攪動(dòng)焊接裝置作用于基本元件2的活動(dòng)側(cè)17，即，優(yōu)選作用于基本元件2的自由側(cè)，例如作用于各個(gè)凸緣12，其中如例如在圖2和3中顯而易見的，該活動(dòng)——即，自由——側(cè)17與增強(qiáng)元件3相對(duì)。例如，摩擦攪動(dòng)焊接裝置在凸緣12上形成形狀適配的接合點(diǎn)。然而，此外或唯一地，這些也可以被設(shè)置在凹槽7的側(cè)邊(side flanks)18上和/或凹槽7的底部19上。粘合劑也可以被設(shè)置在側(cè)邊18、底部和/或凸緣12上或在增強(qiáng)元件3的相應(yīng)區(qū)域上以形成結(jié)合的接合點(diǎn)。

增強(qiáng)元件2被形成以對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的B柱的所需目標(biāo)特性。例如，它被實(shí)施為對(duì)應(yīng)于具有其側(cè)邊18和其底部19的凹槽并且對(duì)應(yīng)于凸緣12。顯而易見的是，增強(qiáng)元件3被引導(dǎo)到過渡區(qū)域8和9，但不完全符合過渡區(qū)域8和9。增強(qiáng)元件3以其端部邊緣21與基本元件2的凸緣12的端部邊緣22齊平而終止。

圖4示出了具有第二種配置的基本元件2和增強(qiáng)元件24的車身部件23?；驹?具有恒定的厚度，并且被實(shí)施為和B柱的基本元件一樣根據(jù)圖1到3相同地形成。

增強(qiáng)元件24是由纖維增強(qiáng)塑料材料形成，并且具有可變的厚度。在這方面，增強(qiáng)元件24具有比另一區(qū)域14更厚的區(qū)域13。例如，僅不同厚度的兩個(gè)區(qū)域13和14是顯而易見的。當(dāng)然，兩個(gè)以上的區(qū)域也可以具有不同的厚度。還可以提供間隔開但具有相同厚度的區(qū)域，其中比相應(yīng)的其它區(qū)域更薄或更厚的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域可以被設(shè)置它們之間。

在圖4所示的示例性形式中，基本元件2的凸緣12是自由的，即，沒有被增強(qiáng)元件24覆蓋。增強(qiáng)元件24相應(yīng)地例如僅符合具有側(cè)邊18和底部19的凹槽7的結(jié)構(gòu)。這可能因此也適用于根據(jù)圖1至3的增強(qiáng)元件3。

增強(qiáng)元件24可以被形成為使得它的縱向范圍和它的可變厚度符合所需特性。和增強(qiáng)元件3一樣，增強(qiáng)元件24在其縱向長度上覆蓋例如基本元件2的一半。增強(qiáng)元件24被插入到凹槽7中，而不覆蓋凸緣12，如已經(jīng)提到的。

摩擦攪動(dòng)焊接的接合點(diǎn)16例如被設(shè)置在側(cè)邊18上(圖5)，但是也可以另外或單獨(dú)地被設(shè)置在底部19上。也可以提供附加的粘接接合點(diǎn)，如已經(jīng)描述的。

本公開的描述本質(zhì)上僅僅是示例性的，并且因此不脫離本公開的實(shí)質(zhì)的變型旨在包含在本公開的范圍之內(nèi)。這樣的變型不應(yīng)被視為脫離本公開的精神和范圍。