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構成部品、特に軽構造のハイブリッド構成部品
説明

構成部品、特に軽構造のハイブリッド構成部品

【課題】 改良された特性を有し、かつ安価な、軽構造の構成部品とそれを形成する方法を提供する。
【解決手段】 シェル形状の基礎支持体(2)と、少なくとも1つのコア部材(6)を有し、基礎支持体(2)が少なくとも1つの閉鎖継目(8)を有しており、かつ誤差を補償する少なくとも1つの中間層(4)を介してコア部材(6)と結合されている、構成部品(1)。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、構成部品、特にシェル形状の基礎支持体と少なくとも1つのコア部材とを有するハイブリッド構成部品に関する。
【背景技術】
【0002】
この種の構成部品、たとえば管支持体または横支持体は、車両製造に使用され、あるいはまたそれに応じた形態で飛行機製造にも使用される。たとえば管からなる横支持体は、多くは、より良い弾性係数に基づいて、金属だけから形成され、その場合にたとえば鋼薄板またはアルミニウム薄板から深絞りされた基体が補強リブと溶接され、リベット止めされ、あるいはねじ止めされる。構成部品は、十分な曲げ強度、折曲強度および捻り強度を与えられ、かつ十分に圧力をかけることができるようにするために、それに応じた大きい肉厚を有している。それに基づいて大きい重量とコストの欠点がもたらされる。構成部品は、原理的に、たとえば空調設備のために、空気を案内するために利用される。その場合に、金属管に望ましくない復水が着きやすい、という欠点が生じる。
【0003】
さらに、安定させるために溶接されたウェブを有する2シェルの構造を有する構成部品が知られている。この種の構成部品は、従来技術(たとえば、特許文献1を参照)から知られている。この構成部品は、製造が極めて煩雑であって、大きい重量を有している。
【0004】
他の従来技術(たとえば、特許文献2を参照)からは、支持体として自動車内に挿入可能な、ハイブリッド構造の軽構成部品が知られており、それは好ましくは金属からなる、シェル状の基体を有しており、その基体の内部空間に補強リブが配置されている。補強リブは、射出形成されたプラスチックからなり、プラスチックが金属部品内に配置された切欠きを貫通し、切欠きの面を越えて突出することによって、金属の基体と非連続的な結合箇所で結合されている。金属の基体は、U字状に形成されており、補強リブが高い強度と剛性を得るために基体の内部空間を貫通している。この既知のハイブリッド構成部品は、好ましい、わずかな重量を有すると同時に、十分な強度、剛性および負荷耐性を有している。
【0005】
さらに他の従来技術(たとえば、特許文献3を参照)からは、射出形成されたプラスチックリブで補強された、シェル形状の基体を有するハイブリッド構造の横支持体が知られている。このプラスチックリブは、空気通路として用いられるプラスチック管を挿入することができるように、成形されている。このように通路を形成することは、煩雑である。というのは、通路を別に形成して、1つの作業工程で挿入しなければならないからである。このようにその形状において適合されたリブが、安定性を損なう。
【特許文献1】ドイツ特許公報DE19720902
【特許文献2】欧州特許公報EP0370342
【特許文献3】ドイツ実用新案DE20008201U1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
前述の従来技術に基づいて、本発明の課題は、改良された特性を有し、かつ安価な、軽構造の構成部品とそれを形成する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この課題は、本発明によれば、シェル形状の基礎支持体と少なくとも1つのコア部材とを有し、その場合に基礎支持体が少なくとも1つの閉鎖継目を有し、誤差を補償する少なくとも1つの中間層を介してコア部材と結合されている、構成部品によって解決される。
【0008】
さらに、本発明は、本発明に基づく構成部品を形成する方法に関するものであって、同方法において閉鎖されていない基礎支持体の内側上に誤差を補償する中間層が挿入されて、その中間層の上に少なくとも1つのコア部材が設けられ、基礎支持体が閉鎖されて、適切な接合技術を介して1つまたは複数の閉鎖継目に沿って永続的に結合される。
【0009】
さらに、本発明は、本発明に基づく構成部品の、自動車または飛行機内における使用に関する。
【0010】
好ましい展開が、従属請求項の対象である。
【発明の実施の形態】
【0011】
本発明は、高い弾性係数(Eモジュールと略称)と同時にわずかな重量と小さい熱伝導性を有する、安価で安定した軽構造の構成部品を提供する、という考えに基づいている。そのために、構成部品は、たとえば金属からなる、安定したシェル形状の基礎支持体と、たとえばプラスチックからなる、コア部材とを有している。基礎支持体の内側とコア部材は、誤差を補償する少なくとも1つの中間層を介して結合されている。
【0012】
構成部品において、無数の材料および表面の組合わせが可能である。これが、構成部品を形成する際の高い柔軟性と、その使用可能性における高い柔軟性をもたらす。
【0013】
さらに、この形成方法を用いて金属の基礎支持体とコア部材の材料による結合が付着を介して可能である。誤差補償は、好ましくは、接着剤のような中間層を介して達成される。形成方法とそれによって形成された構成部品は、中間層が付着する場合に、均一な応力分布によって、構成部品内の結合システムの単純なモデリングを可能にする。構成部品は、さらに、高い面抵抗モーメントを有する。というのは、閉鎖された、できるだけ薄い金属の基礎支持体がコア部材を包囲しているからである。その場合に基礎支持体は、まっすぐな基礎支持体に限定されず、上面で見て、たとえば車両または飛行機の底グループまたは平面的な凹部部品においてとることのできるような、形状をとることもできる。
【0014】
さらに、構成部品は、空間の節約をもたらす。というのは、基礎支持体内で、たとえば基礎支持体によって形成される中空室内で、空気案内部材または導線のようなガイド部材を案内することができるからである。基礎支持体の穴の形状の切欠きのような、特殊な基礎支持体構造を通して、コア部材が外側へ突出することができ、それによってたとえばエアバッグのねじ止めのような、機械的統合が可能となる。構成部品の特別な結合構造と形成方法は、さらに、迅速かつ安価なプロトタイプ形成を許し、それがまさに車両形成において極めて重要である。これは、特に、わずかな工具コストおよび工具変更コストによっても達成することができる。というのは、コア部材を有するモジュラー構造を選択することができるからである。それによって、たとえば右と左の半分についてフレキシブルな解決が与えられ、それはどの射出工具または変形工具も可能としないものである。
【0015】
コア部材は、さらに、空気流の案内と遮蔽、金属基礎支持体の外部にある構成部品の統合および/または金属からなる補強部材による構造の補強のような、課題を満たすことができる。
【0016】
本発明の主旨におけるシェル形状の金属基礎支持体というのは、特に、高い弾性係数を有する金属または金属組成からなる一体的または幾つかに分かれた基礎支持体である。好ましくは構成部品、すなわち複合部材は、鋼からなる基礎支持体を有している。金属基礎支持体は、様々な構造または上に取り付けられた材料を有する特殊な表面、たとえば穴あきの表面を有することができる。基礎支持体の穴を通してコア部材が外側へ突出することができ、それによって統合が可能となる。本発明の主旨における統合というのは、たとえば機械的な統合である。特に適しているのは、機械的な統合、たとえばエアバッグおよび/またはステアリングコラムである。
【0017】
他の形態において、構成部品内で少なくとも1つのコア部材が基礎支持体と結合されて配置されている。コア部材は、プラスチックまたは、鋼のような金属からなる機能構成部品であることができる。好ましくはコア部材は、プラスチック部材である。プラスチックは、少ない重量と小さい熱伝導性を有する。コア部材は、一体的または幾つかに分けることができる。好ましくはコア部材は、空気流の案内と遮蔽、金属基礎支持体の外部にある構成部品の統合、コア部材内の金属からなる補強による構造の強化のような、課題を満たすことができる。構成部品は、コア部材の他に、さらに、電気的導線、導体路、グラスファイバーケーブル、センサ、伸張測定細片および/または電子チップを有することができる。
【0018】
さらに、基礎支持体は、少なくとも1つの閉鎖継目を有している。閉鎖継目は、金属基礎支持体とコア部材から形成される空間をほぼ包囲することができる。特に応力の少ない箇所においては、たとえばケーブルハーネスを内側から外側へ、あるいはその逆に案内するために、閉鎖継目の短い中断が、欠点なしで可能である。
【0019】
閉鎖継目は、好ましくは少なくとも1つの接合箇所を有している。基礎支持体は、好ましくは閉鎖継目を介して適切な接合技術によって閉鎖されている。特に好ましくは、基礎支持体は溶接、半田付け、接着、貫通接合、ボルトおよび/またはリベットによって閉鎖継目を介して閉鎖されている。他の実施形態においては、基礎支持体は、接着と貫通接合の組合わせによって閉鎖されている。
【0020】
好ましくは閉鎖継目は、とくに溶接、半田付け、貫通接合または接着の際に、閉鎖された基礎支持体の厚みに相当する厚みを有している。リベットまたはボルトのような、接合方法において、閉鎖継目の厚みは、好ましくは閉鎖された基礎支持体の厚みの10倍を上回らない。
【0021】
基礎支持体とコア部材との結合は、大部分が、誤差を補償する中間層を介して行われる。本発明の主旨における誤差を補償する中間層というのは、好ましくは、接着剤とシール材、両面接着バンドおよび/またはシール細片または発泡材細片を有する、中間層である。特に適した、誤差を補償する中間層は、たとえばポリウレタン接着剤である。
【0022】
構成部品は、まっすぐな基礎支持体に限定されず、上面において他の形状をとることもできる。本発明の主旨における他の形状は、たとえば車両または飛行機の底グループあるいは平面的な凹部部品に設けられるような、形状である。
【0023】
構成部品を形成する方法において、最初に、閉鎖されていない基礎支持体の内側上に誤差を補償する中間層が挿入されて、その中間層の上に少なくとも1つのコア部材が設けられる。開放されている基礎支持体が、その後閉鎖されて、適切な接合技術を介して1つまたは複数の閉鎖継目に沿って永続的に結合される。選択的に、さらに、たとえば電気的導線、導体路、グラスファイバーケーブル、センサ、伸張測定細片および/または電子チップを一緒に挿入し、あるいは接着することができる。
【0024】
構成部品を形成する方法は、以下の処理ステップから構成される:
I)閉鎖されていない、1つまたは複数の基礎支持体を用意し、
II)誤差を補償する少なくとも1つの中間層を挿入し、
III)少なくとも1つのコア部材および/または選択的に、たとえば電気的導線、導体路、グラスファイバーケーブル、センサ、伸張測定細片および/または電子チップのような、他の部材を挿入し、
IV)開放している基礎支持体を閉鎖し、
V)閉鎖された基礎支持体を、1つまたは複数の閉鎖継目に沿って適切な接合技術を介して永続的に結合する。
【0025】
構成部品は、各技術的な分野で使用することができる。特に好ましくは、構成部品は車両製造および飛行機製造において使用される。構成部品は、たとえば計器パネル支持体として、全部のホルダおよび空気通路並びに空調設備の部品を有することができる。
【実施例】
【0026】
以下、図面を参照しながら、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。互いに相当する部分は、すべての図において同一の参照符号を有している。
【0027】
図1は、構成部品1の、たとえば車両または飛行機のための横支持体の、矩形の実施例を示している。構成部品1は、基礎支持体2を有している。基礎支持体2の内側に、誤差を補償する中間層4を介在させて、コア部材6が挿入されている。基礎支持体2として用いられるのは、たとえば金属ボディまたは金属のプロフィール、特にシェル形状の金属プロフィールである。コア部材6は、構成部品1を軽構造にするためにプラスチックから形成されている。中間層4として、好ましくはプラスチックからなる層が設けられている。代替的に、中間層4を両面の接着バンドおよび/またはシール細片あるいは発泡材細片として形成することができる。すなわち、基礎支持体2は、中間層4を介してコア部材6と結合されている。基礎支持体2は、さらに、閉鎖継目8に沿って接合箇所10を介して永続的に結合することができる。
【0028】
図2は、幾つかに分かれた構成部品1を示している。基礎支持体2は、この実施例においては2つの閉鎖継目8を有しており、それら閉鎖継目は永続的に結合するために複数の接合箇所10を有している。プラスチック挿入部分またはコア部材6に加えて、構成部品1内へ、特にコア部材6と基礎支持体2の間に形成された中空室H内に、たとえば電気的導線のような、他の部材12が挿入されている。
【0029】
図3と図4は、構成部品1の閉鎖継目8を詳細に示している。図3において、基礎支持体2は閉鎖継目8を介して溶接によって閉鎖されている。閉鎖継目8の厚み8aは、結合された基礎支持体2の、この箇所における厚みに相当する。図4において、基礎支持体2は閉鎖継目8を介してボルト14によって閉鎖されている。その場合に基礎支持体2は、2つに分けて形成されているので、基礎支持体2の2つの部材が閉鎖継目8の領域内で、中間層4とコア部材6を介在させて互いに結合されている。従ってこの実施例においては、閉鎖継目8の厚み8aは、基礎支持体2の2つの部材、すなわち2つのハーフシェルの厚み、中間層4の厚みおよびコア部材6の厚みに相当する。
【0030】
図5のI)からV)は、一体的な基礎支持体2を有する構成部品1、たとえば管支持体を形成する方法のシーケンスを示している。基礎支持体2の2つのハーフシェル3内へ、中間層4として接着剤および/または両面接着バンドおよび/またはシール細片または発泡材細片が挿入される。コア部材6は、2つのハーフシェル3の一方の中で中間層4上に載置されて、基礎支持体2が曲げ箇所16を介して閉鎖される。基礎支持体2は、閉鎖継目8を介して接合箇所10においてボルト14によって永続的に結合される。それぞれ中間層4の種類と形状に応じて、基礎支持体2を閉鎖する際に機械的な負荷によってコア部材6と基礎支持体2の間に形成された中空室H内で接着剤が分配されることができるので、一周する中間層4が形成される。
【0031】
図6のI)からV)は、2つに分かれた基礎支持体2を有する構成部品1を形成する方法のシーケンスを図式的に示している。たとえば、基礎支持体2は2つの部材2aと2b、たとえば半分開放したプロフィールと蓋を有している。代替的に基礎支持体2を2つのハーフシェルまたは2つの他のハーフプロフィールによって形成することができる。基礎支持体2の2つに分かれた実施形態において、基礎支持体は永続的な結合のために、2つの閉鎖継目8を有している。基礎支持体2の部材2a、2bの内側に、誤差を補償する中間層4として接着材、両面接着バンドおよび/またはシール細片または発泡材細片が挿入される。コア部材6は、基礎支持体2の一方の部材2bの中間層4上に設けられる。その後、基礎支持体2の他方の部材2aが部材2bとその中に挿入されているコア部材6上にかぶせられて、基礎支持体2の2つの部材2a、2bが閉鎖継目8を介して接合箇所10においてボルト14によって永続的に結合される。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】閉鎖継目を有する構成部品を示す斜視図である。
【図2】2つの閉鎖継目を有する構成部品を示す上面図である。
【図3】構成部品の閉鎖継目の詳細を示す図である。
【図4】貫通結合を有する閉鎖継目の詳細を示す図である。
【図5】I)から5V)は、1つの基礎支持体と1つの閉鎖継目とを有する構成部品を形成する方法のシーケンスを図式的に示している。
【図6】I)から6V)は、2つの基礎支持体と2つの閉鎖継目とを有する構成部品を形成する方法のシーケンスを図式的に示している。
【符号の説明】
【0033】
1 構成部品
2 基礎支持体
2a、2b 基礎支持体の部材
3 基礎支持体のハーフシェル
4 中間層
6 コア部材
8 閉鎖継目
8a 閉鎖継目の厚み
10 接合箇所
12 部材
14 ボルト
16 曲げ箇所

【特許請求の範囲】
【請求項1】
シェル形状の基礎支持体(2)と、少なくとも1つのコア部材(6)を有し、基礎支持体(2)が少なくとも1つの閉鎖継目(8)を有しており、かつ誤差を補償する少なくとも1つの中間層(4)を介してコア部材(6)と結合されている、構成部品(1)。
【請求項2】
基礎支持体(2)が、一体的また幾つかに分かれて形成されていることを特徴とする請求項1に記載の構成部品。
【請求項3】
閉鎖継目(8)が、少なくとも1つの接合箇所(10)を有していることを特徴とする請求項1または2に記載の構成部品。
【請求項4】
基礎支持体(2)が、接合方法、特に溶接、半田付け、接着、貫通接合および/またはリベット止めの方法によって、閉鎖継目(8)を介して閉鎖されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の構成部品。
【請求項5】
閉鎖継目(8)が、溶接、半田付け、貫通接合または接着の際に、かつ/または接合後に、閉鎖された基礎支持体(2)の厚みに相当する厚み(8a)を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の構成部品。
【請求項6】
接合後の閉鎖継目(8)の厚み(8a)が、最大で閉鎖された基礎支持体(2)の厚みの10倍であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の構成部品。
【請求項7】
基礎支持体(2)が、切欠きを有し、特に部分的に穿孔されて形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の構成部品。
【請求項8】
特に接合箇所(10)で、統合が行われることを特徴とする請求項7に記載の構成部品。
【請求項9】
コア部材(6)が、プラスチック部材であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の構成部品。
【請求項10】
誤差を補償する中間層(4)が、接着剤および/またはシール材料、両面接着バンドおよび/またはシール細片または発泡材細片を有していることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の構成部品。
【請求項11】
付加的に部材(12)として、電気的導線、導体路、グラスファイバーケーブル、センサ、伸張測定細片および/または電子チップが設けられていることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の構成部品。
【請求項12】
請求項1から11のいずれか1項に記載の構成部品(1)を形成する方法であって、同方法において断面が開放した基礎支持体(2)の内側上に、誤差を補償する中間層(4)が取り付けられて、少なくとも1つのコア部材(6)が中間層(4)上に設けられ、基礎支持体(2)が閉鎖されて、適切な接合技術を介して1つまたは複数の閉鎖継目(8)に沿って永続的に結合される、構成部品を形成する方法。
【請求項13】
付加的に、電気的導線、導体路、グラスファイバーケーブル、センサ、伸張測定細片および/または電子チップのような部材(12)が挿入されることを特徴とする請求項12に記載の方法。
【請求項14】
請求項1から12のいずれか1項に記載の構成部品(1)の、車両または飛行機内における使用。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公表番号】特表2007−511413(P2007−511413A)
【公表日】平成19年5月10日(2007.5.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−540350(P2006−540350)
【出願日】平成16年11月19日(2004.11.19)
【国際出願番号】PCT/EP2004/013185
【国際公開番号】WO2005/049411
【国際公開日】平成17年6月2日(2005.6.2)
【出願人】(594042033)ベール ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー (222)
【Fターム(参考)】