由至少两个预制件装配成的汽车车身及其制造方法.pdf

本发明涉及一种汽车车身，该汽车车身由至少两个预先批量生产的组件(2，3，4)装配成，以及涉及一种制造这种车身的方法。本发明的汽车车身可以低廉的成本进行制造并且毫无问题地由预制组件装配成。这将通过如下方式得到解决：一个组件(2，3，4)在接合区域内与另一个组件(2，3，4)的薄板(13，14；19，20；22，23；28，29)相互紧靠的薄板部分(13，14；19，20；22，23；28，29)，在至少有一个薄板部分(13，14；19，20；22，23；28，29)经过冷变形的接合方法中，以形状配合连接和/或传力连接的方式相互接合，通过这样，这些组件(2，3，4)在接合区域内不可拆卸地相互连接；以及在至少一个组件中形成至少部分沿着接合区域延伸且可从外部进入的进入通道(Z1，Z2)，该进入通道用于插入接合工具。

权利要求书
1.  汽车车身，其由至少两个预制组件(2，3，4)装配成，其特征在于，一个组件(2，3，4)在接合区域内与另一个组件(2，3，4)的薄板(13，14；19，20；22，23；28，29)相互紧靠的薄板部分(13，14；19，20；22，23；28，29)，在至少有一个薄板部分(13，14；19，20；22，23；28，29)经过冷变形的接合方法中，以形状配合连接和/或传力连接的方式相互接合，通过这样，这些组件(2，3，4)在接合区域内不可拆卸地相互连接；以及在至少一个组件中形成至少部分沿着接合区域延伸且可从外部进入的进入通道(Z1，Z2)，该进入通道用于插入接合工具。

2.  如权利要求1所述的汽车车身，其特征在于，接合区域和沿着其延伸的进入通道(Z1，Z2)设计成笔直的。

3.  如前述权利要求中任一项所述的汽车车身，其特征在于，第一组件(2，3，4)至少在其与第二组件(2，3，4)直接接触的部分内是由这样的一种材料组成，该材料的种类不同于第二组件与第一组件相接触的那个部分的材料。

4.  如权利要求3所述的汽车车身，其特征在于，第一组件(2)由轻金属材料组成。

5.  如权利要求3所述的汽车车身，其特征在于，第一组件(3)由塑料材料组成。

6.  如权利要求3至5中任一项所述的汽车车身，其特征在于，第二组件(4)分别由钢材制成。

7.  如前述权利要求中任一项所述的汽车车身，其特征在于，薄板部分之间以形状配合连接和传力连接的方式形成的连接是通过如下方式形成：第一组件(2，3，4)的边缘部分(19a)被放入在第二组件(2，3，4)内形成的固定槽(17，18，26，27)内，并通过第二组件(2，3，4)在侧面压紧在第一组件(2，3，4)放入固定槽(17，18，26，27)的边缘部分(19a)上的材料，以形状配合连接和/或传力连接的方式保持在该固定槽(17，18，26，27)内

8.  如权利要求7所述的汽车车身，其特征在于，至少是第二组件(2，3，4)在其内形成固定槽(17，18，26，27)的那个部分(15，16，24，25)是由金属材料制成。

9.  如权利要求8所述的汽车车身，其特征在于，所述金属材料是钢材。

10.  如权利要求7至9中任一项所述的汽车车身，其特征在于，第一组件(2，3，4)被放入固定槽(17，18，26，27)的边缘部分(19a)大致与第二组件(2，3，4)在其内形成固定槽(17，18，26，27)的那个部分(15，16，24，25)的表面垂直对齐。

11.  如权利要求7至10中任一项所述的汽车车身，其特征在于，组件(2，3，4)在接合之后在连接区域内形成空心型材，该空心型材为进入通道，该空心型材在侧边以至少两个相对的壁(13，14，19，20；22，23，28，29)为界，在这些壁中，分别有一部分与第二组件(3，4)相配合并具有折弯的边缘部分(15，16，24，25)，在该边缘部分与第一组件相配的表面中形成固定槽(17，18，26，27)，而所述壁的相应的另一部分(19，20；28，29)与第一组件(2，4)相配合并以其边缘部分(19a)保持在固定槽(17，18，26，27)内。

12.  按照权利要求1至11中任一项所设计的汽车车身的制造方法，其特征在于如下工序：
a)预制组件(2，3，4)，包括形成在接合区域内相互配合的薄板部分(13，14；19，20；22，23；28，29)，
b)使组件(2，3，4)对齐，使得相互配合的薄板部分(13，14；19，20；22，23；28，29)在接合区域内相互紧靠，
c)使相互紧靠的薄板部分(13，14；19，20；22，23；28，29)的至少其中之一在常温下进行变形，使得这些薄板部分(13，14；19，20；22，23；28，29)在冷变形之后以形状配合连接和传力连接的方式不可拆卸地相互连接。

13.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，
-工序a)包括在一个组件(2，3，4)的薄板部分上形成固定槽(17，18，26，27)并在另一个组件(2，3，4)上形成条状的自由突出的边缘部分(19a)，该边缘部分的走向与固定槽(17，18，26，27)的走向和形状相适应；
-工序b)包括将第一组件(2，3，4)的边缘部分(19a)嵌入第二组件(2，3，4)的固定槽(17，18，26，27)；以及
-工序c)包括将第二组件(2，3，4)在侧面与固定槽(17，18，26，27)邻接的材料压紧在位于固定槽(17，18，26，27)内的边缘部分(19a)上，从而两个组件(2，3，4)至少通过固定槽(17，18，26，27)的某些纵向段，以传力连接和/或形状配合连接的方式不可拆卸地相互连接。

14.  如权利要求13所述的方法，其特征在于，在工序c)中，将第二组件(2，3，4)的材料压紧在第一组件(2，3，4)的边缘部分所需的力是借助两个沿着固定槽(17，18，26，27)移动的压辊施加，在这两个压辊中分别有一个压辊在固定槽(17，18，26，27)两侧中的一侧上并与该固定槽相距很小间距地被引导。

15.  如权利要求12所述的方法，其特征在于，在工序c)中，在常温下进行的变形设计成卷边。

说明书由至少两个预制件装配成的汽车车身及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种汽车车身，该车身由至少两个预先批量生产的组件装配成，以及涉及一种制造这种车身的方法。
背景技术
在车身制造领域中，对于在获得在出现事故的情况下的优化的变形特性的同时使车身尽可能轻的要求越来越高。减轻车身重量实现了相应汽车很小的驱动能耗。通过优化的碰撞特性，汽车使用者在出现事故时得到最好的保护。
在汽车制造领域中，在成本低廉且经济的制造方面提出的另一个要求在于：在需要制造的汽车的各个组件接合成最终的汽车之前，它们的制造完成程度要尽可能高。通过单独的预制，在使用优化工序的条件下可以简化每个组件的单个零件的装配。
在重量和变形特性方面对汽车车身提出的要求，通过如下方式可以得到最优的满足：由轻金属或塑料构件组成的组件与由钢或塑料制成的组件相结合。在这里，适用于相应构件的材料是根据在实际应用中作用于相关构件的载荷来进行选择。
在应用这种已知的原理的条件下，例如已经提出了：在轿车中，容纳驱动装置和前轴的车身前部作为完整的组件由轻金属材料进行预制，而客厢由高强度的钢材制成。由于不同材料通常不可以相互焊接，由不一致的材料制成的组件通常相互用螺丝拧紧，铆接或者粘接。在这里，这些连接方式也结合应用，以即使在实际应用中出现动态载荷的情况下也能保证需要的连接强度。
在这里的缺点是：昂贵的结构和制造技术方面的措施是必需的，以能够以这种方式制造出足够坚硬且符合当前要求的车身结构。同样也表明：例如在各个组件要相互粘接的情况下，需要很大量的粘合剂，这些粘合剂一方面减弱了通过使用轻材料来制造组件而获得的重量优势，另一方面只能带来比传统制造更大的时间上和设备上的耗费。不管预制组件是否以已知的方式通过焊接、螺纹连接、铆接、粘接或者采用前面所述的其他方式相互连接，存在这样的问题，即预制程度受到分别应用的接合方法的限制或者对于组件的接合所需的操作如此复杂，以致抵消了预制的优势。因此，要相互焊接成整个车身的组件在经受在焊接时产生的热的区域内不能装备敏感构件或者涂漆。此外，车身组件通过螺纹连接或者铆接的连接，与通过焊接或粘接的连接一样，都是要以各自的装配点足够的可接近性为前提条件。
发明内容
从前面所述的现有技术出发，本发明的任务在于，提供一种可成本低廉地制造的汽车车身，该汽车车身可以毫无问题地由预制组件装配成。此外，本发明还要给出一种制造这种汽车车身的方法。
关于由至少两个预制组件装配成的汽车车身，该任务是通过如下方式得到解决：一个组件在接合区域内与另一个组件的薄板相互紧靠的薄板部分，在至少有一个薄板部分经过冷变形的接合方法中，以形状配合连接和/或传力连接的方式相互接合，通过这样，这些组件在接合区域内不可拆卸地相互连接；以及在至少一个组件中形成至少部分沿着接合区域延伸且可从外部进入的进入通道，该进入通道用于插入接合工具。
按照本发明，上面提到的关于制造按本发明设计的汽车车身的方法的任务以相应的方法通过经过如下工序而得到解决：
a)预制组件(2，3，4)，包括形成在接合区域内相互配合的薄板部分，
b)使组件对齐，使得相互配合的薄板部分在接合区域内相互紧靠，
c)使相互紧靠的薄板部分的至少其中之一在常温下进行变形，使得这些薄板部分在冷变形之后以形状配合连接和传力连接的方式不可拆卸地相互连接。
根据本发明，首先，以已知的方法预先制造汽车，特别可以是轿车的车身的组件。然后，这些预制组件按照本发明通过在常温下实施的接合方法进行接合，使得它们相互连接。在这里，各个组件的接合是作为组件相互紧靠的薄板中的至少其中之一的冷变形而进行。对此不需要附加的连接件，如螺钉，铆钉或者类似部件。
为了能够简单且以很小的制造技术耗费实施本发明的将组件装配成整个车身的接合方法，如此设计本发明的汽车车身的各个组件，使得它们在必要时单独地或一起地在完成装配的状态下，在接合区域的范围内形成通道，冷变形所需的工具可以通过这些通道在接合区域内移动。
本发明一方面建议通过在常温下进行的变形将本发明的汽车车身的各个预制组件相互连接，而另一方面如此设计汽车车身，使得准确地在必须进行冷变形的区域内保证简化的汽车车身可接近性，因此提供一种连接设计方案，该设计方案可以以简单的方式保证高度预制的且具有复杂的敏感构件的组件可靠地连接成汽车车身。因此，以本发明的方法，完成喷漆且完全配备好的组件也可以接合成本发明的汽车车身。
根据本发明的一种从发明的实际实施看来特别有利的设计方案，进行如下设计：接合区域和沿着其而延伸的进入通道设计成笔直的。这种笔直的设计方案使得冷变形所需的工具在接合区域的范围内的移动变得特别容易。
本发明的这些优点在由唯一的材料种类制成的车身的制造中已经表现出来。当要把完成预装配和配备的钢制组件接合成总的由钢材组成的汽车车身时，本发明的将预制组件接合成车身的方法也可起到特别积极的作用。然而，此外本发明也特别适用于这样的应用，在这些应用中，汽车车身的第一组件至少在其与第二组件直接接触的部分是由另一种材料种类制成，该材料种类不同于第二组件与第一组件相接触的那个部分的材料。因此，以本发明的方法，可以毫无问题地将由塑料材料，轻金属和钢组成的组件彼此连接。
本发明的一种符合实际的对于大规模实施来说特别有利的合适的设计方法的特征在于，薄板部分之间以形状配合连接和传力连接的方式的连接通过如下方式形成：第一组件的边缘部分被放入在第二组件内形成的固定槽内，并通过第二组件在侧面压紧在第一组件放入固定槽的边缘部分上的材料，以形状配合连接和/或传力连接的方式保持在该固定槽内。
本发明方法的一种特别适用于制造本发明车身的这种变形例的设计方案的特征在于，工序a)包括在一个组件的薄板部分上形成固定槽并在另一个组件上形成条状的自由突出的边缘部分，该边缘部分的走向与固定槽的走向和形状相适应；工序b)包括将第一组件的边缘部分嵌入第二组件的固定槽；及工序c)包括将第二组件在侧面与固定槽邻接的材料压紧在位于固定槽内的边缘部分上，从而两个组件至少通过固定槽的某些纵向段，以传力连接和/或形状配合连接的方式不可拆卸地相互连接。
根据本发明的这种设计方案，已由EP 0 868 237 B1公开的用于生产金属型材的方法现在也被用于将预制组件连接成汽车车身。这种已知的方法设计了，只通过夹紧力将金属型材的至少两个零件相互连接。在这里，已知的金属型材的制造是以如下方法进行：首先在要接合的零件中形成沟槽。在形成沟槽时，在沟槽较近的周围发生结构变化。然后，另一个由扁平材料组成的零件与其窄边嵌入这个沟槽内并通过与该沟槽相邻的材料的挤压而被夹紧在该沟槽内。在这里，发生其它结构变化，从而在两个紧挨的零件之间仅仅形成传力连接和形状配合连接。以这种方式，由这样的任意金属组成的零件可以接合，对于这些任意金属，其它接合技术不管是由于材料结合的原因，还是由于其它原因而不适合或者不是最优的。
由于对接合对象的冷变形性能提出的要求，特别是这样的汽车车身适用于前面所述的本发明变形例，在这些汽车车身中，至少是第二组件在其内形成固定槽的那个部分是由金属材料制成。钢材由于它们良好的变形性能而特别适用于这个目的。当然，如果所用材料允许在实际应用中作用于相应组件的力，同样也可以使用轻金属材料，如镁材或铝材，作为具有固定槽的第二组件的制造材料。
如果第一组件被放入固定槽的边缘部分大致与第二组件在其内形成固定槽的那个部分的表面垂直对齐，那么，根据相应的局部情况，本发明使用的组件连接方式可以特别简单地形成。
如果组件在接合之后在连接区域内形成空心型材，该空心型材在侧边以至少两个相对的壁为界，在这些壁中分别有一部分与第二组件相配合，那么从制造技术的角度来看有利的是，上述壁的那个部分具有折弯的边缘部分，在该边缘部分与第一组件相配合的表面中形成固定槽，而壁的另一部分与第一组件相配合并以其边缘部分保持在固定槽内。在这种设计方案中，需要相互连接的各个组件在接合之前在连接区域内具有开放的型材段，用于施加所需的压紧力的工具可以毫无问题地插入该型材段中。
例如，可以这样设计这种工具，使得在工序c)中，将第二组件的材料压紧在第一组件的边缘部分所需的力是借助两个沿着固定槽移动的压辊施加，在这两个压辊中分别有一个压辊在固定槽两侧中的一侧上并与该固定槽相距很小间距地被引导。
替代前面说明的有益于从EP 0 868 237 B1已知的两个板件的连接方案的本发明方法的变形例，同样可想到的是，将相互紧靠的薄板部分的在常温下进行的变形设计成卷边。
附图说明
下面借助描述实施例的附图来详细说明本发明。以示意的方式：
图1示出了轿车的汽车车身的侧视图；
图2示出了沿着图1标注的剖切线A-A剖切的剖视图；
图3示出了沿着图1标注的剖切线B-B剖切的剖视图。
附图标记说明：
1 汽车车身
2，3，4 组件
5 A柱
6 底框梁
7 汽车车身1位于前面的顶部支柱
8 汽车车身1的顶部支架
9 汽车车身1的B柱
10 汽车车身1的C柱
11 塑料表面构件
12 钢板构件
13，14 钢板构件12的支腿
15，16 折弯的部分
17，18 固定槽
19，20 壁部
19a 壁部19的自由边缘部分
21 钢板构件
22，23 钢板构件的支腿
24，25 折弯的部分
26，27 固定槽
28，29 壁部
30，31 沟槽
Z1，Z2 进入通道
具体实施方式
汽车车身1由三个组件2，3，4装配成，其中，组件2构成车身前部，组件3构成侧围构件，而组件4构成包括汽车车身的A柱5和外底框梁6在内的底部组件4。在完成装配的汽车中，构成车身前部的组件2支撑整个汽车驱动系统，而由组件3(侧围构件)和组件4(底部部件)、构成汽车车身1的顶部的组件(这里未示出)和另一个在这里同样不可见的侧围组件装配成汽车车身1的客厢。
为了实现尽可能轻的重量，组件2由这里不详细示出的板件装配成，这些板件分别由铝材制成。第一组件2的板件的相互连接以常规方式通过焊接来实现。在这里，如此设计组件2的整个结构，使得它能够以足够大的刚性来吸收在运行中出现的载荷并同时具有在出现事故时的经过优化的能量吸收能力。
相反地，构成汽车车身1的底部组件的组件4是由高强度的轻型钢材制成，该轻型钢材由于其强度和造型确保了即使在出现事故的情况下，汽车车身1的客厢也能最优地保护乘员，并保证汽车车身1在正常运行中具有高的总刚度。
构成侧围构件的组件3是由基础框架和塑料表面构件11制成，该基础框架由相互焊接的钢板装配成并此外还包括汽车车身1的位于前面的与组件4的A柱5连接的顶部支柱7、顶部支架8、B柱9和C柱10，而塑料表面构件填充组件3由基础框架包围的侧表面。
此外，组件2和组件4在组件4的A柱5的区域内以传力连接和形状配合连接的方式相互连接(图2)。为此目的，A柱5由按照U型材类型形成的钢板件12构成，该钢板件的支腿13，14指向组件2。在支腿13，14的自由端上折弯出分别与支腿13，14垂直地指向外部的狭长部分15，16，在它们与组件2相配合的表面内分别形成一个沿着支腿13，14延伸的固定槽17，18。
在组件2上，在与组件4连接的区域内分别形成壁部19，20，这些壁部朝着组件4的钢板件12的方向突出，并且是如此布置和对齐，使得在组件2，4接合之后，壁部19，20分别以其自由的边缘部分19a位于固定槽17或18的其中之一内。在为接合而对齐的状态下，组件4与组件2的支腿13，14相互紧靠的壁部19，20与支腿13，14一起在通过固定槽17，18进一步确定的接合区域的范围内围成一可从外部自由进入的进入通道Z1，在该进入通道内，紧接着在常温下进行的冷变形操作所需要的工具(在这里未示出)可以沿着固定槽17，18被引导。在借助该工具挤压与固定槽17，18邻接的材料之后，分别放入相应的固定槽17，18的壁部19，20以形状配合连接和传力连接的方式不可拆卸地被保持在那里。在变形和取出工具之后，可以借助盖子封闭进入通道Z1的开口。
为了在外底框梁6的区域内将组件4与组件3连接，属于组件3的基础框架的且直接与外底框梁6连接的钢板件21作为开口朝向外底框梁6的U型材而形成。在该钢板件21的自由支腿22，23上折弯出正如在A柱5的情况指向外部的狭长部分24，25，在这些狭长部分内分别形成固定槽26，27，通过这些固定槽确定另一个接合区域。
外底框梁6在这个区域内具有朝着组件3的方向自由突出的壁部28，29，这些壁部是如此布置和对齐，使得在组件3，4接合之后，壁部28，29分别以其自由边缘部分位于组件3的钢板件21的固定槽26或27的其中之一内。外底框梁6的壁部28，29和钢板件21与它们紧靠的自由支腿22，23也围成一可从外部自由进入的进入通道Z2，在该进入通道内又可以插入挤压与固定槽26，27连接的材料所需的工具。在借助该工具完成挤压之后，壁部28，29和自由支腿22，23以形状配合连接和传力连接的方式不可拆卸地相互保持。
这里，借助图2中的组件2和组件4之间在固定槽17的区域内的连接的局部放大图，示范性地说明如在组件2，3和4之间形成连接那样的方法。在固定槽18，26和27的区域内的连接是以相应的方法制成。
在预制组件4的钢板件5时就已经在折弯的部分15与组件2相配合的表面内形成了固定槽17。在这里，固定槽17的宽度相当于组件2的壁部19与固定槽17相配合的边缘部分19a的厚度D。
为了组件2的壁部19与组件4的钢板件21之间以形状配合连接或传力连接的方式形成不可拆卸的连接，在组件2，4接合之后，部分15在固定槽17的两侧存在的材料借助工具，以从EP 0 868 237B1已知的方式被压紧在壁部19位于固定槽17内的边缘部分19a上。为了清楚起见，由于材料挤压而在固定槽17的两侧产生的沟槽在图2中是以不切实际的过大的方式示出。