CN109715391B - 适配器构件、用于制造适配器构件的方法和具有适配器构件的连接组件 - Google Patents

适配器构件、用于制造适配器构件的方法和具有适配器构件的连接组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于连接两个构件(7、8)的适配器构件(5)。该适配器构件(5)具有由成形的多层金属板(1)制成的基体(16)，所述多层金属板(1)包括至少一个钢负荷传递层(2)、中间结合层(3)和轻金属负荷传递层(4)。中间结合层(3)设置在钢负荷传递层(2)和轻金属负荷传递层(4)之间。此外，所述中间结合层(3)和轻金属负荷传递层(4)具有轻金属，并且轻金属负荷传递层(4)比中间结合层(3)具有更大的机械稳定性。本发明还涉及一种用于制造适配器构件(5)的方法以及一种具有适配器构件(5)的连接组件。

Description

适配器构件、用于制造适配器构件的方法和具有适配器构件 的连接组件
技术领域
本发明涉及一种适配器构件、尤其是用于承受动态高负荷的结构的适配器构件以及一种用于制造适配器构件的方法。该适配器构件例如可用于连接车辆结构构件的两个部件。本发明还涉及一种具有适配器构件的连接组件。
背景技术
DE 102004034817 A1描述了一种用于连接由不同材料制成的两个部件的适配器，该适配器包括由第一材料制成的基础元件，其通过接合操作形锁合且力锁合地与由第二材料制成的连接元件不可拆卸地连接。由此可将由第一材料制成的构件连接到由第二材料制成的结构元件上。基础元件为此例如可构造为板，连接元件可构造为板或T型件。材料例如可以是钢材或铝材。
但该适配器尤其是基于非常软的铝而不适用于承受动态高负荷的结构、如轴架。后续加工所需的高径向跳动精度(校准)可部分地借助球实现，该球被压过管适配器。但这种校准是不经济的并且不能将径向跳动精度提高到希望的程度。
发明内容
因此，本发明的至少一个任务在于提供一种用于承受动态高负荷的结构的适配器构件。优选地，该适配器构件具有高径向跳动精度。其它任务在于提供一种用于制造适配器构件的方法和一种具有适配器构件的连接组件。
本文描述的适配器构件优选构造用于连接两个构件或两个组件。例如这两个构件可具有不同材料或由不同材料制成。该适配器构件尤其是可构造用于连接钢构件或钢组件与轻金属构件或轻金属组件。此外，该适配器构件在此和在下文也可称为混合适配器。
适配器构件具有由成形的多层金属板制成的基体。该多层金属板包括至少一个钢负荷传递层、中间结合层和轻金属负荷传递层，所述中间结合层设置在所述钢负荷传递层和所述轻金属负荷传递层之间。优选地，所述中间结合层和所述轻金属负荷传递层具有轻金属，所述轻金属负荷传递层比所述中间结合层具有更大的机械稳定性。
下面首先说明形成适配器构件的基体的多层金属板。然后基于多层金属板说明适配器构件或适配器构件的制造。
术语“多层金属板”在本发明的范围中理解为具有金属板厚度和金属板宽度的带状或板状的多层物体。在多层金属板的板状设计中限定或可确定金属板长度，在多层金属板的带状设计中，金属板长度被称为无终止的。多层金属板包括至少一个钢负荷传递层、至少一个中间结合层以及至少一个轻金属负荷传递层。特别优选地，多层金属板包括正好一个钢负荷传递层和正好一个轻金属负荷传递层，在此多层金属板可包括一个或多个中间结合层，其中第一中间结合层与钢负荷传递层形成特别好的键合并设置在钢负荷传递层上，并且第二中间结合层与轻金属负荷传递层形成特别好的键合并设置在轻金属负荷传递层上。尤其是优选多层金属板包括正好一个中间结合层，其不仅构造用于与钢负荷传递层而且也与轻金属负荷传递层形成特别好的键合。
钢负荷传递层优选具有合金组分、尤其是延展性，这有利于通过轧制包覆制造多层金属板。此外，钢负荷传递层优选具有这样的强度，使得可通过由多层金属板制成的适配器构件确保车辆结构的两个构件的可靠连接，该连接能承受车辆运行期间的机械负荷。
轻金属负荷传递层具有轻金属。轻金属优选以这样的浓度存在于轻金属负荷传递层中，使得确保轻金属负荷传递层与同种轻金属的轻金属构件的焊接。轻金属负荷传递层优选具有合金组分、尤其是延展性，这有利于通过轧制包覆制造多层金属板。此外，轻金属负荷传递层优选具有这样的强度，使得可通过由多层金属板制成的适配器构件确保车辆结构的两个构件的可靠连接，该连接承受车辆运行期间的机械负荷。优选这样构造钢负荷传递层和轻金属负荷传递层，使得当不存在中间结合层时通过轧制包覆只彼此形成不充分的键合。
因此，中间结合层构造用于在钢负荷传递层和轻金属负荷传递层之间提供可靠的连接，该连接优选可通过轧制包覆实现。为此中间结合层也具有轻金属、优选与轻金属负荷传递层相同的轻金属，以便改善与轻金属负荷传递层的键合。中间结合层优选具有合金组分、尤其是延展性，这有利于通过轧制包覆制造多层金属板。此外，中间结合层优选具有这样的强度，使得可通过由多层金属板制成的适配器构件确保车辆结构的两个构件的可靠连接，该连接承受车辆运行期间的机械负荷。
优选地，轻金属负荷传递层比中间结合层具有更高的机械稳定性、如屈服强度和/或拉伸强度和/或硬度。
多层金属板与已知多层金属板相比具有下述优点：其特别适合用于在钢构件和轻金属构件之间建立用于承受高动态负荷的连接。因此所述多层金属板特别适合使用在轻型结构机动车的车辆结构中，以便以简单的方式且低成本地确保轻金属构件与钢构件的可靠且能承受高负荷的连接。
根据另一种优选实施方式，可在多层金属板中规定，轻金属负荷传递层具有铝合金(Al合金)、尤其是更高强度的Al合金，其例如至少具有EN AW 5754的强度。铝合金的优点在于，用于车辆结构的铝构件与车辆结构的钢构件能够通过由多层金属板制成的适配器构件可靠地彼此连接。铝构件基于铝的较低密度尤其良好地适合用于在车辆中减轻重量。更高强度的Al合金的优点在于改善了多层金属板、尤其是由多层金属板制成的适配器构件的负荷承受能力。这在使用在车辆的车辆结构中时尤为有利，因为由此可改善车辆结构的负荷承受能力并可减少车辆结构的磨损、尤其是提高车辆结构的运行强度或疲劳强度。
根据另一种实施方式，轻金属负荷传递层可具有AlMg3合金或由AIMg3合金制成。AlMg3也称为EN AW5754。AlMg3合金尤其是可承受机械负荷并且因此特别适合用于制造可承受高负荷的车辆结构。
优选地，中间结合层具有改性Al99或由改性Al99制成。Al99也称为EN AW1200。Al99优选这样改性，使得改善与钢负荷传递层和/或轻金属负荷传递层的连接、尤其是通过轧制包覆实现的连接。改性Al99优选比常规Al99具有更精细的组织形态。具有这种中间结合层的多层金属板基于有利的机械性能而特别适合用于承受高负荷的适配器构件。
优选地，钢负荷传递层具有特殊钢或由特殊钢制成。在本发明的范围中特殊钢是一种具有足够机械稳定性以承受在车辆结构的适配器构件中出现的高动态负荷的钢。此外，特殊钢在优选改善的塑性可变形性下比传统钢具有更高的强度。优选地，特殊钢具有改善的与中间结合层的可连接性。由此特殊钢特别适合用于通过轧制包覆制造多层金属板。
进一步优选地，轻金属负荷传递层的硅含量小于20质量％、尤其是小于5质量％。轻金属负荷传递层的优选最小硅含量为0.3质量％。优选地，轻金属负荷传递层的硅含量为约0.4质量％。这种硅含量相对低的轻金属负荷传递层具有特别高的强度和/或疲劳强度、尤其是较低的机械脆化的优点。
根据本文描述的多层金属板的一种优选实施方式，钢负荷传递层具有0.8mm和2.3mm之间的钢层厚度和/或中间结合层连同轻金属负荷传递层一起具有2.0mm和7.0mm之间、优选2.0mm和5.0mm之间、尤其是2.0和2.9mm之间的层厚度和。在此优选地，轻金属负荷传递层具有0.8mm和2.3mm之间的钢层厚度和/或中间结合层连同轻金属负荷传递层一起具有2.0mm和2.9mm之间的层厚度和。层厚度和是中间结合层的中间层厚度和轻金属负荷传递层的负荷层厚度之和。这种钢层厚度或层厚度和的优点在于：它们可借助轧制包覆法以简单的方式且可靠地制造，从而确保钢负荷传递层与中间结合层以及中间结合层与轻金属负荷传递层的充分连接。
进一步优选地，轻金属负荷传递层的负荷层厚度是中间结合层的中间层厚度的至少两倍。通过相对薄的中间结合层和相对厚的轻金属负荷传递层可提高多层金属板的强度。在此优选地，中间层厚度至少具有0.2mm的最小层厚度。由此例如可改善具有由这种多层金属板制成的至少一个适配器构件的车辆结构的动态负荷能力。
根据另一种实施方式，适配器构件的基体具有大致空心圆柱体的形状。例如为了制造基体可这样成形多层金属板，使得该多层金属板在成形过程之后形成具有大致管状形状或中空圆柱体形状的基体。例如可这样成形多层金属板，使得钢负荷传递层设置在中空圆柱形的基体内部并且轻金属负荷传递层构成中空圆柱形的基体的外表面。作为替代方案，例如可这样成形多层金属板，使得轻金属负荷传递层设置在中空圆柱形的基体内部并且钢负荷传递层构成中空圆柱形的基体的外表面。
根据另一种实施方式，钢负荷传递层在与中空圆柱形的基体的第一开口区域邻接的局部区段中未被中间结合层和/或轻金属负荷传递层覆盖。例如基体的与第一开口区域邻接的该局部区域仅由钢负荷传递层构成。在该区域中，中间结合层和/或轻金属负荷传递层例如可通过切削加工或侵蚀去除，由此提供无铝端部以用于与钢构件焊接。因为钢在非常高的温度下焊接，所以设置在该区域中的铝层将熔化并流入钢熔池中，从而形成脆性金属间相，这会降低适配器构件和钢构件之间的连接强度。
根据另一种实施方式，中间结合层和/或轻金属负荷传递层在与中空圆柱形的基体的第二开口区域邻接的局部区段中未被钢负荷传递层覆盖。第二开口区域例如可构造在中空圆柱形基体的与第一开口区域相对置的端部上。该区域尤其是可构造用于焊接适配器构件与轻金属构件或铝构件。有利的是，由此可在承受动态高负荷的结构中防止焊缝裂开。在与第二开口区域邻接的局部区域中例如可通过切削加工去除钢负荷传递层。
根据另一种实施方式，钢负荷传递层具有从第一开口区域向第二开口区域的方向减小的层厚度。例如钢负荷传递层可在例如从第一开口区域向第二开口区域的方向延伸的第一区段中具有恒定的层厚度并且在与第一区段邻接的第二区段中具有向第二开口区域的方向连续减小的层厚度。由此通过设计从钢到铝的过渡可有利地避免刚度跳跃。
本文描述的适配器构件相对于已知的适配器构件例如具有下述优点：它特别适合用于在钢构件和轻金属构件之间建立用于承受高动态负荷的连接。因此该适配器构件特别适合使用在轻型结构机动车的车辆结构中，以便以简单的方式且低成本地确保轻金属构件和钢构件的可靠且可承受高负荷的连接。
此外，提出一种连接组件，其包括由第一材料制成的第一构件、由第二材料制成的第二构件以及本文描述的适配器构件。该适配器构件可具有前述实施方式的一个或多个特征。第一构件优选借助适配器构件与第二构件连接。第一构件例如可以是钢构件。第二构件例如可构造为轻金属构件、如铝构件。在此适配器构件的钢负荷传递层优选与钢构件连接并且适配器构件的轻金属负荷传递层优选与轻金属构件或铝构件连接。尤其是，钢构件可与钢负荷传递层焊接并且轻金属负荷传递层可与轻金属构件通过热接合工艺(例如通过焊接方法)连接。
此外，提出一种用于制造本文描述的适配器构件的方法。上述适配器构件尤其是通过该方法制造而成或可通过该方法制造。因此上述和下述特征既适用于适配器构件，也适用于制造适配器构件的方法。
在该方法中优选制造多层金属板，其包括钢负荷传递层、轻金属负荷传递层和设置在钢负荷传递层和轻金属负荷传递层之间的中间结合层。然后将多层金属板成形为中空圆柱形的基体。例如可这样成形多层金属板，使得钢负荷传递层设置在中空圆柱形的基体内部并且轻金属负荷传递层设置在外部。作为替代方案，可这样成形多层金属板，使得轻金属负荷传递层设置在内部并且钢负荷传递层设置在外部。
根据另一种实施方式，在成形多层金属板之后，通过接合工艺封闭由多层金属板的两个通过成形汇合的端部限定的接缝。作为替代方案，该接缝可保持开放，即不封闭。
根据另一种实施方式，去除轻金属负荷传递层和/或中间结合层的与中空圆柱形的基体的第一开口区域邻接的局部区段。优选完全去除所述局部区段，使得适配器构件在与第一开口区域邻接的区域中仅由钢负荷传递层构成。由此可有利地提供无铝端部区域以用于焊接适配器构件与钢构件。例如可通过切削加工或侵蚀来完成所述去除。
根据另一种实施方式，例如通过切削加工或侵蚀去除钢负荷传递层的与中空圆柱形的基体的第二开口区域邻接的局部区段。第二开口区域优选位于适配器构件的与第一开口区域相对置的一侧上。优选地，至少完全去除钢负荷传递层的局部区段，使得可提供无钢端部以用于焊接适配器构件与轻金属构件。此外，可这样去除钢负荷传递层，使得钢负荷传递层的层厚度向第二开口区域的方向减小。
根据另一种实施方式，通过电磁脉冲成形(EMPT，电磁脉冲技术)来成形多层金属板和/或中空圆柱形的基体。通过电磁脉冲成形进行的成形例如可在将金属板如上所述成形为中空圆柱形的基体期间和/或之后进行。由此可有利地提高适配器构件的径向跳动精度。
附图说明
本文描述的适配器构件以及本文描述的用于制造适配器构件的方法的其它优点和有利实施方式由下述结合图1至4描述的实施方式给出。附图如下：
图1示出根据一种实施方式的用于连接两个构件的适配器构件的示意图；
图2至4示出根据其它实施方式的用于制造本文描述的适配器构件的方法的示意图。
具体实施方式
在实施例和附图中相同或相同作用的部件可分别设有相同的附图标记。所示元件及其相互间的比例原则上不被视为真实的。相反，为了更好的显示和/或更好的理解，可夸大地显示个别元件的尺寸。
图1示出用于连接钢构件7与轻金属构件8的适配器构件5的示意图。该适配器构件5具有由成形的多层金属板制成的基体16，该多层金属板包括钢负荷传递层2、中间结合层3和轻金属负荷传递层4。基体16具有中空圆柱体形状。中间结合层3和轻金属负荷传递层4优选具有轻金属，并且轻金属负荷传递层4优选比中间结合层3具有更大的机械稳定性。
钢负荷传递层2在与中空圆柱形的基体16的第一开口区域邻接的局部区段中既未被中间结合层3也未被轻金属负荷传递层4覆盖。因此可提供无铝端部区域以用于焊接适配器构件5与钢构件7。钢构件7可与适配器构件5的钢负荷传递层2通过钢焊缝10焊接并且因此固定在适配器构件5上。
中间结合层3在与中空圆柱形的基体16的第二开口区域邻接的局部区段中未被钢负荷传递层2覆盖。由此可提供无钢端部区域以用于焊接适配器构件5与轻金属构件8。此外，钢负荷传递层2的层厚度向第二开口区域的方向减小。例如构造为铝构件的轻金属构件8可与适配器构件5的轻金属负荷传递层4通过优选构造为铝焊缝的轻金属焊缝11焊接并且因此也固定在适配器构件5上。
图2以侧视图示意性示出用于制造适配器构件5的多层金属板1的制造过程。多层金属板1包括钢负荷传递层2、中间结合层3和轻金属负荷传递层4，中间结合层3设置在钢负荷传递层2和轻金属负荷传递层4之间。在制造多层金属板1时，钢负荷传递层2、中间结合层3和轻金属负荷传递层4被引导通过两个辊9之间并且在轧制包覆法中在高压或高压和温度输入下被彼此压合。另外可在压合之后进行后续的热处理。从而实现钢负荷传递层2、中间结合层3和轻金属负荷传递层4的牢固键合。钢负荷传递层2具有钢层厚度12，中间结合层3具有中间层厚度13，并且轻金属负荷传递层4具有负荷层厚度14。中间层厚度13和负荷层厚度14之和被称为层厚度和15。
图3以示意图示出例如可结合图2的描述制造的多层金属板1如何通过成形过程17成形为中空圆柱形的基体。在根据图3的实施例中，这样成形多层金属板1，使得钢负荷传递层2设置在基体内部并且轻金属负荷传递层4设置在外部。作为替代方案，也可这样成形用于制造适配器构件5的多层金属板，使得钢负荷传递层设置在外部并且轻金属负荷传递层4设置在内部。
图4示出沿适配器构件5的中空圆柱形的基体的纵轴线的方向的俯视图。为了通过切削加工18局部地精确去除钢负荷传递层2或局部地精确去除轻金属负荷传递层4，需要适配器构件5的高径向跳动精度。然而由于在多层金属板1到中空圆柱形的适配器构件5的成形过程之后往往不能实现足够的径向跳动精度，所以在用于去除轻金属负荷传递层4和中间结合层3的局部区域的切削加工18中存在也去除部分钢负荷传递层2的危险，由此将降低适配器构件5的承受能力。因而优选借助电磁脉冲成形来成形中空圆柱形的基体16以增加适配器构件5的径向跳动精度。
本文描述的适配器构件5能有利地使用在承受动态高负荷的结构中。此外，适配器构件5还具有制造成本低和重量低的特点。
在所示实施例中描述的特征也可根据其它实施例彼此组合。替代地或附加地，附图中示出的实施例可具有根据一般性说明的实施方式的其它特征。
附图标记列表
1 多层金属板
2 钢负荷传递层
3 中间结合层
4 轻金属负荷传递层
5 适配器构件
7 钢构件
8 轻金属构件
9 辊
10 钢焊缝
11 轻金属焊缝
12 钢层厚度
13 中间层厚度
14 负荷层厚度
15 层厚度和
16 基体
17 成形
18 切削加工

Claims (17)

1.用于连接两个构件的适配器构件(5)，具有由成形的多层金属板(1)制成的基体(16)，所述多层金属板(1)包括至少一个钢负荷传递层(2)、中间结合层(3)和轻金属负荷传递层(4)，所述中间结合层(3)设置在所述钢负荷传递层(2)和所述轻金属负荷传递层(4)之间，其特征在于，所述中间结合层(3)和所述轻金属负荷传递层(4)具有轻金属，并且所述轻金属负荷传递层(4)比所述中间结合层(3)具有更大的机械稳定性，其中，所述基体具有中空圆柱体的形状，并且所述钢负荷传递层(2)在与中空圆柱形的基体(16)的第一开口区域邻接的局部区段中未被所述中间结合层(3)和/或轻金属负荷传递层(4)覆盖。
2.根据权利要求1所述的适配器构件(5)，其中，所述中间结合层(3)和/或所述轻金属负荷传递层(4)在与中空圆柱形的基体(16)的第二开口区域邻接的局部区段中未被所述钢负荷传递层(2)覆盖。
3.根据权利要求1或2所述的适配器构件(5)，其中，
-所述轻金属负荷传递层(4)具有铝合金或由铝合金制成，
-所述中间结合层(3)具有改性的Al99或由改性的Al99制成，并且
-所述钢负荷传递层(2)具有特殊钢或由特殊钢制成。
4.根据权利要求3所述的适配器构件(5)，其中，所述铝合金是AlMg3合金。
5.根据权利要求1或2所述的适配器构件(5)，其中，所述轻金属负荷传递层(4)的硅含量小于20质量％。
6.根据权利要求1或2所述的适配器构件(5)，其中，所述钢负荷传递层(2)具有0.8mm和2.3mm之间的钢层厚度(12)和/或所述中间结合层(3)连同所述轻金属负荷传递层(4)一起具有2.0mm和7.0mm之间的层厚度和(15)。
7.根据权利要求1或2所述的适配器构件(5)，其中，所述钢负荷传递层(2)具有0.8mm和2.3mm之间的钢层厚度(12)和/或所述中间结合层(3)连同所述轻金属负荷传递层(4)一起具有2.0mm和5.0mm之间的层厚度和(15)。
8.根据权利要求1或2所述的适配器构件(5)，其中，所述钢负荷传递层(2)具有0.8mm和2.3mm之间的钢层厚度(12)和/或所述中间结合层(3)连同所述轻金属负荷传递层(4)一起具有2.0mm和2.9mm之间的层厚度和(15)。
9.根据权利要求1或2所述的适配器构件(5)，其中，所述轻金属负荷传递层(4)的负荷层厚度(14)是所述中间结合层(3)的中间层厚度(13)的至少两倍。
10.根据权利要求1或2所述的适配器构件(5)，其中，该适配器构件用于连接钢构件(7)与轻金属构件(8)。
11.连接组件，包括由第一材料制成的第一构件(7)、由第二材料制成的第二构件(8)以及根据权利要求1至10中任一项所述的适配器构件(5)，其中，所述第一构件(7)借助所述适配器构件(5)与所述第二构件(8)连接。
12.根据权利要求11所述的连接组件，其特征在于，所述第一构件(7)构造为钢构件，所述第二构件(8)构造为轻金属构件，并且所述钢构件(7)借助所述适配器构件(5)与所述轻金属构件(8)这样连接，使得所述适配器构件(5)的钢负荷传递层(2)与所述钢构件(7)连接并且所述适配器构件(5)的轻金属负荷传递层(4)与所述轻金属构件(8)连接。
13.根据权利要求12所述的连接组件，其中，所述钢构件(7)与所述适配器构件(5)的钢负荷传递层(2)焊接并且所述轻金属构件(8)与所述适配器构件(5)的轻金属负荷传递层(4)焊接。
14.用于制造根据权利要求1至10中任一项所述的适配器构件(5)的方法，包括下述步骤：
-制造多层金属板(1)，该多层金属板包括钢负荷传递层(2)、中间结合层(3)和轻金属负荷传递层(4)，并且
-将所述多层金属板(1)成形为中空圆柱形的基体(16)。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，去除所述轻金属负荷传递层(4)的和所述中间结合层(3)的与所述中空圆柱形的基体(16)的第一开口区域邻接的局部区段。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，去除所述钢负荷传递层(2)的与所述中空圆柱形的基体(16)的第二开口区域邻接的局部区段。
17.根据权利要求14或15所述的方法，其中，通过电磁脉冲成形来成形所述多层金属板(1)和/或所述中空圆柱形的基体(16)以增加所述适配器构件(5)的径向跳动精度。
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