用於車輛車身的輕質構件的製作方法

2023-06-03 00:04:46 1

用於車輛車身的輕質構件的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於機動車輛(1)的車身、尤其是車頂的輕質構件(2)，所述輕質構件具有支撐框架(3)並且具有附接到所述支撐框架(3)的覆蓋物(4)，所述支撐框架具有四個框架部分(5、6、7、8)並且基本上張成四邊形。本發明的特徵在於所述支撐框架(3)是由纖維增強型塑料形成的並且具有至少兩個交叉撐杆(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)，所述交叉撐杆是根據仿生學方面形成的並且在交叉點(15、18)處接合，並且分別互連兩個垂直於彼此的框架部分(5、6、7、8)。支撐框架(3)的沿對稱軸(S)的方向位於一側的一個部分(21)被設計成基本上不含撐杆。
【專利說明】用於車輛車身的輕質構件
【技術領域】
[0001]本發明涉及根據權利要求1的前序中更加詳細的定義的種類的用於機動車輛的車身的輕質構件。此外，本發明涉及此類輕質構件的優選的應用。
【背景技術】
[0002]在一般的現有技術中用於機動車輛的車身的構件是已知的。所述構件可以例如由支撐框架形成，所述支撐框架通常具有由單獨的框架部分組成並且基本上形成四邊形的支撐框架。所述支撐框架繼而配備有覆蓋物，例如，金屬片、輕質膜、透明塑料、玻璃等。就此而言，通過實例的方式參考德國公開申請案DE10357908A1或者還參考公開申請案DE102010013784A1。在輕質構件中，尤其使用的是與通常使用的鋼相比較輕的元件和材料。出於此目的可設想出輕質金屬合金或纖維增強型塑料。就此而言，通過實例的方式參考 DE19936882A1。
[0003]就另外的現有技術而言，可以參考DE1804687A。這揭示了用於車輛的頂部設計，其中框架元件是藉助於基本上為X形的撐杆增強的並且隨後用覆蓋物進行覆蓋。此外，從DE102005006201A中已知一個類似的設計，其中所述頂部布置在兩個交叉支撐的區域之間具有例如用於天窗的缺口。就另外的現有技術而言，還可參考DE10163822B4，其揭示了用於機動車輛的頂部模塊，其中撐杆被配置為具有U形橫截面且具有內部強化的殼體。最後，從DE10200750B4中額外地得知一種夾層結構的塑料材料，其具有如同蜂巢結構的層並且可以用作透明或半透明的車輛頂部，尤其是作為此類頂部的覆蓋物。

【發明內容】

[0004]本發明所解決的問題是形成用於機動車輛的車身的輕質構件，所述構件能夠以格外輕且穩定的方式設計。
[0005]解決此問題的根據本發明的輕質構件是通過權利要求1的特徵部分中的特徵描述的。所述輕質構件的進一步的有利實施例可以源自與其相關的從屬權利要求。此外，此類輕質構件的優選的應用描述於權利要求10中。
[0006]根據本發明的輕質構件經設計使得與根據現有技術的輕質構件類似，所述構件包括具有基本上張成四邊形的四個框架部分的支撐框架。所述支撐框架隨後配備有覆蓋物，例如，透明材料。根據本發明，所述支撐框架是由纖維增強型塑料形成的並且具有至少兩個交叉撐杆，所述交叉撐杆是根據仿生學方面形成的並且在交叉點中連接，並且使垂直於彼此的兩個框架部分互相連接。各撐杆的設計及其到框架部分的連接是根據仿生學方面進行的。這意味著過渡和形狀通常連續地進行並且是由一連串的角平分線、切線函數等形成的。此類仿生學設計方面本身是從機械設計的理論中已知的。因此根據本發明，如此設計的撐杆在輕質構件的支撐框架中交叉並且是在交叉點處互連的。通過這樣做，撐杆使兩個垂直於彼此的框架部分互相連接。以此方式獲得了對抗彎曲和扭轉的高穩定性。此處，可以形成纖維增強型塑料，例如，藉助於碳纖維增強的塑料，使得傳力路徑或至少重要的力分量在撐杆和框架部分中延伸並且尤其在過渡和連接點中在纖維的方向上延伸。由此，可以藉助於材料的最佳使用獲得非常高的強度，使得根據本發明的輕質構件與用於機動車輛的車身的先前的元件相比較輕並且更加穩定。
[0007]同時，框架部分和撐杆相對於對稱軸鏡面對稱地布置。此處，所述對稱軸尤其可以在車輛的行進方向上延伸。所述鏡面對稱設計確保了高扭轉剛度並且允許扭轉振動模式增大。
[0008]另外，支撐框架的一部分被設計為沿對稱軸的方向在一側上基本不含撐杆，而沿對稱軸的方向在對置的部分上具有大部分撐杆以及撐杆的彼此的所有交叉點。另外，撐杆偏移到支撐框架的一側的此類設計允許對抗扭轉和橫向彎曲的非常高的剛度，且同時具有相對於側面彎曲的最少剛度損失。然而，所述設計允許輕質構件的非常穩定的支撐框架，其使得封閉空間的一部分基本上是自由的。尤其是在使用透明的覆蓋物時這具有顯著的優點，因為可以由此藉助於根據本發明的輕質構件在車輛中實現例如大的窗口區域。
[0009]根據本發明的輕質構件的有益效果因此尤其存在於與透明覆蓋物或就透明度和/或顏色而言是可變的覆蓋物一起用作車輛頂部的使用中，因為此處，尤其是在後述的實施例中，在剛度高且重量小的情況下得到了相對較大的自由區域，該區域僅具有覆蓋物並且因此，例如允許在配備有此類車輛頂部的車輛中獲得向上的良好的視野。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]根據本發明的輕質構件的另外的有利實施例在其餘的從屬權利要求中規定並且可以源自下文中參考附圖更加詳細的描述的實施例。
[0011]附圖中:
[0012]圖1示出了作為車輛頂部的、具有根據本發明的輕質構件的車輛車身的部分；以及
[0013]圖2示出了根據本發明的輕質構件的支撐框架的俯視圖。
【具體實施方式】
[0014]可以在圖1的圖示中看到在原理上指示的機動車輛I的部分。這是機動車輛I的所謂的白車身的一部分，尤其是其頂部區域。此處，連接到頂部區域的所謂的A柱、B柱、C柱和D柱的延長部是由A、B、C和D指示的。通常，此處示出的白車身的部分中的頂部區域是以開口方式設計的。在根據現有技術的設計中，所述頂部區域可以例如通過交叉部件和施加在其上的作為覆蓋物的鋁片閉合。在此處所示的情況下，由在圖1中以黑色示出的支撐框架3和透明覆蓋物4組成的輕質構件2被用作頂部。所述透明覆蓋物可以由例如塑料材料、玻璃或所謂的功能性材料形成，舉例來說，例如是其透明度和/或顏色通過設置電位而可調節的材料。對於本發明而言覆蓋物起次要的作用，因而在此不進行更詳細的討論。
[0015]支撐框架3對於本文所述的輕質構件I而言是決定性的。因此在圖2的圖示中再次以俯視圖示出所述支撐框架3。它被設計為相對於對稱軸S鏡面對稱並且具有四個框架部分5、6、7和8。支撐框架3優選地設計為，在一個方向上(此處為在對稱軸S的方向上)比在與其垂直的另一方向上具有更大的尺寸。因此，子框架6、8被設計成比較短的子框架
5、7更長。然而，總體而言，所述四個子框架張成四邊形或者取決於頂部的曲率以其投影形成四邊形。提供六個額外的撐杆9、10、11、12、13、14以加固四個框架部分5、6、7、8。撐杆的相應三個9、10、11從較長的框架部分6開始延伸到短的框架部分7，並且三個其它撐杆12、13、14類似地從較長的框架部分8延伸到較短的框架部分7。撐杆9至14彼此相交，並且在其交叉點15中互連。如同框架部分5至8，撐杆9至14是根據仿生學標準設計的，使得材料中的過渡不會突然地發生而是以生物學中已知的連續形狀發生，例如，以由切線函數、由角平分線設計的線條等的形狀。在交叉點15——其中從框架部分6開始的撐杆9、10、11與從框架部分8開始的撐杆12、13、14是相交——的區域中，所述撐杆是互連的。各撐杆9至14可以在所述區域中具有額外的材料層。此處，優選地是將纖維增強型塑料，尤其是碳纖維增強型塑料用作材料。因此，可以實施通常小於5_的非常小的最大壁厚度。在撐杆9至14以及交叉點15的區域中，所述纖維方向可以得到引導使得所述纖維方向對應於可預計的力流，因此實現了通過最少的材料使用來獲得支撐框架3的最大強度。
[0016]除此之外，彎曲撐杆16、17分別位於兩個較長的框架部分6、8上，所述撐杆起始於沿對稱軸的方向延伸的對應的框架部分6、8，並且在與撐杆9、10、13中的一個在交叉點18交叉之後，返回到對應的框架部分6、8。由參考符號19表示的類似地設計的彎曲撐杆布置在較短的框架部分7的側面上。此處，彎曲撐杆19的路線部分地與撐杆9、14 一致，並且類似地與其它撐杆10、11、12和13交叉。所述交叉點18也可以優選地藉助於額外的纖維增強型塑料來增強。具有參考符號20的另一彎曲撐杆從此處打孔的框架部分7沿與所描述的彎曲撐杆19不同的方向突出。
[0017]總體而言，所述設計是相對於對稱軸S鏡面對稱的。所述設計允許在圖2的圖示中面向短的框架部分5的左端部處的相對較大的自由區域21。從圖1的圖示中可以看到，所述相對較大的自由區域21是布置在A柱與B柱之間的區域上方的，並且部分地位於B柱與C柱之間的區域上方。因此輕質構件2尤其藉助於已經闡述的透明的或至少部分透明的覆蓋物4允許車輛I的頂部中的非常大的窗口開口。此處，支撐框架3的設計允許高出許多的扭轉剛度，並且尤其是總體振動模式中的增大，尤其是在扭轉模式中。所述設計額外地獲得橫向彎曲方面的高出許多的剛度。側面彎曲方面的剛度減少的最小；然而，由於高扭轉剛度和對抗橫向彎曲的剛度使得這是可容許的，並且因此以與常規的頂部設計相比相當容易的方式允許非常穩定的並且就便利性以及設置較大窗口開口的可能性而言非常有利的車輛I的頂部。此外，由仿生學設計考慮因素優化的輕質構件2的設計外形非常美觀，並且可以用作設計元件，尤其是在與透明覆蓋物一起使用時。
【權利要求】
1.一種用於機動車輛(I)的車身的輕質構件(2)，所述輕質構件具有:支撐框架(3)，所述支撐框架具有四個框架部分(5、6、7、8)並且基本上張成四邊形；並且所述輕質構件具有附接到所述支撐框架(3)的覆蓋物(4)， 其特徵在於， 所述支撐框架(3)是由纖維增強型塑料形成的並且具有至少兩個交叉撐杆(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)，所述交叉撐杆是根據仿生學方面形成的並且連接在交叉點(15、18)中，並且分別使兩個垂直於彼此的框架部分(5、6、7、8)彼此連接，其中 所述框架部分(5、6、7、8)和所述撐杆(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)相對於對稱軸(S)鏡面對稱地布置，並且其中 所述支撐框架(3)的沿所述對稱軸(S)的方向位於一側的一個部分(21)被設計成基本上不含撐杆(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)，而在沿所述對稱軸(S)的方向對置的部分上具有大部分所述撐杆(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)和所述撐杆(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)彼此的所有交叉點(15、18)。
2.根據權利要求1所述的輕質構件(2)， 其特徵在於 所述對稱軸(S)在所述車輛(I)的行進方向上延伸。
3.根據權利要求1或2所述的輕質構件(2)， 其特徵在於 所述支撐框架(3)被設計成在所述對稱軸(S)的方向上比在垂直於所述對稱軸(S)的方向上更長。
4.根據權利要求3所述的輕質構件(2)， 其特徵在於， 各有三個撐杆(9、10、11、12、13、14)從較長的所述框架部分(6、8)中的每一個延伸到較短的所述框架部分(7)的共用的一個，較短的所述框架部分分別與至少兩個其他撐杆(9、10、11、12、13、14)交叉。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的輕質構件(2)， 其特徵在於 彎曲撐杆(16、17、19、20)存在於所述撐杆(9、10、11、12、13、14)之間並且從對應的較長的所述框架部分(6、8)和較短的所述框架部分(7)的至少一個以曲線延伸回到相同的框架部分(6、7、8)。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的輕質構件(2)， 其特徵在於 所述交叉點(15、18)是藉助於額外的纖維增強型塑料增強的。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的輕質構件(2)， 其特徵在於 所述覆蓋物(4)是透明的或者就其透明度和/或顏色而言是可變的。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的輕質構件(2)作為車輛頂部的應用。
【文檔編號】B62D29/04GK103958328SQ201280057457
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月6日 優先權日:2011年11月22日
【發明者】P·格奈廷, K·伊德裡西 申請人:戴姆勒股份公司