用于机动车的以纤维复合结构方式的结构组.pdf

本发明涉及一种用于车身的结构组，该结构组包括结构组构件：门槛(1)、车顶框架(2)、铰链柱(3)、外壳(4)和内壳(5)，其特点在于非常良好的刚度和强度以及高度造型可能性，同时重量低。为此，门槛(1)和车顶框架(2)通过空心型材构成，铰链柱(3)由冲挤的纤维复合材料构成，并且门槛(1)、车顶框架(2)和铰链柱(3)在外侧和内侧上至少部分地由外壳(4)和内壳(5)围住，使得各上述结构组构件构成一个复合体。

权利要求书
1.  用于车身的结构组，该结构组包括结构组构件：门槛(1)、车顶框架(2)、铰链柱(3)、外壳(4)和内壳(5)，其特征在于，门槛(1)和车顶框架(2)通过空心型材构成，铰链柱(3)由冲挤的纤维复合材料构成，并且门槛(1)、车顶框架(2)和铰链柱(3)在外侧和内侧上至少部分地由外壳(4)和内壳(5)围住，使得各上述结构组构件构成一个复合体。

2.  根据权利要求1所述的用于车身的结构组，其特征在于，空心型材由缠绕的、编制的或挤压的纤维复合材料构成，优选由碳纤维复合材料构成。

3.  根据权利要求1或2所述的用于车身的结构组，其特征在于，外壳(4)和内壳(5)由包含纤维束或纤维织物的纤维复合材料、优选碳纤维复合材料构成，或者至少部分地由金属材料构成。

4.  根据权利要求3所述的用于车身的结构组，其特征在于，在外壳和内壳的纤维复合材料中的纤维是定向的连续纤维，所述连续纤维在结构组的主负荷方向上定向。

5.  根据上述权利要求中任一项所述的用于车身的结构组，其特征在于，铰链柱(3)的冲挤的纤维复合材料优选是碳纤维复合材料，并且进一步优选该纤维复合材料具有纤维长度为8～40mm、优选10～30mm的纤维。

6.  根据上述权利要求中任一项所述的用于车身的结构组，其特征在于，结构组构件通过高强度的粘接来相互连接。

7.  根据上述权利要求中任一项所述的用于车身的结构组，其特征在于，结构组构件的复合体具有延展性，该延展性足够在碰撞负荷情况下吸收能量，并且即使在单个结构组构件局部破坏的情况下也保证结构组构件的复合。

8.  根据上述权利要求中任一项所述的用于车身的结构组，其特征在于，铰链柱(3)构成为曲折形的。

9.  根据上述权利要求中任一项所述的用于车身的结构组，其特征在于，铰链柱(3)包括其他部件，例如用于门铰链(6)和门制动器(8)的固定器件、电缆束穿通部(7)、装备部件例如扬声器(9)、用于内衬部件的连接元件和固定元件。

10.  根据上述权利要求中任一项所述的用于车身的结构组，其特征在于，所述结构组是A柱。

说明书用于机动车的以纤维复合结构方式的结构组
技术领域
本发明涉及一种用于车身的结构组。
背景技术
在机动车中，许多结构组以壳式结构方式由钢板制成，这些结构组尤其是也包含A柱。在轻量化过程中也已知由铝制成的壳式结构。这些壳式结构包含构成为具有焊上的铝挤压型材的铸铝构件的结构。钢板结构方式在结构组中产生相对高的重量，铝结构方式不仅在壳式结构方式中而且在铸件结构方式中满足轻量化的较高要求。仅仅纤维复合材料的结构组具有对于以轻型结构方式的构造还更高的潜力，碳纤维增强塑料(CFK)属于所述纤维复合材料下。但是由于接触腐蚀和不同热膨胀，与轻金属的组合仅是有限可能的。由以编织方法或缠绕方法制成的纤维复合塑料构成的成型构件也仅具有有限的造型可能性。另外，功能部件例如门铰链、密封型材等的安装是困难的。此外，型材彼此之间在节点例如A柱上的连接是复杂的。相反，冲挤材料具有明显的造型自由度，但在过载时具有脆性破裂特性，这恰好在有碰撞危险的结构组例如A柱中是不利的。例如以湿压方法或RTM方法制成的面状构件虽然具有高强度，但是他们造型有限，在此CFK尤其如此。
发明内容
因此由现有技术出发，本发明的目的在于，实现一种用于车身的结构组，该结构组包括结构组构件：门槛、车顶框架、铰链柱、外壳和内壳，他们一方面满足在强度和刚度方面的高要求，另一方面提供高造型自由度和用于集成连接器件的选项，但尽管如此仅具有低重量。
按本发明，该目的在用于车身的结构组中如此解决，即门槛和车顶框架通过空心型材构成，铰链柱由冲挤的纤维复合材料构成，并且门槛、车顶框架和铰链柱在外侧和内侧上至少部分地由外壳和内壳围住，使得各上述结构组构件构成一个复合体。
通过按本发明的包括空心型材、冲挤构件和壳的总体结构，实现这样一种用于车身的结构组，其满足复杂的要求例如高刚度和强度、高造型自由度，并且满足集成次级功能的可能性例如门铰链、密封件、装备部件等的安装，同时重量极小。尤其是应用冲挤构件以构造铰链柱是特别有利的，因为在此在铰链柱的制造中就已经可以压入可能的连接元件，它们可以有助于结构组构件的稳定复合。
从属权利要求包含本发明的有利的进一步方案和构造。
按照一种有利的进一步方案，空心型材由缠绕的、编制的或挤压的纤维复合材料构成，优选由碳纤维复合材料构成。这些空心型材的特点在于非常良好的强度和刚度并且可以良好地经济地制造。
另外有利的是，按本发明的结构组的特征在于，外壳和内壳由包含纤维束或纤维织物的纤维复合材料、优选碳纤维复合材料构成，或者至少部分地由金属材料构成。这样制造的外壳和内壳构成有效的结构组复合体并且有助于在空心型材和铰链柱之间传力，使得在碰撞情况下，即使在结构组构件之一局部变形或破坏的情况下，结构组也基本上保持。
一种有利的进一步方案规定，在外壳和内壳的纤维复合材料中的纤维是定向的连续纤维，它们的纤维在结构组的主负荷方向上定向。因此，结构组的刚度和强度提高，并且有效地抵制在机械负荷作用时的变形。
为了在刚度和强度非常良好的同时达到高造型自由度，有利地规定，铰链柱的冲挤的纤维复合材料优选由碳纤维复合材料构成并且进一步优选具有纤维长度为8～40mm、优选10～30mm的纤维。
另外有利的是，结构组构件通过高强度的粘接来相互连接。因此促进结构组构件之间的复合，这有助于按本发明的结构组的稳定性。
按照一种有利的进一步方案，结构组构件的复合体具有延展性，该延展性足够在碰撞负荷情况下吸收能量，并且即使在单个结构组构件局部破坏的情况下也保证结构组构件的复合。
另外有利的是，为了提供铰链柱不仅与外壳而且与内壳的良好连接，铰链柱构成为曲折形的。
另一有利的进一步方案规定，铰链柱包括其他部件，例如用于门铰链和门制动器的固定器件、电缆束穿通部、装备部件例如扬声器、用于内衬部件的固定元件、连接元件等等。这提高了按本发明的结构组的构造自由空间并因此提高功能性。
按本发明的用于车身的结构组尤其是A柱。因为对于机动车中的A柱不仅在机械特性例如延展性、刚度和强度上而且在构造选项上提出特别高的要求，所以按本发明的结构组特别良好地适用于构成A柱。
由于按本发明的各方案，特别是得到以下优点：
·机械特性例如扭转刚度以及静力学和动力学刚度得到改善。
·结构组的强度提高。
·在侧面碰撞时以及在力作用到车顶框架时的侵扰通过形状优化且材料优化的结构方式得到减少。
·结构组具有各结构组构件的非常良好的复合体，其即使在结构组构件之一局部损害的情况下仍提供足够的稳定性。
·在功能特性相同的情况下，按本发明的结构组的重量小于由钢或铝形成的传统的结构方式。
·集成其他部件例如装备部件、固定装置或连接元件是可能的。
附图说明
本发明其他细节、特征和优点由以下说明和附图得出。附图如下：
图1显示机动车的左侧A柱的从外部观察的侧视图；
图2显示机动车的左侧A柱的从车辆内室观察的侧视图；
图3显示从外部观察的A柱的图4～6剖视图的概要图；
图4显示A柱的在铰链柱后面的垂直剖视图；
图5显示A柱的在铰链柱高度上的垂直剖视图；
图6显示A柱的在上、下铰链平面之间的水平剖视图。
具体实施方式
在附图中仅仅描述用于车身的结构组的在此关注的部件，所有其余元件为清楚性起见被省略。另外，相同附图标记用于相同构件。
在附图中，按本发明的结构组以用于机动车的车身的A柱为例进行解释。但是按本发明的结构组也可以用于其他车身部件例如B柱或C柱。
按照图1，结构组包括门槛1、车顶框架2和铰链柱3以及外壳4和内壳5(未显示)。外壳4和内壳围住门槛1、车顶框架2和铰链柱3。门槛1以及车顶框架2由空心型材构成，这些空心型材优选由缠绕的、编织的或挤压的纤维复合材料、优选碳纤维复合材料构成。
通过用外壳4和内壳围住，产生结构组构件之间的稳定的复合体，该复合体促进在空心型材与由冲挤的纤维复合材料构成的铰链柱3之间的传力。这有助于结构组的稳定性。
由冲挤的纤维复合材料形成的铰链柱3的特点在于高造型自由度。示例性描述门铰链6、电缆束穿通部7以及门制动器8。其他装备元件和连接元件可以集成到铰链柱3中。
有利的是，结构组构件借助于高强度粘接来相互连接，这促进稳定的结构组构件复合体。
在图2中描述的结构组在其结构上对应于在图1中描述的结构组，但是从背侧即从车辆内室观察。因此，除了门槛1、车顶框架2和铰链柱3之外，还可以看到内壳5。车顶框架2因此部分地被内壳5遮盖，该内壳与外壳(未显示)一起围住门槛1、车顶框架2和铰链柱3，以便产生稳定的结构组构件复合体。
另外，作为示例性的装备元件，显示扬声器9。可以设置其他装备元件和连接元件。
图3显示A柱的图4～6的剖视图的概要图，该A柱如在图1中 描述的那样从外部观察。
具体而言，图4显示在铰链柱3后面的A柱的垂直剖视图。清楚可见构成门槛1的空心型材。例如门槛1由四个空心型材形成。但是这不是强制的。车顶框架2例如通过一个拉长的空心型材构成。
如已经描述的，空心型材由于节约重量的原因以及由于与其余结构组构件的更好的可处理性而优选由缠绕的、编织的或挤压的纤维复合材料构成。在刚度和强度方面，空心型材有利地由碳纤维复合材料形成。
在铰链柱3上又可见两个门铰链6以及门制动器8。
图5显示描述于图1中的A柱的在铰链柱3高度上的垂直剖视图。又清楚地可见由空心型材构成的车顶框架2以及由四个空心型材构成的门槛1。内壳5和外壳4包围门槛1、车顶框架2和铰链柱3。
另外可见，铰链柱3构成为曲折形的，这保证与内壳5和外壳4的良好连接。
在铰链柱3中装入扬声器9作为集成其他装备部件的示例。可以设置其他装备部件、固定器件和/或连接元件。
如在图1中显示的那样，图6是A柱的在上、下铰链平面之间的水平剖视图。在此也清楚地可见铰链柱3的曲折形状，该铰链柱与外壳4和内壳5连接。此外显示其他连接的成型件例如端壁10和底部空间护衬11，它们也可以集成到按本发明的结构组中。
本发明的上述说明仅用于解释目的，而不用于限制本发明的目的。在本发明的范围内可以有许多改变和改进，而不脱离本发明及其等同方案的范围。
附图标记列表
1门槛
2车顶框架
3铰链柱
4外壳
5内壳
6门铰链
7电缆束穿通部
8门制动器
9扬声器
10端壁
11底部空间护衬