CN103958328A - 用于车辆车身的轻质构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于机动车辆(1)的车身、尤其是车顶的轻质构件(2),所述轻质构件具有支撑框架(3)并且具有附接到所述支撑框架(3)的覆盖物(4),所述支撑框架具有四个框架部分(5、6、7、8)并且基本上张成四边形。本发明的特征在于所述支撑框架(3)是由纤维增强型塑料形成的并且具有至少两个交叉撑杆(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20),所述交叉撑杆是根据仿生学方面形成的并且在交叉点(15、18)处接合,并且分别互连两个垂直于彼此的框架部分(5、6、7、8)。支撑框架(3)的沿对称轴(S)的方向位于一侧的一个部分(21)被设计成基本上不含撑杆。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序中更加详细的定义的种类的用于机动车辆的车身的轻质构件。此外,本发明涉及此类轻质构件的优选的应用。
背景技术
在一般的现有技术中用于机动车辆的车身的构件是已知的。所述构件可以例如由支撑框架形成,所述支撑框架通常具有由单独的框架部分组成并且基本上形成四边形的支撑框架。所述支撑框架继而配备有覆盖物,例如,金属片、轻质膜、透明塑料、玻璃等。就此而言,通过实例的方式参考德国公开申请案DE10357908A1或者还参考公开申请案DE102010013784A1。在轻质构件中,尤其使用的是与通常使用的钢相比较轻的元件和材料。出于此目的可设想出轻质金属合金或纤维增强型塑料。就此而言,通过实例的方式参考DE19936882A1。
就另外的现有技术而言,可以参考DE1804687A。这揭示了用于车辆的顶部设计,其中框架元件是借助于基本上为X形的撑杆增强的并且随后用覆盖物进行覆盖。此外,从DE102005006201A中已知一个类似的设计,其中所述顶部布置在两个交叉支撑的区域之间具有例如用于天窗的缺口。就另外的现有技术而言,还可参考DE10163822B4,其揭示了用于机动车辆的顶部模块,其中撑杆被配置为具有U形横截面且具有内部强化的壳体。最后,从DE10200750B4中额外地得知一种夹层结构的塑料材料,其具有如同蜂巢结构的层并且可以用作透明或半透明的车辆顶部,尤其是作为此类顶部的覆盖物。
发明内容
本发明所解决的问题是形成用于机动车辆的车身的轻质构件,所述构件能够以格外轻且稳定的方式设计。
解决此问题的根据本发明的轻质构件是通过权利要求1的特征部分中的特征描述的。所述轻质构件的进一步的有利实施例可以源自与其相关的从属权利要求。此外,此类轻质构件的优选的应用描述于权利要求10中。
根据本发明的轻质构件经设计使得与根据现有技术的轻质构件类似,所述构件包括具有基本上张成四边形的四个框架部分的支撑框架。所述支撑框架随后配备有覆盖物,例如,透明材料。根据本发明,所述支撑框架是由纤维增强型塑料形成的并且具有至少两个交叉撑杆,所述交叉撑杆是根据仿生学方面形成的并且在交叉点中连接,并且使垂直于彼此的两个框架部分互相连接。各撑杆的设计及其到框架部分的连接是根据仿生学方面进行的。这意味着过渡和形状通常连续地进行并且是由一连串的角平分线、切线函数等形成的。此类仿生学设计方面本身是从机械设计的理论中已知的。因此根据本发明,如此设计的撑杆在轻质构件的支撑框架中交叉并且是在交叉点处互连的。通过这样做,撑杆使两个垂直于彼此的框架部分互相连接。以此方式获得了对抗弯曲和扭转的高稳定性。此处,可以形成纤维增强型塑料,例如,借助于碳纤维增强的塑料,使得传力路径或至少重要的力分量在撑杆和框架部分中延伸并且尤其在过渡和连接点中在纤维的方向上延伸。由此,可以借助于材料的最佳使用获得非常高的强度,使得根据本发明的轻质构件与用于机动车辆的车身的先前的元件相比较轻并且更加稳定。
同时,框架部分和撑杆相对于对称轴镜面对称地布置。此处,所述对称轴尤其可以在车辆的行进方向上延伸。所述镜面对称设计确保了高扭转刚度并且允许扭转振动模式增大。
另外,支撑框架的一部分被设计为沿对称轴的方向在一侧上基本不含撑杆,而沿对称轴的方向在对置的部分上具有大部分撑杆以及撑杆的彼此的所有交叉点。另外,撑杆偏移到支撑框架的一侧的此类设计允许对抗扭转和横向弯曲的非常高的刚度,且同时具有相对于侧面弯曲的最少刚度损失。然而,所述设计允许轻质构件的非常稳定的支撑框架,其使得封闭空间的一部分基本上是自由的。尤其是在使用透明的覆盖物时这具有显著的优点,因为可以由此借助于根据本发明的轻质构件在车辆中实现例如大的窗口区域。
根据本发明的轻质构件的有益效果因此尤其存在于与透明覆盖物或就透明度和/或颜色而言是可变的覆盖物一起用作车辆顶部的使用中,因为此处,尤其是在后述的实施例中,在刚度高且重量小的情况下得到了相对较大的自由区域,该区域仅具有覆盖物并且因此,例如允许在配备有此类车辆顶部的车辆中获得向上的良好的视野。
附图说明
根据本发明的轻质构件的另外的有利实施例在其余的从属权利要求中规定并且可以源自下文中参考附图更加详细的描述的实施例。
附图中:
图1示出了作为车辆顶部的、具有根据本发明的轻质构件的车辆车身的部分;以及
图2示出了根据本发明的轻质构件的支撑框架的俯视图。
具体实施方式
可以在图1的图示中看到在原理上指示的机动车辆1的部分。这是机动车辆1的所谓的白车身的一部分,尤其是其顶部区域。此处,连接到顶部区域的所谓的A柱、B柱、C柱和D柱的延长部是由A、B、C和D指示的。通常,此处示出的白车身的部分中的顶部区域是以开口方式设计的。在根据现有技术的设计中,所述顶部区域可以例如通过交叉部件和施加在其上的作为覆盖物的铝片闭合。在此处所示的情况下,由在图1中以黑色示出的支撑框架3和透明覆盖物4组成的轻质构件2被用作顶部。所述透明覆盖物可以由例如塑料材料、玻璃或所谓的功能性材料形成,举例来说,例如是其透明度和/或颜色通过设置电位而可调节的材料。对于本发明而言覆盖物起次要的作用,因而在此不进行更详细的讨论。
支撑框架3对于本文所述的轻质构件1而言是决定性的。因此在图2的图示中再次以俯视图示出所述支撑框架3。它被设计为相对于对称轴S镜面对称并且具有四个框架部分5、6、7和8。支撑框架3优选地设计为,在一个方向上(此处为在对称轴S的方向上)比在与其垂直的另一方向上具有更大的尺寸。因此,子框架6、8被设计成比较短的子框架5、7更长。然而,总体而言,所述四个子框架张成四边形或者取决于顶部的曲率以其投影形成四边形。提供六个额外的撑杆9、10、11、12、13、14以加固四个框架部分5、6、7、8。撑杆的相应三个9、10、11从较长的框架部分6开始延伸到短的框架部分7,并且三个其它撑杆12、13、14类似地从较长的框架部分8延伸到较短的框架部分7。撑杆9至14彼此相交,并且在其交叉点15中互连。如同框架部分5至8,撑杆9至14是根据仿生学标准设计的,使得材料中的过渡不会突然地发生而是以生物学中已知的连续形状发生,例如,以由切线函数、由角平分线设计的线条等的形状。在交叉点15——其中从框架部分6开始的撑杆9、10、11与从框架部分8开始的撑杆12、13、14是相交——的区域中,所述撑杆是互连的。各撑杆9至14可以在所述区域中具有额外的材料层。此处,优选地是将纤维增强型塑料,尤其是碳纤维增强型塑料用作材料。因此,可以实施通常小于5mm的非常小的最大壁厚度。在撑杆9至14以及交叉点15的区域中,所述纤维方向可以得到引导使得所述纤维方向对应于可预计的力流,因此实现了通过最少的材料使用来获得支撑框架3的最大强度。
除此之外,弯曲撑杆16、17分别位于两个较长的框架部分6、8上,所述撑杆起始于沿对称轴的方向延伸的对应的框架部分6、8,并且在与撑杆9、10、13中的一个在交叉点18交叉之后,返回到对应的框架部分6、8。由参考符号19表示的类似地设计的弯曲撑杆布置在较短的框架部分7的侧面上。此处,弯曲撑杆19的路线部分地与撑杆9、14一致,并且类似地与其它撑杆10、11、12和13交叉。所述交叉点18也可以优选地借助于额外的纤维增强型塑料来增强。具有参考符号20的另一弯曲撑杆从此处打孔的框架部分7沿与所描述的弯曲撑杆19不同的方向突出。
总体而言,所述设计是相对于对称轴S镜面对称的。所述设计允许在图2的图示中面向短的框架部分5的左端部处的相对较大的自由区域21。从图1的图示中可以看到,所述相对较大的自由区域21是布置在A柱与B柱之间的区域上方的,并且部分地位于B柱与C柱之间的区域上方。因此轻质构件2尤其借助于已经阐述的透明的或至少部分透明的覆盖物4允许车辆1的顶部中的非常大的窗口开口。此处,支撑框架3的设计允许高出许多的扭转刚度,并且尤其是总体振动模式中的增大,尤其是在扭转模式中。所述设计额外地获得横向弯曲方面的高出许多的刚度。侧面弯曲方面的刚度减少的最小;然而,由于高扭转刚度和对抗横向弯曲的刚度使得这是可容许的,并且因此以与常规的顶部设计相比相当容易的方式允许非常稳定的并且就便利性以及设置较大窗口开口的可能性而言非常有利的车辆1的顶部。此外,由仿生学设计考虑因素优化的轻质构件2的设计外形非常美观,并且可以用作设计元件,尤其是在与透明覆盖物一起使用时。
Claims (8)
1.一种用于机动车辆(1)的车身的轻质构件(2),所述轻质构件具有:支撑框架(3),所述支撑框架具有四个框架部分(5、6、7、8)并且基本上张成四边形;并且所述轻质构件具有附接到所述支撑框架(3)的覆盖物(4),
其特征在于,
所述支撑框架(3)是由纤维增强型塑料形成的并且具有至少两个交叉撑杆(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20),所述交叉撑杆是根据仿生学方面形成的并且连接在交叉点(15、18)中,并且分别使两个垂直于彼此的框架部分(5、6、7、8)彼此连接,其中
所述框架部分(5、6、7、8)和所述撑杆(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)相对于对称轴(S)镜面对称地布置,并且其中
所述支撑框架(3)的沿所述对称轴(S)的方向位于一侧的一个部分(21)被设计成基本上不含撑杆(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20),而在沿所述对称轴(S)的方向对置的部分上具有大部分所述撑杆(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)和所述撑杆(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)彼此的所有交叉点(15、18)。
2.根据权利要求1所述的轻质构件(2),
其特征在于
所述对称轴(S)在所述车辆(1)的行进方向上延伸。
3.根据权利要求1或2所述的轻质构件(2),
其特征在于
所述支撑框架(3)被设计成在所述对称轴(S)的方向上比在垂直于所述对称轴(S)的方向上更长。
4.根据权利要求3所述的轻质构件(2),
其特征在于,
各有三个撑杆(9、10、11、12、13、14)从较长的所述框架部分(6、8)中的每一个延伸到较短的所述框架部分(7)的共用的一个,较短的所述框架部分分别与至少两个其他撑杆(9、10、11、12、13、14)交叉。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的轻质构件(2),
其特征在于
弯曲撑杆(16、17、19、20)存在于所述撑杆(9、10、11、12、13、14)之间并且从对应的较长的所述框架部分(6、8)和较短的所述框架部分(7)的至少一个以曲线延伸回到相同的框架部分(6、7、8)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的轻质构件(2),
其特征在于
所述交叉点(15、18)是借助于额外的纤维增强型塑料增强的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轻质构件(2),
其特征在于
所述覆盖物(4)是透明的或者就其透明度和/或颜色而言是可变的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的轻质构件(2)作为车辆顶部的应用。
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Granted publication date: 20160420 Termination date: 20191106 |
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