用于車輛車身的輕質(zhì)構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動車輛(1)的車身、尤其是車頂?shù)妮p質(zhì)構(gòu)件(2)，所述輕質(zhì)構(gòu)件具有支撐框架(3)并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)并且基本上張成四邊形。本發(fā)明的特征在于所述支撐框架(3)是由纖維增強(qiáng)型塑料形成的并且具有至少兩個交叉撐桿(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)，所述交叉撐桿是根據(jù)仿生學(xué)方面形成的并且在交叉點(15、18)處接合，并且分別互連兩個垂直于彼此的框架部分(5、6、7、8)。支撐框架(3)的沿對稱軸(S)的方向位于一側(cè)的一個部分(21)被設(shè)計成基本上不含撐桿。
【專利說明】用于車輛車身的輕質(zhì)構(gòu)件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序中更加詳細(xì)的定義的種類的用于機(jī)動車輛的車身的輕質(zhì)構(gòu)件。此外，本發(fā)明涉及此類輕質(zhì)構(gòu)件的優(yōu)選的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在一般的現(xiàn)有技術(shù)中用于機(jī)動車輛的車身的構(gòu)件是已知的。所述構(gòu)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并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(zhì)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(zhì)構(gòu)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。出于此目的可設(shè)想出輕質(zhì)金屬合金或纖維增強(qiáng)型塑料。就此而言，通過實例的方式參考 DE19936882A1。
[0003]就另外的現(xiàn)有技術(shù)而言，可以參考DE1804687A。這揭示了用于車輛的頂部設(shè)計，其中框架元件是借助于基本上為X形的撐桿增強(qiáng)的并且隨后用覆蓋物進(jìn)行覆蓋。此外，從DE102005006201A中已知一個類似的設(shè)計，其中所述頂部布置在兩個交叉支撐的區(qū)域之間具有例如用于天窗的缺口。就另外的現(xiàn)有技術(shù)而言，還可參考DE10163822B4，其揭示了用于機(jī)動車輛的頂部模塊，其中撐桿被配置為具有U形橫截面且具有內(nèi)部強(qiáng)化的殼體。最后，從DE10200750B4中額外地得知一種夾層結(jié)構(gòu)的塑料材料，其具有如同蜂巢結(jié)構(gòu)的層并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(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所解決的問題是形成用于機(jī)動車輛的車身的輕質(zhì)構(gòu)件，所述構(gòu)件能夠以格外輕且穩(wěn)定的方式設(shè)計。
[0005]解決此問題的根據(jù)本發(fā)明的輕質(zhì)構(gòu)件是通過權(quán)利要求1的特征部分中的特征描述的。所述輕質(zhì)構(gòu)件的進(jìn)一步的有利實施例可以源自與其相關(guān)的從屬權(quán)利要求。此外，此類輕質(zhì)構(gòu)件的優(yōu)選的應(yīng)用描述于權(quán)利要求10中。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的輕質(zhì)構(gòu)件經(jīng)設(shè)計使得與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的輕質(zhì)構(gòu)件類似，所述構(gòu)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。所述支撐框架隨后配備有覆蓋物，例如，透明材料。根據(jù)本發(fā)明，所述支撐框架是由纖維增強(qiáng)型塑料形成的并且具有至少兩個交叉撐桿，所述交叉撐桿是根據(jù)仿生學(xué)方面形成的并且在交叉點中連接，并且使垂直于彼此的兩個框架部分互相連接。各撐桿的設(shè)計及其到框架部分的連接是根據(jù)仿生學(xué)方面進(jìn)行的。這意味著過渡和形狀通常連續(xù)地進(jìn)行并且是由一連串的角平分線、切線函數(shù)等形成的。此類仿生學(xué)設(shè)計方面本身是從機(jī)械設(shè)計的理論中已知的。因此根據(jù)本發(fā)明，如此設(shè)計的撐桿在輕質(zhì)構(gòu)件的支撐框架中交叉并且是在交叉點處互連的。通過這樣做，撐桿使兩個垂直于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(zhuǎn)的高穩(wěn)定性。此處，可以形成纖維增強(qiáng)型塑料，例如，借助于碳纖維增強(qiáng)的塑料，使得傳力路徑或至少重要的力分量在撐桿和框架部分中延伸并且尤其在過渡和連接點中在纖維的方向上延伸。由此，可以借助于材料的最佳使用獲得非常高的強(qiáng)度，使得根據(jù)本發(fā)明的輕質(zhì)構(gòu)件與用于機(jī)動車輛的車身的先前的元件相比較輕并且更加穩(wěn)定。
[0007]同時，框架部分和撐桿相對于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(jìn)方向上延伸。所述鏡面對稱設(shè)計確保了高扭轉(zhuǎn)剛度并且允許扭轉(zhuǎn)振動模式增大。
[0008]另外，支撐框架的一部分被設(shè)計為沿對稱軸的方向在一側(cè)上基本不含撐桿，而沿對稱軸的方向在對置的部分上具有大部分撐桿以及撐桿的彼此的所有交叉點。另外，撐桿偏移到支撐框架的一側(cè)的此類設(shè)計允許對抗扭轉(zhuǎn)和橫向彎曲的非常高的剛度，且同時具有相對于側(cè)面彎曲的最少剛度損失。然而，所述設(shè)計允許輕質(zhì)構(gòu)件的非常穩(wěn)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(yōu)點，因為可以由此借助于根據(jù)本發(fā)明的輕質(zhì)構(gòu)件在車輛中實現(xiàn)例如大的窗口區(qū)域。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的輕質(zhì)構(gòu)件的有益效果因此尤其存在于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，尤其是在后述的實施例中，在剛度高且重量小的情況下得到了相對較大的自由區(qū)域，該區(qū)域僅具有覆蓋物并且因此，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(jù)本發(fā)明的輕質(zhì)構(gòu)件的另外的有利實施例在其余的從屬權(quán)利要求中規(guī)定并且可以源自下文中參考附圖更加詳細(xì)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(jù)本發(fā)明的輕質(zhì)構(gòu)件的車輛車身的部分；以及
[0013]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的輕質(zhì)構(gòu)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(jī)動車輛I的部分。這是機(jī)動車輛I的所謂的白車身的一部分，尤其是其頂部區(qū)域。此處，連接到頂部區(qū)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(qū)域是以開口方式設(shè)計的。在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計中，所述頂部區(qū)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(zhì)構(gòu)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(shè)置電位而可調(diào)節(jié)的材料。對于本發(fā)明而言覆蓋物起次要的作用，因而在此不進(jìn)行更詳細(xì)的討論。
[0015]支撐框架3對于本文所述的輕質(zhì)構(gòu)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(shè)計為相對于對稱軸S鏡面對稱并且具有四個框架部分5、6、7和8。支撐框架3優(yōu)選地設(shè)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(shè)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于頂部的曲率以其投影形成四邊形。提供六個額外的撐桿9、10、11、12、13、14以加固四個框架部分5、6、7、8。撐桿的相應(yīng)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，并且三個其它撐桿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。撐桿9至14彼此相交，并且在其交叉點15中互連。如同框架部分5至8，撐桿9至14是根據(jù)仿生學(xué)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，使得材料中的過渡不會突然地發(fā)生而是以生物學(xué)中已知的連續(xù)形狀發(fā)生，例如，以由切線函數(shù)、由角平分線設(shè)計的線條等的形狀。在交叉點15——其中從框架部分6開始的撐桿9、10、11與從框架部分8開始的撐桿12、13、14是相交——的區(qū)域中，所述撐桿是互連的。各撐桿9至14可以在所述區(qū)域中具有額外的材料層。此處，優(yōu)選地是將纖維增強(qiáng)型塑料，尤其是碳纖維增強(qiáng)型塑料用作材料。因此，可以實施通常小于5_的非常小的最大壁厚度。在撐桿9至14以及交叉點15的區(qū)域中，所述纖維方向可以得到引導(dǎo)使得所述纖維方向?qū)?yīng)于可預(yù)計的力流，因此實現(xiàn)了通過最少的材料使用來獲得支撐框架3的最大強(qiáng)度。
[0016]除此之外，彎曲撐桿16、17分別位于兩個較長的框架部分6、8上，所述撐桿起始于沿對稱軸的方向延伸的對應(yīng)的框架部分6、8，并且在與撐桿9、10、13中的一個在交叉點18交叉之后，返回到對應(yīng)的框架部分6、8。由參考符號19表示的類似地設(shè)計的彎曲撐桿布置在較短的框架部分7的側(cè)面上。此處，彎曲撐桿19的路線部分地與撐桿9、14 一致，并且類似地與其它撐桿10、11、12和13交叉。所述交叉點18也可以優(yōu)選地借助于額外的纖維增強(qiáng)型塑料來增強(qiáng)。具有參考符號20的另一彎曲撐桿從此處打孔的框架部分7沿與所描述的彎曲撐桿19不同的方向突出。
[0017]總體而言，所述設(shè)計是相對于對稱軸S鏡面對稱的。所述設(shè)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(qū)域21。從圖1的圖示中可以看到，所述相對較大的自由區(qū)域21是布置在A柱與B柱之間的區(qū)域上方的，并且部分地位于B柱與C柱之間的區(qū)域上方。因此輕質(zhì)構(gòu)件2尤其借助于已經(jīng)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(shè)計允許高出許多的扭轉(zhuǎn)剛度，并且尤其是總體振動模式中的增大，尤其是在扭轉(zhuǎn)模式中。所述設(shè)計額外地獲得橫向彎曲方面的高出許多的剛度。側(cè)面彎曲方面的剛度減少的最小；然而，由于高扭轉(zhuǎn)剛度和對抗橫向彎曲的剛度使得這是可容許的，并且因此以與常規(guī)的頂部設(shè)計相比相當(dāng)容易的方式允許非常穩(wěn)定的并且就便利性以及設(shè)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(xué)設(shè)計考慮因素優(yōu)化的輕質(zhì)構(gòu)件2的設(shè)計外形非常美觀，并且可以用作設(shè)計元件，尤其是在與透明覆蓋物一起使用時。
【權(quán)利要求】
1.一種用于機(jī)動車輛(I)的車身的輕質(zhì)構(gòu)件(2)，所述輕質(zhì)構(gòu)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)并且基本上張成四邊形；并且所述輕質(zhì)構(gòu)件具有附接到所述支撐框架(3)的覆蓋物(4)， 其特征在于， 所述支撐框架(3)是由纖維增強(qiáng)型塑料形成的并且具有至少兩個交叉撐桿(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)，所述交叉撐桿是根據(jù)仿生學(xué)方面形成的并且連接在交叉點(15、18)中，并且分別使兩個垂直于彼此的框架部分(5、6、7、8)彼此連接，其中 所述框架部分(5、6、7、8)和所述撐桿(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)相對于對稱軸(S)鏡面對稱地布置，并且其中 所述支撐框架(3)的沿所述對稱軸(S)的方向位于一側(cè)的一個部分(21)被設(shè)計成基本上不含撐桿(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)，而在沿所述對稱軸(S)的方向?qū)χ玫牟糠稚暇哂写蟛糠炙鰮螚U(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)和所述撐桿(9、10、11、12、13、14、16、17、19、20)彼此的所有交叉點(15、18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)構(gòu)件(2)， 其特征在于 所述對稱軸(S)在所述車輛(I)的行進(jìn)方向上延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輕質(zhì)構(gòu)件(2)， 其特征在于 所述支撐框架(3)被設(shè)計成在所述對稱軸(S)的方向上比在垂直于所述對稱軸(S)的方向上更長。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的輕質(zhì)構(gòu)件(2)， 其特征在于， 各有三個撐桿(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桿(9、10、11、12、13、14)交叉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的輕質(zhì)構(gòu)件(2)， 其特征在于 彎曲撐桿(16、17、19、20)存在于所述撐桿(9、10、11、12、13、14)之間并且從對應(yīng)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(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的輕質(zhì)構(gòu)件(2)， 其特征在于 所述交叉點(15、18)是借助于額外的纖維增強(qiáng)型塑料增強(qiáng)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的輕質(zhì)構(gòu)件(2)， 其特征在于 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(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的輕質(zhì)構(gòu)件(2)作為車輛頂部的應(yīng)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(yōu)先權(quán)日:2011年11月22日
【發(fā)明者】P·格奈廷, K·伊德里西 申請人:戴姆勒股份公司