專(zhuān)利名稱(chēng)：由纖維增強(qiáng)熱塑性塑料制成的汽車(chē)外殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按照權(quán)利要求1的前序部分所述的由纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料制成的一種汽車(chē)外殼以及制造這種汽車(chē)外殼的方法。由于采用纖維增強(qiáng)塑料，與以往的金屬汽車(chē)外殼相比可以實(shí)現(xiàn)顯著的優(yōu)點(diǎn)，例如抗腐蝕性、減少噪音和降低重量，因而人們一直嘗試提出一種可以由纖維增強(qiáng)塑料以經(jīng)濟(jì)的批量生產(chǎn)方法制造的承重的汽車(chē)外殼。但這至今為止還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，這是由于汽車(chē)外殼的結(jié)構(gòu)和制造太復(fù)雜費(fèi)事，并因而太昂貴也太花費(fèi)時(shí)間，或者也由于簡(jiǎn)單的制造方法，例如短纖維增強(qiáng)的注射成型，遠(yuǎn)不能得到所要求的高的機(jī)械性能。因而對(duì)于賽車(chē)和樣品車(chē)來(lái)說(shuō)，例如用熱固性的碳纖維合成材料通過(guò)壓熱技術(shù)制造車(chē)身承載式外殼結(jié)構(gòu)的汽車(chē)外殼，基本上是一種最昂貴的單件生產(chǎn)方法。另一方面，例如由WO 97/14602已知一種塑料車(chē)身，這種車(chē)身由四部分殼體件組裝而成，它們通過(guò)短纖維增強(qiáng)的注射成型制成。但是用這種構(gòu)造形式也不能形成承重的汽車(chē)外殼，這是因?yàn)槠溥h(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到必需的機(jī)械強(qiáng)度和抗猛烈沖撞的要求，因此這里必須使用一種承重的、穩(wěn)定的鋼框架作為底座組件和支承結(jié)構(gòu)。
因此本發(fā)明的任務(wù)就是提出一種由纖維增強(qiáng)塑料制成的，尤其用于能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)的、自動(dòng)化批量生產(chǎn)的機(jī)動(dòng)車(chē)輛的承重的汽車(chē)外殼，不僅用于較大的批量也用于較小的批量，例如1000件，該汽車(chē)外殼輕但能滿足通常的機(jī)械強(qiáng)度和剛度的要求，尤其還具有沖撞可靠性，除此之外，在變形方面它還具有良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。尤其是這種已知的用短纖維加強(qiáng)或者長(zhǎng)纖維加強(qiáng)的熱塑方法如注射成型和擠壓在載荷作用下都有蠕變，因此相應(yīng)制造的汽車(chē)外殼會(huì)隨著時(shí)間的增加而發(fā)生很大的變形。
該項(xiàng)任務(wù)按照本發(fā)明通過(guò)按權(quán)利要求1所述的汽車(chē)外殼并借助于按權(quán)利要求22所述的制造這種汽車(chē)外殼的方法來(lái)解決。
通過(guò)形成一個(gè)支承結(jié)構(gòu)的、整體加入的與長(zhǎng)纖維物質(zhì)一起擠壓的連續(xù)纖維束并通過(guò)該連續(xù)纖維束在一個(gè)底部結(jié)構(gòu)里的幾何布置，即在具有較大間距并有垂直連接壁板的兩個(gè)水平上的布置，形成一種可以快速、簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)制造的輕的汽車(chē)外殼，該外殼尤其具有良好的機(jī)械性能。
從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案，這些方案對(duì)于各種不同的應(yīng)用和結(jié)構(gòu)型式的變化都有特別的優(yōu)點(diǎn)，包括快速和簡(jiǎn)單的可制造性、機(jī)械性能、經(jīng)濟(jì)的制造及組裝成本，而且對(duì)于其它的附加功能也都有益。
以下根據(jù)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。圖示為

圖1按本發(fā)明的汽車(chē)外殼的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其在一個(gè)底部上表面和一個(gè)底部下表面里整體加入了連續(xù)纖維束或連續(xù)纖維帶；圖2通過(guò)底部結(jié)構(gòu)的一個(gè)橫斷面；圖3一種具有箱形縱向件和對(duì)角的連續(xù)纖維束的底部結(jié)構(gòu)；圖4具有二個(gè)側(cè)置的箱形縱向件的底部結(jié)構(gòu)；圖5具有箱形的縱向和橫向件的底部結(jié)構(gòu)；圖6由兩個(gè)半殼體構(gòu)成的雙底座結(jié)構(gòu)；圖7具有底座結(jié)構(gòu)和框架構(gòu)造的一種汽車(chē)外殼的例子圖8a，b半敞開(kāi)的和封閉的支承梁型材；圖9a，b具有傳遞力的連接件的一個(gè)汽車(chē)外殼的二個(gè)組裝零件；圖10a，b，c具有整體加入連續(xù)纖維的支承結(jié)構(gòu)的汽車(chē)外殼的另一個(gè)例子；圖11由多個(gè)零件構(gòu)成的汽車(chē)外殼的組裝；圖12由長(zhǎng)纖維基底和整體加入的連續(xù)纖維束所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)零件的加工過(guò)程；圖13a，b具有筋板和卷邊的一種雙底座結(jié)構(gòu)的另一種例子；圖14具有倒圓的縱向支承梁的例子；圖15具有非平面的底座表面的一種底座結(jié)構(gòu)；圖16具有階形過(guò)渡狀底座表面的一種底座結(jié)構(gòu)；圖17底座結(jié)構(gòu)與一個(gè)輔助框架的連接；圖18借助筋板和卷邊對(duì)底座結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)；圖19由少數(shù)零件組成的汽車(chē)外殼的另一個(gè)例子。
圖1簡(jiǎn)要表示了按本發(fā)明的一種汽車(chē)外殼1的構(gòu)造，它由一種成型的、長(zhǎng)纖維加強(qiáng)的熱塑性基底2構(gòu)成，在該基底中整體加入了連續(xù)的纖維束或者纖維帶3。所整體加入的連續(xù)的纖維束構(gòu)成了一個(gè)立體的支承結(jié)構(gòu)4，它包括一個(gè)底座結(jié)構(gòu)10。在汽車(chē)外殼的中間部位，在一個(gè)前輪懸架8和一個(gè)后輪懸架9之間，在一個(gè)底座上表面里或者水平NO里整體加入了通長(zhǎng)的、高強(qiáng)度的、縱向布置的連續(xù)的纖維束3no，同時(shí)在軸線平面5之下的底座下表面里或者水平NU里整體加入了縱向布置的連續(xù)的纖維束3nu。底座下表面和上表面通過(guò)基本上垂直的傳遞剪切力的壁板11相互連接起來(lái)，而且底座結(jié)構(gòu)10與前輪懸架8和后輪懸架9相連接。為了得到一種特別穩(wěn)定的和剛性的汽車(chē)外殼，在底座上表面和底座下表面NO，NU之間的比較大的高度間距h1在中間部位處至少達(dá)到15cm。根據(jù)車(chē)輛的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)的不同，包括一個(gè)框架構(gòu)造30，高度間距h1也可達(dá)到20-30cm。由于高強(qiáng)度連續(xù)纖維束在這二個(gè)不同的具有相對(duì)較大的間距h1的底座表面或者水平NO，NU之間的這種布置，因而實(shí)現(xiàn)了較大的穩(wěn)定性、剛性，同時(shí)也使汽車(chē)自重的力矩吸收較好。因而也阻止了長(zhǎng)時(shí)蠕變。這從原理上用重力K1與間距L1和在水平NO，NU的連續(xù)纖維束里的反力K2與間距h1來(lái)說(shuō)明。(力矩平衡K1·L1＝K2·h1)對(duì)于道路運(yùn)輸工具來(lái)說(shuō)，底座上表面或者水平NO位于軸線平面5之上，而底座下表面或者水平NU位于軸線平面5之下。這就能夠通過(guò)底座結(jié)構(gòu)有利地吸收所有由車(chē)輛運(yùn)行、車(chē)輪懸架、靜載荷以及沖擊載荷所產(chǎn)生的力。但是對(duì)于專(zhuān)門(mén)車(chē)輛例如對(duì)于具有特別高的離地間隙的車(chē)輛或者對(duì)于具有大車(chē)輪的低貨箱汽車(chē)來(lái)說(shuō)也可以使這二個(gè)水平NO和NU布置在軸線平面5之上或者之下。但是此處起決定性的還是在這二個(gè)水平之間要有足夠大的間距h1。圖2示出了這二個(gè)水平NO，NU位于軸線平面5’之上的例子。
圖2表示了按本發(fā)明的底座結(jié)構(gòu)的橫斷面的另外一個(gè)例子，此處作為帽狀橫斷面在長(zhǎng)纖維基底2里具有上部的和下部的連續(xù)纖維帶或者纖維束3no，3nu。這樣一種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)一種整體加入了橫向布置的連續(xù)纖維束18的箱形橫向件16而加強(qiáng)，也如圖4和圖5所示。
圖3表示了一種底座結(jié)構(gòu)10，它具有整體加入了縱向布設(shè)在底座上表面和下表面NO，NU里的連續(xù)纖維束3的箱形縱向件15。在該例子中在底座結(jié)構(gòu)10里包括二個(gè)貫穿的內(nèi)部縱向箱形支承梁15，它們能夠承受例如一個(gè)輔助框架48(如圖7所示)的力或者一種沖撞結(jié)構(gòu)47的力，其中此處通過(guò)借助粘結(jié)和形狀配合的適配而形成的大面積的連接就可以實(shí)現(xiàn)力的順利傳入。此外該例子也表示了一種雙底座結(jié)構(gòu)17，它由一塊上底座板和一塊下底座板6a，6b組成，另外也表示了橫向和對(duì)角布置的所整體加入的連續(xù)纖維束或纖維帶18，19，它們構(gòu)成了一種桁架式支承結(jié)構(gòu)4。
圖4表示了底座結(jié)構(gòu)10的另外一種橫斷面形式，這種底部結(jié)構(gòu)在兩側(cè)具有外置的箱形縱向件15，此處這些件在底座上表面和下表面NO，NU之間具有相對(duì)較大的高度間距h1，例如20～25cm。另外它們通過(guò)一種后置箱形的，整體加入了橫向布設(shè)的連續(xù)纖維束18的橫向件16相連接(見(jiàn)圖5)，因而用此底座結(jié)構(gòu)就能夠構(gòu)成一種特別抗扭的、堅(jiān)固的而且重量輕的汽車(chē)外殼。這也適合于例如敞蓬轎車(chē)。因而就可以按摸塊結(jié)構(gòu)形式用相同的底座結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)各種不同的車(chē)輛構(gòu)造。
圖5表示了一種底部結(jié)構(gòu)10，它具有箱形的縱向件15，也具有箱形的橫向件16。此處支承結(jié)構(gòu)除了整體加入的縱向纖維束3之外還有橫向布設(shè)和對(duì)角布設(shè)的連續(xù)纖維束18，19，而且也還有一種附加整體加入的平面的纖維織物45作為加強(qiáng)物以提高抗剪剛度。連續(xù)纖維帶3在整個(gè)汽車(chē)外殼里的分配和布設(shè)一般要對(duì)應(yīng)于所出現(xiàn)的力。
圖6表示了一種由二個(gè)半殼體a和b所構(gòu)成的，具有上底座板和下底座板6a，6b的雙底座結(jié)構(gòu)17的一種橫斷面簡(jiǎn)圖。此處該雙底座包括二個(gè)箱形縱向件15.1，15.2。二個(gè)半殼體a和b的連接可以通過(guò)熱塑性焊接、粘結(jié)或者也可以用螺釘和鉚接來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中零件a和b的形狀配合的適配也是有利的。同樣，圖10和13所示的例子也分別由二個(gè)半殼體a和b組成。對(duì)于擠壓過(guò)程來(lái)說(shuō)所有的垂直壁板都必須具有例如1.5～2°的脫模斜度。這也適合于筋板和卷邊。
圖7表示了一種汽車(chē)外殼1的例子，它具有一個(gè)底座結(jié)構(gòu)10和一個(gè)與之連接的，由各個(gè)不同零件組成的框架結(jié)構(gòu)30，這些零件包括前置的和后置的側(cè)支承梁31v，31h，車(chē)頂主梁32和頂部橫梁或橫向連接33，一個(gè)前圍板36和一個(gè)后橫隔板37(見(jiàn)圖11)。用于前輪懸架8的一種金屬輔助框架48大面積地插入在雙底座結(jié)構(gòu)或者箱形縱向件15里(如圖3所示)，并且形狀配合地插入底座結(jié)構(gòu)10里并與汽車(chē)外殼連接。在該輔助框架48上也布置有一個(gè)防撞件47。該件與前輪懸架8的設(shè)計(jì)應(yīng)保證在發(fā)生沖撞(K3)時(shí)使車(chē)身前端被頂過(guò)一個(gè)變形行程并癟入汽車(chē)外殼之下，盡可能不損傷汽車(chē)外殼。此外這里還在框架的B柱31B上表示出了一種整體制成的金屬插入物40，其形狀為用于安全帶緊固的傳力件41。圖8b也對(duì)其進(jìn)行了表示。后輪懸架9類(lèi)似地借助于適合的傳力件與底座結(jié)構(gòu)10相連接。
圖8a和8b表示了框架30的支承梁型材，其在長(zhǎng)纖維材料2里整體加入了U形的連續(xù)纖維束3。圖8a表示了一個(gè)半開(kāi)的支承梁型材21，它具有作為附加的加強(qiáng)和加固件的長(zhǎng)纖維筋板22。
圖8b表示了一種帽狀斷面23a，它與一個(gè)蓋23b連接成一個(gè)封閉的型材23。零件a和b的這種連接也可以通過(guò)例如熱塑性焊接來(lái)實(shí)現(xiàn)。封閉的型材零件23優(yōu)選用于受載特別強(qiáng)烈的區(qū)域，例如用于吸收力，如這里用整體制成的傳力件41所示的那樣，這種傳力件例如用于安全帶的緊固。圖8b還表示了在汽車(chē)外殼和框架上可以固定非承重的平面的塑料零件54作為車(chē)身外表面。這樣的塑料車(chē)身件可以用例如注射成型法方便和簡(jiǎn)單地制成。這就形成了一種特別輕的汽車(chē)車(chē)身。塑料零件54例如可以粘貼在汽車(chē)外殼上或者也可以借助于固定件43如彈性卡扣，可方便地拆下并可更換地安裝上。圖8b還表示了用于內(nèi)腔的表層蒙皮46，它可以在一個(gè)共同的制造工序里進(jìn)行，其方法是將長(zhǎng)纖維基底2、連續(xù)的纖維束3和表層蒙皮46擠壓在一起。
圖12表示了制造按本發(fā)明所述的汽車(chē)外殼或者汽車(chē)外殼零件的方法。左面表示了在擠壓之前含有空氣的、絮狀的、塑化的、長(zhǎng)纖維加強(qiáng)的基底材料2，它放在一個(gè)壓模中定好位的、預(yù)固的、塑化的連續(xù)纖維束3上。擠壓時(shí)空氣從長(zhǎng)纖維基底里被擠壓出來(lái)同時(shí)支承結(jié)構(gòu)4的所整體加入的連續(xù)長(zhǎng)纖維束3形成一種緊密的連接，從而通過(guò)該擠壓過(guò)程一步就形成了按圖12右邊所示的致密的結(jié)構(gòu)，而不會(huì)夾入有害的空氣。長(zhǎng)纖維基底與連續(xù)纖維束的這種緊密的熱塑性連接(熔接)的結(jié)果是在立體的支承結(jié)構(gòu)4中有最佳的力的傳遞和力的分布。另外在這種綜合的方法里也包括了在一個(gè)面上的表層蒙皮46，或者例如也可以在連續(xù)纖維束或纖維帶3和長(zhǎng)纖維基底2之間整體加入一種加強(qiáng)織物45(見(jiàn)圖5)并一步將之?dāng)D壓在一起。
汽車(chē)外殼和底座結(jié)構(gòu)由多個(gè)部件或零件50組成，其中在各種不同的零件之間形成了順利實(shí)現(xiàn)力的傳遞的連接。這從原理上可以通過(guò)熱塑性的焊接、通過(guò)粘結(jié)，或者也可以通過(guò)螺釘固定在整體制成的金屬插入件上來(lái)實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選通過(guò)各個(gè)不同零部件的形狀配合的適配進(jìn)行支撐。
在圖9a、9b的例子中傳遞力的連接件42設(shè)在這二個(gè)零件50.1和50.2的連續(xù)纖維束3.1，3.2之間。此處其例如是金屬連接件42.1，42.2，它們作為插入件形狀配合地整體制成在零件50.1，50.2里。這些零件形成了一種形狀配合的，用螺釘連接可以方便地裝配，也可以方便地拆卸的連接。
圖10a，10b，10c按三個(gè)不同的透視圖表示汽車(chē)外殼1的另一個(gè)例子，這種外殼具有由連續(xù)纖維束3組成的整體制成的空間格柵狀的支承結(jié)構(gòu)4，這種結(jié)構(gòu)同樣具有一個(gè)由二個(gè)殼體a和b組成的雙底座17以及一個(gè)加高的后部箱形結(jié)構(gòu)38。
圖11所示例子表示了由各種不同零部件50組成的一種汽車(chē)外殼1的組合情況。這里還表示出了一種具有上底座板和下板6a，6b的包括二個(gè)部分的雙底座17a，b，還表示出了作為汽車(chē)外殼的零件的前、后側(cè)壁板34v，34h、車(chē)頂主梁32、橫向連接33A，33B，33C、一個(gè)前圍壁板36和一個(gè)后部箱形結(jié)構(gòu)38。零部件50也可以設(shè)計(jì)為預(yù)制的模件52(例如帶有連接和表層蒙皮)，因此汽車(chē)外殼就可以通過(guò)模件的簡(jiǎn)單地連接，例如借助于螺釘連接(圖9)而裝配在一起。
圖13a，b表示了有二個(gè)殼體的雙底座結(jié)構(gòu)17的另外一個(gè)例子，該結(jié)構(gòu)在底座板6里還有附加加固的筋板22和卷邊25。
圖14至16表示了具有非平面底座表面NO，NU的底座結(jié)構(gòu)的例子，這些表面既是關(guān)于圖14里的橫向方向y的，也是關(guān)于圖15和16里的縱向方向X的。但是在這二個(gè)水平之間的高度間距h1總能足夠大，因而使所有產(chǎn)生的力和力矩大部分都能夠由底座結(jié)構(gòu)吸收。這些力和力矩即運(yùn)行時(shí)作用在車(chē)輪懸架上的行駛力以及發(fā)生沖撞時(shí)從不同方向作用的沖擊力基本上為慣性力。這些力都必須通過(guò)汽車(chē)外殼，即由帶有車(chē)身結(jié)構(gòu)的底座結(jié)構(gòu)來(lái)承受，其中主要部份由底座結(jié)構(gòu)來(lái)承受。
圖14表示了一種倒圓角的管狀縱向支承梁14的橫斷面(類(lèi)似于圖4的箱形梁15)，它形成了例如一個(gè)側(cè)面臺(tái)階，而且同樣由二個(gè)半殼體6a和6b構(gòu)成。
圖15表示了一個(gè)具有弧形的稍向前下傾的底座上表面NO和底座下表面NU。為了進(jìn)行說(shuō)明這里也另外表示出了在側(cè)壁板11里傾斜布置的連續(xù)纖維帶3。此外，側(cè)壁板11也承受剪切力。
圖16表示了一種有臺(tái)階的底座結(jié)構(gòu)10，它有一個(gè)低的前部主底座6a，6b和一個(gè)較小的較高的后部底座部分38a，38b，其中這二者又都是由二個(gè)半殼體a和b組成。主底座表面NO，NU由在各個(gè)不同的水平之間具有一種傳遞力的過(guò)渡的后部底座面NO2，NU2來(lái)補(bǔ)充。
圖17表示了一個(gè)輔助框架48或者一個(gè)車(chē)輪懸架和防撞件47在一個(gè)底座結(jié)構(gòu)10上的用于傳遞力和力矩的連接。為此一方面有大面積的力傳遞，例如借助于粘結(jié)以及如此處所示的與整體制成的傳力件41的螺釘連接，這些傳力件將力傳遞到底座結(jié)構(gòu)里的連續(xù)纖維束3上。另外將力傳入底座結(jié)構(gòu)還通過(guò)筋板22和卷邊25等形式的在高應(yīng)力區(qū)的加強(qiáng)而得到支持。
圖18表示了這樣一種由于長(zhǎng)纖維基體2中的筋板22和卷邊25與整體加入的連續(xù)帶3相結(jié)合而得到的加強(qiáng)和加固。這在此處表示在一個(gè)上底座半殼體6a上。
圖19表示了一種五座高級(jí)轎車(chē)的汽車(chē)外殼的另外一種例子，它類(lèi)似于圖11所示的例子，它由相對(duì)較少的零件50很簡(jiǎn)單地組裝而成。這種汽車(chē)外殼包括一個(gè)伸達(dá)整個(gè)寬度的前壁板或者前圍板36以及分別反映在中心平面(x，y)上的右部件和左部件，其中在圖19中只是表示了右側(cè)的部件。
在以下部件里各有一個(gè)右部件和左部件底座結(jié)構(gòu)10具有-前上底座板6a-前下底座板6b-后上底座結(jié)構(gòu)38a-后下底座結(jié)構(gòu)38b框架結(jié)構(gòu)30具有-具有B-柱和C柱的后側(cè)壁板34h-具有A-柱34b的前側(cè)壁板34v-具有A-柱34a的車(chē)頂主梁32a-具有梁32b的車(chē)頂蓋結(jié)構(gòu)，和車(chē)頂蓋橫梁33A，33B，33C(在A-，B-，C-柱上)在這些部件中以下的部件分別共同構(gòu)成了雙底座結(jié)構(gòu)或者封閉的剛性的箱形斷面，它具有相對(duì)較大的橫斷面積-底座板6a和6b構(gòu)成了一個(gè)雙底座17，-同樣底座結(jié)構(gòu)38a和38b構(gòu)成了一個(gè)雙底座箱形結(jié)構(gòu)38；-具有A-柱34a的車(chē)頂主梁32a和車(chē)頂蓋結(jié)構(gòu)32b以及A-柱34b一起構(gòu)成了一個(gè)封閉的頂蓋框架32。
因而該汽車(chē)外殼總共由17個(gè)部件組成。在圖19里尚未表示的有一個(gè)左邊的車(chē)門(mén)和右邊的車(chē)門(mén)以及一個(gè)后蓋板，它們作為另外的獨(dú)立部件同樣以相同的結(jié)構(gòu)形式用長(zhǎng)纖維的基體和整體加入的連續(xù)纖維帶制成。圖中也表示了用于車(chē)輪懸架和可能的防撞件的金屬梁或者輔助框架48，這些部件在所標(biāo)示的位置48處與底部整體制成或被擰入底部結(jié)構(gòu)中，其中底部結(jié)構(gòu)的受力部位被加強(qiáng)，即除了受力的連續(xù)纖維帶之外還采用了吸收力的筋板22和卷邊25。為了說(shuō)明，在車(chē)頂蓋部位表示出了一些連續(xù)纖維帶3，以便說(shuō)明這些連續(xù)纖維帶是如何整體制入到整個(gè)結(jié)構(gòu)里去的。
用這些部件50連接成整個(gè)汽車(chē)外殼1是可以借助于熱塑性基底的焊接、通過(guò)粘結(jié)以及通過(guò)在這些連續(xù)纖維束之間的傳力連接件而實(shí)現(xiàn)的。
適合作為基底材料的有例如熱塑性材料，如聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和作為纖維加強(qiáng)的、首選的玻璃纖維，但根據(jù)需要也可以是碳纖維或者芳族聚酰胺纖維，其在連續(xù)纖維束內(nèi)的纖維含量為例如35-60％(體積)，在長(zhǎng)纖維基體里為例如15-25％(體積)。纖維束可以具有各不相同的橫斷面和纖維構(gòu)造。最簡(jiǎn)單的是具有平行纖維的UD纖維束，但根據(jù)應(yīng)用的不同情況也可以使用寬的、平的帶，例如也可以與縱向的和對(duì)角布置的連續(xù)纖維組合起來(lái)使用。
長(zhǎng)纖維材料在平整的部位的厚度可達(dá)例如2-4mm，連續(xù)纖維帶3的厚度可達(dá)例如2-5mm，寬度為幾個(gè)厘米。
本發(fā)明的汽車(chē)外殼與傳統(tǒng)的鋼構(gòu)件相比可以大大減輕重量。這種具有相對(duì)較小尺寸的部件50所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)對(duì)于擠壓過(guò)程來(lái)說(shuō)相應(yīng)地就要求較小的壓力機(jī)和擠壓力。因而與過(guò)去的自承載式鋼制車(chē)身的制造相比在生產(chǎn)設(shè)備的投資方面就要求少得多了。在本說(shuō)明書(shū)中使用了以下符號(hào)NO底座上表面，水平NU底座下表面，水平h1水平之間的間距3no 3在NO里3nu 3在NU里a，b 半殼體K1，K2，K3力L1力矩間距X，Y，Z 空間方向1 汽車(chē)外殼2 長(zhǎng)纖維基體，長(zhǎng)纖維材料3 連續(xù)纖維束，連續(xù)纖維帶4 支承結(jié)構(gòu)5 軸線平面6 底座板8 前輪懸架9 后輪懸架10底座結(jié)構(gòu)11垂直壁板14倒圓角的縱向支撐梁15箱形縱向件16箱形橫向件17雙底座18橫向布置的連續(xù)纖維束19對(duì)角布置的連續(xù)纖維束21半開(kāi)的支承梁型材22筋板，筋板23a，b封閉的支承梁型材25卷邊30框架結(jié)構(gòu)31側(cè)支承梁31A，B，C A，B，C-柱32車(chē)頂主梁33橫向連接，車(chē)頂蓋橫梁34側(cè)壁板36前圍板37后部橫壁板38后部箱式結(jié)構(gòu)，底座40插入物、夾入物41傳力件42連接件43固定件45強(qiáng)織物46表層蒙皮47防撞件48輔助框架50部件1，1052預(yù)制模件54車(chē)身的塑料部件
權(quán)利要求
1.由纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料制成的汽車(chē)外殼，其特征在于，它包括一種成形的、長(zhǎng)纖維加強(qiáng)的、整體加入了連續(xù)的纖維束或者纖維帶(3)的熱塑性基底(2)，該連續(xù)的纖維束或者纖維帶(3)構(gòu)成一種包括底座結(jié)構(gòu)(10)的支承結(jié)構(gòu)(4)，該底座結(jié)構(gòu)具有一個(gè)底座板(6)和在底座上表面(NO)里、在中間區(qū)域縱向通長(zhǎng)布置的連續(xù)纖維束(3no)以及在軸線平面之下的底座下表面(NU)里縱向布置的連續(xù)纖維束(3nu)，其中上平面和下平面通過(guò)垂直壁板(11)相連接，而且底座結(jié)構(gòu)與一個(gè)前輪懸架(8)和一個(gè)后輪懸架(9)相連接。
2.按權(quán)利要求1所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，底座上表面(NO)位于軸線平面(5)之上，而底座下表面(NU)位于軸線平面之下。
3.按權(quán)利要求1或者2所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，在底座上、下表面(NO，NU)之間的高度間距(h1)至少達(dá)15cm。
4.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，底座結(jié)構(gòu)(10)包括箱形的縱向件(15)，其中整體加入了縱面布置的連續(xù)纖維束(3)。
5.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，底座結(jié)構(gòu)也包括橫向布置的(18)和對(duì)角布置的(19)整體加入的連續(xù)纖維束(3)。
6.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，底座結(jié)構(gòu)(10)至少在局部包括一個(gè)箱形的雙底座(17)，其中整體加入了連續(xù)纖維束(3)。
7.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，底座結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)箱形的橫向件(16)，其中整體加入了橫向布置的連續(xù)纖維束(18)。
8.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，汽車(chē)外殼包括由二個(gè)半殼體(a，b)構(gòu)成的箱形件。
9.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，底座結(jié)構(gòu)(10)為了加固目的包括由長(zhǎng)纖維材料制成的筋板(22)和卷邊(25)。
10.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，一種與底座結(jié)構(gòu)相連接的，具有側(cè)支承梁(31)、車(chē)頂主梁(32)和橫向連接(33)的框架結(jié)構(gòu)(30)。
11.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，尤其是在框架結(jié)構(gòu)里設(shè)有半開(kāi)的、U形的支承梁型材(21)，其中整體加入了連續(xù)纖維束(3)并設(shè)有長(zhǎng)纖維的筋板(22)。
12.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，在框架結(jié)構(gòu)(30)里設(shè)有封閉的支承梁型材(23)，其中整體加入了連續(xù)纖維束(3)。
13.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，底座結(jié)構(gòu)包括一個(gè)前圍板(36)和一個(gè)后壁板(37)或者一個(gè)后部箱形結(jié)構(gòu)(38)。
14.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，其在前部和/或后部都包括具有一個(gè)預(yù)定的變形行程的防撞件(47)，優(yōu)選這些件在底座結(jié)構(gòu)(10)和車(chē)輪懸架(8，9)之間也起作用。
15.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，前輪懸架和/或后輪懸架包括金屬的輔助框架(48)，其整體制成在底座結(jié)構(gòu)(10)中。
16.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，支承結(jié)構(gòu)(4)包括整體制成的金屬插入物(40)作為傳力件(41)或者作為連接件(42)。
17.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，汽車(chē)外殼和底座結(jié)構(gòu)包括多個(gè)件或零件(50)，其中傳遞力的連接件(42)在各種不同零部件(50.1，50.2)的連續(xù)纖維束(3)之間。
18.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，整體加入的連續(xù)纖維束(3)構(gòu)成了一種空間柵格支承結(jié)構(gòu)(4)(空間框架)。
19.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，其由易于組裝的預(yù)制模件(52)構(gòu)成。
20.按權(quán)利要求19所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，附加地將用于內(nèi)腔室的一種平面的加強(qiáng)織物(45)和/或一種表層蒙皮(46)整體制成在模件里。
21.按上述權(quán)利要求之一所述的汽車(chē)外殼，其特征在于，在汽車(chē)外殼或者框架結(jié)構(gòu)上固定了非承載的、平面的、例如由注射成型的塑料零件(54)作為車(chē)身的外側(cè)面。
22.用于制造一種由纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料制成的汽車(chē)外殼(1)的方法，其特征在于，將塑化的、長(zhǎng)纖維加強(qiáng)的基底材料(2)與預(yù)固的連續(xù)纖維束(3)一起擠壓；由此形成一個(gè)底座結(jié)構(gòu)(10)，其在底座上表面(NO)里具有縱向通長(zhǎng)布置的連續(xù)纖維束(3no)，并在底座下表面(NU)里具有縱向通長(zhǎng)布置的連續(xù)纖維束(3nu)；上水平和下水平通過(guò)垂直的壁板(11)相連接，而且可以在底座結(jié)構(gòu)(10)上安裝一個(gè)前輪懸架(8)和一個(gè)后輪懸架(9)。
23.按權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，底座上表面(NO)位于軸線平面(5)之上，而底座下表面(NU)位于軸線平面(5)之下。
24.按權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，汽車(chē)外殼由零件(50)組裝而成，在各個(gè)不同的零件(50.1，50.2)之間具有連續(xù)纖維束(3.1，3.2)的傳遞力的連接件。
全文摘要
由纖維增強(qiáng)熱塑性塑料制成的汽車(chē)外殼包括一個(gè)成形的、長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的、整體加入了連續(xù)的纖維束或者纖維帶(3)的、配置在一個(gè)底座結(jié)構(gòu)里(10)的熱塑性基底(2)，該底座結(jié)構(gòu)包括一塊底板(6)、在一個(gè)底座上表面或者水平(NO)里縱向貫通的連續(xù)纖維束(3no)和在一個(gè)底座下表面或者水平(NU)里縱向布置的連續(xù)纖維束(3nu)。底座上表面和下表面通過(guò)垂直的壁板(11)相連接。本發(fā)明提供了一種制造經(jīng)濟(jì)、重量輕、剛性好并且安全可靠的汽車(chē)外殼。
文檔編號(hào)B62D25/20GK1402678SQ00816371
公開(kāi)日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2000年10月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月20日
發(fā)明者D·亞吉 申請(qǐng)人:地方小型汽車(chē)公司