CN114206709A - 具有变形元件的用于移动房屋或机动房屋的安全舱 - Google Patents

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CN114206709A CN201980081333.2A CN201980081333A CN114206709A CN 114206709 A CN114206709 A CN 114206709A CN 201980081333 A CN201980081333 A CN 201980081333A CN 114206709 A CN114206709 A CN 114206709A
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Abstract

本发明涉及一种用于移动房屋或机动房屋的安全舱,该安全舱包括能够布置在驾驶室后方的安全舱的一部分,其中,安全舱的壁包括纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的至少一层。此处,层包括沿横向方向彼此相继的层片。此处,直接彼此相继的层片包括不同的纤维取向。在舱的与预期的主行进方向相关的前部区域中的侧向外部壁中的层优选地包括至少三个至九个层片。在舱的与预期的主行进方向相关的后部区域中的侧向外部壁中的层优选地包括一个至五个层片。附加地,在从舱的前部区域至舱的后部区域的过渡处存在中间壁,该中间壁相对于所述舱的纵向方向横向地布置,其中,中间壁包括具有三个至九个层片的层。同样,本发明涉及用于根据本发明的安全舱的制造方法。

Description

具有变形元件的用于移动房屋或机动房屋的安全舱
技术领域
本发明涉及用于移动房屋或机动房屋的安全舱,该安全舱包括安全舱的可布置在驾驶室后方的部分,其中,安全舱的壁包括纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的至少一层。在此,层包括沿着横向方向彼此相继的层片。在此,直接彼此相继的层片包括不同的纤维取向。在舱的与预期的主行进方向相关的前部区域中的侧向外壁中的层优选地包括至少三个至九个层片。在舱的与预期的主行进方向相关的后部区域中的侧向外部壁中的层优选地包括一个至五个层片。附加地,在从舱的前部区域至舱的后部区域的过渡处存在中间壁,该中间壁相对于所述舱的纵向方向横向地布置,其中,中间壁包括三个至九个层片的层。同样地,本发明涉及用于根据本发明的安全舱的制造方法。
背景技术
市面上可获得不同结构形状的移动房屋,目前主要有凹室车辆、部分集成化移动房屋、(完全)集成化移动房屋、衬板和/或厢式货车。除厢式货车外,所有这些移动房屋的共同点是,移动房屋的制造商都是购得具有驾驶室的底盘或只购得底盘,并且然后将该底盘配装有用于休闲、度假、露营等的结构/附件。车辆制造商很少承担整车设计。在上述车辆类型的情况下,结构主要由木质框架、铝夹层和/或玻璃纤维增强塑料(GFP)单体制造。所用材料通常为XPS泡沫、EPS泡沫、PU泡沫等的材料混合物,所用材料通过由玻璃纤维增强塑料(GFP)和/或铝或木材或其他材料制成的片材构成,以形成夹层。这种结构是有价值的,并且包括对天气影响的良好抵抗力。然而,由于设计的原因,因为该结构的构型没有提供任何机械性能或仅提供不足的机械性能,所以与完全没有针对任何事故后果的防护相比,该结构只能为乘客供给低防护。在这种情况下,以往认为增加稳定性和/或安全性的措施是昂贵的且复杂的,并且会显著增加车辆的重量。
DE 202016103524 U1公开了一种机动房屋。该机动房屋分为驾驶室和与驾驶室相邻的居住舱。这两个区域都由B柱结构隔开,其中,该B柱结构包括纤维增强塑料并且旨在用于提高驾驶室中乘客的安全性。
这种机动房屋的结构不符合目前对B柱结构后方的乘客安全的要求。特别地,在机动房屋受到侧向冲击或倾侧的情况下,这种结构会导致严重的损坏,如果乘客位于机动房屋的后部区域,则这会造成相当大的人身伤害。
DE 102007026762 A1公开了一种用于车辆本体的具有玻璃纤维增强的增强元件。
文件中所描述的增强元件仅引入在本体中,特别是本体的框架中。在这种情况下,这些增强元件整体上仍然不符合移动房屋和机动房屋所需的安全标准。
US 8474871 B1描述了一种用于房车和移动房屋的地板区域的框架结构,该结构由纤维增强的纵向梁和横向梁制成。多个纤维层依次放置在另一层之上,以将梁彼此连接并且连接至地板。玻璃纤维和碳纤维被使用。
如其他文件已经提及的,这种设计不符合在居住舱的区域中运送乘客所需的安全标准。由于只有地板区域是增强的,因此侧向冲击仍会导致居住舱严重受损。特别地,壁不包括增强元件,使得在侧向冲击和/或侧翻的情况下,所述壁几乎无法供给保护。
发明内容
本发明的目的
本发明的目的是提供一种没有现有技术缺点的移动房屋或机动房屋。
特别地,本发明的目的是提供一种移动房屋或机动房屋,该移动房屋或机动房屋显著地改进了车辆的安全性,而没有显著的附加复杂构造性,并且没有(突出)增加车辆重量。在这种情况下,制造成本和/或改装成本也将尽可能地保持较低。
本发明的内容
该目的是通过独立权利要求的特征实现的。在从属权利要求中描述了本发明的有利构型。
在第一方面中,本发明涉及一种用于移动房屋或机动房屋的安全舱,该安全舱包括安全舱的能够布置在驾驶室后方的部分,其特征在于,安全舱的壁包括纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的至少一层,其中,层包括沿横向方向彼此相继的层片,其中,直接彼此相继的层片包括相对于彼此的不同纤维取向,其中,在舱的与预期的主行进方向相关的前部区域中的侧向外部壁中的层优选地包括至少三个至九个层片,其中,在舱的与预期的主行进方向相关的后部区域中的侧向外部壁中的层优选地包括一个至五个层片,其中,在从舱的前部区域至舱的后部区域的过渡处存在中间壁,该中间壁相对于所述舱的纵向方向横向地布置,其中,中间壁包括优选地具有三个至九个层片的层。令人惊讶地,已经有利地发现,所有特征的协同作用导致了技术上的整体成功。此处示出的移动房屋或机动房屋的安全舱在乘客的安全方面表现出特别有利地改进特征。例如,在车辆侧翻的情况下、在侧向和后方发生事故的情况下,安全舱的乘客或乘员受到特别程度的保护。附加地,该结构令人惊讶地有利地导致舱内的良好的隔热,并导致在舱内的音量方面的改进的特性。
在优选的另外的实施方式中,安全舱的特征在于,在前部区域中与在后部区域中包括同样多的层片。
在优选的另外的实施方式中,安全舱的特征在于,在前部区域中比在后部区域中包括更多的层片。特别有利地,以这种方式,安全舱的后部区域在后部处发生碰撞的情况下作为变形区或缓冲区,从而以特别高的程度吸收碰撞能量,并且增加在前部区域中的乘客的安全性。
根据本发明,外部壁优选地限定成所述外部臂包围安全舱。以这种方式,安全舱优选地包括三个外部壁:
-与主行进方向有关(与主行进方向平行),侧向地布置的两个外部壁,以及
-布置在车辆的尾部(横向于主行进方向)处的一个外部壁,该外部壁表示与两个侧向外部壁的连接。
舱或安全舱的纵向方向优选地是主行进方向的方向。
根据本发明,彼此相继的层的层片优选地沿横向方向布置。在这种情况下,横向方向特别优选地为横向于壁的纵向方向或纵向轴线的方向。在这种情况下,横向布置的外部壁中的横向方向横向于主行进方向,而在尾部处布置的外部壁中的以及在中间壁中的横向方向平行于主行进方向。
在本发明的另外的构型中,侧向外部壁优选地包括前侧和后侧。移动房屋和机动房屋的外部壁的前侧优选地为向内引导到安全舱的内部的表面。因此,外部壁的后侧优选地为向外引导的表面。
在本发明的另外的构型中,外部壁可以包括多个壁部分和/或彼此相继的多个壁。外部壁优选地从前壁或后壁构造。外部壁的前侧优选地包括前壁。后壁优选地位于外部壁的后侧。
根据本发明,主行进方向优选地为基于交通法规的车辆优选地在大部分时间移动的方向。在本文中的一些表述中,主行进方向也简单地简称为行进方向。
根据本发明,直接彼此相继的层片优选地构造成使得所述层片直接彼此相邻地布置而没有中间层片。
在另外的方面中,本发明涉及用于移动房屋或机动房屋的安全舱,其中在舱的至少一个区域中包括由纤维增强塑料和/或金属泡沫制成的至少一个稳定变形元件,该稳定变形元件优选地至少部分地存在于安全舱的外部区域中,其中,纤维增强物和/或金属泡沫构造成增加安全舱的强度(优选地是抗拉强度、压缩强度、弯曲强度和/或挠曲强度)和/或在安全舱的至少部分的非弹性冲击的情况下转换动能(优选地是拉伸功和/或变形功),其中,至少一个稳定变形元件存在于引入在舱的至少一个区域中。
安全舱与常规结构优选地不同之处在于,变形元件存在于安全性特别关键的区域中。因此,在发生事故的情况下,应提高结构的稳定性,并改进结构作为缓冲区的性能。为此,首先优选地确定合适的、特别关键的区域。另外,变形元件本身应包括合适的物理特性。该元件包括纤维增强塑料,例如由纤维增强塑料制成的稳定的片材、方形或圆形元件或蜂窝结构,该纤维增强塑料将优选地是层压的,并且因此形成由引入到舱中的纤维增强塑料制成的变形元件。在这种情况下,纤维增强塑料优选地是碳纤维增强塑料(CFP)和/或包括由芳纶纤维制成的增强物。
安全舱优选地包括外部区域,例如结构的外部壁和/或移动房屋或机动房屋的本体。整个本体、乘客隔间和/或结构或舱也可以优选地是指安全舱。还可以包括比方说例如为底盘和内壁之类的另外的元件。
还可以优选的是,安全舱包括驾驶室,特别地在完全集成的移动房屋的情况下更是如此。还可以优选的是,舱仅包括部分移动房屋的不属于驾驶室的部分。安全舱与移动房屋和/或机动房屋的常规舱或乘客隔间的不同之处优选地在于,在与移动房屋和/或机动房屋的常规舱或乘客隔间相比时,舱的安全性是提高的,特别地通过引入至少一个变形元件来提高安全舱的安全性。
通过使用至少一个稳定变形元件,可以显著地改进乘客的安全性,以防止事故发生。在这种情况下,专家评估可以确定舱的合适区域,所述合适区域在事故时是特别易受影响的、对舱体的稳定性是特别重要的、和/或由于其他原因对事故安全性具有特别的意义。这种确定主要可以通过评估碰撞试验和/或理论计算来进行。此处,一个或多个变形元件可以分别附接在合适的位置/合适的区域处。然而,一个或多个变形元件也可以是包括例如多个合适的区域的连续的变形元件。
此处,在事故发生时,变形元件优选地通过该变形元件的稳定性和/或强度特性、通过优选的拉伸和/或压缩强度、通过优选的弹性模量和/或通过其他相关特性来提高安全性。元件的这些特性既可单独存在,也可优选地与舱的其它元件协同作用。因此,舱的所有特性可以优选地以所需方式影响到变形元件的区域之外。
为此,将变形元件引入到安全舱中。这特别意味着,变形元件可以与安全舱的其他元件相互作用,使得变型元件提高稳定性和/或事故安全性。例如,变形元件可以例如通过连接(接合)而被附接和/或引入在安全舱的内部表面和/或外部表面处,连接(接合)通过例如粘附、铆接、焊接、螺钉接合、钉合、焊合、硫化、层压、磁性连接、抽吸连接、夹持连接和/或一般地摩擦或刚性连接。
变形元件优选地至少部分地存在于安全舱的外部区域中。这特别意味着,外部区域包括变形元件或者甚至大致或部分地由变形元件形成。类似地,外部区域可以是变形元件、例如横向梁和/或内部壁的部分在舱内,然而因此,变形元件的部分也包括在外部区域中、例如在变形元件对于外部区域的连接元件上。例如,外部区域可以因此是倾斜的和/或包括连接表面,使得可以与外部区域形成稳定连接。
外部区域优选地包括安全舱的所有元件,所述所有元件包括安全舱的外部表面、例如外部壁。
纤维增强物和/或金属泡沫优选地构造成提高安全舱的强度,优选地提高安全舱的抗拉强度、压缩强度、弯曲强度和/或挠曲强度,并且构造成在安全舱的至少部分非弹性冲击的情况下,将动能优选地转换为拉伸功和/或变形功。这意味着,在对应的位置处引入了纤维增强的和/或包括金属泡沫的变形元件,并且一方面,在纤维增强物沿纤维的纵向方向的情况下纤维和/或金属泡沫本身具有对应的特性,另一方面,进行纤维和/或金属泡沫的对准,使得这些特性在提高舱的强度和/或在由于事故而发生冲击时转换动能方面发挥作用。
一方面,应提高至少舱的区域的稳定性和/或强度,另一方面,优选地应吸收和/或引导发生事故时产生的能量,使得尽可能地使该能量对乘客的影响最小化。来自碰撞试验和/或计算的结果优选地用于识别适当的区域,以引入变形元件。
在发生事故时,两个因素特别经常地起作用:一方面,优选地是乘客隔间、本体和/或安全舱的稳定性。这特别地适用于确保对于乘客的明确限定的生存空间,在该生存空间中,以使乘客大致处于事故前他所处的车辆内的相对位置中,和/或以保护乘客免受乘客隔间、本体和/或安全舱的部分以及来自乘客隔间、本体和/或安全舱的内侧和/或外侧的其他物体的伤害。此外,乘客隔间、本体和/或安全舱应有利地包括变形区或缓冲区以提高安全性。这应该在事故的情况下将动能大致和/或至少部分地转换为材料的变形能或变形功,该动能在乘客隔间、本体和/或安全舱的高稳定性的情况下也表示对乘客的重大风险。这些特性将在下面被称为优选地(能量)转换能力。本领域的技术人员已知的是,此处,这两种特性优选地可以处于相互依赖和/或相互作用的状态。在进行碰撞试验时,所述特性优选地发挥重要作用,并且可以受到合适的材料特性以所需的方式的影响。本领域的技术人员已知为了实现所需的特性,他必须如何选择例如柔软度、断裂处的伸长率、抗拉强度、弹性模量和/或稳定性以及安全舱、一个或多个变形元件或包括它们的部件的优选地方向相关性。类似地,这些特性可以像事故安全性的一般提高一样通过碰撞试验来测量和/或在理论上进行计算。
类似地,也可以是优选的是,通过使用变形元件,只将安全舱的一种特性、优选地只将稳定性或强度或者只将动能转换为另一种形式的能量,优选地对乘客是无害的。
然而,特别地,这两种特性应提高至适当的程度,以有利地提高乘客安全性。
本领域的技术人员已知现代碰撞试验是如何进行的,以及使用哪些测量和评估方法。通过碰撞试验,可以有利地确定在哪些地方引入变形元件会将舱的稳定性提高到所需的程度和/或特别地显著提高舱的稳定性,以及通过引入变形元件会将安全性提高到什么程度。在这种情况下,优选地,区域可以是特别相关的,在发生事故时,这些区域在统计学上经常受到影响,和/或对驾驶室的静态特别重要的区域和/或作为缓冲区。为了确定这些区域,可以优选地使用事故统计、物理(计算机)分析和/或理论计算以及碰撞试验。在这种情况下,出于比较的目的,碰撞试验可以在带有和未带有变形元件或安全舱的情况下进行。
考虑到碰撞试验和/或理论上的考虑,用于识别变形元件的合适区域(安全相关区域)也优选地被称作分析以确定安全相关的区域。在这种分析的情况下,应特别地检查稳定性和/或转换能力。
上述这些特性,特别是稳定性/强度和/或转换能力,应特别表征安全舱和/或变形元件及其对移动房屋和/或机动房屋的安全增强作用。与安全舱和/或变形元件的表征有关的名词“安全”或形容词“安全的”的含义优选地包括这些特性。
安全舱的强度,优选地是抗拉强度、压缩强度、弯曲强度和/或挠曲强度的提高,特别地可以通过用于纤维增强的纤维和/或使用的金属泡沫的高抗拉强度并且通过纤维和/或金属泡沫的高弹性模量来实现。这些(纤维)特性特别地沿纤维纵向方向是高的。捆扎合适的纤维、嵌入到合适的塑料基质中和/或纤维在至少一个方向上的排列可以影响纤维特性,甚至影响安全舱的上述特性。金属泡沫的特性也可以适当地调整。类似地,在安全舱的至少部分非弹性冲击的情况下,即移动房屋或机动房屋发生事故的情况下,动能优选地转换为拉伸功和/或变形功也可以由纤维和/或金属泡沫以上述方式影响。然而,在这种情况下,纤维和/或金属泡沫的相关特性优选地为这些纤维和/或金属泡沫的断裂处伸长率,这特别意味着纤维或金属泡沫在断裂或撕裂之前的相对纵向膨胀率的百分比(%)。这优选地也是由纤维和/或金属泡沫的韧性决定和/或影响的。类似地,在转换的情况下,动能优选地可以部分转换为摩擦功。
然而,(变形元件的)附加的特性也可以是优选的以提高(事故)安全性,比方说例如为低燃烧性和/或低可燃性。为了评估,例如可以使用燃点、燃烧点和/或点燃温度。
安全舱和/或变形元件优选地是不容易燃烧的和/或根据DIN EN 13501或DIN4102是不容易点燃的。
为此,安全舱和/或变形元件可以例如包括点燃保护装置和/或不易燃烧的材料,比方说例如为确定的纤维材料和/或金属泡沫。
事故安全性优选地可以通过变形元件协同提高,所述变形元件被引入到安全舱的适当区域中。在这种情况下,变形元件优选地也被引入到现有的乘客隔间和/或本体中。然而,类似地,变形元件也可以是安全舱的本体或结构部分。
变形元件优选地也可以被改造。因此,可以不耗费大量精力地使已经制造的车辆更加安全。这将节省资源。
在优选的实施方式中,变形元件包括无纺材料,例如包括塑料基质中的碳纤维。这可以在建造安全舱时或在适当地点处的改造过程中被引入或附着。特别是在改造的情况下,可以通过自动或手动层压来引入或附着。
变形元件优选地可以是和/或包括平坦元件。平坦元件优选地意味着其具有基本上沿两个维度的延伸部,并且特别地只有向垂直于该平面的方向的一个细微的延伸部。
术语“金属泡沫”优选地理解为三维的、金属的、蜂窝状的结构,其中相当体积比例的孔隙填充有空气。金属泡沫及其制造是本领域技术人员已知的。金属泡沫或多孔金属材料优选地描述泡沫金属材料。特别地由于孔隙和空腔,金属泡沫具有比由相同材料制成的固体金属更低的密度,但有利地是还具有高(特定)刚度和/或强度。特别地,金属泡沫能够增加吸收动能的能力,例如,当用于在车辆发生事故/冲撞的情况下的本体或安全舱时。因此,金属泡沫优选地表现出良好的或增强的机械能量吸收能力。
铝或铝合金由于密度低而被优选地发泡。通过使用合适的发泡剂,优选地还可以由铜、锌、铅或钢/铁制造泡沫。金属泡沫优选地由金属粉末和金属氢化物(如二氢化钛)制造。这两种粉末优选地通过烧结和/或挤压而混合并增稠,以形成主材料,该主材料然后被加热,特别地加热到高于金属熔点的温度,其中,例如二氢化钛优选地释放出气态氢并使混合物发泡。还优选地可以通过向金属熔体中吹入气体来制造金属泡沫,其中,该熔体优选地已经通过添加固体成分而变得可发泡。对于铝合金,例如为了稳定化,添加10%至20%体积的碳化硅或氧化铝。添加钙优选地也是可以的。以这种方式,特别地形成了合金,从而有利地增加了粘度和/或稳定了熔体。类似地,金属泡沫的制造优选地可以通过滑移反应泡沫烧结工艺(SRFS工艺),特别是用于制造铁、钢和/或镍泡沫。在这种方法中,优选地借助于通过酸与相应的金属粉末反应而形成的氢气使滑动物发泡,泡沫结构的粘合优选地通过另外的反应产物实现,所述另外的反应产物随后优选地在模具中干燥和/或在减少的大气下或在真空中烧结。对于低熔点金属(铝、锌和/或铅),优选地存在通过用盐浇铸的开孔金属泡沫的制造方法。液态铝、锌和/或铅优选地与结晶盐(NaCl)一起浇铸,其中例如,盐在例如机械随后的处理后被洗掉。在这种情况下,盐粒和/或它们的接触点特别地用孔隙代替。在这种制造技术的情况下,孔隙优选地基本上相互连接(开放)。这样的金属泡沫有利地具有50%至65%的孔隙率和0.2mm至4mm的可设置孔隙大小。
复合金属泡沫(CMF)优选地包括有所用术语、金属泡沫。复合金属泡沫优选地由在另一种金属的固体基质中的金属空心球形成,比如铝中的钢。CMF特别地具有比其它金属泡沫高5倍至6倍的强度与密度比和/或7倍以上的能量吸收,并且因此是特别有利的。例如,使用Kevlar和/或芳纶金属泡沫(陶瓷)复合材料是特别优选的。
特别地,联合使用包括纤维增强塑料和金属泡沫的至少一个变形元件或变形元件的组合,其中在每种情况下,至少一个元件优选地包括纤维增强塑料,并且在每种情况下,一个元件为金属泡沫。在这种情况下,由于纤维增强塑料和金属泡沫的以协同和改进的方式相互补充的材料特性,因此在发生事故时,有利地出现了与驾驶室的安全性有关的协同效应。
在安全舱的优选的实施方式中,变形元件包括2000MPa(兆帕)以上、优选地3000MPa以上、特别地3500MPa以上的抗拉强度。令人惊讶的是,通过明显的抗拉强度,可以实现显著改进的舱的安全性。因此,变形元件在拉伸载荷方面是特别稳定的。拉伸载荷在事故中起着重要的作用。因此,整个舱的安全性惊人地提高,即使在没有变形元件存在的区域也是如此。在这种情况下,本领域的技术人员已知的是,材料表列出了诸如密度、抗拉强度和弹性模量之类特性,并且因此可以从这些表找到合适的材料。在这种情况下,可以优选的是,材料特性、特别是抗拉强度和/或弹性模量是各向同性的特性。然而,类似地,可以优选的是,这些特性是各向异性的,并且仅存在于材料内部的至少一个确定的方向上,或者在材料内部的不同方向上不同。因此,可以对变形元件进行非常单独的调整,对变形元件进行分析以确定安全相关区域。
通常,主要是在包括碳纤维增强塑料的变形元件的情况下,特别是沿着一个纤维方向可以实现特别高的抗拉强度和/或弹性模量。这可用于选择性地影响优选地各向异性稳定性和/或转换能力。因此,通过沿着确定的方向选择性地布设纤维,可以沿着这个方向以定制的方式实现所需的特性,特别是在没有由纤维引起的显著的重量增加的情况下,例如与在基本上各向同性布设的纤维的情况下将发生的一样。(各向异性)特性优选地也可以用张量来描述。
还可以优选地使用弹性模量来描述变形元件,例如,对于实质上使用的材料,弹性模量大于50GPa(千兆帕)、优选地大于90GPa。也可以优选的是,弹性模量小于90GPa、特别优选地小于50GPa。
在本发明的另外优选的实施方式中,纤维增强物和/或金属泡沫的纤维包括至少2700MPa、优选地至少2850MPa、更优选地至少3000MPa、且特别地至少3500MPa的抗拉强度和/或至少70GPa、优选地至少100GPa、更优选地至少230GPa、且特别地至少370GPa的弹性模量和/或至少0.7%、优选地至少1.5%、更优选地至少2.7%、且特别地至少3.5%的断裂伸长率,该断裂伸长率优选地在至少一个方向。以这种方式,可以特别容易地实现上述特性。此处,本领域的技术人员知道如何实现这些特性,例如通过合适的纤维材料和/或纤维密度和/或连接在一起的纤维数量来形成所谓的纤维束和/或粗纱。有利地,一个或多个金属泡沫还包括对于纤维增强物的纤维来说的上述特性。这些特性和由此产生的优势对于本领域的技术人员来说是可辨别的,并且可转移到金属泡沫的特性。在纤维增强物的情况下,至少一个方向涉及至少一个纤维的纵向方向。在金属泡沫的情况下,该方向优选地涉及优选的方向。在金属泡沫的情况下,还可以特别优选地在变形元件的两个或三个空间方向上给出所述特性。
特别地,抗拉强度和/或弹性模量或描述这些特性的张量优选地用于表征变形元件的稳定性和/或转换能力。转换特性主要可以由通过将事故期间传递的能量引导到变形元件的优选的方向的稳定性特性的各向异性产生积极地影响。
也可以优选地使用密度来描述变形元件。例如,基本上用于变形元件的材料的密度可以优选地介于1g/cm3与2g/cm3之间。因此,可以设置特别轻的变形元件,其不会显著增加移动房屋和/或机动房屋的消耗,只引起低的能源成本(燃料)并且是对环境友好的。
诸如基本上、大约、大致、近似等之类的术语优选地描述小于±40%、优选地小于±20%、特别优选地小于±10%、甚至更优选地小于±5%且特别地小于±1%的公差范围。“相似”优选地描述大约相同的尺寸。“部分地”优选地描述多达至少5%、特别优选地多达至少10%且特别地多达至少20%、在某些情况下多达至少40%。
还可优选地基本上使用面积密度来描述材料。例如,该材料的面积密度可优选地介于100g/cm2与300g/cm2之间且特别地介于200g/cm2与220g/cm2之间。变形元件优选地大体是平坦的。因此,面积密度可以特别适合于描述特别轻的变形元件,由于其重量低,可以容易地进行改造,而不必改变底盘的机械化和/或设计。
变形元件是相当特别优选的,其包括这些优选的稳定性和密度特性本身的组合和/或基本上包括的材料。因此,在不显著增加重量的情况下,可以显著改进舱的安全性。
在本发明的优选的实施方式中,变形元件在一个方向上具有至少1cm至300cm的延伸部。变形元件可以在此范围内包括许多、优选地不同的延伸部,这取决于该变形元件是例如安全舱的外部壁的元件(优选的尺寸为55cm至250cm)还是稳定单独的元件,比方说例如为角形元件(优选的尺寸为5cm至110cm)。令人惊讶的是,在这些尺寸的变形元件的情况下,安全性可以显著改进。
变形元件、特别是平坦的变形元件,优选地具有小于6m2的面积。外部壁通常包括的面积在2m2至6m2的范围内,而例如角形元件的尺寸反而是25cm2至1.5m2
同样,可能优选的是,(平坦的)变形元件包括的厚度小于30cm、优选地小于20cm、更优选地小于10cm、甚至更优选地小于5cm、相当非常优选地2cm或更少且特别地1cm或更少。这种元件是特别容易制造的。
在安全舱的另外优选的实施方式中,变形元件包括碳纤维增强塑料。
碳纤维增强塑料是本领域技术人员已知的,且优选地包括由碳制成的增强纤维和使纤维着床的塑料基质。塑料有利地是指包括聚合物的材料。由于纤维有利地包括比基质更高的刚性,因此任何作用载荷或力优选地是沿着纤维指向的。
纤维特别是包括纤维材料的线性、长形结构,并包括纤维形状,其中长形形状例如是光滑的或褶皱的,并且横截面形状例如是圆形的或角形的。纤维主要指定直径优选地为几微米的细线。然而,更粗和/或更细的纤维也是已知的,并且可以使用。
碳纤维例如可以包括石墨状sp2键合碳。
已知的和优选地碳纤维类型,优选地也称为碳纤维,包括具有以下特性的纤维:HT(高韧性)-高强度、UHT(超高韧性)-非常高强度、LM(低模数)、IM(中模数)-中间值、HM(高模数)-高刚性、UM(超模数)、UHM(超高模数)、UMS(超模数强度)和/或HMS(高模数/高应变)-高刚性/高强度。这些特性对应于工业标准名称,并且是本领域技术人员已知的。因此,根据对稳定性和/或转换能力的要求,可以使用合适的纤维。
碳纤维的纤维材料例如选自:人造丝/纤维胶(纤维素)、聚丙烯腈(PAN)、聚环氧丙烷(PECH)、聚氧化乙烯(PEO)和/或聚乙烯醇(PVA)。它们适用于简单的和有利的制造。
还可以优选的是,碳纤维通常选自:纤维素、亚麻、黑麻(hempflax)、剑麻和/或木材。以这种方式,可以制造出特别生态兼容性地变形元件,其还能特别好地吸收事故期间的能量,并能适当地转移能量(转换能力)。
有利地,碳纤维还可以选自:芳纶、聚酯纤维(对亚苯基-2,6-苯并二噁唑)(PPBO)、聚酯、尼龙、超高分子量聚乙烯、聚乙烯和/或聚甲基丙烯酸甲酯。这些优选的变体的纤维是特别通用的、坚固的和/或稳定的,并且例如具有高温和/或耐化学性、低可燃性和其它有利特性。
该塑料可优选地包括热塑性塑料、硬质塑料和/或弹性体材料。热塑性塑料易于加工。硬质塑料在高温下也优选地特别稳定。弹性体特别地包括高转换能力。
塑料可以例如包括树脂和/或固化剂。既可以使用缩合树脂,也可以使用反应树脂,与缩合树脂不同的是,反应树脂一般不需要分离挥发性成分,仅通过聚合或聚添加来固化。因此,可以有利地避免对参与制造的人的健康造成伤害。
固化剂优选地理解为特别是与所用树脂一起导致固化成固态材料的材料,主要是固化成固态塑料的材料。固化剂优选地选自:聚胺、胺加合物、聚氨基酰胺、酮胺、多异氰酸酯、阻断的异氰酸酯、氰基胍、酰胺、酸酐或二羧酸、含羧基的聚酯树脂、二羧酸、醛、酮和/或二乙烯基苯、邻苯二甲酸二烯丙基酯和/或异氰脲酸三缩水甘油酯。这些材料特别具有成本效益,而且易于制造。
塑料和/或固化剂优选地包括热塑性材料,并且例如选自以下各者:聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚砜(PSU)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚四氟乙烯(PTFE)。类似地,可以主要使用杜洛克塑料材料,比如环氧树脂(EP)、不饱和聚酯树脂(UP)、乙烯基酯树脂(VE)、酚醛树脂(PF)、邻苯二甲酸二烯丙基酯树脂(DAP)、甲基丙烯酸酯树脂(MMA)、聚氨酯(PUR)、三聚氰胺树脂(MF/MP)和/或尿素树脂(UF)。在这种情况下,优选地使用合适的固化剂。
弹性体优选地包括聚合物。弹性体例如是天然橡胶和/或硅橡胶的硫化物。
碳纤维增强塑料的制造可以优选地包括以下步骤和/或要素:在挤出或压煮工艺中使用预浸料(特别是高价值和改进的碳纤维增强塑料)、纤维缠绕、灌注或RTM工艺(特别是具有成本效益的制造)、CFP手工层压材料(可以特别易于和有效地改造的变形元件)。
碳纤维增强塑料特别适用于增加安全性,并且可以很容易地加工和适应各种形状。还可以增加美观性。碳纤维增强塑料独特地汇集了低重量和高稳定性(弹性模量、抗拉强度)。否则,从航空航天和反弹道学方面基本上已知这些材料的使用并非毫无道理的。然而,令人惊讶的是,用于移动房屋或机动房屋的安全舱的使用,在没有显著(明显)改变重量、能耗和驾驶特性的情况下,具有显著的稳定性和安全性。
在这种情况下,特别优选的是,通过特定的排列和/或纤维的布设来达到合适的/期望的安全特性。这特别对于分析准备以确定安全相关区域。
呈碳纤维增强塑料形式的变形元件的改造也特别简单,因为它们通常包括垫的形状。这种垫后来可以例如通过层压而特别容易地在适当的位置处引入到现有的舱中。
碳纤维增强塑料特别地包括呈单向和多轴向无纺织物(或纺织物和/或无纺材料)形式的纤维增强物,该纤维增强物特别地包括高价值的碳纤维、玻璃纤维和/或芳纶纤维,并可与树脂层压。有利地,这样的织物至少在层压状态下是高强度和超轻(重量/密度)的、在引入时可以很容易地悬置、易于加工、以及能够与最多样化的树脂体系兼容。
进一步的加工可以特别包括以下过程:湿式层压、压制或RTM(树脂转移模塑)。预浸渍材料(预浸料)也是优选的。
在优选的实施方式中,碳纤维增强塑料包括芳纶。芳纶优选地是主链中的带有芳香基团的聚酰胺,其中至少85%的酰胺基团直接与两个芳香环结合。然而,也可以包括芳香族聚酰胺-酰亚胺。芳纶优选地选自:元芳纶、对位芳纶和/或对位芳纶共聚物。芳纶可以包括聚酯纤维(p聚对苯二胺)(PPTA,共聚物名:Kevlar,Twaron)和/或聚酯纤维(m聚间苯二胺)(PMPI,共聚物名:Nomex,Teijinconex)。
使用Sigratex作为变形元件是特别优选的。特别地,使用来自制造商SGL Carbon的Sigratex H W215-TW2/2、或来自其他制造商的相同材料是优选的,使得变形元件包括惊人地良好安全特性。材料可以以无纺织物、纺织物和/或无纺材料的形式存在,并根据已知的和所述的技术被引入到安全舱中。
单独的、非常微小的织物优选地能结合在纤维增强物中,以形成所谓的粗纱。纤维粗纱优选地是平行排列的束、股和/或纱线。组合纤维的数量特别是用长丝数来表示,长丝数优选地直接对应于这个数量。在这种情况下,千个纤维的单位优选地缩写为k,因此,粗纱中的50000个纤维特别对应于50k。
细度优选地用tex表示。Tex特别对应于纤维或粗纱的每千米长度的以克为单位的质量。通过优选的参数可以达到惊人地高抗拉强度或惊人地高弹性模量,同时具有低重量,并且因此具有低密度。此处,组合成形成粗纱的纤维受到协同影响。对于长丝(同义词:k数,长丝数)来说的情况是,这个数字越高,纤维增强物越稳定。
可以优选地使用纤维增强物,其包括无纺织物、纺织物和/或无纺材料。无纺织物优选地是平行碳纤维的无纺垫,该无纺垫通过连接的方式固定就位。无纺织物优选地可以是单向和多轴的,这特别意味着所有纤维和所有包括的层片是在一个方向上定向的(单向)或包括多个取向方向(多轴)。比如在纺织品的情况下,纺织物优选地包括纺织纤维,并且可以例如包括垫和/或纺织物条的形状。在无纺材料的情况下,优选地包括短纤维(例如10cm以下)。在这种情况下,纤维优选地可以以“毡状”的方式相互纺织。可以优选地使用各向同性的无纺材料(纤维方向静态地基本上均匀分布)和/或定向的无纺材料(纤维存在的优选的方向)。
所有所述的纤维增强物优选地可以使用具有不同特性的不同纤维类型,例如:碳纤维优选地包括高强纤维,其中丝数为1,000至50,000、抗拉强度为3,500MPa(百万帕)或更高、弹性模量为230GPa(千兆帕)或更高、且断裂伸长率为1.5%或更高。在这种情况下,所有特性优选地适用于每根粗纱和/或在纤维纵向方向上。类似地,使用的任何碳纤维优选地是HM纤维(高模量),其中丝数为1,000至50,000、抗拉强度为2,700MPa或更高、弹性模量为370GPa或更高和/或断裂伸长率为0.7%或更高。类似地,也可以优选地包括芳纶纤维,其中例如细度为80tex至400tex、抗拉强度为2,850MPa或更高、弹性模量为70GPa或更高和/或断裂伸长率为3.4%或更高(所谓标准模量)。类似地,芳纶纤维可以优选地为中模量和/或高模量纤维,其中细度优选地为40tex至400tex、抗拉强度为2,850MPa或更高、弹性模量为100GPa或更高和/或断裂伸长率为2.7%或更高。类似地,可以优选地包括玻璃纤维,优选地低辐射系数玻璃(优选地具有碱氧化物小于2%的硼硅酸铝玻璃;这用作一般塑料加强的标准),优选地具有细度为30tex至3500tex、抗拉强度为3,000MPa或更高、弹性模量为70GPa或更高和/或断裂伸长率为3.5%或更高。同样地,所述纤维类型的混合类型也优选地用作纤维增强物。
呈无纺织物、纺织物和/或无纺材料形式的纤维增强物的特征在于具有以下特性:材料的选择(优选地是碳、玻璃和/或芳纶和混合物,即多种类型,包括:纺织物类型(单向、双轴、三轴、四轴、无纺材料,其中双向、三向和四向优选地指示两个、三个和四个不同的纤维方向);以克/平方厘米(g/cm2)表示的表面密度;在纺织物的情况下的粘合类型,优选地平纹编织、斜纹编织(优选地对角地行进的凸条花纹,优选地为2/2、4/4型)和/或缎纹编织(也称为阿特拉斯编织,优选地为1/7型)。优选的纤维取向为:0°(单向)、0/90°、-45°/+45°(均为双轴)、0°/-45°/+45°(三轴)、0°/-45°/90°/+45°(四轴),或者在无纺材料的情况下为各向同性、各向异性0°、各向异性-45°/+45°。优选的固定方式为单面网、双面网、缝合和/或不固定式。此外,在无纺材料的情况下,可以包括粘结剂的应用/克重和/或标记线。纤维增强物的制造或进一步加工步骤可以优选地包括:预浸料制造、湿法层压、灌注、湿法压制和/或树脂转移模塑(RTM)。
在纺织物、条和/或无纺材料的情况下,可以优选地包括1k、3k、6k、12k和24k(丝数)的碳纤维作为材料基础。特别地可以使用玻璃纤维和/或芳纶纤维的纺织混合材料。纺织混合材料具有较高的强度、刚度和改进的导热性和导电性。有利地,纺织混合材料具有与不同的树脂系统兼容,并因此具有特别的挠性。
在本发明的优选的实施方式中,金属泡沫包括选自以下的金属:铝、铁、钢、镍、锌和/或铅。可以包括镓、金、铜、镁、汞、钨、钛、银、钌、铑、铂、钯、锇、钠、钼、锰、钴、钾;铱、铟、铬、镉、铋、铍和/或(白)锡和/或上述材料或包括上述材料的合金。用这些材料可以特别容易地实现所需的变形元件的特性。此外,还有利地提供了简单和成本有效的制造方法。
特别优选的是,变形元件和/或纤维增强物包括碳无纺织物。碳无纺织物特别地是包括碳纤维的无纺织物。优选地,碳无纺织物单向地和/或双轴地用于制造汽车运动中、风力发电中、运动设备构造中以及船、轮船和/或飞机构型中的高强度部件,并且特别包括拉伸的(长的和/或对准的)纤维,这些纤维以不同的纤维排列布设在不同的层中,并且例如连接至缝合线。在这种情况下,拉力和/或压迫力可以通过纤维吸收和/或以惊人地最佳地传递。无纺织物特别优选地用于大规模的工业制造,因为无纺织物可以特别容易地且低成本地使用。在这种情况下,例如在制造的情况下,可以使用所谓的压热器,这在大规模工业制造的情况下是特别经济性的,并且防止由于在真空条件下加工纺织物而产生的气穴,并且因此提高了质量并把维护降至最低。
(纺织)无纺织物特别包括在相同或不同取向上的一层或多层纤维(单向或多轴的无纺织物)。纤维优选地可以用线(也称为针织线)连接。由于纤维以拉伸和/或负载优化的方式排列,因此可以避免结构上的伸长。因此,机械特性得到显著改善。可优选地使用以下缝合类型:柱状、偏置柱状、经编针织物、双面经编针织物和/或六面经编针织物。这些无纺织物在加工过程中是特别地实用的。
对于本领域的普通技术人员来说已知的是,与纺织无纺织物或纺织物的层结构有关的术语“层”应理解为术语“层片”的同义词。因此,在整个文件中,这两个术语在此上下文中可相互替换。
因此,无纺织物优选地包括在相同或不同取向上的多个纤维层(单向或多轴的无纺织物),或者换句话说,无纺织物特别优选地包括在相同或不同取向上的多个纤维层(单向或多轴的无纺织物)。
无纺织物中的纤维取向或排列优选地根据无纺织物的生产方向来确定。此处,无纺织物的生产方向优选地限定为0°方向。无纺织物的各层的纤维取向的布置为该方向的函数。单独层的纤维取向的排列以与生产方向成一定角度指示(见图13)。
优选地存在单层单轴无纺织物,其中纤维取向在0°方向和90°方向上都是对准的。这些无纺织物优选地是直接用垫或无纺材料巩固的。两层的双轴的无纺织物特别优选地也仍然存在。此处,纤维的排列优选地存在于与生产方向成0°和90°(但例如也存在于+45°/-45°)上。使用纤维排列为例如90°、-45°、0°、+45°(四层)的多层、多轴向的无纺织物是更优选的。特别地,具有其它取向条件的无纺织物也是优选的。因此,无纺织物可以有利地适应于安全舱的特定装载条件,并承受这种条件。由于层的厚度较小,多层、多轴向的无纺织物特别有利地节省重量和空间。
单向无纺织物优选地包括碳纤维和玻璃纤维。缝合可以包括例如聚酯纱线或由单面或双面网状固定进行。考虑到表面密度和/或成本,可以包括中丝数到高丝数(丝的数量)。这样的无纺织物具有惊人地多功能性。优选地包括以下特性:纤维取向:0、±45°、90°;纤维层重量(g/m2):154、226、307、451、462、614;表面密度总和(g/m2):80、100、125、150、179、178、181、200、253、300、332、331、338、478、492、500、600、646;不同的粘合剂类型,例如E214;通过单面和/或双面网缝合和/或固定。
优选地使用双轴碳纤维无纺织物,其包括具有两个取向(例如±45°)的两层的纤维(特别是粗纱)。由于包括拉伸纤维,无纺织物令人惊讶地包括改进的机械特性。特别地当使用具有例如50,000(50k)丝的高价值的碳纤维时,所需的安全特性得到协同改进。这样的无纺织物在制造过程中可以惊人地容易地处理,特别地可以容易被树脂注入,并且可以更好地悬置,在这种情况下,这样的无纺织物惊人地轻、硬和强。这些特性可以用令人惊讶地低的材料消耗和制造工作量来实现。优选地可包括以下特性:纤维取向:±45°;纤维层重量(g/m2):154每层/方向、154/307(不同方向)、200每层、300每层;表面总密度(g/m2):318、471、415、615;缝合(E214)。
在本发明的另外的构型中,安全舱的特征在于,塑性纺织物和/或无纺织物是混合纺织物和/或无纺织物,其包括由碳纤维和芳纶纤维制成的混合纤维增强物。混合纺织物和/或无纺织物在弹性模量、断裂伸长率和抗拉或抗压强度方面包括特别有利的材料特性。
在另外优选的实施方式中,该安全舱的特征在于,混合纺织物和/或无纺织物的纤维增强物的包括有40%至60%的重量比例,且特别是大约50%的芳纶纤维,其中还包括碳纤维,并且其中重量比例与纤维增强物的总重量有关。特别地在这种组合物的情况下,令人惊奇地示出的是,以简单的方式使混合纺织物和/或无纺织物的加工和/或进一步处理成为可能。此外,该组合物中的材料特性在弹性模量、断裂伸长率和抗拉或抗压强度方面是惊人地有利的。
在另外优选的实施方式中,混合纺织物和/或无纺织物的纤维增强物优选地包括在40%与60%之间的体积比例,且特别是大约50%的芳纶纤维,其中还包括碳纤维,并且其中体积比例与纤维增强物的总体积有关。
根据本发明,安全舱的壁优选地包括至少一层纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物。在本上下文中,不同的纺织物和/或无纺织物一般可以连接(层压)在一起,从而将它们组合为多层无纺织物。“至少一层纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物”的表达与“至少一层[在数量的背景上]纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物”的含义相同。这相应地适用于整个文件中的所有表述。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的特征在于,在安全舱前部区域的层中,包括有混合纺织物和/或无纺织物,该混合纺织物和/或无纺织物:
i.包括四个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差30°的角度,或者
ii.包括六个层片,其中,彼此相继的所述层片的纤维取向均相差18°的角度,或者
iii.包括七个层片,其中,彼此相继的所述层片的纤维取向均相差15°的角度。
这样的构型为舱的前部区域有利地带来了惊人地高稳定性。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的特征在于,在舱的前部区域中的层中,包括有混合纺织物和/或无纺织物,该混合纺织物和/或无纺织物:
i.包括优选地一个至十个、特别优选地两个至六个且特别是两个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约90°的角度,或者
ii.包括优选地一个至十二个、特别优选地三个至九个且特别是三个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约45°的角度。
在优选的实施方式中,包括有混合纺织物和/或无纺织物的舱的前部区域中的层,
i.包括优选地两个至十二个、特别优选地三个至八个且特别是四个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约30°的角度,或者
ii.包括优选地两个至十二个、特别优选地四个至八个且特别是六个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约18°的角度,或者
iii.包括优选地两个至十四个、特别优选地四个至九个且特别是七个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约15°的角度。
根据本发明,纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物或纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的层优选地包括四个层片,其中第一层片的纤维取向优选地包括0°的角度、第二层片包括30°的角度、第三层片包括60°的角度并且第四层片包括与纺织物和/或无纺织物的生产方向成90°的角度。
在另外优选的变型中,纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物或纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的层优选地包括六个层片,其中,第一层片的纤维取向优选地包括0°的角度、第二层片包括18°的角度、第三层片包括36°的角度、第四层片包括54°的角度、第五层片包括72°的角度且第六层片包括与纺织物和/或无纺织物的生产方向成90°的角度。
在另外优选的变型中,纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物或纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的层优选地包括七个层片,其中,第一层片的纤维取向优选地包括0°的角度、第二层片包括15°的角度、第三层片包括30°的角度、第四层片包括45°的角度、第五层片包括60°的角度、第六层片包括75°的角度并且第七层片包括与纺织物和/或无纺织物的生产方向成90°的角度。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的特征在于,在舱的后部区域中的层中,包括有混合纺织物和/或无纺织物,该混合纺织物和/或无纺织物:
i.包括两个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差90°的角度,或者
ii.包括三个层片,在这种情况下,彼此相继的层片的纤维取向均相差45°的角度。
在优选的实施方式中,包括有混合纺织物和/或无纺织物的舱的后部区域中的层,
i.包括优选地一个至十个、特别优选地两个至六个且特别是两个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约90°的角度,或者
ii.包括优选地一个至十二个、特别优选地三个至九个且特别是三个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约45°的角度。
在优选的实施方式中,包括有混合纺织物和/或无纺织物的舱的后部区域中的层,
i.包括优选地两个至十二个、特别优选地三个至八个且特别是四个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约30°的角度,或者
ii.包括优选地两个至十二个、特别优选地四个至八个且特别是六个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约18°的角度,或者
iii.包括优选地两个至十四个、特别优选地四个至九个且特别是七个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约15°的角度。
这样的构型为舱的后部区域有利地带来了高稳定性,其中,相对于前部区域有利地节省了材料,并且因此有利地降低了成本。此外,后部区域,特别是在后部处发生碰撞的情况下(车辆对移动房屋或机动房屋的追尾事故),作为缓冲区或变形区的功能,其可以吸收冲击能量并将该能量转换,使得到达乘客的动能冲击能量较少。乘客优选地坐在安全舱的前部区域中和/或驾驶室中。
根据本发明,纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物或纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的层优选地包括两个层片,其中,第一层片的纤维取向优选地包括0°的角度,且第二层片包括与纺织物和/或无纺织物的生产方向成90°的角度。
替代性地,纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物或纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的层优选地包括三个层片,其中,第一层片的纤维取向优选地包括0°的角度、第二层片包括45°的角度且第三层片包括与纺织物和/或无纺织物的生产方向成90°的角度。
根据本发明,通过标准化的双轴无纺织物(优选地混合无纺织物)间接制造多层多轴无纺织物(优选地混合无纺织物),具有纤维排列例如为90°、-45°、0°、+45°(四层片),特别地具有纤维取向为0°和90°。在这种情况下,双轴无纺织物是一者层压在另一者的顶部上的。一者层压在另一者的顶部上的两个0°/90°的无纺织物于是产生了0°/-45°/90°/45°的无纺织物。本领域技术人员已知,通过标准化层压的双轴混合无纺织物(同样见图12),制造另外的多层无纺织物(优选地是混合无纺织物)。
对于本技术领域的普通技术人员来说明显的是,本文件中提到的所有角度可以包括一定的公差范围。因此,明显的角度也包括与所述角度的偏差优选地为+/-10°、特别优选地为+/-5°、更优选地为+/-2°。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的特征在于,层的每个层片的厚度大约为0.3mm。这以有利地和令人惊讶地方式节省了材料,并且因此是特别经济性的。
类似地,碳纺织物也可以包括在变形元件或纤维增强物中。优选地可以包括以下特性:材料和特性:HAT(高强度)和/或HM(高模量)的碳玻璃纺织物和/或碳芳酰胺纺织物;表面密度(g/m2):80、95、120、135、160、170、175、200、205、215、245、285、300、305、365、400、410、425、500、620、665、830;纱线支数链/纬纱(tex):70、200、400、800、1600、225、200、200碳/160芳纶;捆绑类型:帆布,本体2/2 4/4缎面1/7。碳纺织物的优点是重量特别轻,以及低生产工作量。
类似地,窄的(尺寸优选地在cm范围)纺织物带可以优选地包括在变形元件和/或其纤维强化物中,优选地具有以下特性:单向的;平纹编织,优选地具有结合链/玻璃辅助链;表面密度(g/m2):140、200、210、270、280、285、290、330、360、365、370;宽度(cm):5、6.5、7、7.5、4.5、2.5、3.5、10、12、16。通过纺织物条、比方说例如为在特别关键的位置可以实现特别灵活的增加和安全性的增加,例如在安全舱的特别关键的区域处。
碳无纺材料也可以优选地包括在变形元件或纤维增强物中。由碳纤维制成的无纺材料有利地是非常容易加工的,并且令人惊讶地适合于预浸料制造。各向同性无纺材料优选地包括均匀分布的纤维,其中优选的平均纤维长度大约为40mm。各向同性无纺材料特别具有成本效益。定向无纺材料优选地包括各向同性排列的纤维,其中优选的平均纤维长度大约为60mm。定向无纺材料特别地可以包含在限定的碳纤维无纺材料复合物中。通过层结构和取向可以惊人地改善机械性能。对于各向同性的碳纤维无纺材料来说,可以优选地包括以下特性:碳纤维/玻璃纤维/聚合物纤维的比例(g/m2):410/13/27(=共450),469/13.48(=共530)。对于定向碳纤维无纺材料来说,可以优选地包括以下特性:碳纤维/玻璃纤维/聚合物纤维的比例(g/m2):75/9/12(=共96)。碳纤维无纺材料复合体的优选的特性为:取向无纺材料层:0,±45°;碳纤维/玻璃纤维/聚合物纤维的比例(g/m2):150/26/19(=带粘结剂共205),300/35/57(=带粘结剂共402)。
还可优选地包括碳纤维湿法无纺材料。碳纤维湿法无纺材料优选地可以包括以下特性:表面密度(g/m2):20,30;纤维长度(mm):6/12,抗撕裂性:N/15mm;粘结剂类型:聚酯苯乙烯可溶性,聚乙烯醇。湿法无纺材料特别易于加工,且节省资源。
在所有纤维增强物的情况下,优选地可以包括再生纤维。特别有利地和非常惊人地已经表明,通过这种方式,除了对环境友好之外,还实现了增强物的高稳定性。
例如,可按如下方式制造包括纤维增强变形元件的安全舱,该纤维增强变形元件优选地由CFP制成:使用碳纤维增强塑料(CFP),其包括包含由聚丙烯腈制成的热塑性纺织纤维的碳纤维。这优选地是分割成包括基本上纯碳的薄纤维(约7微米{μm})。约50,000根纤维优选地结合以形成粗纱。然后,这些粗纱优选地进一步加工成纺织无纺织物。在这种情况下,特别是多层不同排列的无纺织物可以以不同的取向包括在叠置物中,这些叠置物优选地/将优选地按照一定长度切割。这些叠置物现在可以包括在安全舱的部分(变形元件)中。在这种情况下,另外的单独成形是可能的,以及/或者优选地通过供给热来增加稳定性。将多个预成形部分(优选地称为预成形坯件)连结以形成更大的部件是优选的。因此,在制造安全舱的大表面部件的情况下,可以惊人地改善费用开销。在下一步中,在高压下优选地通过RTM工艺(压力优选地大于1bar、更优选地大于10bar且特别是50bar或更多),将树脂引入或注入例如在合适的模具中。因此,刚性可以得到惊人地改善。然后,优选地将所得到的CFP元件连结以形成安全舱或包括这种包括变形元件的安全舱的基础结构,。有利地,与常规的移动房屋或机动房屋的舱相比,通过所述的具有改进的几何集成度的复杂的且优选大表面部件的制造,可以节省许多部件并且因此节省重量。CFP元件优选地可以通过粘附力连结,从而可以提高强度并节省重量。在制造所述安全舱的情况下,可以节省重量(并增加安全性),并且因此节省资源。同样,所使用的元件优选地是耐腐蚀的,从而安全舱特别是低维护和长寿命的。元件特别优选地对光的冲击不敏感。为了形成舱的外部区域并增强美感,这些元件优选地也可以被涂上油漆。在这种情况下,令人惊讶的是,由于不必进行防腐保护,因此可以有利地使用更少的涂料,并且涂料可以以更节能的方式施加。这样既对环境友好,又节约了资源。
一般来说,纤维增强物的优选的层数或层片数是借助于所谓的叠薄理论来计算的。因此,可以特别容易地计算出通过纤维增强变形元件的优选的强度和动能的转换。
单独层或层片优选地包括<1mm的厚度。因此,可以节省重量。单独层或层片的厚度特别优选地为大约0.2mm。这样的层是特别节省空间和经济的。
在优选的实施方式中,安全舱的特征在于,纤维增强物选自:碳纤维、芳纶纤维和/或玻璃纤维。它们特别是低维护、坚固和轻的。具有这种纤维增强物的元件的稳定性优选地是相同重量的钢元件3倍至6倍,特别是5.4倍。特别地,在制造和使用CFP的过程中,产生的细粉尘是没有问题的,这有利于相关工人的健康和环境。
在另外优选的实施方式中,聚酯树脂被用于纤维增强塑料的纤维增强物的基质形成。这特别具有成本效益。特别地,使用环氧树脂,这是特别高的性能和形成改进的部件。
在优选的实施方式中,纤维增强物包括纤维粗纱,其中,纤维粗纱包括1,000个与50,000个之间的丝数和/或30tex与3,500tex之间的细度,优选地40tex与400tex之间。以这种方式,可以特别容易地实现优选的安全特性。
在安全舱的另外优选的实施方式中,变形元件可以包括玻璃纤维增强塑料。这特别地具有成本效益。
在本发明的另外优选的实施方式中,变形元件包括混合纤维增强物,其中,芳纶纤维的重量比例在10%与90%之间、优选地在20%与80%之间、特别优选地在30%与70%之间、更优选地在40%与60%之间且特别是大约50%,其中还包括碳纤维。非常令人惊奇的是,这样的变形元件包括改进的安全特性,而不产生额外的重量。因此,节省了资源,另外节省了成本,并且同样令人惊讶地免于维护。
在另外优选的实施方式中,变形元件包括碳无纺织物。因此,质量得到提高。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的外部区域包括包含碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物层的至少一个变形元件。因此,可以特别容易地利用这些元件的极好的安全和重量特性。
在本实施方式和下文提到的实施方式中,碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物的层优选地也可以用包括金属泡沫的层代替,或者可以包括这样的层。如果,下面提到3层至8层碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物时,也可以是指3层至8层金属泡沫,或者是指混合层,例如,当提到8层碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物时,可以是指3层碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和包括金属泡沫的5层。
同样优选地适用于玻璃纤维增强塑料的层,该层可以优选地类似地也包括金属泡沫的层。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的外部区域包括包含1层与20层之间、优选地3层与8层之间的碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物的至少一个变形元件。因此,可以形成令人惊讶的挠性变形元件。在这种情况下,特别优选的是,不同的层包括至少两种不同取向的纤维和/或纤维粗纱。因此,可以令人惊讶地增加安全性。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的外部区域包括包含至少一层玻璃纤维增强塑料(GFP)的至少一个变形元件,其中厚度在1mm与10mm之间,优选地在1mm与5mm之间。在优选的厚度的情况下,优选地包括一层以上的GFP。因此,通过提供大的缓冲区,不仅可以优选地提高安全性,甚至可以面对轻微的事故,而且还令人惊讶的是,通过更好的声或热阻尼,可以提高安全舱的舒适性。本领域的技术人员已知,比优选的厚度更大的厚度可能会引起在舱的拐角区域中,其中优选的纤维增强层重叠以提高稳定性和/或强度。
在优选的实施方式中,安全舱的特征在于,安全舱的壁包括至少两层纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物,其中泡沫材料层优选地定位在各层之间。有利地,舱的减震性能和稳定性因此得到改善。此外,泡沫材料层对安全舱的热阻尼起到积极作用。
在优选的实施方式中,纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物是混合纺织物和/或无纺织物。
根据本发明,安全舱的外部壁在横截面上特别优选地分为三个部分:与安全舱有关的一个外覆盖层、与安全舱有关的一个内覆盖层、以及布置在两个覆盖层之间的一个硬泡沫层。覆盖层包括至少一层混合纺织物和/或无纺织物,至少一层混合纺织物和/或无纺织物包括多个层片(或者也指包括多个层片的至少一个无纺织物)。
在本发明的另外的实施方式中,覆盖层还包括特别优选的两个GFP层片。两个GFP层片均从一侧优选地包围覆盖层中的氢化物纺织物和/或无纺织物。GFP的纤维取向优选地包括相对于生产方向的0°和/或90°的角度和/或特别优选地包括相对于覆盖层中的混合纺织物和/或无纺织物的附着层的纤维取向的角度(也参见图11a、图11b、图11c)。
在本文件的一些表述中,覆盖层为了简便优选地也写成层。在这种情况下,本领域技术人员可以从上下文中得出结论,覆盖层是否涉及纺织物和/或无纺织物的层片,或纺织物或无纺织物的整体,和/或是否涉及多个组合的纺织物或无纺织物(覆盖层)。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的特征在于,在该层中,包括由玻璃纤维增强塑料制成的两个外部层片,它们在两个相对的外表面处组成该层,其中,每个外部层片的纤维取向优选地与下面的层片和/或另一个外部层片相差90°。玻璃纤维增强塑料层片有利地提高了壁的稳定性(见图11a、图11b、图11c)。
在另外优选的实施方式中,覆盖层优选地包括1个至10个GFP层片、特别优选地1个至5个层片且特别是2个层片。
在另外优选的实施方式中,覆盖层优选地包括多层GFP无纺织物和/或纺织物,优选地包括1个至10个层片、特别优选地是1个至5个层片且特别是2个层片。
在另外优选的实施方式中,覆盖层优选地包括1层至10层GFP无纺织物和/或纺织物、特别优选地2层至5层且特别是2层。
外部区域代替外部优选的GFP也可以优选地包括金属泡沫,除了对安全性,甚至对事故中涉及的第三部分有特别效果外,还可以达到特别的美观效果。
在本发明的另外优选的实施方式中,舱的前部(乘客)区域包括像后部区域的2倍至5倍多的层的碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物的层,其中,前部区域优选地包括2层至10层、特别是5层的碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物层,且后部区域包括1层至2层、特别是2层的碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物层。在旅途中,乘客优选地停留在舱的前部区域,此处特别地安装有座椅。移动房屋或机动房屋的功能设备,特别是浴室和/或厨房,优选地被包括在后部区域中。在这种情况下,有利地是将后部区域固定地或稳定地构造,但弱于前部乘客区域,使得特别是在后部发生碰撞的情况下,后部区域形成缓冲区或“牺牲阳极”,该缓冲区域可以吸收和转换冲击能量,从而使较少的动能冲击能量到达乘客。在这种情况下,它们本身就像在“安全笼”中一样,使用多层保护层进行保护。在这种情况下,除了有利的安全性能外,还有利地导致安全舱重量的节省,这节省了资源和成本。
在本发明的另外优选的实施方式中,舱的前部(乘客)区域包括混合纺织物和/或无纺织物,其中层片为2倍至5倍的舱的后部区域(中间壁至车辆尾部)中的混合纺织物和/或无纺织物,其中前部区域(车辆柱至中间壁)中的混合纺织物和/或无纺织物优选地包括1个至9个层片、特别优选地为4个至7个层片、特别优选地为5个层片,并且在后部区域优选地包括1个至5个层片、特别优选地为2个层片。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的外部区域包括泡沫材料。泡沫材料可以例如是硬泡沫形式的挤压聚苯乙烯,但也包括其它泡沫材料,例如多元醇和多异氰酸酯,其他泡沫材料在多元添加反应中形成由聚氨酯(PUR)制成的泡沫材料。令人惊讶的是,通过在安全舱的外部区域使用泡沫材料,不仅可以通过热阻尼和/或声阻尼改善安全舱的舒适性能,而且还可以改善安全性能,特别是通过设置缓冲区和/或层片,其可以将事故期间的冲击能量转换为对乘客无害的能量形式。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的特征在于,安全舱的壁包括至少一种泡沫材料,优选地为硬泡沫,特别是挤压聚苯乙烯硬泡沫(XPS)。聚苯乙烯硬泡沫(XPS)有利地强度极高,且具有较高的尺寸稳定性。
在本发明的优选的构型中,硬泡沫被布置在内覆盖层和外覆盖层之间。硬泡沫特别包括优选地10mm至60mm的层片厚度、特别优选地20mm至50mm的层片厚度、更优选地25mm至35mm的层片厚度且特别是大约30mm的层片厚度。
在另外优选的实施方式中,安全舱的特征在于,泡沫材料层包括硬泡沫材料,并且包括大约30mm的厚度。令人惊讶的是,大约30mm的厚度特别导致了稳定的壁结构、非常好的安全舱隔热和效率的特别好的结合。
在另外优选的实施方式中,安全舱的特征在于,纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的两个层包括层片结构,该层片结构就纤维取向而言是相对于位于两个层之间的对称平面对称的。
根据本发明,对称平面沿壁的纵向轴线延伸。
关于壁的横截面中的层的纤维取向,对称层片结构优选地构造成使得第一纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物的各层片的纤维取向相对于第二纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物的各层片的纤维取向以镜像倒置的方式存在。因此,对称平面优选地对应于镜像平面(见图11a、图11b、图11c)。令人惊奇地是,这导致了壁的稳定性的提高,并改善了模拟事故过程中的结果。
在本发明的优选实施方式中,在安全舱和/或移动房屋或机动房屋的车辆柱的区域中、特别是在A、B、C和/或D柱的区域中引入纤维增强塑料(优选地是变形元件)。因此,可以令人惊讶地有效地提高稳定性。
在优选的实施方式中,优选地在安全舱的拐角区域中,至少一个变形元件包括至少一个稳定的角元件。角元件可以例如包括至少两个平面元件,它们彼此成一定角度。角元件也可以优选地包括三角形,该三角形例如在舱的内部引入到其直角角部中以达到稳定的目的,其中,三角形的两个边例如靠在形成角部的舱的内表面上,并因而致使这两个表面稳定。类似地,还可以使用其它合适的、多边的形状(正方形、五边形、六边形、圆形截面等),它们特别适合于稳定舱角。角元件且特别是角度可以优选地适应移动房屋或机动房屋的结构/舱的几何条件,以便在合适的位置处引入。这样的角元件可以例如存在于舱的角部中,以便显著提高稳定性和安全性能。然而,这样的角元件也可以优选地存在于其它合适的区域中。在这种情况下,令人惊讶的是,特别是这样的角元件增加了稳定性和安全性,其程度不是仅仅由角元件本身的特性所预料的(协同作用)。还令人惊讶地发现,特别是在安全舱的拐角区域中的角元件(协同作用地)增加了(事故)安全性。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的外部区域包括至少一个变形元件,变形元件包括1层与20层之间、优选地3层至8层的碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物,以及至少一层玻璃纤维增强塑料,其中厚度为1mm与10mm之间、优选地1mm与5mm之间。通过这种不同玻璃纤维增强层的组合,由不同类型的纺织物和/或无纺织物在稳定性和转换能力方面、即在安全性方面的相应的安全性效果产生协同效果。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的外部区域包括至少一个变形元件,变形元件包括至少一个碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物,其包括1与20之间、优选地3与8之间的层或层片,以及至少一层玻璃纤维增强塑料,其中厚度为0.1mm与5mm之间、优选地0.2mm与0.5mm之间。本实施方式除了成本低且重量轻外,在稳定性方面也表现出令人惊讶地非常好的性能。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的外部区域包括至少一个变形元件,至少一个变形元件包括1层至20层、优选地3层至8层碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物和泡沫材料。令人惊讶的是,通过使用泡沫材料,纺织物或无纺织物的缺陷区域可以得到弥补,并且因此缺陷可以得到纠正。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的外部区域包括至少一个变形元件,至少一个变形元件包括至少一个碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物,至少一个碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物包括1层至20层、优选地3层至8层或层片和泡沫材料。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的外部区域包括:至少一个变形元件,至少一个变形元件包括1层至20层、优选地3层至8层碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物;厚度在1mm至10mm之间、优选地1mm至5mm的至少一层玻璃纤维增强塑料;厚度在1mm至10mm之间、优选地1mm至5mm的至少一层玻璃纤维增强塑料和泡沫材料,其中,舱的前部区域优选地包括比后部部分的层多2至5倍的碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物的层,其中,前部区域优选地包括2层至10层、特别是5层碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物,以及后部区域包括1层至2层、特别是2层碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物。通过组合这些材料和/或层,可以令人惊讶地提高安全性。在这种情况下,这些材料的特性令人惊讶地相互补充,这种组合增加了舱的可靠性,并代表了幸运的情况。通过在安全舱的前部和后部处优选地使用不同数量的层,特别是对安全舱的后部部分中可以提供令人惊讶的改进的防皱或变形区。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱的外部区域包括至少一个变形元件,其包括1层与20层之间、优选地3层至8层的碳和/或芳纶纤维增强的塑料纺织物和稳定的角元件,优选地在安全舱的拐角区域中。塑性纺织物的层和角元件令人惊讶地和协同地增加了强度,即超出了预期。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱包括横向于行进方向的至少一个横向梁,横向梁优选地包括至少一个稳定变形元件。横向梁优选地包括纤维增强塑料,特别地,纤维增强物包括碳纤维、芳纶纤维和/或玻璃纤维。本文中所述的横向梁也可以优选地包括金属泡沫。这些横向梁可以惊人地增加舱的稳定性,而其本身并没有增加很多重量。特别是在舱受到侧向冲击的事故中,横向梁可以弥补通常在侧部处较低的缓冲或变形区,使得横向梁表现出将动能转换为拉伸能和变形能的大体上连续的横向元件。在这种情况下,横向梁可以优选地安置在舱的靠近底盘的地板区域中。这样的横向梁特别地节省空间。横向梁也可以优选地位于乘客的前方和/或后方。这样的横向梁包括改进的有效性。横向梁优选地可与底盘和/或安全舱的其余部分连接。
在本发明的另外优选的实施方式中,安全舱包括在乘客的前方和/或后方的相对于行进方向纵向的至少一个纵向梁,纵向梁优选地包括至少一个稳定变形元件。横向梁优选地包括纤维增强塑料,特别地纤维增强物包括碳纤维、芳纶纤维和/或玻璃纤维。在本文中所述的纵向梁也可以优选地包括金属泡沫。即使本文中描述的由芳纶和/或碳纤维增强塑料制成的纵向梁和/或横向梁,也可以优选地指包括金属泡沫的纵向梁和/或横向梁。
如果在本文中描述了由碳和/或芳纶纤维增强塑料或另一种材料(例如金属泡沫)制成的变形元件(角元件、层、纵向梁、横向梁…),则优选地指包括碳和/或芳纶纤维增强塑料和/或另一种材料的(相应的)变形元件。
令人惊讶的是,通过这样的纵向梁不仅可以提高整个舱的安全性,而且由于优选的更高的底盘和/或整车的刚性,驾驶性能也得到了显著改善。在这种情况下,纵向梁可以优选地安置在舱的靠近底盘的地板区域中。这样的纵向梁特别节省空间。纵向梁也可以优选地位于乘客的前方和/或后方。这样的纵向梁包括改进的有效性。横向梁优选地可与底盘和/或安全舱的其余部分连接。
在另外优选的构型中,纵向梁也可以优选地以侧向外部壁的高度布置在地板区域上方。横向梁也可以布置在地板区域上方并代表两个横向外部壁之间的连接。
在安全舱的示例性形式中,整个舱优选地是用纤维增强层层压,纤维增强层优选地用Sigratex制成。例如,该结构可从外向内构造如下:
2mm至3mm玻璃纤维增强塑料(GFP),然后是1层至4层芳纶和/或碳纤维增强塑料(优选地是Sigratex),然后是30mm泡沫(优选地是XPS),然后再次是芳纶和/或碳纤维增强塑料(优选地是Sigratex),并且最后是1mm至2mm的GFP。在乘客坐着的区域(优选地在前部处),层数应优选地更多。
约为0.3mm玻璃纤维增强塑料(GFP),然后是1层至5层芳纶和/或碳纤维增强塑料(优选地是Sigratex),或优选地是4个层片至7个层片的芳纶和/或碳纤维增强塑料,然后是大约30mm的泡沫(优选地是XPS),然后再次是芳纶和/或碳纤维增强塑料(优选地是Sigratex),并且最后是0.3mm的GFP。在乘客坐着的区域(优选地在前部处),层数和/或层片数应优选地更多。
后部非座位区域的结构优选地是强度较低构造的,使得结构的后半部由例如只有一层CFP作为牺牲阳极、通常称为变形元件来表示。在舱的地板上,相对于行进方向纵向,优选地使用两个碳矩形梁,一方面,碳矩形梁将舱与底盘连接起来,然而另一方面,碳矩形梁用作变形元件。相对于行进方向横向,优选地在舱的区域也有2个至4个碳矩形梁,以吸收侧向冲击。
在本发明的优选的构型中,安全舱包括多个区域,特别优选地是两个区域。各个区域通过中间壁彼此分开。中间壁相对于舱的纵向方向横向地布置(或相对于主行进方向横向地布置)。中间壁优选地连续垂直于安全舱的地板区域延伸至安全舱的顶部区域,并且表示天花板和地板区域之间的连接。
根据本发明,地板区域优选地包括车辆地板。顶部区域则优选地包括安全舱的车顶。
在特别优选的两个区域的情况下,中间壁在相对于安全舱的主行进方向将安全舱分为前部区域和后部区域。有利地,中间壁保护前部区域的乘客免受飞散部件的侵害,因为特别地功能空间、比如包括许多种类设备的厨房特别优选地存在于后部区域。此外,中间壁显著增加了安全舱的稳定性。在侧向冲击的情况下,中间壁作为变形元件并在很大程度上吸收冲击力。根据本发明,乘客因此可以留在安全舱的前部区域,而不必相比于在驾驶室中的乘客,承担安全性方面的损失。
前部区域优选地从移动房屋或机动房屋的车辆柱延伸至中间壁,其中车辆柱特别优选地为A、B、C或D柱。所述车辆柱是本领域技术人员已知的。在特别优选的实施方式中,安全舱的前部区域从B车柱延伸到中间壁。后部区域优选地从中间壁延伸到车辆的末端或尾部。
在另外优选的实施方式中,整个安全舱或其一部分布置在驾驶室的后面,特别优选地,整个安全舱或其一部分布置在B柱的后面。
在本发明的优选的实施方式中,安全舱的特征在于,前部和/或后部区域包括在安全舱的纵向方向上至少1.5m的延伸部。在这种情况下,对于本领域技术人员来说,明显的是,安全舱的纵向方向在所述情况下对应于主行进方向。
在另外的实施方式中,前部和/或后部区域优选地包括1米至10米的延伸部、特别优选地1米至6米、更优选地1米至3米且特别是至少1.5米。
在本发明的优选的实施方式中,中间壁包括与前面区域中的外部壁相同的构造特征。使用构造特征,优选地指的是壁的填充成分。有利地,因此,在乘客所坐的前部区域形成了高度安全的舱,该舱在所有侧部都受到同等保护。惊人地,也已经表明,在旅途中和停车期间,在前部区域内的环境噪音的音量有利地大幅降低。
在本发明的优选的构型中,中间壁在横截面上也被优选地分成3个部分。在这种情况下,泡沫材料层片也被包围,优选地由2个覆盖层包围。覆盖层包括至少一层混合纺织物和/或无纺织物(或也指至少一种无纺织物),其
i.包括四个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差30°的角度,或者
ii.包括六个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差18°的角度,或者
iii.包括七个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差15°的角度。
在优选的实施方式中,中间壁的覆盖层包括至少一层混合纺织物和/或无纺织物(或也指至少一种无纺织物),其
i.包括优选地2个至12个、特别优选地3个至8个且特别是4个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约30°的角度,或者
ii.包括优选地2个至12个、特别优选地4个至8个且特别是6个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约18°的角度,或者
iii.包括优选地2个至14个、特别优选地4个至9个且特别是7个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约15°的角度。
在优选的实施方式中,中间壁的覆盖层包括至少一层混合纺织物和/或无纺织物(或也指至少一种无纺织物),其
i.包括优选地1个至10个、特别优选地2个至6个且特别是2个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约90°的角度,或者
ii.包括优选地1个至12个、特别优选地3个至9个且特别是3个层片,其中,彼此相继的层片的纤维取向均相差大约45°的角度。
在本发明的另外的实施方式中,覆盖层还包括特别优选地两个GFP层片。两个GFP层片均从一侧优选地包围覆盖层中的氢化物纺织物和/或无纺织物。GFP的纤维取向优选地包括相对于生产方向的0°和/或90°的角度和/或特别优选地相对于覆盖层中的混合纺织物和/或无纺织物的附着层片的纤维取向的0°和/或90°的角度。
关于本发明的表述,本技术领域的技术人员认识到,术语中间壁与术语隔板是可以互换的,并且这两个术语彼此同义。
在优选的实施方式中,安全舱的内部包括沿横向方向的至少一个隔板,该隔板还包括至少一个稳定变形元件。横向方向特别地被限定为与行驶方向横向。该隔板优选地包括纤维增强的塑料,特别地纤维增强物包括碳纤维、芳纶纤维和/或玻璃纤维。通过这样的隔板,乘客特别地可以受到保护免于飞散的设备物品的影响。在这种情况下,内部的隔板可以优选地是连续的或局部的。在这种情况下,特别优选地在隔板空间的后部区域中存在功能空间、比如包括许多种类设备的厨房。在前部优选地是生活区,且特别是旅途中的乘客区域。因此,在后部发生碰撞和/或施加完全制动的情况下,该区域特别可以被保护以防止飞散物体的侵害。令人惊讶地,整个舱的稳定性和安全性也可以通过这样的隔板得到改善,特别是在事故期间作用的力的情况下,该力包括沿隔板方向的力的分量。
该隔板优选地包括门。还优选的是,该隔板通过使用角元件集成到安全舱的外部中。例如,该隔板可以通过角元件与外壁和/或与底盘连接。
在这种情况下,隔板可以优选地由碳纤维增强塑料构成或包括此类材料。因此,隔板本身可以是变形元件。这样的隔板特别地轻和稳定。同样地,隔板可以很容易地且低成本地进行改造,并且在这种情况下,安全性可以惊人地提高。
该隔板优选地包括角元件,特别是在与安全舱的外部壁的连接点处包括角元件。因此,可以协同提高安全性。
在另外优选的实施方式中,安全舱的内部区域包括与行驶方向相反安装的至少一个座位区。在碰撞试验中已经发现,除其他因素外,这种座位区特别是对儿童乘客提供了高水平的保护。因此,在向后部碰撞和/或施加完全制动的情况下,儿童乘客通常可以得到特别好的保护,特别是颈椎区域。
在这种情况下,座位区可以特别优选地使用角元件和/或连接件连接到安全舱和/或移动房屋或机动房屋的底盘。因此,可以确保座位区域在移动房屋和/或机动房屋内的特别稳定的固定。
本文件中所述的角元件,比如优选地这里所述的所有变形元件,也可以包括金属泡沫。
在另外优选的实施方式中,安全舱包括在驾驶室和内部区域之间的相对于行进方向横向插入的至少一个变形元件。该变形元件优选地包括纤维增强塑料,特别地纤维增强物包括碳纤维、芳纶纤维和/或玻璃纤维。特别是在向后部碰撞的情况下,经常会出现驾驶室或驾驶舱的危险弯曲。通过这种方式可以特别容易地防止这种情况的发生,并且可以提高安全性。还优选地使用角元件。变形元件例如包括横向于行驶方向插入到驾驶室和内部区域之间的区域的平坦元件,该平坦元件优选地通过至少一个角元件连接到安全舱的底盘和/或至少一个外部壁以增加稳定性。因此,可以特别容易地防止惊人的弯曲。也可以设想用角元件作为装置将驾驶室与安全舱的底盘和/或外部壁连接。令人惊讶的是,通过在驾驶室和内部区域之间简单地使用至少一个变形元件,可以显著地提高安全性,并且可以防止弯曲。在这种情况下,特别令人惊讶的是,即使使用小的变形元件也足以达到预期的效果,小的变形元件使移动房屋或机动房屋的重量、可用空间和/或功能基本不变。小的变形元件也可以特别容易地进行改造。
在本发明的另外优选的构型中,安全舱的特征在于,安舱的侧向外部壁包括以类似框架的方式布置的并且由碳纤维增强塑料型材制成的梁,特别是纵向梁和横向梁,纤维增强塑性纺织物的层布置在梁之间,其中,在发生事故时,梁优选地沿着可能的载荷路径布置。这种布置有利地以最小的材料支出提供了令人惊讶的良好稳定性改进。此外,这种布置有利地非常轻。
以框架状方式布置的梁特别地受法向力的作用,并在梁的端部处以节点方式相互连接。框架状梁或空间框架在此是本领域普通技术人员已知的。
根据本发明,由于外部载荷通过本体而导致引导的力的路径被限定为载荷路径。因此,在本发明的上下文中,以类似框架的方式布置的梁优选地沿载荷路径集成,使梁存在于外部壁的2个覆盖层之间。换句话说,梁被嵌入到外部壁中。术语载荷路径和载荷路径计算是本领域普通技术人员已知的。
在另外的实施方式中,梁优选地布置成使梁在外部壁的纵向延伸部中分隔外部壁。在这种情况下,梁划分了外部壁的整个结构(2个覆盖层和硬泡沫层片)。外部壁的不同部分相应地代表梁之间的连接。这种方法有利地简化了安全舱的构造或组装。
框架状梁可以优选地构造为纵向梁和横向梁两者。在优选的构型中,两个梁相对于彼此位于它们的共同节点处,使两个梁优选地形成0°至360°的角度,且特别优选地形成0°至180°的角度。
在另外优选的实施方式中,安全舱的纵向侧和横向侧包括铝圆管和/或方型材和/或片材,它们以纵向和十字形的方式彼此焊接和/或附接和/或以其他方式稳定地连接在一起。因此,在发生事故时,可以确保对乘员的最充分保护。
在另外优选的实施方式中,铝圆管和/或方型材和/或片材包括至少一个变形元件。在这种情况下,铝圆管、方型材和/或片材本身是变形元件和/或包括这样的元件。这也可以例如意味着上述元件在合适的位置处被加强,特别是由碳纤维增强的塑料加强。因此,可以协同增加安全性。加工过程也特别简单,并且同时有利于制造成本。
在另外优选的实施方式中,安全舱包括在乘客的前方和后方的横向于行进方向的横向梁,横向梁优选地包括至少一个稳定变形元件。在这种情况下,横向梁本身优选地也可以是变形元件。这样,可以在构造设计中提供进一步的稳定性。这里令人惊讶的是,这种横向梁协同增加了安全性。
在另外优选的实施方式中,管、型材、板、变形元件和/或横向梁包括1mm与100mm之间的厚度和/或在至少一个方向上包括1cm与30m之间的长度的壁。事这些参数已经被证明惊人地适合于增加稳定性,并且容易建立。
在另外优选的实施方式中,座位区包括至少一个连接件,连接器构造性地集成到安全舱中,并且优选地连接到至少一个变形元件、一个管、一个型材、一个板和/或一个横向梁。这种连接优选地包括连接件与安全舱的底盘和/或外部壁的连接。为此,特别使用角元件。连接件优选地是在座位区下方的基部,用于座位区的固定和/或升高。连接件本身优选地包括纤维增强塑料。
在另外优选的实施方式中,安全舱的特征在于,内部区域包括相对于特别是主行进方向反向安装的至少一个座位区,其中座位区包括碳纤维增强的混合纺织物和/或无纺织物,座位区优选地直接与底盘连接。
如果以这种方式将座位区集成到安全舱的结构中,坐在那里的乘客可以得到特别全面的保护。特别是在与本文件中披露的其他安全要素的配合下,会表现出一些协同效应。
在另外优选的实施方式中,安全舱在侧部处、优选地在具有更大概率呈侧向冲击形式的事故的至少一个区域中包括:管、型材、板、横向梁和/或变形元件。因此,可以特别容易地提高安全性。本领域的技术人员通过测试、统计和/或从理论上考虑,知晓哪些区域会更大概率暴露于事故。
在另外优选的实施方式中,安全舱的后部部分设计为变形区,并且优选地包括变形元件。后部部分优选地指定舱的尾部和/或后部区域。变形区通常优选地也被指定为缓冲区。这样,特别是考虑到变形区和/或变形元件的转换能力,用以提高事故安全性。特别地,连同舱的隔板,已经发现这种优选的变型主要在乘员位于前部部分时具有惊人的安全性。
还优选地制造构造结构,使得该构造结构为乘员提供尽可能充分的保护,而免受任何事故的影响。集成在结构中的安全单元的构造是基于尺寸、应用和用途(乘员数)的,并且因此不是标准化的,即单独的变形元件、交叉件和/或纵向连接件的数量和长度对每个结构是不同的。该结构可以包括全部或作为材料基质的铝管、方形铝、碳纤维(CFRP)或碳纤维增强塑料、玻璃纤维或玻璃纤维增强塑料或其他合适的材料,这些材料例如以网状方式焊接、层压和/或粘附。然后,在框架周围建立由比方说例如为CFP、GFP、PU、铝板或蜂窝板之类的材料制成的结构。这种结构在尽可能低的重量的情况下确保了高稳定性。根据移动房屋的结构,在结构的不同点处,通过连结的变形元件,另一车辆的冲击能量会在适当的方向和本体的区域发生偏置,并且乘员因此得到保护(转换能力)。
在本发明的优选的构型中,底盘布置在驾驶室的后面,并与驾驶室固定连接。特别地,底盘布置在B柱的后面。在这种情况下,根据本发明,底盘优选地取代技术状态下使用的移动房屋或机动房屋的传统引导框架。
在本发明的另外的实施方式中,安全舱的特征在于,包括安全舱的底盘,其中底盘包括:
-至少一个泡沫型材,其包括混合纺织物和/或无纺织物作为纵向梁和/或横向梁;
-至少一个面板,其包括混合纺织物和/或无纺织物,以形成底盘的未由型材包括的区域的优选的空气动力学包覆层;
-至少一层混合纺织物和/或无纺织物。
这样的底盘包括与移动房屋和机动房屋的安全有关的特别有利的性能,令人惊讶的是,不会对驾驶行为产生负面影响。此外,这样的底盘的结构是特别低重量的,使得特别优选地实现了轻质底盘的目的。根据本发明,底盘包括移动房屋或机动房屋的支撑元件。在这种情况下,支撑元件优选地具有支撑驱动装置、本体和有效载荷的功能,以及对外力作用的稳定功能。底盘对于本领域的普通技术人员来说是已知的。
在本发明的上下文中,泡沫材料形成为长形的中空本体。在外部几何形状中,型材优选地形成为圆形和/或方形。型材的中空空间优选地包括硬泡沫,特别是挤压聚苯乙烯硬泡沫(XPS)。有利地,泡沫部件不仅具有优异的阻尼性能,同时减轻了重量,而且还对型材的稳定性起到了惊人地积极作用。
根据本发明,混合纺织物和/或无纺织物优选地附着在中空型材的外向表面上。这有利地对型材的稳定性起到积极作用。
在安全舱的优选的实施方式中,泡沫型材优选地构造为横向梁,特别优选地构造为纵向梁。在根据本发明的另外的替代方案中,泡沫型材优选地同时形成为横向梁和纵向梁。
根据本发明,面板被限定为平坦元件。面板可以采用任何所需的几何形状。面板优选地形成为多边形,特别优选地面板形成为矩形。
在本发明的另外优选的实施方式中,面板在其整个区域上与底盘连接。底盘的梁优选地在其整个区域上被连接和包覆。
在另外优选的实施方式中,面板附接在底盘的区域中,这些区域不被底盘的型材包括,使得面板作为空气动力学包覆层。车辆底部有利地从这样的面板排列中显现出良好的流动阻力系数(阻力系数[cw-Value])。
在另外优选的实施方式中,面板代表不同型材之间的连接,因此底盘的梁通过面板相互平坦地连接。
在一个实施方式中,混合纺织物和/或无纺织物优选地在其整个区域上布置在整车中。特别优选地,混合纺织物和/或无纺织物在底盘的区域中具有支撑功能。
在另外优选的实施方式中,至少一层混合纺织物和/或无纺织物在其整个区域上附接在面板上。有利地,底盘的稳定性可以因此而提高。
在本发明的另外的实施方式中,安全舱的特征在于,底盘在至少沿轴向的部分中的侧边区域中包括至少一个变形元件,变形元件优选地包括由碳纤维增强塑料制成的蜂窝结构和/或包括混合纺织物和/或无纺织物的至少一个泡沫型材,其中,变形元件优选地与至少一个面板一起存在。
根据本发明,蜂窝结构优选地构造成所谓的夹层结构。因此,蜂窝结构优选地包括蜂窝芯和支撑覆盖外层。覆盖外层优选地包括至少一层混合纺织物和/或无纺织物和/或可以附接至安全舱的结构元件。在这种情况下,蜂窝芯优选地包括棱柱,棱柱具有由碳纤维增强塑料制成的六边形的基部表面。棱柱优选地沿其外部表面彼此连通布置,并因此提供本领域技术人员已知的蜂窝结构。令人惊讶地,除了提高安全舱的稳定性外,还提高了安全舱的隔热性能。
在蜂窝结构的另外优选的构型中,蜂窝芯没有覆盖外层直接附接在安全舱的结构元件上。覆盖外层的“省略”有利地节省了材料,并且令人惊讶地仍然满足安全舱的所有稳定性标准。
在另外优选的实施方式中,在横向梁上优选地沿周向附接由碳纤维增强塑料制成的蜂窝结构。因此,整个横向梁的顶表面构造有蜂窝结构。蜂窝结构在横向梁上优选地未与覆盖层附接和/或特别优选地与覆盖层附接。
在本发明的另外优选的构型中,在面板的纵向侧上引入蜂窝结构。蜂窝结构在面板中优选地未包括有和/或特别优选地包括有覆盖层。
根据本发明,侧向边缘区域优选地为底盘和/或安全舱的区域,在安全舱的俯视图中,该区域优选地未穿过底盘和/或安全舱的中心位置的纵向轴线。在俯视图中,边缘区域优选地定位在靠近外部壁的位置。在此,优选地靠近外部壁的距离从外部壁的0mm直至从外部壁到底盘和/或安全舱的中心定位的纵向轴线的大约一半的距离。
在本发明的另外的实施方式中,安全舱的特征在于,底盘包括至少一个后部轮轴和/或至少一个驱动单元。
在另外优选的构型中,底盘包括两个后部轮轴。
根据本发明,驱动单元是构造单元,它借助于能量转换使移动房屋或机动房屋运动起来。在本发明的上下文中,这优选地是带有或未带有传动装置的发动机。
该驱动件优选地构造为混合驱动件、电驱动件和/或内燃动力驱动件。
内燃动力驱动件或内燃发动机是本领域普通技术人员已知的。在燃烧室中,燃料和空气的可燃混合物被燃烧。由此产生的热气体的热膨胀被用来使活塞移动(在汪克尔发动机(Wankel engine)中,转子)。
电驱动件将电能转换为机械能。本领域的技术人员已知的是,载流导体线圈在电动机中产生磁场,载流导体线圈的相互的吸引力和排斥力被转换为运动。
根据本发明,电能优选地由电池或蓄电池、燃料电池和/或光伏电池提供。
混合驱动优选地是电驱动和内燃驱动的组合。根据本发明,电驱动或内燃机可以以不同的方式相互作用。本领域技术人员已知的是,电驱动和内燃驱动以并联、串联或借助于混合形式而协作。
在本发明的另外的实施方式中,安全舱的特征在于,安全舱包括至少一个电池组、至少一个燃料电池和/或至少一个水箱,其中,电池组、燃料电池和/或水箱优选地安置在舱前部和/或后部区域中的保护盒中。
水箱储存水,且优选地用于移动房屋和机动房屋中的卫生系统和厨房的使用。电池(电化学电池)和燃料电池都可以向电动机,或者也可以向移动房屋和机动房屋的其他电力部件、比方说例如为流体加热器、TV装置、加热系统等传输电力。原电池和燃料电池都是本领域技术人员已知的,其中,对于燃料电池来说,氢气罐是必不可少的。特别是在发生事故的情况下,水箱、氢气罐、电池和/或燃料电池必须得到良好的保护。有利地,这由保护盒提供。保护盒优选地布置在安全舱的前部和/或后部区域。更优选地,保护盒安装在安全舱的前部区域。
在本发明的另外的实施方式中,安全舱的特征在于,保护盒至少部分地由至少一个变形元件在外部限界,该变形元件特别包括由碳纤维增强塑料制成的蜂窝结构和/或包括混合纺织物和/或无纺织物的至少一个泡沫型材,其中保护盒优选地与纵向梁和/或横向梁连接。
保护盒优选地构造成使得该保护盒从两个侧面各被优选地包括蜂窝状的纵向梁包围,和/或从另外两个侧面各被横向梁包围。特别优选地,两个侧面各自由纵向梁包围和/或至少一个另外的侧面由横向梁包围。
在另外的实施方式中,保护盒的纵向轴线优选地与主行进方向平行。特别优选地是,保护盒的纵向轴线在其高度上平行于安全舱和/或底盘的纵向轴线移位,使得保护盒有利地嵌入安全舱的中央,并由多个保护部件围住。
在另外的实施方式中,保护盒的纵向轴线与安全舱的两个侧向外部壁的距离优选地大致相同。
在另外优选的构型中,保护盒连接到底盘的纵向梁和/或横向梁。
在另外优选的实施方式中,保护盒构造成使要保护的区域被纵向梁和横向梁的框架或类似框架的结构包围,纵向梁和横向梁与底盘的梁连接。
在另外优选的实施方式中,保护盒的纵向轴线与主行进方向横向地布置。这样,安全舱可以有利地构造成在其纵向延伸方向上是更小的。
在本发明的另外的实施方式中,安全舱的特征在于,安全舱包括家具,特别是至少一个座位区、椅子、橱柜和/或卫生间-隔板壁,其中,家具遵循载荷路径计算结果而通过纤维增强塑料与底盘和/或安全舱固定连接。
所有的家具优选地包括混合纺织物或无纺织物,使得它除了原有的功能外,还可以有利地具备碰撞元件的功能。该家具优选地包括45°/90°混合纺织物或无纺织物。
在另外的方面,本发明涉及用于移动房屋或机动房屋的安全舱的制造方法,该移动房屋或机动房屋包括安全舱的可布置在驾驶室后面的至少一部分,该制造方法包括为安全舱的壁制造纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的层,其特征在于,将纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的多层片进行层压以形成层,其中层片沿层的横向方向布置,其中直接彼此相对的层片相对于彼此包括不同的纤维取向,其中关于预期的行进方向,用于舱的前部区域的侧向外部壁的层至少包括3个至9个层片,其中关于预期的行进方向,用于舱的后部区域的侧向外部壁的层包括1个至5个层片,其中前部区域中比后部区域中包括更多的层片,以及其中用于舱的横向方向的中间壁的层包括三个至九个层片。
在本发明的优选的实施方式中,该制造方法还包括以下步骤:
-将由玻璃纤维增强塑料制成的两个外部层片层压在该层上,这使在两个相反的外部表面完成该层,其中,每个外部层片的纤维取向优选地与外部层片下面的层片和/或另一外部层片相差90°。
在本发明的另外优选的实施方式中,该制造方法还包括以下步骤:
-将纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的至少两层连接到安全舱的壁或壁区域,其中,在层之间优选地定位有泡沫材料层,其中,纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物的两个层就纤维取向而言包括相对于位于两个层之间的对称平面对称的对称层片结构。
在本发明的另外优选的实施方式中,该制造方法还包括以下步骤:
-将前部区域的壁或壁区域与后部区域的壁或壁区域连接至侧向外部壁或侧向外部壁的壁区域;
在本发明的另外优选的实施方式中,该制造方法包括安全舱底盘的制造,并且还包括以下步骤:
-为纵向梁和/或横向梁提供包括混合纺织物和/或无纺织物的至少一种泡沫型材;
-优选地,连接纵向梁和横向梁;
-优选地,使底盘的不被型材包括的区域的在空气动力学方面包覆有包括混合纺织物的至少一个面板;
-优选地,插入至少一层混合纺织物和/或无纺织物。
在另外的方面,本发明涉及根据前述权利要求中任意一项或多项所述的安全舱的制造方法,对于外部区域的结构由外向内包括以下步骤。
-优选地插入GFP和/或金属泡沫的层,优选地具有厚度为1mm至10mm、优选地为2mm至3mm;
-插入1层至20层、优选地是2层至8层碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或金属泡沫;
-优选地引入XPS泡沫的层片,优选地具有厚度在10mm与40mm之间、特别是30mm;
-优选地引入至少一个另外层的碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物和/或金属泡沫;
-最后优选地插入另外层的GFP和/或金属泡沫,优选地厚度为1mm至10mm。
本领域的普通技术人员认识到,根据本发明的安全舱的技术特征、定义和/或优选的实施方式的优点也适用于根据本发明和这里描述的制造方法。
纤维增强塑料的插入优选地可以手动进行、至少部分地手动进行。为此,纤维纺织物、无纺织物和/或无纺材料优选地可以在执行层压之前只在舱的预期位置固定一次,优选地是用树脂,例如环氧树脂。可以以这种方式引入具有不同排列纤维的多个纤维增强层,优选地是一个在另一个之上。单个层优选地在此处进行处理以防止产生气穴。这种方法特别简单和具有成本效益。
类似地,插入纤维增强塑料层优选地在工业规模上进行,特别是至少部分地通过机器进行,优选地包括上述步骤。在这种情况下,在插入之前可以优选地形成上文已经描述的增强的叠置件,增强的叠置件然后优选地以RTM方法提供树脂。所得部件的固化可以优选地通过供给热和在明显降低气压的情况下,例如在压热器中进行。因此,各个层可以特别有效地相互连接,其中特别是避免气穴,并提高稳定性和免于维护性。这种方法可以特别有效地实现自动化和合理化,且同时提高质量。
在另外优选的实施方式中,规定是不仅可以手动或通过压热器进行层压,而且可以通过高压处加压进行层压。当然,也可以将这些动作结合起来。
本领域的技术人员知晓,比优选的厚度更高的厚度可能会产生在舱的拐角区域,其中优选地在插入期间使纤维增强层重叠以提高稳定性和/或强度。
引入泡沫可以优选地通过注入泡沫来进行。同样地,优选地可以引入成品泡沫元件。
在本发明的另外的实施方式中,GFP和/或碳和/或芳纶纤维增强塑性纺织物在安全舱的前部区域、优选地在乘客区域中的层数高于其他区域中的层数、特别是在后部区域中的层数。
在本发明的另外的实施方式中,该制造方法还包括以下步骤:
-将由碳纤维增强塑料制成的至少一个、优选地是至少两个纵向梁,纵向于行驶方向优选地嵌入在安全舱的上部区域中和/或安全舱的地板区域中、特别地嵌入成可与底盘连接;
-优选地在安全舱的上部区域中和/或地板区域中横向于行进方向优选地引入至少一个、优选地是2个至4个横向梁,特别是可与碳纤维增强塑料制成的底盘连接。
这些元件优选地是事先制造的,例如以预制的形式手动或自动地制造。特别是通过地板区域中的横向梁和/或纵向梁来协同增加强度,这些梁是可连接的,并且优选地与底盘连接。当梁包括用于与车辆连接的对应的连接或连结装置和/或连接或连结表面时,这些梁优选地是可连接的。
在另外的方面,本发明涉及用于移动房屋或机动房屋的稳定变形元件,优选地用于根据上述描述的移动房屋或机动房屋的安全舱中,稳定变形元件构造成增加移动房屋或机动房屋的乘客隔间的安全性和/或稳定性,优选地增加安全舱的安全性和/或稳定性。
另外优选的实施方式包括制造方法,其中碳纤维增强塑料型材采用拉挤工艺制造。
纤维增强塑料型材的拉挤工艺或挤压工艺在此为本领域普通技术人员已知的。
另外优选的实施方式包括制造方法,该制造方法包括以下步骤:
-将侧向外部壁或侧向外部壁的壁区域安装在底盘上,形成安全舱的外部壁;
-优选地,将中间壁沿舱的横向方向插入到从舱的前部区域到舱的后部区域的过渡处;
-优选地,对用于安全舱的顶部的天花板元件进行安装。
变形元件构造成增加移动房屋或机动房屋的乘客隔间(优选地安全舱)的安全性和/或稳定性。增加安全性特别是指稳定性和/或转换能力的改进,这在发生事故时增加了安全性。这可以被测量和/或计算,例如在碰撞试验期间。这里的构造主要是指这种安全性的提高是由变形元件带来的。
本领域的普通技术人员认识到,根据本发明的安全舱的优选的实施方式的技术特征、定义和/或优点、以及在此使用的变形元件的技术特征、定义和/或优点也适用于这里描述的变形元件。特别地,金属泡沫也可以被变形元件所包括。
在本发明的优选的实施方式中,纤维增强物的纤维和/或金属泡沫的纤维在至少一个方向上包括至少2700MPa、优选地至少2850MPa、更优选地至少3000MPa且特别是至少3500MPa的抗拉强度和/或至少70GPa、优选地至少100GPa、更优选地至少230GPa且特别是至少370GPa的弹性模量和/或至少0.7%、优选地至少1.5%、更优选地至少2.7%且特别是至少3.5%的断裂伸长率。
然而,也优选地在至少一个方向上,抗拉强度至少为1000MPa、优选地至少2000MPa、更优选地至少3000MPa且特别是至少3500MPa和/或弹性模量至少为50GPa、优选地至少90GPa且特别是至少130GPa和/或该变形元件在至少一个方向上具有高(冲击)韧性。
特别地,变形元件可以包括至少一个方向上的至少XX的(冲击)韧性。
在本发明的另外优选的实施方式中,纤维增强物选自:碳纤维、芳纶纤维和/或玻璃纤维。
在本发明的另外优选的实施方式中,纤维增强物包括纤维粗纱,其中纤维粗纱的丝数在1,000与50,000之间和/或细度在30tex与3,500tex之间、优选地在40tex与400tex之间。
本领域的普通技术人员认识到,根据本发明包括在上述安全舱中的变形元件的优选的实施方式的技术特征、定义和/或优点也适用于根据本发明和此处描述的变形元件。
在本发明的优选的实施方式中,该变形元件包括2000MPa以上、优选地3000MPa以上且特别是3500MPa以上的抗拉强度。
在本发明的优选的实施方式中,变形元件包括碳纤维增强塑料、优选地包括一个或多个芳纶。
在本发明的另外优选的实施方式中,变形元件包括至少一个稳定角元件,优选地用于稳定根据上述描述的安全舱的拐角区域。
在另外的方面,本发明涉及用于稳定移动房屋或机动房屋(优选地是根据上述描述的安全舱)的底盘的方法,所述方法包括以下步骤:
-优选地分析确定乘客隔间和/或安全舱的安全相关区域;
-在乘客隔间和/或安全舱的安全相关区域中引入根据上述描述的稳定变形元件。
本领域的普通技术人员认识到,根据本发明的安全舱和/或根据本发明的变形元件的优选的实施方式的技术特征、定义和/或优点也适用于根据本发明和这里描述的方法。
在优选的实施方式中,在第一步中,底盘首先优选地用包括混合纺织物和/或无纺织物的两个或更多个主梁而不是常规的钢来建造。在第二步中,然后安装顶面板和背面板。除了常规的上部结构外,制造商建立的生产线也可有利地用于根据本发明的安全舱。
附图说明
详细描述
下面将使用示例和附图对本发明进行更详细地描述,但在本发明不限于此的情况下。
附图的简要说明
图1以外部示图示出了具有安全舱的移动房屋的三维图示。
图2示出了具有安全舱的移动房屋的三维截面图示,不具有前外部壁。
图3示出了具有安全舱的移动房屋的三维截面图示,不具有前外部壁,具有内部设备的基本元件。
图4示出了具有安全舱的移动房屋的三维图示,不具有前外部壁,其中沿横向方向示出了后外部壁和隔板的截面图示。
图5示出了具有安全舱的移动房屋的三维图示,不具有前外部壁,其中沿横向方向示出了不具有隔板的后外部壁的截面图示。
图6示出了移动房屋的三维截面图示,不具有另外的安全舱部分,具有在安全舱的地板区域中的纵向梁和横向梁。
图7示出了具有底盘的移动房屋的三维截面图示。
图8示出了安全舱的前视的三维截面图示。
图9示出了安全舱的后视的三维截面图示。
图10以俯视图示出了移动房屋或机动房屋。
图11a说明了壁的横截面的一种实施方式的结构。
图11b说明了壁的横截面的第二种实施方式的结构。
图11c说明了壁的横截面的第三种实施方式的结构。
图12示出了多轴混合无纺织物的结构。
图13示出了多轴无纺织物的制造过程。
具体实施方式
图1以外部示图示出了具有安全舱1的移动房屋2的三维图示。具有外部区域3的安全舱1位于驾驶室4的后方。
图2示出了具有不带有前外部壁的安全舱1的移动房屋2的三维截面图示。内部区域5清晰可见。
图3示出了具有安全舱1的移动房屋2的三维截面图示,该安全舱1不具有前外部壁,但包括基础的内部设备。以这种方式,可以分辨出安全舱1的基本安全相关特征和主要变形元件。内部区域5例如由沿横向方向的隔板9分为前部区域6和后部区域7。前部区域6是旅途中的乘客区域,而在后部区域7中容置有卫生间和床(见图2)。前部区域6中的与行进方向15相反的经由连接件18连接至安全舱的座位区域是清晰可见的。在座位区上方的舱的拐角区域17中引入了稳定的角元件8,以用不显眼的方式提高安全性,并且看起来是内部家具的一部分。
图4示出了具有安全舱1的移动房屋2的三维图示,该安全舱不具有前外部壁和内部家具,其中,沿横向方向示出了具有隔板9的后外部壁的横截图示。在图中可以看到引入到外部区域3中以及引入在沿横向方向的隔板9中的玻璃纤维增强塑料11和碳和/或芳纶纤维增强塑料10的层,这些层显著地提高了舱1的安全性。由于现在在此图中示出了内部家具,因此在舱的拐角区域17中也可以清楚地看出稳定的角元件8。
图5基本上示出了与图4相同的安全舱1的图示,但未沿横向方向9表示隔板,由此,在安全舱1的外部区域3中引入的玻璃纤维增强塑料11和碳纤维和/或芳纶纤维增强塑料10的层更加清晰可辨。
图6示出了不具有安全舱1的其他部分的移动房屋2的三维截面图示,具有在安全舱1的地板区域中的两个纵向梁12和四个横向梁13。两个纵向梁和四个横向梁优选地包括碳和/或芳纶纤维增强塑料,并且优选地连接至安全舱1的底盘14和上部结构两者。
图7示出了具有底盘14的移动房屋2的三维截面图示,不具有纵向梁12和横向梁13。
图8示出了安全舱1的三维截面图示。一方面,示出了内部区域5,并且另一方面,示出了外部区域3。中间壁9将安全舱1分为两个区域。安全舱1的前部区域6除其他外包括与主行进方向反向的座位区15,其中,该座位区优选地经由连接件18连接至底盘。安全舱1的底盘包括保护盒22。保护盒22优选地构造成使得该保护盒从两侧均由纵向梁12围绕,该纵向梁12优选地包括蜂窝状物20,并且从另一侧由横向梁13围绕。纵向梁12优选地构造为包括混合纺织物和/或无纺织物的泡沫型材。保护盒22布置在安全舱1的前部区域6中,并为电池和/或具有氢气罐的燃料电池提供空间。保护盒21也存在于后部区域7中。与前部保护盒22不同的是,保护盒21没有集成在底盘中。保护盒21构造成使得要保护的区域由框架或类似框架结构的纵向梁和横向梁围绕,纵向梁和横向梁连接至底盘的梁(12、13)。
图9示出了安全舱1的三维截面图示。在这种情况下,安全舱1的尾部是清晰的。可以看到安全舱的后部区域7。后部区域7包括保护盒21。在保护盒21的上方附接有横向梁13,该横向梁13包括由沿周向的碳纤维增强塑料制成的蜂窝结构20。附加地,蜂窝结构20还被包括在底盘的边缘区域中。
图10中以俯视图示出了移动房屋或机动房屋2。安全舱1由中间壁9分为前部区域6和后部区域7。附加地,在驾驶室4和安全舱1的前部区域6之间存在变形元件16。前部区域的外部壁23和中间壁9以及变形元件16优选地包括每覆盖层为3层片至9层片的混合纺织物和/或无纺织物。相反,后部区域的外部壁(24、25)优选地包括每覆盖层为1层片至5层片的混合纺织物和/或无纺织物。
图11a、图11b和图11c说明了外部壁的截面的结构。在这种情况下,壁被分为3部分。与安全舱相关的一个外覆盖层、与安全舱相关的一个内覆盖层、以及布置在两个覆盖层之间的一个硬泡沫层片(XPS)。在图11a中,外部覆盖层和内部覆盖层在每种情况下都包括两个GFP无纺织物,两个GFP无纺织物均从一侧包围混合无纺织物(CFP)。此处,混合无纺织物(CFP)由三个标准化的双轴混合无纺织物(CFP)层压,双轴混合无纺织物相对于多轴无纺织物的纤维排列为(0°/90°;+/-45°,90°/0°)。GFP无纺织物的纤维取向为(0°/90°或90°/0°)。除标准化双轴无纺织物的纤维取向排列外,内部覆盖层的结构与外部覆盖层相同。此处,内部覆盖层的纤维取向相对于外部覆盖层的纤维取向是镜像倒置的,使得硬泡沫层片(XPS)被认为是镜像平面或对称平面。图11b和图11c与图11a的不同之处在于层压的双轴混合无纺织物(CFP)的数量及其纤维取向。
图12示出了多轴混合无纺织物的结构。通过层压多个单向无纺织物,多轴无纺织物的纤维取向为(0°/-15°/-30°/-45°/-60°/-75°/-90°)。
图13示出了多轴无纺织物的制造过程。箭头显示了0°纤维取向限定的生产方向。
附图标记列表
1 安全舱
2 移动房屋或机动房屋
3 外部区域
4 驾驶室
5 内部区域
6 前部区域
7 后部区域
8 稳定的角元件
9 沿横向方向的隔板
10碳和/或芳纶纤维增强塑料
11 玻璃纤维增强塑料
12 纵向梁
13 横向梁
14 底盘
15 与行进方向或主行进方向相反的座位区域
16 驾驶室和内部区域之间的变形元件。
17 舱的拐角区域
18 连接件
20 蜂窝结构
21 后部区域中的保护盒
22 前部区域中的保护盒
23 前部区域中的侧向外部壁
24 后部区域中的侧向外部壁
25 安全舱的后部处的外部壁

Claims (29)

1.一种用于移动房屋或机动房屋(2)的安全舱(1),所述安全舱包括所述安全舱(1)的能够布置在驾驶室(4)后方的部分,其特征在于:
所述安全舱(1)的壁(9、23、24、25)包括纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的至少一层,其中,层包括沿横向方向彼此相继的层片,其中,直接彼此相继的层片包括相对于彼此的不同的纤维取向,
其中,在所述舱的与预期的主行进方向相关的前部区域(6)中的侧向外部壁(23)中的所述层优选地包括至少三个至九个层片,
其中,在所述舱的与预期的主行进方向相关的后部区域(7)中的侧向外部壁(24)中的所述层优选地包括一个至五个层片,
其中,在从所述舱的所述前部区域(6)至所述舱的所述后部区域(7)的过渡处存在中间壁(9),所述中间壁相对于所述舱的纵向方向横向地布置,其中,所述中间壁(9)包括优选地具有三个至九个层片的层。
2.根据前一权利要求所述的安全舱(1),其特征在于:
在所述前部区域(6)中比在所述后部区域(7)中包括更多的层片。
3.根据前述权利要求中一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
纤维增强物选自:碳纤维、芳纶纤维和/或玻璃纤维。
4.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
塑性的无纺织物和/或纺织物是混合无纺织物和/或纺织物,所述混合无纺织物和/或纺织物包括碳纤维和芳纶纤维的混合纤维增强物。
5.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
在所述舱的所述前部区域(6)中的所述层中,包括有混合纺织物和/或无纺织物,所述混合纺织物和/或无纺织物:
i.包括四个层片,其中,彼此相继的所述层片的纤维取向均相差30°的角度,或者
ii.包括六个层片,其中,彼此相继的所述层片的纤维取向均相差18°的角度,或者
iii.包括七个层片,其中,彼此相继的所述层片的纤维取向均相差15°的角度。
6.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
在所述舱的所述后部区域(7)中的所述层中,包括有混合纺织物和/或无纺织物,所述混合纺织物和/或无纺织物:
i.包括两个层片,其中,彼此相继的所述层片的纤维取向均相差90°的角度,或者
ii.包括三个层片,其中,彼此相继的所述层片的纤维取向均相差45°的角度。
7.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
在所述层中包括由玻璃纤维增强塑料制成的两个外部层片,所述外部层片在两个相反的外部表面处完成所述层,其中,每个外部层片的纤维取向优选地与所述外部层片下面的层片和/或其他外部层片相差90°。
8.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
所述层的每个层片包括约为0.3mm的厚度。
9.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
所述安全舱的所述壁(9、23、24、25)包括至少一种泡沫材料,所述至少一种泡沫材料优选地是硬泡沫,所述至少一种泡沫材料特别地是挤压聚苯乙烯硬泡沫(XPS)。
10.根据前一权利要求所述的安全舱(1),其特征在于:
所述安全舱(1)的所述壁(9、23、24、25)包括至少两层纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物,其中,在所述层之间优选地定位有泡沫材料层。
11.根据前一权利要求所述的安全舱(1),其特征在于:
所述泡沫材料层包括硬泡沫材料,并且包括约为30mm的厚度。
12.根据前述权利要求10或11中的一项所述的安全舱(1),其特征在于:
所述纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的两个层包括层片结构,所述两个层所包括的所述层片结构就纤维取向而言是相对于位于所述两个层之间的对称平面对称的。
13.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
所述混合无纺织物和/或纺织物的所述纤维增强物包括有介于40%与60%之间的重量比例的芳纶纤维,并且特别地,所述混合无纺织物和/或纺织物的所述纤维增强物包括有约为50%的重量比例的芳纶纤维,其中,还包括碳纤维,以及其中,所述重量比例与所述纤维增强物的总重量相关。
14.根据前述权利要求中一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
前部区域(6)和/或后部区域(7)包括沿所述安全舱(1)的纵向方向的至少1.5m的延伸部。
15.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
包括所述安全舱(1)的底盘,其中,所述底盘包括:
-至少一个泡沫型材,所述至少一个泡沫型材包括作为纵向梁(12)和/或横向梁(13)的混合纺织物和/或无纺织物;
-至少一个面板,所述至少一个面板包括混合纺织物和/或无纺织物,以形成所述底盘的未由所述型材包括的区域的优选的空气动力学构型;
-至少一层混合纺织物和/或无纺织物。
16.根据前一权利要求所述的安全舱(1),其特征在于:
所述底盘在至少沿周向的部分中的侧向边缘区域中包括至少一个变形元件,所述变形元件优选地包括由碳纤维增强塑料制成的蜂窝结构(20)和/或包括混合纺织物和/或无纺织物的至少一个泡沫型材,其中,所述变形元件优选地与至少一个面板一起存在。
17.根据前述权利要求15或16中的一项所述的安全舱(1),其特征在于:
所述底盘包括至少一个后部轮轴和/或至少一个驱动单元。
18.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
所述安全舱(1)包括至少一个电池组、至少一个燃料电池和/或至少一个水箱,其中,电池组、燃料电池和/或水箱优选地被容置在所述舱的所述前部区域(6)中和/或所述后部区域(7)中的保护盒(21、22)中。
19.根据前一权利要求所述的安全舱,其特征在于:
所述前部区域(6)中的所述保护盒(22)至少部分地由至少一个变形元件地在外部限界,所述变形元件特别地包括由碳纤维增强塑料制成的蜂窝结构(20)和/或包括混合纺织物和/或无纺织物的至少一个泡沫型材,其中,所述保护盒(22)优选地连接至所述底盘的纵向梁(12)和/或横向梁(13)。
20.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
所述内部区域(5)包括至少一个座位区(15),所述座位区特别地与所述主行进方向反向安装,
其中,所述座位区(15)包括碳纤维增强的混合纺织物和/或无纺织物,所述座位区优选地直接连接至所述底盘。
21.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
所述安全舱(1)包括家具,特别地,所述安全舱(1)包括至少一个座位区(15)、椅子、橱柜和/或浴室分隔墙,其中,所述家具遵循载荷路径计算结果而通过纤维增强塑料固定地连接至所述底盘和/或所述安全舱(1)。
22.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的安全舱(1),其特征在于:
所述舱的所述侧向外部壁(23、24)包括梁,所述梁以框架的方式布置并且由碳纤维增强塑性型材制成,所述梁特别是纵向梁(12)和横向梁(13),在所述梁之间布置有所述纤维增强的塑性的纺织物的层,其中,所述梁(12、13)优选地沿着在事故的情况下可能的载荷路径布置。
23.一种用于移动房屋或机动房屋(2)的安全舱(1)的制造方法,所述安全舱包括所述安全舱的能够布置在驾驶室(4)后方的至少一部分,所述制造方法包括对用于所述安全舱(1)的壁(9、23、24、25)的纤维增强塑性纺织物和/或无纺织物层的制造,其特征在于:
对纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的多个层片进行层压以形成一个层,其中,所述层片沿所述层的横向方向布置,其中,直接彼此相继的所述层片包括相对于彼此的不同的纤维取向,其中,对于所述舱的沿主行进方向的前部区域(6)的侧向外部壁(23)的所述层包括至少三个至九个层片,其中,对于所述舱的沿所述主行进方向的后部区域(7)的侧向外部壁(24)的所述层包括一个至五个层片,其中,在所述前部区域(6)中比在所述后部区域(7)中包括更多的层片,以及其中,用于沿所述舱的所述横向方向的中间壁(9)的层包括三个至九个层片。
24.根据前一权利要求所述的制造方法,还包括以下步骤:
-将由玻璃纤维增强塑料制成的两个外部层片层压到所述层上,所述外部层片在两个相反的外部表面处完成所述层,其中,每个外部层片的纤维取向优选地与所述外部层片下面的层片和/或其他外部层片相差90°。
25.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的制造方法,还包括以下步骤:
-将纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的至少两层连接至所述安全舱(1)的壁(9、23、24、25)或壁区域,其中,在所述层之间优选地定位有泡沫材料层,其中,所述纤维增强的塑性的纺织物和/或无纺织物的所述两个层就所述纤维取向而言包括相对于位于所述两个层之间的对称平面对称的对称层片结构。
26.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的制造方法,还包括以下步骤:
-将所述前部区域(6)的壁(23)或壁区域与所述后部区域(7)的壁(24)或壁区域连接至侧向外部壁或侧向外部壁的壁区域。
27.根据前述权利要求中的一项或更多项所述的制造方法,所述制造方法包括制造所述安全舱(1)的底盘,所述制造方法包括以下步骤:
-向纵向梁(12)和/或横向梁(13)提供包括混合纺织物和/或无纺织物的至少一个泡沫型材;
-优选地,将纵向梁(12)与横向梁(13)连接;
-优选地,使所述底盘的未由所述型材包括的区域在空气动力学方面包覆有包括混合纺织物的至少一个面板;
-优选地,插入至少一层混合纺织物和/或无纺织物。
28.根据前一权利要求所述的制造方法,其中,所述碳纤维增强塑性型材能够通过拉挤工艺制造。
29.根据前述权利要求26或27所述的制造方法,所述制造方法包括以下步骤:
-将所述侧向外部壁(23、24)或所述侧向外部壁的壁区域安装在所述底盘上,以形成所述安全舱(1)的外部壁;
-优选地,将所述中间壁(9)沿所述舱的所述横向方向插入到从所述舱的所述前部区域(6)至所述舱的所述后部区域(7)的过渡处;
-优选地,对用于所述安全舱的顶部的天花板元件进行安装。
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