CN116867636A - 车身构件、车辆、用于制造车身构件的半成品和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆(100)的车身构件(10)，包括由具有基础纤维的纤维增强塑料制成的基体(11)和由具有透过纤维的纤维增强塑料制成的透过体(12)，其中，所述透过纤维为了实现穿过透过体(12)的无线电信号通信而具有比基础纤维更高的无线电信号穿透性。本发明还涉及一种用于制造根据本发明的车身构件(10)的半成品、一种具有根据本发明的车身构件(10)的车辆(100)以及一种用于制造根据本发明的车身构件(10)的方法。

Description

车身构件、车辆、用于制造车身构件的半成品和方法

技术领域

本发明涉及一种由纤维增强塑料制成的、用于车辆的车身构件。本发明还涉及一种用于制造这种车身构件的半成品、一种具有这种车身构件的车辆以及一种用于制造这种车身构件的方法。

背景技术

对车辆的车身构件有许多要求。多年来，主要要求尤其是包括尽可能低的重量和尽可能高的稳定性。除了这些机械要求(有时必须在两者之间找到折衷方案)之外，信号技术要求近年来也变得越来越重要。这尤其是包括车身构件的一定的无线电信号穿透性，从而尽可能少地影响车内移动电话的信号或无线电接收。为了始终在车辆内部空间与车辆环境之间建立希望的信号通信，已经研发出车身部件如具有顶盖缝的车顶，通过顶盖缝的与车顶的其余部分相比减小的材料厚度和替代的材料特性可以实现改进的信号通信。此外，在现有技术中已知车顶天线，通过这些车顶天线可以将无线电信号从车辆的周围环境传入车辆中以及从车辆发射到车辆的周围环境中。

发明内容

本发明的任务是至少部分地考虑上述问题。本发明的任务尤其是提供一种改进的车身构件，其在尽可能小的重量和高的稳定性下具有足够高的无线电信号穿透性。

上述任务通过权利要求来解决。尤其是上述任务通过根据权利要求1的车身构件、根据权利要求10的半成品、根据权利要求13的车辆以及根据权利要求15的方法来解决。本发明的其它优点由从属权利要求、说明书和附图得出。在此结合车身构件描述的特征当然也适用于根据本发明的半成品、根据本发明的车辆、根据本发明的方法，并且相应地反之亦然，从而关于对各个发明方面的公开内容始终相互参考和/或可以相互参考。

根据本发明的第一方面，提供一种用于车辆的车身构件。车身构件包括由具有基础纤维(Grundfasern)的纤维增强塑料制成的基体和由具有透过纤维(Durchlassfasern)的纤维增强塑料制成的透过体其中，所述透过纤维为了实现穿过透过体的无线电信号通信而具有比基础纤维更高的无线电信号穿透性。

在本发明的范围中已经认识到用于制造车身构件的传统纤维复合材料关于无线电信号有时在其无线电信号穿透性方面存在显著差异。尤其是已经发现，在现有技术中已知的车身构件，例如由碳纤维增强塑料制成的、具有常见构件厚度的车顶强烈地直至完全屏蔽特定的无线电信号、如5G无线电信号。也就是说，如果将这种车顶安装在车辆中，则这将对信号接收产生极为不利的影响。进一步的测试表明，具有替代纤维复合材料的较小的构件区段(其具有较高的无线电信号穿透性)已经足以为整个车身构件实现希望的无线电信号穿透性。因此，在当前可以提供由纤维复合塑料制成的、重量优化且尽管如此仍然稳定的车身构件，该车身构件还能关于尽可能宽的无线电信号带宽实现高的无线电信号穿透性。通过使用纤维复合材料，车身构件可以构造有光滑、连续、平坦和/或无接缝的表面几何结构。因此，有利于车身构件以及具有这种车身构件的车辆的流线形设计。基体和透过体优选彼此机械连接。基础纤维和透过纤维尤其是可以至少部分地相互交织。基体与透过体之间的纤维复合提供了特别稳定且流体密封的材料复合。由此可以防止如在金属构件和简单的塑料构件中的传统嵌件中已知的密封、连接和/或稳定性问题。

基体和/或透过体优选分别具有连续实心的结构。尤其是透过体不具有贯通开口和/或流体通道。因此，可以说基体和/或透过体分别是封闭结构。基体和透过体在体积和/或重量方面优选构成车身构件的主要组成部分。尤其是基体和透过体在体积和/或重量方面构成车身构件的80％以上或90％以上。基体可以理解为承载性的基体和/或车身构件的承载性的组成部分。因此，基体可以具有用于将车身构件固定在车辆中和/或上的固定区段。车身构件优选构造成板形的、尤其是弯曲板形的，例如以所谓的片状模塑料的形式和/或通过使用相应的方法来构造。因此，与车身构件长度和车身构件宽度相比，车身构件具有小多倍的车身构件厚度或者说高度。车身构件厚度或材料厚度例如处于0.5mm至3mm的范围内、尤其是在1.5mm至2.5mm的范围内。

“无线电信号穿透性”尤其是可理解为关于不同无线电信号的穿透度和/或屏蔽度。具有高无线电信号穿透性的材料比具有低无线电信号穿透性的材料更少地屏蔽无线电信号。为了实现希望的无线电信号通信，透过体具有这样的材料厚度，在该材料厚度下在特定的无线电信号如所谓的5G无线电信号的情况下仍能实现预定义的信号穿透性。车身构件优选具有不变的和/或连续的车身构件厚度。“纤维增强塑料”在当前尤其是可以理解为纤维塑料复合物和/或纤维复合塑料，其具有塑料基质以及在当前为透过纤维和基础纤维形式的增强纤维。塑料基质包围增强纤维，增强纤维通过粘附的相互作用结合到塑料基质上。基体的纤维增强塑料优选具有比透过体的纤维增强塑料更高的稳定性和/或强度。此外，基体的纤维增强塑料可以具有比透过体的纤维增强塑料更小的比重。塑料基质可以作为热固性塑料基质、热塑性塑料基质、弹性体塑料基质和/或相应的树脂存在。

此外，车身构件可以包括由具有覆盖纤维的覆盖纤维增强塑料制成的覆盖体，所述覆盖体覆盖基体和透过体并且形成车身构件的外侧面，并且覆盖纤维为了实现穿过覆盖体的无线电信号通信而具有比基础纤维更高的无线电信号穿透性。通过覆盖体可以在无线电信号穿透性的同时改善车身构件的稳定性。当透过体例如由玻璃纤维增强塑料制成或者说构造为GFK透过体时，覆盖体也可以由玻璃纤维增强塑料或优选由玄武岩纤维增强塑料制成或者说构造为BFK覆盖体。玄武岩纤维实现比玻璃纤维更高的稳定性并且在根据本发明的覆盖体的例如小于1mm的范围内、尤其是0.1mm和0.5mm之间的范围内的常见厚度下仍然具有希望的无线电信号穿透性。基体、透过体和覆盖体共同构成所提出的车身构件的主要组成部分和优选仅有的组成部分。

根据本发明的另一种实施方式，在车身构件中基体可以由碳纤维增强塑料制成和/或基础纤维是碳纤维。因此，车身构件可以以特别高的稳定性并且同时以相对小的重量实现。基体优选完全由碳纤维增强塑料制成。由碳纤维增强塑料制成的基体可以理解为CFK基体。

此外，在根据本发明的车身构件中，透过体可以由玻璃纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料和/或玄武岩纤维增强塑料制成，和/或透过纤维可以是玻璃纤维、芳纶纤维和/或玄武岩纤维。在本发明范围内的试验中已经认识到，玻璃纤维、芳纶纤维以及玄武岩纤维即使在对于车身构件常见的厚度下也具有希望的无线电信号穿透性并且尽管如此仍满足在稳定性和重量方面所希望的功能。透过体优选完全由透过纤维增强塑料制成。因此，透过体可以理解为GFK透过体、BFK透过体或AFK透过体。

在根据本发明的车身构件的一种有利扩展方案中，基体和透过体材料锁合地彼此连接。尤其是通过基体和透过体的相应的塑料基质产生材料锁合。因此，可以在基体和透过体之间实现流体密封的、稳定的且相应地持久的连接。

此外，在根据本发明的车身构件中，基体可以至少近似在车身构件的整个车身构件长度上或至少近似在车身构件的整个车身构件宽度上延伸和/或透过体可以至少近似在车身构件的整个车身构件长度上或至少近似在车身构件的整个车身构件宽度上延伸。因此不仅可以有效地实现在无线电信号穿透性以及稳定性方面所希望的功能，而且也使车身构件的制造变得高效。尤其是在此情况下例如可以提供带材和/或卷材，由其能够快速且简单地制造例如裁剪车身构件。“基体和/或透过体分别至少近似在整个车身构件长度或整个车身构件宽度上延伸”可以理解为基体和/或透过体分别在整个车身构件长度或整个车身构件宽度的至少80％、尤其是至少90％上延伸。此外，基体可以设计成围绕透过体的框架形。通过环绕的CFK框架可以提供特别稳定的车身构件。此外，透过体可以具有多个彼此间隔开设计的透过区域，并且基体设计成框架形地围绕这些透过区域，关于透过体所描述的特征和功能类似地适用于每个透过区域。在此情况下，基体可以具有一种栅格结构，其有效地提高车身构件的稳定性。

此外，根据本发明的车身构件可以具有车身构件厚度、车身构件长度和车身构件宽度，透过体在整个车身构件厚度上或至少近似在整个车身构件厚度上延伸。因此可以确保所希望的无线电信号通信或者说实现希望的无线电信号穿透性。“透过体至少近似在整个车身构件厚度上延伸”可以理解为透过体在整个车身构件厚度的至少80％、尤其是至少90％上延伸。在此车身构件被视为独立的构件。对于车身构件例如以车顶的形式被提供的情况，关于车身构件厚度不考虑以后在车辆制造中补充的车顶内衬。

根据本发明的另一种实施变型方案，在车身构件中基体可以具有基体体积并且透过体可以具有透过体体积，所述透过体体积在基体体积的10％至80％之间的范围内。尤其是在绝大部分地或超过例如80％或90％由基体和透过体组成的车身构件中，借助基体和透过体之间的这种比例可以通过基体实现希望的稳定性以及通过透过体实现希望的无线电信号穿透性。此外，在对根据本发明的车身构件的试验范围内，关于所希望的稳定性和无线电信号穿透性之间的折衷已证明有利的是，车身构件具有总体积并且透过体具有透过体体积，透过体体积在总体积的3％至30％之间的范围内、尤其是在总体积的5％至15％之间的范围内。

上述车身构件优选配置和设计为车顶或用于制造车顶。车顶对离开车辆和进入车辆的无线电信号通信的可能性具有很大影响。借助所提出的车身构件可以提供一种具有希望特性、尤其是具有高稳定性、低重量和尽管如此仍足够高的无线电信号穿透性的组合的车顶。如前所述，在此情况下在没有可能的附加的车顶内衬的情况下观察车顶。

根据本发明的另一方面，提供一种用于制造如上所述的车身构件的半成品。半成品包括具有基础纤维的基体半成品和具有透过纤维的透过体半成品，其中，透过纤维为了实现穿过透过纤维的无线电信号通信而具有比基础纤维更高的无线电信号穿透性。因此，根据本发明的半成品具有与参照根据本发明的车身构件详细描述的相同优点。车身构件可以通过预成型、湿压、高压釜生产(Autoklavfertigung)或快速传递模塑等过程由半成品制成。半成品尤其是应理解为纺织半成品，优选纯纺织半成品。根据本发明的半成品的基础纤维和透过纤维优选形锁合和/或力锁合地彼此连接。尤其是基础纤维和透过纤维至少部分地相互交织和/或相互编织。这种半成品可以作为卷材提供并且因此用于特别简单、快速且相应低成本的进一步加工。

本发明的另一方面涉及一种具有如上所述的车身构件的车辆。因此，根据本发明的车辆也具有上述优点。车辆尤其是客运车辆、如轿车、卡车、客运飞机、客运轨道车辆、客运船舶或客运机器人，即用于运送人员的相应车辆或交通工具。根据本发明的车辆优选具有车顶，该车顶具有车身构件或以车身构件的形式提供。

此外，在本发明的范围内提出一种用于制造如上所述的车身构件的方法。该方法具有以下步骤：

-提供如上所述的半成品，

-浸渍所述半成品，并且

-将经浸渍的半成品加工成车身构件。

浸渍可以理解为向半成品添加连接剂，以便将基体或基体半成品与透过体或透过体半成品材料锁合地连接。在加工的范围中，经浸渍的半成品可以在预定义的时间上被加载预定的压力和/或经受预定义的温度和/或预定义的温度变化。此外，经浸渍的半成品可以在加工期间成型或改型。

其它改进本发明的措施从下面对本发明的不同实施例的说明中得出，这些实施例在附图中示意性地示出。所有从权利要求书、说明书或附图中得出的特征和/或优点，包括结构上的细节和空间上的布置，无论是其本身还是在不同的组合中，都对于本发明是重要的。

附图说明

附图如下：

图1示出根据本发明的一种优选实施方式的车身构件；

图2示出具有根据本发明的车身构件的车辆；

图3示出用于制造根据本发明的车身构件的半成品；

图4示出根据第一种实施方式的作为卷材的根据本发明的半成品；

图5示出根据第一种实施方式的由图4中所示的卷材制成的半成品坯件；

图6示出根据第二种实施方式的由图4中所示的卷材制成的半成品坯件；

图7示出根据第二种实施方式的作为卷材的根据本发明的半成品；

图8示出根据第一种实施方式的由图7中所示的卷材制成的半成品坯件；

图9至12示出用于制造根据本发明的车身构件的方法；和

图13示出具有另一种根据本发明的车身构件的车辆。

具体实施方式

具有相同功能和作用方式的元件在附图中分别设有相同的附图标记。

图1示出用于车辆100的车身构件10。车身构件10包括由具有碳纤维形式的基础纤维4的碳纤维增强塑料制成的基体11。因此，基体11可以被理解为CFK基体11。车身构件10还包括由具有玻璃纤维形式的透过纤维5的玻璃纤维增强塑料制成的透过体12，透过纤维5或玻璃纤维为实现穿过透过体12的无线电信号通信而具有比基础纤维4或碳纤维更高的无线电信号穿透性。图1中所示的车身构件10具有连接剂13，基体11和透过体12通过该连接剂材料锁合地彼此连接。连接剂13构造成塑料基质或相应的树脂的形式。如在图1中进一步可见，透过体12在整个车身构件厚度上或近似在整个车身构件厚度上延伸。仅还可忽略不计地涂覆连接剂13并且其在附图中为了更好的可视性放大地示出。

图2示出具有根据图1的车身构件10的车辆100。更具体地说，车辆100的车顶20具有图1中所示的车身构件10。在该车身构件10中，基体11和透过体12分别在整个车身构件长度上延伸。在此情况下，透过体体积约为基体体积的30％。此外，透过体体积约为车身构件的总体积的20％。

图3示出用于制造如上所述的车身构件10的半成品1。半成品1包括具有碳纤维形式的基础纤维4的基体半成品2和具有玻璃纤维形式的透过纤维5的透过体半成品3。各基础纤维4和各透过纤维5分别交织地提供。此外，基础纤维4部分地与透过纤维5交织。也就是说，基础纤维4和透过纤维5形锁合且力锁合地相互连接。玻璃纤维具有比碳纤维更高的无线电信号穿透性。

图4示出图3中所示的半成品1的卷材，可以根据切割线A和切割线B从该卷材切下半成品1。图5示出根据图4的切割线A被分离的半成品1。在该半成品1中，基体半成品2和透过体半成品3分别在整个半成品长度上延伸。此外，一个透过体半成品3幅材(Bahn)在两个基体半成品2幅材之间延伸。图6示出根据图4的切割线B被分离的半成品1。在该半成品1中，基体半成品2和透过体半成品3分别在整个半成品宽度上延伸。在此情况下，一个透过体半成品3幅材也在两个基体半成品2幅材之间延伸。所述半成品幅材分别在半成品1的整个半成品厚度上或近似在整个半成品厚度上延伸。

图7示出根据另一种实施方式的半成品1的卷材，可以根据切割线C从该卷材切下半成品1。图8示出根据图7中的切割线C被分离的半成品1。在该半成品1中，基体半成品2和透过体半成品3分别在整个半成品宽度上延伸。此外，一个基体半成品2幅材在两个透过体半成品3幅材之间延伸。所述半成品幅材分别在半成品1的整个半成品厚度上或近似在整个半成品厚度上延伸。

下面参考附图9至12说明一种用于在示例性的湿压过程中制造车身构件10的方法。为此，首先提供如上所述的半成品1。省略了关于基础纤维4和透过纤维5在初始制造过程中如何相互交织或编织的详细说明。这例如可以在纤维直接铺放过程中进行，在其中由展开的粗纱铺放成带。如图9所示，首先将纺织半成品切割成希望的长度。接着，使多个半成品层如图10所示上下重叠并且用塑料基质浸渍。在静置阶段之后，如图11所示，将经浸渍的构件置入冲压模具30中并在那里使其在预定义的时间上并且借助预定义的压力达到希望的形状并且时效硬化。一旦构件具有希望的形状并且已经充分地时效硬化，则如图12所示打开冲压模具30并取出成品的车身构件。

图13示出具有用于车顶的车身构件10的车辆100，其中，基体11框架形地围绕透过体12延伸或者说透过体12构造成窗形的或位于基体11中的信号透过窗的形式。

除了所示的实施方式，本发明还允许其它设计原则。也就是说，本发明不应被认为限于参考附图所解释的实施例。

附图标记列表

1半成品

2基体半成品

3透过体半成品

4基础纤维

5透过纤维

10 车身构件

11 基体

12 透过体

13 连接剂

20 车顶

30 冲压模具

100 车辆

A切割线

B切割线

C切割线。

Claims (15)

1.用于车辆(100)的车身构件(10)，所述车身构件包括由具有基础纤维(4)的纤维增强塑料制成的基体(11)和由具有透过纤维(5)的纤维增强塑料制成的透过体(12)，其中，所述透过纤维(5)为了实现穿过透过体(12)的无线电信号通信而具有比基础纤维(4)更高的无线电信号穿透性。

2.根据权利要求1所述的车身构件(10)，其特征在于，所述基体(11)由碳纤维增强塑料制成和/或所述基础纤维(4)是碳纤维。

3.根据前述权利要求中任一项所述的车身构件(10)，其特征在于，所述透过体(12)由玻璃纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料和/或玄武岩纤维增强塑料制成，和/或所述透过纤维(5)是玻璃纤维、芳纶纤维和/或玄武岩纤维。

4.根据前述权利要求中任一项所述的车身构件(10)，其特征在于，所述基体(11)和透过体(12)材料锁合地相互连接。

5.根据前述权利要求中任一项所述的车身构件(10)，其特征在于，所述基体(11)至少近似在车身构件(10)的整个车身构件长度上或至少近似在车身构件的整个车身构件宽度上延伸，和/或所述透过体(12)至少近似在车身构件(10)的整个车身构件长度上或至少近似在车身构件的整个车身构件宽度上延伸。

6.根据前述权利要求中任一项所述的车身构件(10)，其特征在于车身构件厚度、车身构件长度和车身构件宽度，所述透过体(12)在整个车身构件厚度上延伸或至少近似在整个车身构件厚度上延伸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的车身构件(10)，其特征在于，所述基体(11)具有基体体积并且所述透过体(12)具有透过体体积，所述透过体体积处于所述基体体积的10％至80％之间的范围内。

8.根据前述权利要求中任一项所述的车身构件(10)，其特征在于，所述车身构件(10)具有总体积，并且所述透过体(12)具有透过体体积，所述透过体体积处于所述总体积的3％至30％之间的范围内。

9.根据前述权利要求中任一项所述的车身构件(10)，其特征在于，所述车身构件(10)是车顶(20)或者配置和设计用于制造车顶。

10.用于制造根据前述权利要求中任一项所述的车身构件(10)的半成品(1)，所述半成品包括具有基础纤维(4)的基体半成品(2)和具有透过纤维(5)的透过体半成品(3)，其中，所述透过纤维(5)为了实现穿过透过纤维(5)的无线电信号通信而具有比基础纤维(4)更高的无线电信号穿透性。

11.根据权利要求10所述的半成品(1)，其特征在于，所述基础纤维(4)和透过纤维(5)形锁合和/或力锁合地相互连接。

12.根据权利要求10至11中任一项所述的半成品(1)，其特征在于，所述半成品(1)作为卷材提供。

13.车辆(100)，所述车辆具有根据权利要求1至9中任一项所述的车身构件(10)。

14.根据权利要求13所述的车辆(100)，其特征在于，设有车顶(20)，该车顶具有所述车身构件(10)。

15.用于制造根据权利要求1至9中任一项所述的车身构件(10)的方法，所述方法具有以下步骤：

-提供根据权利要求10至12中任一项所述的半成品(1)，

-浸渍所述半成品(1)，并且

-将经浸渍的半成品(1)加工成车身构件(10)。