DE102013101801A1 - Structural element e.g. frame element for motor car, has electrical conduit that is arranged between fiber layers of composite and is firmly connected to electrical contact - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strukturelement für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Rahmenelement für ein Chassis oder eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs, mit einer Mehrzahl von laminierten Faserschichten, die einen starren Faserverbund bilden, und wobei der Faserverbund wenigstens eine erste und eine zweite Faserschicht aufweist, mit einer elektrischen Leitungsanordnung, die an gegenüberliegenden Enden Anschlussabschnitte aufweist, um die elektrische Leitungsanordnung elektrisch zu kontaktieren.The present invention relates to a structural element for a motor vehicle, in particular a frame element for a chassis or a passenger compartment of the motor vehicle, comprising a plurality of laminated fiber layers which form a rigid fiber composite, and wherein the fiber composite comprises at least a first and a second fiber layer, with a electrical lead assembly having terminal portions at opposite ends for electrically contacting the electrical lead assembly.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturelements für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines Rahmenelements für ein Chassis oder eine Fahrgastzelle, wobei eine erste Faserschicht, eine elektrische Leitungsanordnung und eine zweite Faserschicht in einer Gussform angeordnet werden und die Faserschichten laminiert werden, um einen starren Faserverbund zu bilden.The invention further relates to a method for producing a structural element for a motor vehicle, in particular a frame element for a chassis or a passenger compartment, wherein a first fiber layer, an electrical line arrangement and a second fiber layer are arranged in a mold and the fiber layers are laminated to a rigid Fiber composite form.
Die Erfindung betrifft schließlich einen Kraftfahrzeugrahmen mit einem erfindungsgemäßen Strukturelement.Finally, the invention relates to a motor vehicle frame with a structural element according to the invention.
Derartige Strukturelemente dienen dazu, einen Teil eines Tragrahmens oder eines Anbauelements eines Kraftfahrzeugs zu bilden und durch den Faserverbund das Gewicht des Kraftfahrzeugs zu reduzieren.Such structural elements serve to form a part of a supporting frame or an attachment element of a motor vehicle and to reduce the weight of the motor vehicle through the fiber composite.
In der Kraftfahrzeugtechnik ist es allgemein bekannt, Teile des Chassis und Teile der Fahrgastzelle aus Metallblechen zusammenzubauen und Anbauteile des Chassis und/oder der Fahrgastzelle aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen oder laminierten Kohlenstofffasermatten zu bilden. Zur elektrischen Energieversorgung des Kraftfahrzeugs und insbesondere zur Energieversorgung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist es notwendig, elektrische Leitungen an dem Chassis und/oder der Fahrgastzelle zu befestigen, die eine elektrische Verbindung zwischen z. B. dem frontseitigen Motorraum und dem heckseitigen Laderaum bereitzustellen. Diese elektrische Verbindung wird üblicherweise durch eine flexible Rundleitung oder durch eine starre Flachleitung gebildet, die an der Oberfläche des Chassis und/oder der Fahrgastzelle befestigt oder in einem gesonderten Kabelkanal geführt wird und eine separate elektrische Isolierung aufweist.In automotive engineering, it is well known to assemble parts of the chassis and parts of the passenger compartment from sheet metal and to form attachments of the chassis and / or the passenger compartment of carbon fiber reinforced plastics or laminated carbon fiber mats. For the electrical power supply of the motor vehicle and in particular for the power supply of electrically driven vehicles, it is necessary to attach electrical lines to the chassis and / or the passenger compartment having an electrical connection between z. B. to provide the front-side engine compartment and the rear cargo space. This electrical connection is usually formed by a flexible round cable or by a rigid flat cable, which is fastened to the surface of the chassis and / or the passenger compartment or guided in a separate cable channel and having a separate electrical insulation.
Nachteilig dabei ist es, dass die Montage einer derartigen elektrischen Leitung aufwendig ist und die Leitung separat und aufwendig isoliert werden muss, da sie äußerlich an dem Chassis oder der Fahrgastzelle angebrachtoder in den Kabelkanal eingebracht werden muss.The disadvantage here is that the installation of such an electrical line is expensive and the line must be separately and consuming isolated because it must be externally attached to the chassis or the passenger compartment or inserted into the cable channel.
Ein kohlefaserverstärktes Kunststoffbauteil für ein Türmodul eines Kraftfahrzeugs ist beispielsweise aus der
Weitere ähnliche Kunststoffbauelemente mit metallischen Einlegeteilen oder elektrischen Leitungen für Kraftfahrzeuge sind beispielsweise aus der
Insgesamt ist es bei den elektrischen Leitungen für Kraftfahrzeuge nachteilig, dass sie aufwendig montiert werden müssen und üblicherweise separat isoliert werden müssen, um Kurzschlüsse zu vermeiden und die Gefahr von elektrischen Stromschlägen zu reduzieren. Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, deren elektrische Antriebe mit großen Spannungen und entsprechend großen Strömen versorgt werden, ist die elektrische Isolierung der Versorgungsleitungen des elektrischen Antriebs durch die hohen Spannungen und hohen Ströme sehr aufwendig und benötigt entsprechend einen großen Bauraum.Overall, it is disadvantageous in the electrical wiring for motor vehicles that they must be assembled consuming and usually need to be isolated separately to avoid short circuits and reduce the risk of electrical shock. In electrically driven vehicles, the electric drives are supplied with high voltages and correspondingly large currents, the electrical insulation of the supply lines of the electric drive by the high voltages and high currents is very expensive and requires a large amount of space.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Strukturelemente mit elektrischen Leitungen für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik einen geringeren Bauraum benötigen.It is therefore an object of the present invention to provide structural elements with electrical lines for motor vehicles, which require a smaller space than the prior art.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Strukturelement dadurch gelöst, dass die elektrische Leitungsanordnung zwischen der ersten und der zweiten Faserschicht angeordnet und mit dem Faserverbund fest verbunden ist.This object is achieved in the structure element mentioned above in that the electrical line arrangement between the first and the second fiber layer is arranged and fixedly connected to the fiber composite.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Herstellungsverfahren dadurch gelöst, dass die elektrische Leitungsanordnung zwischen der ersten Faserschicht und der zweiten Faserschicht angeordnet wird und die Faserschichten und die elektrische Leitungsanordnung derart zueinander angeordnet werden, dass gegenüberliegende Anschlussabschnitte der elektrischen Leitungsanordnung freiliegen.This object is achieved in the manufacturing method mentioned above in that the electrical line arrangement between the first fiber layer and the second fiber layer is arranged and the fiber layers and the electrical line arrangement are arranged to each other such that opposite terminal portions of the electrical line arrangement exposed.
Diese Aufgabe wird ferner gelöst durch einen Kraftfahrzeugrahmen mit einem Strukturelement gemäß der vorliegenden Erfindung.This object is further achieved by a motor vehicle frame with a structural element according to the present invention.
Da das erfindungsgemäße Strukturelement eine Leitungsanordnung aufweist, die zwischen den Faserschichten in dem Strukturelement integriert ist, kann die elektrische Leitung bei der Herstellung des Strukturelements bereits integriert werden, so dass keine gesonderten Halterungen oder Kabelschächte für die elektrische Leitung notwendig werden. Dadurch, dass die elektrische Leitungsanordnung im Strukturelement integriert ist, ist die elektrische Leitungsanordnung vor äußeren Einflüssen geschützt, so dass die elektrische Isolierung der Leitungsanordnung und dadurch der benötigte Bauraum reduziert werden kann. Durch das erfindungsgemäße Strukturelement wird insgesamt der technische Aufwand der elektrischen Leitungsanordnung in dem Kraftfahrzeug reduziert, wodurch das Kraftfahrzeug im Allgemeinen kostengünstiger gefertigt und das Gewicht des Kraftfahrzeugs reduziert werden kann.Since the structural element according to the invention has a line arrangement which is integrated between the fiber layers in the structural element, the electrical line can already be integrated in the production of the structural element, so that no separate brackets or cable ducts for the electrical line will be necessary. Because the electrical line arrangement is integrated in the structural element, the electrical line arrangement is protected against external influences, so that the electrical insulation of the line arrangement and thereby the required installation space can be reduced. As a result of the structural element according to the invention, overall the technical complexity of the electrical line arrangement in the motor vehicle is reduced, as a result of which the motor vehicle can generally be manufactured more cost-effectively and the weight of the motor vehicle can be reduced.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Faserschichten durch elektrisch isolierende Schichten gebildet.In a preferred embodiment, the fiber layers are formed by electrically insulating layers.
Dadurch kann auf eine elektrische Isolierung der elektrischen Leitungsanordnung vollständig verzichtet werden, wodurch das Gewicht und der benötigte Bauraum weiter reduziert werden kann.As a result, electrical insulation of the electrical line arrangement can be completely dispensed with, as a result of which the weight and the required installation space can be further reduced.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Faserschichten Kohlefasergewebe aufweisen.It is further preferred if the fiber layers comprise carbon fiber fabric.
Dadurch kann das Strukturelement besonders stabil und mit einem besonders geringen Gewicht ausgebildet werden.As a result, the structural element can be made particularly stable and with a particularly low weight.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Faserschichten als Kohlefasermatten ausgebildet und miteinander vergossen sind.It is further preferred if the fiber layers are formed as carbon fiber mats and shed together.
Dadurch kann das Strukturelement mit geringem technischem Aufwand gefertigt werden, da die Kohlefasermatten lediglich mittels einer Vergussmasse aneinander befestigt werden müssen.Thereby, the structural element can be manufactured with little technical effort, since the carbon fiber mats must be fastened together only by means of a potting compound.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Faserschichten mit einem Verbundstoff verklebt sind.It is further preferred if the fiber layers are bonded to a composite.
Dadurch können die Faserschichten einen festen Faserverbund bilden, der als tragendes Element in dem Kraftfahrzeug verbaut werden kann.As a result, the fiber layers can form a solid fiber composite, which can be installed as a load-bearing element in the motor vehicle.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Verbundstoff aus Epoxidharz gebildet ist.It is further preferred if the composite is formed of epoxy resin.
Der besondere Vorteil des Epoxidharzes ist es, dass er eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist und die Faserschichten zu einem sehr strapazierfähigen Strukturelement verbindet, wodurch das Strukturelement im Allgemeinen besonders leicht und besonders belastbar wird.The particular advantage of the epoxy resin is that it has a low electrical conductivity and connects the fiber layers to a very durable structural element, whereby the structural element is generally particularly light and particularly resilient.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Anschlussabschnitte der elektrischen Leitungsanordnung freiliegen.It is furthermore preferred if the connection sections of the electrical line arrangement are exposed.
Dadurch kann die elektrische Leitungsanordnung mit besonders geringem technischem Aufwand elektrisch verbunden werden, um beispielsweise elektrische Verbraucher mit einer elektrischen Energiequelle zu verbinden.As a result, the electrical line arrangement can be electrically connected to a particularly low technical effort, for example, to connect electrical loads with an electrical energy source.
Es ist weiter bevorzugt, wenn die elektrische Leitungsanordnung ein metallischer Leiter ist.It is further preferred if the electrical line arrangement is a metallic conductor.
Dadurch kann die elektrische Leitungsanordnung mit geringem technischem Aufwand und hoher Leitfähigkeit bereitgestellt werden.As a result, the electrical line arrangement can be provided with little technical effort and high conductivity.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der metallische Leiter als Flachleiter ausgebildet ist.It is further preferred if the metallic conductor is designed as a flat conductor.
Dadurch kann eine elektrische Leitung mit hohem Leitungsquerschnitt und geringem elektrischen Widerstand in dem Strukturelement integriert werden, wobei der benötigte Bauraum für den metallischen Leiter begrenzt ist.As a result, an electrical line having a high line cross section and low electrical resistance can be integrated in the structural element, wherein the required installation space for the metallic conductor is limited.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die elektrische Leitungsanordnung als flexibles Flachbandkabel mit einer Mehrzahl von separaten elektrischen Leitungen ausgebildet ist.It is further preferred if the electrical line arrangement is designed as a flexible ribbon cable with a plurality of separate electrical lines.
Dadurch können unterschiedliche Spannungen bereitgestellt und insbesondere Datenkabel mit mehreren Leitungen in dem Strukturelement integriert werden, wodurch im Allgemeinen der Verkabelungsaufwand in dem Kraftfahrzeug reduziert werden kann.As a result, different voltages can be provided and, in particular, data cables with a plurality of lines can be integrated in the structural element, as a result of which in general the wiring complexity in the motor vehicle can be reduced.
In einer besonderen Ausführungsform weist das Flachbandkabel einen flexiblen Träger auf, auf den die elektrischen Leitungen aufgebracht sind.In a particular embodiment, the ribbon cable to a flexible carrier on which the electrical lines are applied.
Dadurch kann ein beliebiges flexibles Flachbandkabel mit geringem technischem Aufwand in das Strukturelement integriert werden, wodurch der Fertigungsaufwand des Strukturelements mit integrierten Datenleitungen reduziert ist.As a result, any flexible ribbon cable with little technical effort can be integrated into the structural element, whereby the manufacturing cost of the structural element is reduced with integrated data lines.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die elektrische Leitungsanordnung Kohlenstoffnanoröhren als Leitungsabschnitt aufweist.It is furthermore preferred if the electrical line arrangement has carbon nanotubes as the line section.
Dadurch kann die elektrische Leitungsanordnung mit einem hohen elektrischen Leitwert und mit sehr geringem Gewicht bereitgestellt werden, wodurch das Strukturelement insgesamt leichter wird.As a result, the electrical line arrangement can be provided with a high electrical conductance and with a very low weight, whereby the structural element as a whole becomes lighter.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Anschlussabschnitte mit flexiblen Anschlussleitungen verbunden sind.It is furthermore preferred if the connection sections are connected to flexible connection lines.
Dadurch kann die elektrische Leitungsanordnung auch mit vibrierenden und beweglichen Bauelementen des Kraftfahrzeugs verbunden werden, ohne dass das Strukturelement mechanisch beschädigt wird.As a result, the electrical line arrangement can also be connected to vibrating and movable components of the motor vehicle, without the structural element being mechanically damaged.
Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die flexiblen Anschlussleitungen Metalllitzen, insbesondere Kupferlitzen, aufweisen.It is particularly preferred if the flexible connection lines metal strands, in particular copper strands, have.
Dadurch können die flexiblen Anschlussleitungen kostengünstig mit geringem technischem Aufwand gefertigt werden.As a result, the flexible connection lines can be manufactured inexpensively with little technical effort.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Leitungsanordnung eine Mehrzahl von metallischen Leitungen aufweist, die zwischen der äußeren und der inneren Faserschicht elektrisch miteinander verbunden sind und ein metallisches Geflecht bilden.It is further preferred if the conduit arrangement comprises a plurality of metallic lines, which are electrically connected to each other between the outer and the inner fiber layer and form a metallic braid.
Dadurch kann das Strukturelement insgesamt mit einer leitfähigen Struktur ausgebildet werden, wodurch beispielsweise an unterschiedlichen Einbaupositionen das Kraftfahrzeug stets ein definiertes elektrisches Potenzial wie z. B. ein Massepotenzial bereitgestellt werden kann.As a result, the structural element as a whole can be formed with a conductive structure, as a result of which, for example, the motor vehicle always has a defined electrical potential, for example at different installation positions. B. a ground potential can be provided.
Das erfindungsgemäße Strukturelement wird vorzugsweise für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge bzw. für Hybridfahrzeuge verwendet, da bei derartig elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen hohe Ströme und hohe Spannung zum Antreiben des elektrischen Antriebs verwendet werden und die elektrische Energie üblicherweise vom Heck des Kraftfahrzeugs zu dem im Frontbereich eingebauten elektrischen Antrieb transportiert werden muss. Die elektrische Leitungsanordnung, die bei dieser Anwendung besonders hohe elektrische Spannungen aufweist und große elektrische Ströme transportiert, kann durch die besondere Anordnung zwischen den Faserschichten mit geringem Aufwand isoliert werden, wodurch der Schutz vor elektrischen Überschlägen erhöht ist.The structural element according to the invention is preferably used for electrically driven motor vehicles or for hybrid vehicles, since in such electrically powered vehicles high currents and high voltage are used to drive the electric drive and the electrical energy is usually transported from the rear of the motor vehicle to the built-in front electric drive must become. The electrical line arrangement, which in this application has particularly high electrical voltages and transports large electrical currents, can be isolated by the special arrangement between the fiber layers with little effort, whereby the protection against electrical flashovers is increased.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:
In
Die elektrische Leitung
An einem der Anschlussabschnitte
Dadurch, dass die Batterie
Dadurch, dass die elektrische Leitung
Die elektrische Leitung
Insgesamt kann durch die integrierte elektrische Leitung
In
Alternativ oder zusätzlich zu elektrischen Versorgungsleitungen können auch elektrische Leitungen in dem Kraftfahrzeugrahmen
In dem Kraftfahrzeugrahmen
Das Kraftfahrzeug
Insgesamt kann mittels der elektrischen Leitung
In
Die elektrische Datenleitung
Im Ergebnis kann somit sowohl die elektrische Energieversorgung als auch die elektrische Datenübertragung in dem Kraftfahrzeug
Das Strukturelement
Der Faserverbund des Strukturelements
Die Faserschichten
In einer alternativen Ausführungsform kann die elektrische Leitung
In
Zwischen den Faserschichten
Die Faserschichten
Während der Fertigung des Strukturelements
Der Übergang zwischen den separaten Anschlussabschnitten
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die elektrische Leitung
In dieser Darstellung ragt einer der Anschlussabschnitte
Die elektrische Leitung
In einer besonderen Ausführungsform sind die Anschlussabschnitte
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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