DE102018122131A1

DE102018122131A1 - Panoramadach-Versteifungsverstärkung

Info

Publication number: DE102018122131A1
Application number: DE102018122131.2A
Authority: DE
Inventors: Andrew K. Swayne; Ryan M. Hahnlen
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2019-03-21
Also published as: CN109501560A; US10421496B2; US20190084621A1; US11124241B2; JP7001567B2; CN109501560B; JP2019077435A; US20200010121A1

Abstract

Eine Fahrzeugdachversteifung enthält einen Metall- oder Metalllegierungsrahmen, der eine Mittelöffnung und zumindest eine Ecke definiert. Die Fahrzeugdachversteifung enthält auch einen faserverstärkten Polymer (FRP)-Abschnitt, der zumindest eine Übergangsstruktur enthält, die ein Metall- oder eine Metalllegierung enthält. Zumindest einige der Fasern des FRP-Abschnitts sind in die Übergangsstruktur eingebettet. Der FRP-Abschnitt ist in der zumindest einen Ecke angeordnet. In einigen Beispielen enthält der Rahmen eine Öffnung in der zumindest einen Ecke, und der FRP-Abschnitt überspannt die Öffnung. In anderen Beispielen überlappt der FRP-Abschnitt den Rahmen an der zumindest einen Ecke. Der an der Ecke angeordnete FRP-Abschnitt kann die Steifigkeit der Dachversteifung verbessern, um den Widerstand gegen eine Verziehbewegung zu erhöhen und die gesamte Steifigkeit des Fahrzeugs zu erhöhen.

Description

HINTERGRUND
Herkömmliche Fahrzeugdächer enthalten eine Metallversteifungskomponente. Die Metallversteifungskomponente bietet dem relativ dünnen Dachblech strukturelle Stütze und trägt dazu bei, dass das Fahrzeug seine Form beibehält. Die Metallversteifungskomponente fügt jedoch ein signifikantes Gewicht zum Fahrzeug oberhalb vom Schwerpunkt des Fahrzeugs hinzu. Daher mindert das schwere Gewicht der Metallversteifungskomponente den Betrag der Gewichtserleichterung, die unter dem Dach auftreten kann, ohne den Schwerpunkt des Fahrzeugs anzuheben.
Im Hinblick auf das Vorstehende gibt es Bedarf nach verbesserten Fahrzeugdachversteifungen. Weitere Vorteile werden aus der unten angegebenen Offenbarung ersichtlich.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Zusammenfassung ist angegeben, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form einzubringen, die unten in der DETAILLIERTEN BESCHREIBUNG weiter beschrieben sind. Diese Zusammenfassung dient nicht dazu, Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch dient sie dazu, als Hilfe bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet zu werden.
In einem Aspekt gibt die Offenbarung eine Fahrzeugdach-Versteifung an. Die Fahrzeugdachversteifung kann einen Metall- oder Metalllegierungsrahmen enthalten, der eine Mittelöffnung und zumindest eine Ecke definiert. Die Fahrzeugdachversteifung kann einen faserverstärkten Polymer (FRP)-Abschnitt enthalten, der zumindest eine Übergangsstruktur enthält, die ein Metall oder eine Metalllegierung aufweist. Zumindest einige der Fasern des FRP-Abschnitts sind in die Übergangsstruktur eingebettet. Der FRP-Abschnitt ist in der zumindest einen Ecke angeordnet.
In einem anderen Aspekt gibt die Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugdachs an. Das Verfahren kann enthalten, einen Metall- oder Metalllegierungsrahmen bereitzustellen, der eine Mittelöffnung und zumindest eine Ecke definiert. Das Verfahren kann enthalten, zumindest einen faserverstärkten Polymer (FRP)-Abschnitt einer Dachversteifung bereitzustellen, die zumindest eine Metalllasche enthält, in die Faserzüge eingebettet sind. Das Verfahren kann enthalten, den FRP-Abschnitt mit dem Metallrahmen über die zumindest eine Metalllasche zu verbinden.
Figurenliste
Die neuartigen Merkmale, von denen angenommen wird, dass sie ein Charakteristikum der Offenbarung sind, sind in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt. In der folgenden Beschreibung sind in der gesamten Beschreibung und den Zeichnungen gleiche Teile jeweils mit den gleichen Zahlen bezeichnet. Die Zeichnungsfiguren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, und bestimmte Figuren können, im Interesse der Klarheit und Prägnanz, in übertriebener oder verallgemeinerter Form gezeigt sein. Jedoch wird die Offenbarung selbst, sowie auch eine bevorzugte Ausführungsart, weitere Ziele und Vorteile davon, am besten in Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung und illustrative Aspekte der Offenbarung verständlich, wenn man sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen liest, wobei:

1 ist eine Perspektivansicht einer Fahrzeugkarosserie.
2 ist eine Draufsicht einer Dachversteifung, die einer Verziehbewegung unterliegt.
3A ist eine Perspektivansicht einer beispielhaften Dachversteifung mit Verstärkungsabschnitten innerhalb einer Öffnung in einem Kanalabschnitt eines Rahmens.
3B ist eine Querschnittsansicht der Dachversteifung von 3A durch den Rahmen und einen Verstärkungsabschnitt.
4A ist eine Perspektivansicht einer anderen beispielhaften Dachversteifung mit Verstärkungsabschnitten innerhalb einer Öffnung an der Ecke eines Rahmens.
4B ist eine Querschnittsansicht der Dachversteifung von 4A durch den Rahmen und einen Verstärkungsabschnitt.
5A ist eine Perspektivansicht einer Dachversteifung mit Verstärkungsabschnitten, die einen Rahmen überlappen.
5B ist eine Querschnittsansicht der Dachversteifung von 5A durch den Rahmen und einen Verstärkungsabschnitt.
6A ist eine Perspektivansicht einer Dachversteifung mit Verstärkungsabschnitten, die innerhalb eines Kanalabschnitts eines Rahmens starr verbunden sind.
6B ist eine Querschnittsansicht der Dachversteifung von 3A durch den Rahmen und einen Verstärkungsabschnitt.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugdachs gemäß einem Aspekt der Offenbarung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Das Folgende enthält Definitionen von hierin verwendeten ausgewählten Begriffen. Die Definitionen enthalten verschiedene Beispiele und/oder Formen von Komponenten, die in den Umfang eines Begriffs fallen und die zur Implementierung verwendet werden können. Die Beispiele sollen nicht einschränkend sein.
Der hierin benutzte Begriff „Fahrzeug“ bezieht sich auf eine bemannte oder unbemannte Struktur, die zur Bewegung in der Lage ist und durch eine beliebige Energieform angetrieben wird. Der Begriff „Fahrzeug“ enthält, ist aber nicht beschränkt auf: PKWs, LKWs, Vans, Minivans, SUVs, Motorräder, Motorroller, Boote, Personen-Wasserfahrzeuge, Tauchfahrzeuge, Luftfahrzeuge und Raumfahrzeuge. In einigen Fällen enthält ein Kraftfahrzeug einen oder mehrere Motoren.
Es sollte sich verstehen, dass die Beschreibung und die Zeichnungen hierin lediglich illustrativ sind und dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen in den offenbarten Strukturen vorgenommen werden können, ohne von der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Allgemein sind die Figuren der beispielhaften Fahrzeugdachstruktur nicht maßstabsgetreu. Die hierin genannten Querrichtungen sind quer zum Fahrzeug, d.h. Richtungen nach links und rechts. Ähnlich beziehen sich Längsrichtungen auf vorwärtige und rückwärtige Richtungen des fahrenden Fahrzeugs, und beziehen sich die vertikalen Richtungen auf die Höhe, d.h. Richtungen nach oben und unten. Es versteht sich auch, dass die verschiedenen identifizierten Komponenten der hierin offenbarten beispielhaften Fahrzeugdachstruktur lediglich technische Begriffe sind, die von einem Hersteller zum anderen variieren können, und nicht so verstanden werden sollten, dass sie die vorliegende Offenbarung einschränken.
Im Allgemeinen gibt die vorliegende Offenbarung eine Fahrzeugdachversteifung an, welche einen Metall- oder Metalllegierungsrahmen und einen oder mehrere FRP-Abschnitte enthält, die an den Ecken angeordnet sind. Der zumindest eine FRP-Abschnitt kann mit dem Rahmen durch eine Metall- oder Metalllegierungs-Übergangsstruktur verbunden sein, in die Fasern eingebettet sind. Die Übergangsstruktur kann in der Form eines Einsatzes oder einer Lasche sein. Obwohl die Übergangsstruktur hierin als Lasche beschrieben wird, ist die Übergangsstruktur nicht auf irgendeine Form oder Geometrie beschränkt. Die Faser kann auch von der Metalllasche abstehen. Der FRP-Abschnitt kann mehrere FRP-Schichten enthalten, wobei die Fasern der Übergangsstruktur mit den FRP-Schichten verzahnt sind. Dementsprechend kann die Übergangsstruktur ein permanentes integriertes Merkmal des FRP-Abschnitts bilden. Die Übergangsstruktur kann, weil sie aus Metall ist, an den Metallrahmen, z.B. durch Widerstandpunkt-Schweißung geschweißt werden. Dementsprechend kann eine starke, dauerhafte Befestigung zwischen dem Metallrahmen und dem FRP-Abschnitt der Dachversteifung strukturelle Steifigkeit verleihen. In einem Aspekt kann der FRP-Abschnitt Kohlefasern enthalten. Andere Fasern, die verwendet werden könnten, enthalten Glasfasern, Aramidfasern, Polyparaphenylen-Benzobisethiazol (PBO)-Fasern, Keramikfasern wie SiC, und beliebige Kombinationen davon.
Der Metall- oder Metalllegierungsrahmen kann ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungsrahmen sein. Obwohl leichter als andere Metalle, kann ein Aluminiumrahmen auf eine Verziehbewegung empfindlich sein. Der FRP-Abschnitt kann für eine Verstärkung gegen die Verziehbewegung sorgen. Weil sowohl Aluminium als auch FRP leichter sind als herkömmlicher Stahl, der in Dachversteifungen verwendet wird, kann die Verwendung eines Aluminiumrahmens mit FRP-Abschnitt zur Verstärkung das Gewicht der Dachversteifung reduzieren. Die Verwendung von integrierten Übergangsstrukturen, welche in eine Metalllasche eingebettete Faser enthalten, kann die Verwendung von Metall-zu-Metall-Verbindungstechniken erlauben, welche den FRP-Abschnitt nicht beschädigen. Dementsprechend kann ein FRP-Abschnitt in einer Dachversteifung enthalten sein, ohne die strukturelle Integrität zu beeinträchtigen. Darüber hinaus kann der FRP-Abschnitt beständiger gegen eine Verziehbewegung sein (z.B. Verengen und Aufweiten an entgegengesetzten Ecken) als Metalldachversteifungen, was zu einer erhöhten Karosseriesteifigkeit beiträgt. Ein Beispiel einer Dachversteifung 130, die einer Verziehbewegung ausgesetzt ist, ist in 2 dargestellt. Wie dargestellt, kann sich ein Winkel der einen Ecke aufweiten, während der Winkel der benachbarten Ecken enger werden kann, was in einer verdrehten Form der Dachversteifung 130 resultiert. Die Beständigkeit der Dachversteifung auf eine Verziehbewegung (Steifigkeit) kann die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie 104 insgesamt beeinflussen.
Wenn man sich den Figuren zuwendet, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Komponenten bezeichnen, zeigt 1 eine beispielhafte Fahrzeugkarosserie 104, die eine Metalllegierungs-Fahrzeugdachstruktur (nicht gezeigt) tragen kann, die an der Metalllegierungs-Fahrzeugkarosserie 104 angebracht ist. Wie schematisch in 1 gezeigt, enthält die Fahrzeugkarosserie 104 ein Paar von seitlich beabstandeten Karosserieelementen 112, 114 zum Definieren der Seiten eines Insassenraums 116 sowie eine vordere Dachschiene 118 und eine hintere Dachschiene 120, die sich zwischen den Karosserieelementen erstrecken. Ein zwischen den vorderen und hinteren Dachschienen 118, 120 eingefügtes Querelement oder Dachbogen 122 erstreckt sich zwischen den beabstandeten Karosserieelementen 112, 114. Die Karosserieelemente tragen, zusammen mit den vorderen und hinteren Dachschienen 118, 120, die Fahrzeugdachstruktur über dem Insassenraum 116. Die beabstandeten Karosserieelemente 112, 114 definieren teilweise einen Türrahmen.
3A zeigt eine Perspektivansicht einer beispielhaften Fahrzeugdachversteifung 200. 3B zeigt einen Querschnitt der Dachversteifung 200 entlang der Linie 3-3 von 3A. Die Fahrzeugdachversteifung 200 kann einen Rahmen 202 enthalten, der eine Mittelöffnung 204 definiert. Zum Beispiel kann der Rahmen allgemein trapezförmig oder rechteckig sein und kann die Mittelöffnung 204 definieren. Der Rahmen 202 kann Metall oder Metalllegierung sein. Die Dachversteifung 200 kann an einer Fahrzeugkarosserie 104 angebracht sein, um einer Dachplatte Stütze zu bieten. Die Dachversteifung 200 kann innerhalb der Mittelöffnung 204 auch eine Glasbaugruppe enthalten, wie etwa ein Panoramadach, ein Sonnendach oder ein Monddach. Der Rahmen 202 kann längliche Seitenabschnitte 210 enthalten, die jeweils eine Seite der Fahrzeugdachversteifung 200 bilden und sich im Wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsachse erstrecken. Das heißt, der Seitenabschnitt 210 kann sich entlang einer Seite des Fahrzeugs von vorne nach hinten erstrecken. Der Rahmen 202 kann auch einen vorderen Abschnitt 220 enthalten. Der vordere Abschnitt 220 kann sich quer zur Fahrzeuglängsachse an der Vorderseite des Fahrzeugdachs erstrecken. Der Rahmen 202 kann auch einen hinteren Abschnitt 230 enthalten, der sich quer zur Fahrzeuglängsachse erstrecken kann, als hintere strukturelle Stütze für das Dach. Die Seitenabschnitte 210, der vordere Abschnitt 220 und der hintere Abschnitt 230 können zum Beispiel durch einen Stanz- oder Umformungsprozess einstückig ausgebildet sein.
Jeder Seitenabschnitt 210 kann ein allgemein längliches Rahmenelement enthalten, das eine allgemein kanalartige Struktur aufweist. Zum Beispiel kann der Seitenabschnitt 210 eine innere Lippe 212, einen vertieften mittigen Kanalabschnitt 214 und eine äußere Lippe 216 enthalten. Die kanalartige Struktur der Seitenabschnitte 210 kann für strukturelle Steifigkeit sorgen, um dazu beizutragen, eine Dachbaugruppe zu verstärken. Der Seitenabschnitt 210 kann mittels herkömmlicher Metallverarbeitungsprozesse geformt sein, wie etwa Stanzen eines Metallblechs. Der Seitenabschnitt 210 kann aus beliebigem Metall oder einer Kombination von Metallen gebildet sein, die mit den hierin offenbarten Techniken kompatibel sind. Zum Beispiel kann der Seitenabschnitt 210 aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Titan, Kobalt, Beryllium, Nickel, Columbium, Tantal, Wolfram und Legierungen davon oder anderen strukturellen Legierungen gebildet sein.
Der vordere Abschnitt 220 kann auch ein allgemein längliches Rahmenelement sein, das eine allgemein kanalartige Struktur aufweist. Zum Beispiel kann der vordere Abschnitt 220 eine innere Lippe 222, einen vertieften mittigen Kanalabschnitt 224 und eine äußere Lippe 226 aufweisen. Im dargestellten Beispiel kann der vordere Abschnitt 220 auch erhabene Bereiche ohne vertieften mittigen Kanalabschnitt 224 enthalten. Die kanalartige Struktur des vorderen Abschnitts 220 kann für strukturelle Steifigkeit sorgen, um dazu beizutragen, eine Dachbaugruppe zu verstärken. Die erhabenen Bereiche 228 können Montagebereiche für den Kontakt einer Dachplatte (nicht gezeigt) vorsehen.
Der hintere Abschnitt 230 kann auch ein allgemein längliches Rahmenelement sein, das eine allgemein kanalartige Struktur aufweist, ähnlich dem vorderen Abschnitt 220. Zum Beispiel kann der hintere Abschnitt 230 eine innere Lippe 232, einen vertieften mittigen Kanalabschnitt 234 und eine äußere Lippe 236 enthalten. Die äußere Lippe 236 kann eine längliche Lippe sein, die sich entlang einer gesamten Seite des hinteren Abschnitts 230 erstreckt. Wie nachfolgend näher im Detail diskutiert, kann die äußere Lippe 236 an ein Fahrzeugrahmenelement geschweißt werden.
Zwei vordere Ecken 206 können durch Überschneidung des jeweiligen Seitenabschnitts 210 und des vorderen Abschnitts 220 definiert sein. Zwei hintere Ecken 206 können durch die Überschneidung der jeweiligen Seitenabschnitte 210 und des hinteren Abschnitts 230 definiert sein. Die vertieften mittigen Kanalabschnitte 214, 224, 234 können an den Ecken 206 verbunden sein. Wie oben diskutiert, kann die Dachversteifung 200 einer Verziehbewegung ausgesetzt werden, die durch Biegen an den Ecken 206 gekennzeichnet ist. Die Ecken 206 können mit einem FRP-Verstärkungsabschnitt 240 versehen sein, der der Verziehbewegung widersteht. Die FRP-Verstärkungsabschnitte 240 können allgemein L-förmig sein, d.h. die Verstärkungsabschnitte 240 können durch ein überschneidendes Längsbein 248 und ein Querbein 246 gebildet sein. Das Längsbein 248 und das Querbein 246 können sich angenähert rechtwinklig schneiden. Die FRP-Verstärkungsabschnitte 240 können eine äußere Ecke 242 und eine innere Ecke 244 enthalten. Wie nachfolgend näher im Detail diskutiert, können die FRP-Verstärkungsabschnitte 240 an dem Rahmen 202 in verschiedenen Konfigurationen angebracht sein. Zum Beispiel kann der FRP-Verstärkungsabschnitt 240 in eine Öffnung in der Ecke des Rahmens 202 eingesetzt sein, oder der FRP-Verstärkungsabschnitt 240 kann einen Abschnitt des Rahmens 202 an der Ecke 206 überlappen. Der FRP-Verstärkungsabschnitt 240 kann an dem Rahmen 202 mittels Übergangsstrukturen 252, 254 angebracht sein, die in den FRP-Verstärkungsabschnitt 240 integriert sein können.
In einem Aspekt können die hierin beschriebenen Übergangsstrukturen (z.B. Übergangsstrukturen 252, 254) Faserzüge enthalten, die in eine Metalllasche des Ultraschall-Additiv-Herstellung (UAM) eingebettet sind. UAM-Techniken zum Einbetten von Fasern sind zum Beispiel beschrieben in Hahnlen und Dapino, „Active Metal-matrix Composites with Embedded Smart Materials by Ultrasonic Additive Manufacturing", Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 7645:15, März 2010, die hierin unter Bezugnahme aufgenommen wird. Die Metalllasche kann aus einem beliebigen Metall gebildet sein, das mit den hierin offenbarten Techniken kompatibel ist. Zum Beispiel kann die Metalllasche aus Stahl, Aluminium, Magnesium, Titan, Kobalt, Beryllium, Nickel, Columbium, Tantal, Wolfram und Legierungen davon oder anderen strukturellen Legierungen gebildet sein. Die Faserzüge können sich von den Rändern der Metalllasche vorstehen. Die Übergangsstruktur kann während der Herstellung des FRP-Verstärkungsabschnitts 240 in dem FRP-Verstärkungsabschnitt 240 eingebettet werden. Zum Beispiel können die Faserzüge mit einem den FRP-Verstärkungsabschnitt 240 bildenden Fasertuch verzahnt werden, bevor das FRP fest wird. Dementsprechend können die Metallzungen einen integrierten Abschnitt des FRP-Verstärkungsabschnitts 240 bilden. Die Oberfläche der Metalllaschen kann freiliegen. In einigen Aspekten einer oder können mehrere Ränder der Metalllaschen einen Rand des FRP-Verstärkungsabschnitts 240 bilden.
Im in den 3A und 3B dargestellten Beispiel kann der Rahmen 202 eine Öffnung 208 enthalten, in der der FRP-Verstärkungsabschnitt 240 angebracht ist. Zum Beispiel kann die Öffnung innerhalb des Kanalabschnitts 214, 224, 234 liegen. Der FRP-Verstärkungsabschnitt 240 kann eine Übergangsstruktur 252 enthalten, die an einer vertikalen Wand des Kanalabschnitts 214 dem der inneren Lippe 212 angebracht ist. Der FRP-Verstärkungsabschnitt 240 kann auch eine Übergangsstruktur 254 enthalten, die an dem Boden des Kanalabschnitts 214 angebracht ist. In einer Ausführung kann der Rahmen 202 einen versetzten Flansch 256 entlang der Öffnung 208 enthalten. Der versetzte Flansch 256 kann einen Montageort für die Übergangsstruktur 254 bereitstellen. Der Versatz kann erlauben, dass eine Oberfläche der Übergangsstruktur 254 mit einer Oberfläche des Rahmens 202 auf einer Höhe liegt. Zum Beispiel kann, wie dargestellt, der versetzte Flansch 256 erlauben, dass eine Bodenfläche der Übergangsstruktur 254 auf einer Höhe mit einer Bodenfläche des Kanalabschnitts 214 liegt.
Eine Dachhaut 260 kann an der Fahrzeugdachversteifung 200 angebracht sein. Zum Beispiel kann die Dachhaut 260 an die innere Lippe 212 durch Biegen der Dachhaut 260 um die innere Lippe 212 gebördelt sein. Als anderes Beispiel kann die Dachhaut 260 an den Rahmen 202 Widerstands-punktgeschweißt sein. Die Dachhaut 260 kann eine Überlappung enthalten, die eine glatte Oberfläche beibehält, zur Abdichtung gegen einer Dichtung eines in der Öffnung angeordneten Sonnendachs. Die Übergangsstruktur 252 kann an dem Rahmen 202 derart angebracht sein, dass sie die Übergangsstruktur 252 mit der Bördelung nicht stört. Die Dachhaut 260 kann auch einen Kanal 262 enthalten (z.B. zum Sammeln von Regenwasser). Die Dachhaut kann auch an den Rahmen 200 am Boden des Kanals 262 Widerstandpunktgeschweißt sein. Der Kanal 262 kann außerhalb der Übergangsstruktur 254 derart angeordnet sein, dass sich die Übergangsstruktur 254 nicht mit dem Kanal 262 stört, und der Kanal 262 kann an der äußeren Lippe 216 direkt an den Rahmen 200 geschweißt sein.
Die 4A und 4B zeigen eine andere beispielhafte Dachversteifung 300, wobei 4B eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 von 4A ist. Die Dachversteifung 300 kann in einigen Aspekten der Dachversteifung 200 ähnlich sein. Die Dachversteifung 300 kann einen Rahmen 302 enthalten, der eine Mittelöffnung 304 definiert, Seitenabschnitte 310, einen vorderen Abschnitt 320 und einen hinteren Abschnitt 330, der innere Lippen 312, 322, 332, Kanalabschnitte 314, 342, 334 und äußere Lippen 316, 326, 336 enthält, ähnlich den entsprechenden Merkmalen der Dachversteifung 200. Die Ecken 306 können eine unterschiedlich geformte Öffnung 308 enthalten. Die Öffnung 308 kann teilweise durch Flansche 352, 354 definiert sein, die von der inneren Lippe 312 abstehen. Ein FRP-Verstärkungsabschnitt 340 kann innerhalb der Öffnung 308 angeordnet sein. In einem Aspekt kann der FRP-Verstärkungsabschnitt 340 Faserzüge enthalten, die in die Flansche 352, 354 eingebettet sind. Zum Beispiel können die Flansche 352, 354 als kontinuierliche Lasche einer Übergangsstruktur mittels eines UAM-Prozesses gebildet sein. Der Flansch 352 kann dann an die innere Lippe 312 stumpf geschweißt werden, um einen glatten Übergang zwischen dem Rahmen 302 und dem FRP-Verstärkungsabschnitt 340 ohne Versatz oder Überlappung herzustellen. Ähnlich kann der Flansch 354 an die äußere Lippe 316 stumpf geschweißt werden.
Der FRP-Verstärkungsabschnitt 340 kann auch allgemein L-förmig sein und eine äußere Ecke 342, eine innere Ecke 344, ein Querbein 346 und ein Längsbein 348 enthalten. Die Flansche 352, 354 können im Wesentlichen die gleiche Dicke wie der Rahmen 302 und der FRP-Verstärkungsabschnitt 340 haben, um für einen glatten Übergang zwischen dem FRP-Verstärkungsabschnitt 340 und einer Oberfläche des Rahmens 302 zu sorgen. Wie dargestellt, kann der FRP-Verstärkungsabschnitt 340 einen Knick mit einem Winkel enthalten, der gemäß einem Design für ein spezifisches Fahrzeug ausgewählt sein kann, z.B. zur Anpassung an ein Profil einer Gesamtmetall-Dachversteifung.
Die 5A und 5B zeigen eine andere beispielhafte Dachversteifung 400, wobei 5B eine Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 von 5A ist. Die Dachversteifung 400 kann in einigen Aspekten der Dachversteifung 200 ähnlich sein. Die Dachversteifung 400 kann einen Rahmen 402 enthalten, der eine Mittelöffnung 404 definiert, Seitenabschnitte 410, einen vorderen Abschnitt 420 und einen hinteren Abschnitt 430, welche innere Lippen 412, 422, 432, Kanalabschnitte 414, 424, 434 und äußere Lippen 416, 426, 436 enthält, ähnlich den entsprechenden Merkmalen der Dachversteifung 200. In einem Aspekt kann die innere Lippe 412 durch einen vertieften Flansch 458 verlängert sein. Die Ecken 406 brauchen keine Öffnung enthalten. Stattdessen kann der FRP-Verstärkungsabschnitt 440 überlappend an dem Rahmen 402 angebracht sein.
Wie dargestellt, kann der FRP-Verstärkungsabschnitt 440 Übergangsstrukturen 452 und 454 enthalten, die jeweils an der äußeren Lippe 416 und der inneren Lippe 412 angebracht sind. Zum Beispiel können die Übergangsstrukturen 452 und 454 Ränder des Verstärkungsabschnitts 440 bilden und können an die äußere Lippe 416 und die innere Lippe 412 mittels periodischer Punktschweißungen geschweißt sein. Die Übergangsstruktur 454 kann an dem Flansch 458 an die innere Lippe 412 geschweißt sein. Die Übergangsstruktur 452 kann an einer Oberseite der äußeren Lippe 416 angebracht sein.
Eine Dachhaut 460 kann an der Dachversteifung 400 angebracht sein. Zum Beispiel kann die Dachhaut 460 an die innere Lippe 412 gebördelt sein. Die Dachhaut 460 kann einen Kanal 462 enthalten, der an der Übergangsstruktur 452, z.B. durch Schweißen oder Bördeln, angebracht sein kann.
Wie in 5B dargestellt, kann sich der FRP-Verstärkungsabschnitt 440 geradlinig von der inneren Lippe 412 zur äußeren Lippe 416 erstrecken. Der Kanalabschnitt 414 kann sich unter dem FRP-Verstärkungsabschnitt 440 erstrecken. Die Positionierung des FRP-Verstärkungsabschnitts 440 kann eine Verwindung der Form des Kanalabschnitts 414 verhindern und hierdurch einer Verziehbewegung der Dachversteifung 400 widerstehen.
Die 6A und 6B zeigen eine andere beispielhafte Dachversteifung 500, wobei 6B eine Querschnittsansicht entlang der Linie 6-6 von 6A ist. Die Dachversteifung 500 kann in einigen Aspekten der Dachversteifung 200 ähnlich sein. Die Dachversteifung 500 kann einen Rahmen 502 enthalten, der eine Mittelöffnung 504 definiert, Seitenabschnitte 510, einen vorderen Abschnitt 520 und einen hinteren Abschnitt 530, der Lippen 512, 522, 532, Kanalabschnitte 514, 524, 534 sowie äußere Lippen 516, 526, 536 enthält, ähnlich den entsprechenden Merkmalen der Dachversteifung 200. In einem Aspekt brauchen die Ecken 506 keine Öffnung enthalten. Stattdessen kann der FRP-Verstärkungsabschnitt 540 an dem Rahmen 502 überlappend angebracht sein, ähnlich der Dachversteifung 400. Jedoch braucht die innere Lippe 512 keinen Flansch enthalten, der dem Flansch 458 der Dachversteifung 400 ähnlich ist. Stattdessen kann der FRP-Verstärkungsabschnitt 540 mit Innenoberflächen des Kanalabschnitts 514 starr verbunden sein. Wie dargestellt, kann der FRP-Verstärkungsabschnitt 540 zum Beispiel einen geraden Querschnitt haben. Der FRP-Verstärkungsabschnitt 540 braucht keine Übergangsstrukturen enthalten. Der FRP-Verstärkungsabschnitt 540 kann an der Oberfläche des Kanalabschnitts 514 mittels Klebstoff angebracht sein. In einem anderen Aspekt kann einer oder können mehrere Ränder des FRP-Verstärkungsabschnitts 540 eine Übergangsstruktur enthalten, die an die Oberfläche des Kanalabschnitts 514 geschweißt sein kann. In einem Aspekt kann der FRP-Verstärkungsabschnitt 540 an dem Kanalabschnitt 514 an einem Ort angebracht sein, wo der Kanalabschnitt 514 von der inneren Lippe 512 und/oder der äußeren Lippe 516 nach unten gekrümmt ist. Der FRP-Verstärkungsabschnitt 540 kann alternativ an der inneren Lippe 512 und/oder der äußeren Lippe 516 angebracht sein.
Die obigen Beispiele beziehen sich auf einen Querschnitt durch den Seitenabschnitt 210, 310, 410, 510 durch ein Längsbein 248, 348, 448, 548 der jeweiligen Dachversteifungen 200, 300, 400, 500. Es sollte sich verstehen, dass die FRP-Verstärkungsabschnitte 240, 340, 440 in ähnlicher Weise auch an den vorderen Abschnitten 220, 320, 420, 520 und den hinteren Abschnitten 230, 330, 430, 530 angebracht sein können. Darüber hinaus können die unterschiedlichen beispielhaften FRP-Verstärkungsabschnitte für unterschiedliche Ecken ausgebildet werden. Zum Beispiel können die vorderen Ecken den FRP-Verstärkungsabschnitt 540 verwenden und können die hinteren Ecken den FRP-Verstärkungsabschnitt 240 verwenden.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 600 zur Herstellung eines Fahrzeugdachs darstellt. Das Fahrzeugdach kann eine Dachversteifung 200, 300, 400, 500 enthalten. Das Verfahren 600 kann von einem Arbeiter mittels eines Geräts durchgeführt werden, das eine Ultraschall-Schweißmaschine und andere Herstellungswerkzeuge und - vorrichtungen enthält, die in der Technik bekannt sind. Obwohl das Verfahren 600 nachfolgend in Bezug auf die von einem Arbeiter durchgeführten Aktionen beschrieben wird, kann einer oder können mehrere der hierin beschriebenen Schritte auch automatisiert werden (z.B. von einem Roboterarm ausgeführt werden).
Im Block 610 kann das Verfahren 600 enthalten, einen Metall- oder Metalllegierungsrahmen bereitzustellen, der eine Mittelöffnung und zumindest eine Ecke definiert. In einem beispielhaften Aspekt kann der Rahmen 202, 302, 402, 502 vorgesehen sein, der die Mittelöffnung 204, 304, 404, 504 und zumindest eine Ecke 206, 306, 406, 506 definiert.
Im Block 620 kann das Verfahren 600 enthalten, zumindest einen FRP-Abschnitt bereitzustellen, der in eine Metalllasche eingebettete Faser enthält. In einem beispielhaften Aspekt kann einer oder können mehrere der FRP-Verstärkungsabschnitte 240, 340, 440, 540 vorgesehen sein. Das Bereitstellen des zumindest einen FRP-Abschnitts kann die Herstellung von zumindest einem FRP-Abschnitt beinhalten, wie in den Blöcken 622, 624, 626 dargestellt.
Im Block 622 kann der Block 620 enthalten, eine Übergangskomponente bereitzustellen, die eine Metalllasche enthält, von der die eingebetteten Faserzüge abstehen. Wie oben diskutiert, kann die Mehrzahl von Übergangskomponenten mittels UAM hergestellt werden, um Faserzüge in eine Metalllasche einzubetten. Die Faserzüge können von den Seiten der Metalllasche abstehen, die zum Kontakt mit dem FRP-Abschnitt dienen. Die Faserzüge können auch zur Bildung eines Tuchs verwoben sein, oder Züge eines Tuchs können in die Metalllasche eingebettet sein.
Im Block 624 kann der Block 620 beinhalten, Faserzüge mit Schichten von Fasertuch zu verzahnen. In einem Aspekt können zum Beispiel die Schichten des Fasertuchs Karbonfasertuch sein, das auf die Form das FRP-Verstärkungsabschnitts 240, 340, 440, 540 geschnitten ist. Die Schichten können im Ort der Übergangsstrukturen einen Ausschnitt enthalten. Die Metalllaschen der Übergangskomponenten können in den Ausschnitten angeordnet werden, wobei sich die Faserzüge über eine Schicht des Karbonfasertuchs erstrecken. Dann kann eine andere Schicht des Karbonfasertuchs über den Faserzügen angeordnet werden. Es können mehrere Schichten verzahnt werden, um die Übergangskomponente mit den Faserschichten zu integrieren.
Im Block 626 kann der Block 620 beinhalten, die Schichten aus Fasertuch zu verfestigen, um den FRP-Abschnitt zu bilden. In einem Aspekt kann das Verfestigen einen beliebigen Prozess zum Verbinden von Faserschichten beinhalten, der zur Herstellung von FRP-Komponenten verwendet wird. Zum Beispiel kann das Verfestigen beinhalten, die Faserschichten mit Harz zu infundieren und das Harz mittels eines Autoclavs oder Heisspressform auszuhärten. Die gebildete FRP-Komponente kann zum Beispiel der FRP-Verstärkungsabschnitt 240, 340, 440, 540 sein.
Im Block 630 kann das Verfahren 600 beinhalten, den FRP-Abschnitt mit dem Metallrahmen zu verbinden. Zum Beispiel kann der FRP-Verstärkungsabschnitt 240, 340, 440, 540 mit jeder der einen oder mehreren Ecken 206, 306, 406, 506 des Rahmens 202, 302, 402, 502 verbunden werden. Im Block 632 kann der Block beinhalten, die Übergangskomponenten an den Metallabschnitt Punkt zu schweißen. Zum Beispiel können die Übergangsstrukturen 252, 254, 352, 354, 452, 454 an den Rahmen 202, 302, 402, 502 Punkt geschweißt werden.
Im Block 640 kann das Verfahren 600 optional beinhalten, eine Dachplatte an der Dachversteifung anzubringen, um hierdurch eine Dachhaut-Baugruppe zu erzeugen. In einem Aspekt kann zum Beispiel die Dachhaut 260, 360, 460, 560 an den inneren Lippen 212, 312, 412, 512 an die Dachversteifung 200, 300, 400, 500 gebördelt werden. Zusätzlich kann die Dachhaut 260, 360, 460, 560 an die äußeren Lippen 216, 316, 416, 516 Punkt geschweißt werden. Die hintere äußere Lippe 236, 336, 436, 536 kann an der Dachhaut 260, 360, 460, 560 über weiches Mastik angebracht sein. Die Kombination der Dachhaut und der Dachversteifung kann als Dachhaut-Baugruppe oder als Dachbaugruppe bezeichnet werden.
Im Block 650 kann das Verfahren 600 optional beinhalten, die Dachversteifung und die Dachhaut-Baugruppe zu einer Fahrzeugmontage-Einrichtung zu liefern. In einem Aspekt kann eine oder können mehrere der Dachversteifungen 200, 300, 400, 500 der Dachhaut-Baugruppe zu einer Fahrzeugmontage-Einrichtung geliefert werden. Die Dachversteifungen 200, 300, 400, 500 können mit existierenden Fahrzeugmontagelinien kompatibel sein. Dementsprechend können die Dachversteifungen 200, 300, 400, 500 an dem Fahrzeug mittels herkömmlicher Werkzeuge und Techniken angebracht werden, wie etwa Punktschweißen und Klebstoffe, sind aber darauf nicht beschränkt.
Im Block 660 kann das Verfahren 600 optional beinhalten, die Dachversteifung und die Dachhaut-Baugruppe an einem Fahrzeugrahmen anzubringen. In einem Aspekt kann zum Beispiel die Dachversteifung 200, 300, 400, 500, die mit der Dachhaut 260, 360, 460, 560 verbunden sein kann, an der Fahrzeugkarosserie 104 angebracht werden. In einer Ausführung kann die Dachversteifung 200, 300, 400, 500, die mit der Dachhaut 260, 360, 460, 560 verbunden sein kann, an der Fahrzeugkarosserie 104 mittels Punktschweißungen entlang den äußeren Lippen 216, 316, 416, 516 und/oder dem Dachhautkanal 262, 362, 462, 562 angebracht werden.
Es versteht sich, dass die oben offenbarten verschiedenen Ausführungen und andere Merkmale und Funktionen oder Alternativen oder Varianten davon nach Wunsch zu zahlreichen anderen unterschiedlichen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Auch das verschiedene gegenwärtig unvorhergesehene und unerwartete Alternativen, Modifikationen, Varianten oder Verbesserungen anschließend von Fachkundigen vorgenommen werden können, soll auch durch die folgenden Ansprüche mit umfasst sein. Eine Fahrzeugdachversteifung enthält einen Metall- oder Metalllegierungsrahmen, der eine Mittelöffnung und zumindest eine Ecke definiert. Die Fahrzeugdachversteifung enthält auch einen faserverstärkten Polymer (FRP)-Abschnitt, der zumindest eine Übergangsstruktur enthält, die ein Metall- oder eine Metalllegierung enthält. Zumindest einige der Fasern des FRP-Abschnitts sind in die Übergangsstruktur eingebettet. Der FRP-Abschnitt ist in der zumindest einen Ecke angeordnet. In einigen Beispielen enthält der Rahmen eine Öffnung in der zumindest einen Ecke, und der FRP-Abschnitt überspannt die Öffnung. In anderen Beispielen überlappt der FRP-Abschnitt den Rahmen an der zumindest einen Ecke. Der an der Ecke angeordnete FRP-Abschnitt kann die Steifigkeit der Dachversteifung verbessern, um den Widerstand gegen eine Verziehbewegung zu erhöhen und die gesamte Steifigkeit des Fahrzeugs zu erhöhen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Active Metal-matrix Composites with Embedded Smart Materials by Ultrasonic Additive Manufacturing“, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 7645:15 [0018]

Claims

Fahrzeugdachversteifung, welche aufweist: einen Metall- oder Metalllegierungsrahmen, der eine Mittelöffnung und zumindest eine Ecke definiert; einen faserverstärkten Polymer (FRP)-Abschnitt, der Fasern aufweist und zumindest eine Übergangsstruktur enthält, die ein Metall oder eine Metalllegierung aufweist, wobei zumindest einige der Fasern des FRP-Abschnitts in die Übergangsstruktur eingebettet sind, wobei der FRP-Abschnitt in der zumindest einen Ecke angeordnet ist.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 1, wobei der Metall- oder Metalllegierungsrahmen zumindest eine Öffnung innerhalb der zumindest einen Ecke enthält, wobei der FRP-Abschnitt die Öffnung füllt.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 2, wobei der Metall- oder Metalllegierungsrahmen einen versetzten Flansch enthält, der einen Rand der zumindest einen Öffnung bildet, wobei die Übergangsstruktur an dem versetzten Flansch angebracht ist.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 1, wobei der FRP-Abschnitt den Metall- oder Metalllegierungsrahmen an der zumindest einen Ecke überlappt.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 4, wobei sich der FRP-Abschnitt von einer äußeren Lippe des Rahmens über einen mittigen Kanal zu einer inneren Lippe des Rahmens erstreckt.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 1, wobei der FRP-Abschnitt L-förmig ist.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 1, wobei der FRP-Abschnitt einen ersten Abschnitt im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Fahrzeugs und einen zweiten Abschnitt im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse des Fahrzeugs enthält.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 7, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt eine innere Ecke und eine äußere Ecke bilden.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 1, wobei der Metall- oder Metalllegierungsrahmen eine äußere Lippe, einen vertieften mittigen Kanalabschnitt und eine innere Lippe enthält.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 9, wobei sich der FRP-Abschnitt von der erhöhten inneren Lippe zu einem Boden des mittigen Kanalabschnitts erstreckt.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 9, wobei sich der FRP-Abschnitt innerhalb des mittigen Kanalabschnitts erstreckt.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 9, die ferner eine an die innere Lippe gebördelte Fahrzeugdachhaut aufweist, wobei die Fahrzeugdachhaut Aluminium oder eine Legierung davon aufweist, und der Metall- oder Metalllegierungsrahmen Aluminium oder eine Legierung davon aufweist.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 1, wobei eine Grenze zwischen dem Metall oder Metalllegierungsrahmen und dem zumindest einen FRP-Abschnitt einen versetzten Flansch in dem Metall- oder Metalllegierungsrahmen enthält, wobei die Übergangsstruktur zumindest einen Abschnitt des Versatzes füllt.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 1, wobei die Übergangsstruktur mit dem Metall- oder Metalllegierungsrahmen über zumindest einen Schweißpunkt verbunden ist.
Die Fahrzeugdachversteifung von Anspruch 1, wobei der Metall- oder Metalllegierungsrahmen an einer Fahrzeugkarosserie angebracht ist, wobei die Fahrzeugkarosserie eine Metalllegierung aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugdachs, welches aufweist: Bereitstellen eines Metall- oder Metalllegierungsrahmens, der eine Mittelöffnung und zumindest eine Ecke definiert; Bereitstellen von zumindest einem faserverstärkten Polymer (FRP)-Abschnitt einer Dachversteifung, die zumindest eine Metalllasche enthält, in der Faserzüge eingebettet sind; Verbinden des FRP-Abschnitts mit dem Metallrahmen über die zumindest eine Metalllasche.
Das Verfahren nach Anspruch 16, das ferner aufweist, eine Dachhaut an der Dachversteifung durch Bördeln der Dachhaut an einen Innenrand des Rahmens, der die Mittelöffnung definiert, anzubringen, wodurch eine Dachhaut-Baugruppe erzeugt wird.
Das Verfahren von Anspruch 17, das ferner aufweist, die Dachhaut-Baugruppe an einer Fahrzeugkarosserie durch Verbinden des Metall- oder Metalllegierungsrahmens mit der Fahrzeugkarosserie anzubringen.
Das Verfahren von Anspruch 16, wobei das Bereitstellen des zumindest einen FRP-Abschnitts aufweist: Bereitstellen einer Übergangskomponente, die zumindest eine Metalllasche aufweist, in der Faserzüge eingebettet sind; Verzahnen der eingebetteten Faserzüge mit Fasertuchschichten; und Verfestigen der Fasertuchschichten zur Bildung des FRP-Abschnitts.
Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verbinden der zumindest einen Metalllasche des FRP-Abschnitts mit den Metall- oder Metalllegierungsrahmen aufweist, die zumindest eine Metalllasche an den Metall- oder Metalllegierungsrahmen zu schweißen.