DE102021131624A1

DE102021131624A1 - Faserverstärkte polymer-verbundbauteile für fahrzeugkarosserien und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE102021131624A1
Application number: DE102021131624.3A
Authority: DE
Inventors: Bradley A. Newcomb; Julien P. Mourou; Giles D. Bryer; Joung Min Choi; Thomas S. Prevost
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2022-07-21
Also published as: US11420683B2; US20220227425A1; CN114852180A; CN114852180B

Abstract

Vorgestellt werden faserverstärkte Polymer-(FRP)-Verbundkomponenten für Fahrzeugkarosseriestrukturen, Verfahren zur Herstellung/Verwendung solcher Komponenten und Kraftfahrzeuge, die mit solchen Komponenten ausgestattet sind. Eine Fahrzeugkarosseriestruktur umfasst eine oder mehrere langgestreckte Tragschienen (z. B. ein Paar seitlicher Dachschienen), die jeweils ein inneres konturiertes Schienenpaneel aufweisen, das mit einem äußeren konturierten Schienenpaneel verbunden ist, um einen inneren Schienenhohlraum zu definieren. Eine oder mehrere längliche Stützsäulen (z. B. vordere, seitliche und/oder hintere Fahrzeugsäulen) schließen an die Stützschiene(n) an und umfassen jeweils ein inneres konturiertes Säulenpaneel, das mit einem äußeren konturierten Säulenpaneel verbunden ist, um einen inneren Säulenhohlraum zu bilden, der mit dem inneren Schienenhohlraum verbunden ist. Eine oder beide konturierten Säulenpaneele und eine oder beide konturierten Schienenpaneele ist/sind ganz oder teilweise aus einem FRP-Material gebildet. Eine strukturelle Verstärkungseinlage kann sich innerhalb der angrenzenden Säule und Schiene befinden und einen diskreten Bereich innerhalb der inneren Hohlräume ausfüllen.

Description

EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf tragende Karosseriestrukturen von Kraftfahrzeugen. Insbesondere beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf Fahrzeugsäulen und Dachträger aus Polymerverbundwerkstoffen, die eine verbesserte Belastbarkeit und Dachstauchfähigkeit aufweisen.
Die meisten aktuellen Serienfahrzeuge, wie z. B. das moderne Automobil, sind auf einer starren Karosserie aufgebaut - entweder als Body-on-Frame- oder als Unibody-Konstruktion - mit einem Innenraum, der den Insassen Platz und Schutz bietet. Zwischen den vorderen A-Säulen der Fahrzeugkarosserie ist eine Windschutzscheibe angebracht, die ein aerodynamisch geformtes Fenster darstellt, durch das der Fahrer die Fahrbahn sieht und gleichzeitig das unerwünschte Eindringen von Wind, Regen und Fremdkörpern verhindert. Zwischen den A- und B-Säulen (Coupes) bzw. den B- und C-Säulen (Limousinen) sind fahrer- und beifahrerseitige Türbaugruppen beweglich montiert, um einen kontrollierten Zugang zum Fahrgastraum zu ermöglichen und die seitliche Sicht durch die zugehörigen Türfenster zu gewährleisten. Ein Heckfenster oder eine Heckscheibe wird zwischen den C-Säulen (bei Dreikasten-Karosserien) oder den D-Säulen (bei Zweikasten-Karosserien) angebracht, um den hinteren Teil des Fahrgastraums abzudichten und gleichzeitig die Sicht nach hinten zu ermöglichen. Um den Fahrgastraum mit zusätzlichem Sonnenlicht und optionaler Belüftung zu versorgen, kann ein Mond- oder Schiebedach in die Dachstruktur des Fahrzeugs eingebaut werden, z. B. gestützt durch die vorderen und hinteren Dachköpfe und die seitlichen Dachreling.
BESCHREIBUNG
Vorgestellt werden faserverstärkte Polymer-(FRP)-Verbundbauteile für Fahrzeugkarosseriestrukturen, Verfahren zur Herstellung und Verwendung solcher Bauteile sowie Kraftfahrzeuge mit einteiligen Kohlefaser-Polymer-(CFP)-Verbundsäulen und Dachreling. Ein Beispiel für eine obere Karosseriestruktur eines Fahrzeugs ist im Allgemeinen eine tragende Dachstruktur, die auf einer Säulenanordnung montiert ist, die eine darunter liegende Stütze zwischen dem Dach und einem unteren Karosserieteil des Fahrzeugs bildet. Die Säulenanordnung umfasst ein Paar vordere (A) Säulen an einem vorderen Ende des Fahrgastraums, ein Paar hintere (C) Säulen an einem hinteren Ende des Fahrgastraums und, je nach Karosserietyp, ein Paar seitliche (B) Säulen, die zwischen den A- und C-Säulen liegen. Die Dachstruktur besteht im Allgemeinen aus seitlich beabstandeten Dachlängsträgern, die an die oberen Enden der Säulen angrenzen, sowie aus in Längsrichtung beabstandeten vorderen und hinteren Dachholmen, die die oberen Enden der vorderen und hinteren Windschutzscheibenrahmen bilden. Die gegenüberliegenden Enden der Dachsäulen können an Flanschen oder Innenflächen der Dachseitenholme befestigt werden, um gemeinsam einen Dachrahmen mit einer zentralen Öffnung zu bilden. Auf dem Dachrahmen kann ein transparentes Laminat-Verbunddach montiert werden, um die zentrale Öffnung abzudecken, z. B. für ein Auto mit Panoramadach''.
In Fortsetzung der vorangegangenen Erörterung der repräsentativen Struktur des oberen Fahrzeugkörpers kann jede A-Säule als zweiteilige Konstruktion aus konturierten FVK-Innen- und -Außenteilen hergestellt werden, die z. B. durch Schweißen, Klemmen, Befestigen usw. miteinander verbunden sind. zusammengefügt werden, um einen länglichen Innenhohlraum zu bilden. Jede Dachreling kann als dreiteilige Konstruktion hergestellt werden, bei der dieselben zwei GFK-Paneelteile mit einem dritten konturierten GFK-Paneelteil verbunden sind, das sich innerhalb der inneren und äußeren Paneelteile befindet. In einem konkreteren Beispiel ist jede A-Säule mit einer entsprechenden Dachreling aus mindestens zwei miteinander verbundenen duroplastischen Kohlenstoff-Faser-Polymer-Verbundplatten zusammengefügt. Die seitliche Breite einer dritten CFK-Verbundplatte, die zur Bildung des Dachreling-Abschnitts verwendet wird, variiert (z. B. nimmt sie zu und dann wieder ab) entlang der Längsrichtung der Fahrzeugkarosserie. Ein Befestigungsflansch des zweiten CFP-Paneels, mit dem das dritte CFP-Paneel verbunden ist, weist eine seitliche Breite auf, die ebenfalls über die Länge der Fahrzeugkarosserie in Längsrichtung variiert. Der Innenhohlraum der A-Säule ist mit dem Innenhohlraum der Dachreling verbunden und ganz oder teilweise mit einem expandierenden Polymerschaum-Füllstoff oder einem Wabenkerneinsatz gefüllt.
Zu den Vorteilen, die zumindest einige der vorgestellten Konzepte mit sich bringen, gehören faserverstärkte Verbundwerkstoffkomponenten von Fahrzeugkarosseriestrukturen, die ein verbessertes Geräusch-, Vibrations- und Härteverhalten, NVH, aufweisen. Bei Automobilanwendungen tragen einheitliche GFK-A-Säulen- und -Dachträgerkonstruktionen dazu bei, die Sicht der Insassen zu verbessern, indem sie die Gesamtfläche einer Tageslichtöffnung, DLO, durch eine transparente Dachplatte maximieren, die an der oberen Karosseriestruktur des Fahrzeugs angebracht ist. Hohle Fahrzeugsäulen und Dachträger mit selektiv angeordneten internen Verstärkungsmerkmalen sorgen für eine lokale Versteifung bei begrenzter zusätzlicher Fahrzeugmasse, um eine Belastung in einer gewünschten Ebene für optimale Dacheindrücke zu ermöglichen. Neben der Verbesserung der Integrität der Fahrzeugkarosserie und der NVH-Eigenschaften können die offenbarten Merkmale auch dazu beitragen, die Gesamtmasse des Fahrzeugs zu verringern, indem die Masse der oberen Karosseriestruktur verringert wird und optional Querversteifungsbögen eliminiert werden, was wiederum zu einer verbesserten Kraftstoffersparnis und einer größeren Fahrzeugreichweite für HEV- und FEV-Anwendungen führt.
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf FRP-Komponenten für Fahrzeugkarosseriestrukturen. In einem Beispiel umfasst eine Fahrzeugkarosseriestruktur für ein Kraftfahrzeug eine oder mehrere langgestreckte Tragschienen (z. B. ein Paar seitlicher Dachschienen) und eine oder mehrere langgestreckte Stützsäulen (z. B. vertikale oder diagonale vordere, seitliche und/oder hintere Fahrzeugsäulen), die an die Tragschiene(n) angrenzen. Jede Tragschiene umfasst ein inneres (erstes) konturiertes Schienenpaneel, das mit einem äußeren (zweiten) konturierten Schienenpaneel verbunden ist, um dazwischen einen inneren Schienenhohlraum zu bilden. Ebenso umfasst jede Stützsäule ein inneres (erstes) konturiertes Säulenpaneel, das mit einem äußeren (zweiten) konturierten Säulenpaneel verbunden ist, um dazwischen einen inneren Säulenhohlraum zu bilden. Der Innensäulenhohlraum ist mit dem Innenschienenhohlraum verbunden, z. B. um gemeinsam einen durchgehenden Kanal zu bilden, der sich durch die Stützsäule und die Stützschiene erstreckt. Eine oder beide der konturierten Schienenpaneele sind ganz oder teilweise aus einem ersten FRP-Material hergestellt. In gleicher Weise besteht eine oder beide der konturierten Säulenpaneele ganz oder teilweise aus einem zweiten FRP-Material, das mit dem ersten FRP-Material identisch oder von diesem verschieden sein kann.
Weitere Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Kraftfahrzeuge, die mit tragenden oberen Karosseriestrukturen mit lokal verstärkten CFK-Verbundsäulen und Dachholmen ausgestattet sind. Wie hierin verwendet, können die Begriffe „Fahrzeug“ und „Kraftfahrzeug“ austauschbar und synonym verwendet werden, um jede relevante Fahrzeugplattform einzuschließen, wie z. B. Personenkraftwagen (ICE, HEV, FEV, Brennstoffzelle, voll- und teilautonome Fahrzeuge usw.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Raupenfahrzeuge, Geländewagen und All-Terrain-Fahrzeuge (ATV), Motorräder, landwirtschaftliche Geräte, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge, Elektrofahrräder („E-Bikes“), usw. Ein Kraftfahrzeug umfasst beispielsweise eine Fahrzeugkarosserie mit einer oberen und unteren Karosseriestruktur, die einen Fahrgastraum abgrenzt, mehrere an der Fahrzeugkarosserie montierte Räder und andere Standardausrüstungen. Eine Antriebsmaschine, die in Form einer Motorbaugruppe (z. B. für Verbrennungsmotor-Antriebsstränge), eines elektrischen Fahrmotors (z. B. für vollelektrische Fahrzeug-Antriebsstränge) oder sowohl einer Motorbaugruppe als auch eines Fahrmotors (z. B. für Hybrid-Elektrofahrzeug-Antriebsstränge) ausgeführt sein kann, treibt selektiv eines oder mehrere der Räder an, um das Fahrzeug anzutreiben.
Um die Diskussion des obigen Beispiels fortzusetzen, umfasst das Fahrzeug auch eine starre obere Karosseriestruktur mit einem Paar länglicher Dachschienen, die sich in Längsrichtung über die gesamte Länge des Fahrzeugs erstrecken und auf ein Dachblech stützen. Jede Dachreling umfasst ein Paar konturierte Relingplatten, die miteinander verbunden sind und einen inneren Relinghohlraum bilden. Ein Paar länglicher Stützsäulen ragt von den Dachschienen nach unten und schließt an diese an, um einen Fensterrahmen für ein vorderes, hinteres oder seitliches Fahrzeugfenster zu bilden. Jede Stützsäule umfasst ein Paar konturierter Säulenpaneele, die miteinander verbunden sind, um einen inneren Säulenhohlraum zu bilden. Jeder der Säulenhohlräume ist mit einem entsprechenden Schienenhohlraum verbunden, z. B. um gemeinsam einen durchgehenden Kanal zu bilden, der sich von der Stützsäule in die Stützschiene erstreckt. Eine oder beide der konturierten Schienenpaneele sind ganz oder teilweise aus einem FRP-Material geformt, und eine oder beide der konturierten Säulenpaneele sind ganz oder teilweise aus einem FRP-Material geformt, das mit dem FRP-Material des Schienenpaneels identisch oder davon verschieden sein kann.
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auch auf Fertigungssysteme und -verfahren zur Herstellung von FVK-Karosserieteilen, tragenden Karosseriestrukturen und/oder Kraftfahrzeugen. In einem Beispiel wird ein Verfahren zur Herstellung einer Karosseriestruktur für ein Kraftfahrzeug vorgestellt. Dieses repräsentative Verfahren umfasst, in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einer der oben und unten offenbarten Optionen und Merkmale: Ausbilden einer langgestreckten Stützschiene durch Verbinden eines ersten konturierten Schienenpaneels mit einem zweiten konturierten Schienenpaneel, um dazwischen einen inneren Schienenhohlraum zu definieren, wobei das erste und/oder das zweite konturierte Schienenpaneel ein erstes faserverstärktes Polymermaterial (FRP) enthalten; Bilden einer länglichen Stützsäule durch Verbinden eines ersten konturierten Säulenpaneels mit einem zweiten konturierten Säulenpaneel, um dazwischen einen inneren Säulenhohlraum zu definieren, wobei das erste und/oder das zweite konturierte Säulenpaneel ein zweites FRP-Material enthalten; und Befestigen der länglichen Stützsäule an der länglichen Stützschiene, so dass der innere Schienenhohlraum mit dem inneren Säulenhohlraum verbunden ist.
Bei allen offenbarten Karosseriestrukturen, Verfahren und Fahrzeugen kann das innere (erste) konturierte Schienenpaneel ein Paar nach außen vorstehender (erster) Flansche und das äußere (zweite) konturierte Schienenpaneel ein Paar nach außen vorstehender (zweiter) Flansche aufweisen, von denen jeder direkt an einem entsprechenden Flansch des inneren (ersten) Paneels befestigt ist. Einer der Flansche des äußeren (zweiten) konturierten Schienenpaneels hat eine Längslänge, die sich entlang der Längsrichtung der Fahrzeugkarosserie erstreckt, und eine Querbreite, die entlang der Längsrichtung der Fahrzeugkarosserie variiert. Mit dieser variablen Breite kann der innere Schienenhohlraum einen ungleichmäßigen Querschnitt aufweisen, der sich ebenfalls entlang der Länge der Fahrzeugkarosserie nach vorne und hinten verändert.
Bei allen offenbarten Karosseriestrukturen, Verfahren und Fahrzeugen umfassen das innere (erste) konturierte Schienenblech und das innere (erste) konturierte Säulenblech jeweils drei oder mehr im Wesentlichen flache erste Blechsegmente (z. B. vier flache Blechsegmente). Jedes dieser Plattensegmente ist mit einem oder mehreren der anderen Plattensegmente verbunden und steht in einem schrägen Winkel von diesen ab. Ebenso umfassen das äußere (zweite) konturierte Schienenpaneel und das äußere (zweite) konturierte Säulenpaneel jeweils drei oder mehr im Wesentlichen flache zweite Plattensegmente (z. B. fünf flache Plattensegmente). Optional ist jedes dieser Paneelsegmente mit einem oder mehreren der anderen Paneelsegmente verbunden und steht in einem schrägen Winkel davon ab.
Für jede der offenbarten Karosseriestrukturen, Verfahren und Fahrzeuge kann jede Tragschiene außerdem ein inneres (drittes) konturiertes Schienenpaneel umfassen, das entlang einer Seite mit dem inneren Schienenpaneel und entlang einer gegenüberliegenden Seite mit dem äußeren Schienenpaneel verbunden ist. Das innere konturierte Schienenpaneel besteht ganz oder teilweise aus einem FRP-Material, das sich von dem FRP-Material (oder den FRP-Materialien), die zur Herstellung der anderen inneren und äußeren Paneelteile verwendet werden, unterscheidet oder dasselbe ist. So können beispielsweise alle konturierten Schienen- und Säulenpaneele aus einem duroplastischen Kohlenstoff-Faser-Polymer-Verbundwerkstoff hergestellt werden. Alternativ können eines oder mehrere der konturierten Paneelteile aus einem metallischen Material, wie z. B. gestanztem Aluminiumblech, hergestellt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass das innere (dritte) konturierte Schienenpaneel eine seitliche Schienenbreite aufweist, die senkrecht zu einer Schienenlängsrichtung verläuft; die Längsrichtung erstreckt sich über die Längsrichtung der Fahrzeugkarosserie, während sich die seitliche Breite entlang der Längsrichtung der Karosserie ändert.
Bei allen offenbarten Karosseriestrukturen, Verfahren und Fahrzeugen kann das innere konturierte Schienenpaneel mit dem inneren konturierten Säulenpaneel als einteilige Struktur integriert sein, und das äußere konturierte Schienenpaneel kann mit dem äußeren konturierten Säulenblech als eine weitere einteilige Struktur integriert sein. FRP-Verbundwerkstoffe können aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Basaltfasern usw. bestehen, die unidirektional, bidirektional oder multidirektional in einer verfestigten Polymermatrix angeordnet sind. Wie bereits erwähnt, kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Automobil mit einer Frontscheibe, gegenüberliegenden vorderen und hinteren Kotflügeln und einer transparenten oder undurchsichtigen Dachplatte handeln. In diesem Fall ist die Stützsäule eine seitliche Dachschiene, die mit den vorderen und hinteren Headern zusammenwirkt, um die Dachplatte darunter zu stützen. Außerdem kann es sich bei der Stützsäule um eine A-Säule handeln, die mit dem vorderen Kopfteil und einer unteren Verkleidung zusammenwirkt, um zumindest teilweise einen Fensterrahmen zu bilden, der eine darunter liegende Abstützung für die vordere Windschutzscheibe bildet. Die obige Zusammenfassung stellt nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt dieser Offenbarung dar. Vielmehr werden die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung aus der folgenden detaillierten Beschreibung von anschaulichen Beispielen und Modi zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung leicht ersichtlich sein, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen betrachtet werden. Darüber hinaus schließt diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale ein.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs mit einer transparenten Dachplatte, die auf einer oberen Karosseriestruktur mit einheitlichen GFK-Fahrzeugsäulen und Dachreling gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung montiert ist.
2 ist eine nach hinten gerichtete Endansicht einer repräsentativen lokal verstärkten GFK-A-Säule im Querschnitt entlang der Linie 2-2 in der Inspektionsansicht von 1.
3 ist eine nach hinten gerichtete Endansicht eines repräsentativen lokal verstärkten GFK-Dachträgers im Querschnitt entlang der Linie 3-3 in der Inspektionsansicht von 1.
4 ist eine nach hinten gerichtete Endansicht der GFK-Dachreling im Querschnitt entlang der Linie 4-4 in der Inspektionsansicht von 1.
5 ist eine Draufsicht auf die obere Karosseriestruktur des Fahrzeugs von 1, wobei ein oberstes Dachblech entfernt wurde, um die variablen seitlichen Breiten der konturierten GFK-Bleche, die den Dachschienenabschnitt der verstärkten GFK-Dachstruktur bilden, deutlicher zu zeigen.

Repräsentative Ausführungsformen dieser Offenbarung sind als nicht einschränkende Beispiele in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die neuen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die besonderen Formen beschränkt sind, die in den oben aufgezählten Zeichnungen dargestellt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Unterkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen abdecken, die in den Anwendungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie sie zum Beispiel von den beigefügten Ansprüchen umfasst werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verwirklicht werden. Repräsentative Beispiele der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden hier im Detail beschrieben, wobei diese Ausführungsformen als Beispiel für die offenbarten Prinzipien und nicht als Einschränkungen der allgemeinen Aspekte der Offenbarung dienen. Zu diesem Zweck sollten Elemente und Beschränkungen, die z. B. in den Abschnitten „Zusammenfassung“, „Einleitung“, „Beschreibung der Zeichnungen“ und „Detaillierte Beschreibung“ beschrieben, aber nicht ausdrücklich in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht in die Ansprüche aufgenommen werden, weder einzeln noch insgesamt, weder durch Implikation noch durch Schlussfolgerung noch auf andere Weise. Darüber hinaus sind die hier besprochenen Zeichnungen möglicherweise nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich zu Lehrzwecken. Daher sind die in den Abbildungen dargestellten spezifischen und relativen Abmessungen nicht als einschränkend zu verstehen.
Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung gilt, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen: Der Singular schließt den Plural ein und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ gelten sowohl im Konjunktiv als auch im Disjunktiv; die Wörter „jeder“ und „alle“ bedeuten „jeder und alle“; und die Wörter „einschließlich“, „enthaltend“, „umfassend“, „habend“ und Permutationen davon bedeuten jeweils „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können Wörter der Annäherung wie „ungefähr“, „fast“, „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“ und dergleichen hier im Sinne von „bei, nahe oder fast bei“ oder „innerhalb von 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Herstellungstoleranzen“ oder einer beliebigen logischen Kombination davon verwendet werden. Schließlich können sich richtungsbezogene Adjektive und Adverbien wie „vorn“, „hinten“, „innen“, „außen“, „steuerbord“, „backbord“, „vertikal“, „horizontal“, „nach oben“, „nach unten“, „vorne“, „hinten“, „links“, „rechts“ usw. auf ein Kraftfahrzeug beziehen, z. B. auf die Vorwärtsfahrt eines Kraftfahrzeugs, wenn das Fahrzeug auf einer horizontalen Fahrfläche betrieben wird. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugsnummern auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, zeigt 1 eine perspektivische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs, das allgemein mit 10 bezeichnet und hier zu Diskussionszwecken als Limousine mit einem Panoramaglasdach dargestellt wird. Das dargestellte Kraftfahrzeug 10 - hier auch kurz als „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine beispielhafte Anwendung, mit der neuartige Merkmale der vorliegenden Offenbarung praktiziert werden können. In gleicher Weise sollte die Einbindung der vorliegenden Konzepte in die A-Säulen und die Dachreling der oberen Karosseriestruktur des Fahrzeugs auch als eine beispielhafte Umsetzung einiger der hier offenbarten neuen Konzepte verstanden werden. Es versteht sich von selbst, dass Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung auch auf andere Karosseriekomponenten angewendet werden können, in jeden logisch relevanten Kraftfahrzeugtyp eingebaut werden können und sowohl für automobile als auch nichtautomobile Anwendungen umgesetzt werden können. Außerdem werden hier nur ausgewählte Komponenten des Kraftfahrzeugs und der Karosseriestruktur gezeigt und näher beschrieben. Nichtsdestotrotz können die im Folgenden beschriebenen Fahrzeuge und Fahrzeugkarosserien zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale und andere verfügbare periphere Komponenten enthalten, um die verschiedenen Funktionen dieser Offenbarung auszuführen.
Das Kraftfahrzeug 10 von 1 weist eine Fahrzeugkarosserie 12 auf, die auf einem starren Fahrzeugrahmen 20 aufgebaut ist, z.B. als Body-on-Frame oder als Unibody-Konstruktion in einer Drei-Box-Konfiguration. Die vorderen und hinteren Räder 11 sind mit dem Fahrzeugrahmen 20 verbunden, z. B. über einzelne Eckbaugruppen. Um das Fahrzeug anzutreiben, werden die Laufräder 11 von einer Antriebsmaschine 18 angetrieben, bei der es sich um eine Verbrennungsmotorbaugruppe und/oder einen oder mehrere elektrische Traktionsmotoren handeln kann. Hinter einem vorderen Abteil (z. B. Motorraum) und vor einem hinteren Abteil (z. B. Kofferraum) befindet sich ein Fahrgastraum 16 der Fahrzeugkarosserie 12, in dem die Fahrzeuginsassen Platz finden und geschützt sind. Obwohl es sich bei dem gezeigten Fahrzeug um eine Limousine mit einer Drei-Box-Konfiguration handelt, kann das Fahrzeug 10 unzählige Fahrzeugtypen und Karosseriekonfigurationen annehmen.
Eine starre Dachstruktur 14 begrenzt im Allgemeinen den oberen Bereich des Fahrgastraums 16 und schützt den Fahrer und die Fahrgäste vor Regen, Schnee, ultraviolettem (UV-)Licht und anderen Elementen. Gemäß dem gezeigten Beispiel besteht die Dachstruktur 14 im Allgemeinen aus seitlich beabstandeten Dachträgern 22, die mit in Längsrichtung beabstandeten Dachsockeln 38 und 40 verbunden sind (siehe Inspektionsansicht). Die Dachschienen 22 und die Dachsockel 38, 40 bieten gemeinsam eine darunter liegende Stütze für eine Dachplatte 24, die optisch transparent, lichtdurchlässig, undurchsichtig oder eine Kombination davon sein kann. Die Dachstruktur 14, einschließlich der Schienen 22, der Kopfstücke 38, 40 und der Dachplatte 24, erstreckt sich über die obere Begrenzung des Fahrgastraums 16 und quer dazu. Wie in der Abbildung dargestellt, ist das transparente Dachpaneel 24 „panoramisch“ gestaltet, da es sich über die gesamte Länge des Fahrzeugdachs in Längsrichtung erstreckt und somit den Fahrzeuginsassen eine weitgehend ungehinderte Sicht durch das Dach des Fahrzeugs 10 ermöglicht.
In 1 ist eine vergrößerte Seitenansicht eines fahrerseitigen Teils der Fahrgastzelle 16 dargestellt, wobei die Fahrzeugtüren entfernt wurden, um einen detaillierteren Blick auf einen Abschnitt der tragenden oberen Karosseriestruktur 30 des Fahrzeugs zu ermöglichen. Die obere Karosseriestruktur 30 wird in 1 durch eine nach hinten vorstehende vordere (A) Säule 32 an einem vorderen Ende des Fahrgastraums 16, eine nach vorne geneigte hintere (C) Säule 36 an einem hinteren Ende des Fahrgastraums 16 und eine im Allgemeinen vertikale seitliche (B) Säule 34 dargestellt, die zwischen der A-Säule 32 und der C-Säule 36 angeordnet ist. Obwohl in den dargestellten Ansichten nicht sichtbar, umfasst jede Säule 32, 34, 36 ein spiegelbildliches Gegenstück, das sich auf der Steuerbordseite des Fahrzeuginnenraums 16 befindet, so dass die Karosseriestruktur 30 sechs Stützsäulen umfasst. Diese Fahrzeugsäulen 32, 34, 36 stützen die Dachstruktur 14 an einem unteren Karosserieteil des Fahrzeugs 10 ab (z. B. Schweller, Scharniersäulen, Stirnwand, Seitenwände usw.). Bei alternativen Karosserieformen kann auf die B-Säulen 34 verzichtet werden (z. B. bei coupeartigen Personenkraftwagen) oder es können mehrere seitliche Säulen (z. B. B1, B2 usw. bei Limousinen) oder eine D-Säule (z. B. bei Geländewagen und Kombis) vorhanden sein.
Zusätzlich zu der rechteckigen Anordnung der Stützsäulen 32, 34, 36 ist die obere Karosseriestruktur 30 von 1 durch seitlich beabstandete Dachträger 22 und in Längsrichtung beabstandete Kopfstücke 38 und 40 gekennzeichnet. Die Dachreling 22 befindet sich an der Back- und Steuerbordseite des Fahrgastraums 16 und erstreckt sich in Längsrichtung über die gesamte Länge des Fahrzeugs 10. Am vorderen und hinteren Ende der Dachstruktur 14 befinden sich die vorderen bzw. hinteren Kopfstücke 38 und 40, die sich quer über die seitliche Breite des Daches 14 erstrecken. Optionale, quer verlaufende Verstärkungsbügel (nicht abgebildet) können zur Abstützung eines Standard-Dachpaneels vorgesehen werden, oder umgekehrt kann die Dachstruktur 14 zur Abstützung eines Panoramadachpaneels entfallen. Der vordere Kopfteil 38 bildet zusammen mit den beiden A-Säulen 32 und einer vorderen Verkleidungsplatte (nicht dargestellt) einen vorderen Fensterrahmen, auf dem eine vordere Windschutzscheibe 42 befestigt ist. Am gegenüberliegenden Ende des Fahrgastraums 16 bildet der hintere Kopfteil 40 zusammen mit den beiden C-Säulen 36 und einer hinteren Verkleidung (nicht dargestellt) einen hinteren Fensterrahmen, an dem eine hintere Windschutzscheibe 44 befestigt werden kann.
Um das Geräusch- und Schwingungsverhalten des Fahrzeugs zu verbessern und gleichzeitig das Dachstauchverhalten des Kraftfahrzeugs 10 zu optimieren, kann die obere Karosseriestruktur 30 aus hohlen FVK-Verbundbauteilen hergestellt werden, die mit lokalisierten Polymerschaum- oder Wabenkerneinsätzen strukturell verstärkt sind. 2 zeigt zum Beispiel eine Endansicht einer der A-Säulen 32 im Querschnitt entlang der Linie 2-2 in der Inspektionsansicht von 1. Die A-Säule 32 (hier auch als „Stützsäule“ bezeichnet) ist aus zwei einzelnen, nicht ebenen Teilen zusammengesetzt: einer inneren konturierten Platte 50 (hier auch als „erstes konturiertes Säulenpaneel“ bezeichnet) und einer äußeren konturierten Platte 52 (hier auch als „zweites konturiertes Säulenpaneel“ bezeichnet), die sich außerhalb der inneren konturierten Platte 50 befindet. Gegenüberliegende Seiten der länglichen Konturplatten 50, 52 sind miteinander verbunden, um dazwischen einen fünfseitigen Innenhohlraum 54 (hier auch als „Innensäulenhohlraum“ bezeichnet) zu bilden. Beide konturierten Platten 50, 52 können aus einem faserverstärkten Polymer-Verbundwerkstoff (FVK) geformt, aus einem Stahl- oder Aluminiumblech geschnitten und gestanzt oder aus anderen geeigneten starren Materialien und Verfahren hergestellt werden. Obwohl die A-Säule 32 als zweiteilige Konstruktion dargestellt ist, kann sie auch als einteilige Rohrstruktur mit einem ähnlich geformten polygonalen Querschnitt hergestellt werden.
3 zeigt eine Endansicht eines der Dachträger 22 im Querschnitt entlang der Linie 3-3 in der Inspektionsansicht von 1. Der Dachreling 22 (hier auch als „Stützreling“ bezeichnet) besteht aus drei einzelnen, nicht ebenen Teilen: einer inneren Konturplatte 56 (hier auch als „erste Konturplatte“ bezeichnet); einer äußeren Konturplatte 58 (hier auch als „zweite Konturplatte“ bezeichnet), die sich außerhalb der inneren Konturplatte 56 befindet; und einer inneren Konturplatte 60 (hier auch als „dritte Konturplatte“ bezeichnet), die sich innerhalb der inneren Konturplatte 56 befindet. Die einander gegenüberliegenden Seiten der länglichen inneren und äußeren konturierten Platten 56, 58 sind miteinander verbunden, um dazwischen einen fünfseitigen inneren Haupthohlraum 62 (hier auch als „innerer Schienenhohlraum“ bezeichnet) zu bilden. Ebenso sind gegenüberliegende Seiten der Innenplatte 60 mit den inneren und äußeren Schienenpaneelen 56, 58 verbunden, um einen vierseitigen inneren Nebenhohlraum 64 zu bilden, der an den inneren Haupthohlraum 62 angrenzt. Ähnlich wie die Paneele 50, 52 in 2 können die drei konturierten Paneele 56, 58, 60 in 3 aus einem FVK-Verbundmaterial, einem metallischen Material oder einem anderen geeigneten tragenden Material hergestellt werden. Ähnlich wie die A-Säule 32 kann auch die Dachreling 22 ein-, zwei- oder dreiteilig ausgeführt sein oder aus mehr als den in 3 dargestellten drei Einzelteilen bestehen. Darüber hinaus können die Säule 32 und die Reling 22 andere Querschnittsgeometrien und alternative Abmessungen aufweisen.
Ein nach vorne weisendes Ende der Dachreling 22 schließt an ein nach hinten weisendes Ende der A-Säule 32 an, so dass der innere Plattenhohlraum 54 mit dem inneren Schienenhohlraum 62 verbunden ist. Bei Anwendungen, bei denen die Dachreling 22 und die A-Säulen 32 aus GFK-Verbundwerkstoffen bestehen, kann die innere Konturplatte 50 der A-Säule 32 integral mit der inneren Konturplatte 56 der Dachreling 22 als einheitliche, einteilige Struktur ausgebildet sein. In ähnlicher Weise kann die äußere Konturplatte 52 der A-Säule 32 mit der äußeren Konturplatte 58 der Dachreling 22 als einheitliche, einteilige Struktur integriert sein. Auf diese Weise können die inneren Hohlräume 54, 62 gemeinsam einen durchgehenden Kanal bilden, der sich über die gesamte Länge der Dachreling 22 und der A-Säule 32 erstreckt. Obwohl hierin in Bezug auf die Fahrzeugsäulen 32, 34, 36 und die Dachreling 22 einer oberen Karosseriestruktur des Fahrzeugs 30 beschrieben, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass viele der zugehörigen Merkmale und Optionen dieser Offenbarung auch auf andere Fahrzeugkomponenten an anderen Stellen des Fahrzeugs angewendet werden können.
Innerhalb der A-Säule 32 und der Dachreling 22 befindet sich ein optionaler struktureller Verstärkungseinsatz 66, der auf einen diskreten Bereich innerhalb der inneren Hohlräume 54, 62 beschränkt ist und diesen ausfüllt. Dieser örtliche Verstärkungseinsatz 66 kann an einem hinteren Ende der A-Säule innerhalb des inneren Hohlraums 54 beginnen, sich nach hinten durch eine Kreuzungsecke der Karosseriestruktur 30 erstrecken, an der sich die A-Säule 32, die Dachreling 22 und der vordere Kopfteil 38 kreuzen, und innerhalb des Haupthohlraums 62 der Dachreling 22 etwa auf halber Strecke zwischen der A-Säule 32 und der B-Säule 34 enden. Dementsprechend ist die Länge des diskreten Bereichs, der durch den strukturellen Verstärkungseinsatz 66 ausgefüllt wird, von vorne nach hinten geringer als die kombinierte Länge von A-Säule und Dachreling. Es ist jedoch zu beachten, dass die Lage und Länge des durch den Einsatz 66 ausgefüllten diskreten Bereichs geändert werden kann, ohne dass der beabsichtigte Anwendungsbereich dieser Offenbarung verlassen wird.
Jeder örtlich begrenzte Verstärkungseinsatz 66 ist zwar auf eine isolierte Länge der angrenzenden A-Säule 32 und der Dachreling 22 beschränkt, hat aber einen ausreichenden Umfang, um den oder die diskreten Abschnitte des inneren Hohlraums 54 und des Haupthohlraums 62 auszufüllen, die von dem Einsatz 66 eingenommen werden. Zurück zu 3: Der strukturelle Verstärkungseinsatz 66 hat eine seitliche Einsatzbreite W_ins und eine vertikale Einsatzhöhe H_ins, die im Wesentlichen einer seitlichen Hohlraumbreite W bzw _cav. einer vertikalen Hohlraumhöhe H_cav des diskreten Bereichs V_reg innerhalb der inneren Hohlräume 54, 62 entsprechen. Mit diesen komplementären Abmessungen verschließt der Verstärkungseinsatz 66 die inneren Hohlräume 54, 62 der A-Säule 32 und der Dachreling 22. In diesem Zusammenhang wird der äußerste Umfang des diskreten Bereichs V_reg durch mehrere nach innen gerichtete Flächen der A-Säule 32 und des Dachholms 22 begrenzt. In 2 sind beispielsweise die fünf nach innen gerichteten Flächen S1-S5 der A-Säule 32 und in 3 die fünf nach innen gerichteten Flächen S6-S10 der Dachreling 22 gekennzeichnet. Um den diskreten Bereich V_reg innerhalb des Innen- und Haupthohlraums 54, 62 auszufüllen, liegt jede der fünf nach außen gerichteten Flächen (nicht gekennzeichnet) des strukturellen Verstärkungseinsatzes 66 im Wesentlichen bündig an einer oder mehreren nach innen gerichteten Flächen S1-S10 der Säule 32 und der Schiene 22 an. Je nach Art des verwendeten Einsatzes kann der strukturelle Verstärkungseinsatz 66 einen im Wesentlichen kontinuierlichen Druck nach außen (d. h. eine Expansionskraft) auf die nach innen gerichteten Flächen S1-S10 ausüben, die den äußeren Umfang des diskreten Bereichs V_reg definieren. Mit diesen Merkmalen ist die Querschnittsgeometrie des Einsatzes 66 im Wesentlichen identisch mit der Querschnittsgeometrie oder den Querschnittsgeometrien der Abschnitte der inneren Hohlräume 54, 62, die von dem Einsatz 66 eingenommen werden.
Je nach der beabsichtigten Anwendung und den entsprechenden konstruktiven Einschränkungen für das lokal verstärkte Karosserieteil kann der strukturelle Verstärkungseinsatz 66 jede geeignete Kombination aus Form, Größe, Lage und Ausrichtung annehmen. Der strukturelle Verstärkungseinsatz 66 ist beispielsweise als länglicher, polyedrisch geformter Polymereinsatz oder Wabeneinsatz abgebildet. Ein polymerer Einsatz kann aus einem thermisch expandierenden Schaumstoff, einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Material (ABS) oder einem Polyurethan-Material oder einer beliebigen Kombination daraus bestehen. Zumindest bei einigen gewünschten Ausführungen wird der Verstärkungseinsatz 66 an Ort und Stelle aus einem thermisch expandierenden Schaum gebildet, der aus einem duroplastischen Matrixmaterial besteht, das sich ausdehnt, wenn es mit thermisch expandierenden Mikrokugeln gemischt und einer vordefinierten Expansionstemperatur ausgesetzt wird. Die Epoxid- oder Duroplastmatrix in dem expandierenden Schaum vernetzt und bildet einen strukturellen Schaumeinsatz. Andere geeignete Schaumstoffe können aus einer Liste ausgewählt werden, die Folgendes umfasst: Thermoplastische ABS-Schaumstoffe, Polycarbonat-Schaumstoffe, PolystyrolSchaumstoffe, Polypropylen-Schaumstoffe und Poly(vinylchlorid)-Schaumstoffe. Eine Wabeneinlage kann aus einem metallischen Material, einem Papiermaterial, einem thermoplastischen Material oder einer beliebigen Kombination davon bestehen. Ein Wabeneinsatz kann eine feste Struktur mit einer Anordnung von hohlen, säulenförmigen Zellen sein, die zwischen einem Gitter aus dünnen, miteinander verbundenen Wänden gebildet werden.
5 zeigt ausgewählte faserverstärkte Polymerverbundwerkstoff-Komponenten der oberen Karosseriestruktur 30 des Fahrzeugs 10 aus 1. In diesem Beispiel sind die fahrer- und beifahrerseitigen Dachreling 22 und 22', die fahrer- und beifahrerseitigen A-Säulen 32 und 32' und der fahrzeugübergreifende vordere Dachkopf 38 ganz oder teilweise aus einem FVK-Polymerverbundwerkstoff mit einem in eine Polymermatrix eingebetteten Faserfüllstoff hergestellt. Das mitgerissene Fasermaterial kann aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Basaltfasern und/oder anderen geeigneten Verstärkungsfasern bestehen, die unidirektional, bidirektional oder multidirektional angeordnet sein können. Die Faserzusammensetzung kann gewebt oder verdichtet und anschließend zu einer Matte oder einem Roving geschnitten werden. Der FRP-Verbundwerkstoff kann optional ein oder mehrere Additive und eine schützende, harte Außenbeschichtung enthalten. Als weitere Option kann das FRP-Material eine Vorform aus Fasergewebe enthalten, die in eine duroplastische oder thermoplastische Matrix eingebettet ist, um gemeinsam eine örtliche Opazität oder eine Transparenz auf Schichtebene zu erreichen. Alle konturierten Schienen- und Säulenpaneele 50, 52, 56, 58 und 60 der 2 bis 4 können beispielsweise aus einem duroplastischen Kohlenstoff-Faser-Polymer-Verbundwerkstoff hergestellt sein. Alternativ können die äußeren konturierten Paneele 52, 58 aus einem metallischen Material, wie z. B. gestanztem Aluminium oder Stahlblech, geformt werden, um z. B. die Montage der oberen Karosseriestruktur 30 an der unteren Karosseriestruktur des Fahrzeugs zu erleichtern. Hohle GFK-Fahrzeugsäulen, Dachträger und Kopfstücke können zu einer verbesserten NVH-Leistung und einer erhöhten lokalen Versteifung bei begrenzter zusätzlicher Fahrzeugmasse beitragen, um eine (quasi-isotrope, unidirektionale oder bidirektionale) Belastung in einer gewünschten Ebene für eine optimale Dachstauchleistung zu ermöglichen.
Wie in 5 dargestellt, gehen die integral geformten GFK-Dachreling 22 und 22' und die A-Säulen 32 und 32' von den unteren Scharnierpfeilern 46 direkt über der vorderen Motorhaube (nicht dargestellt) aus und erstrecken sich nach hinten zum hinteren Kopfstück 40, das mit der C-Säule 36 verbunden ist. Ein einziger fahrzeugübergreifender Kopfteil 38 erstreckt sich zwischen den vorderen A-Säulen 32 und 32' und verbindet einen Schnittpunkt zwischen diesen beiden Dachträgern 22; alle fahrzeugübergreifenden Verstärkungsbögen entfallen in diesem Beispiel. Um die strukturelle Integrität der Dachstruktur zu verbessern, sind die inneren konturierten Schienen- und Säulenpaneele 50, 56 mit mindestens drei im Wesentlichen flachen (ersten) Paneelsegmenten ausgebildet, wie die vier Paneelsegmente P1-P4 in 4. In diesem Fall ist jedes Plattensegment P1-P4 mit einem oder mehreren der anderen Plattensegmente P1-P4 verbunden und ragt in einem schrägen Winkel davon ab. In ähnlicher Weise sind die äußeren konturierten Schienen- und Säulenpaneele 52, 58 mit mindestens drei im Wesentlichen flachen (zweiten) Paneelsegmenten ausgebildet, hier dargestellt durch die fünf Paneelsegmente P5-P9 in 4. Ähnlich wie die Paneelsegmente P1-P4 ist jedes Paneelsegment P5-P9 mit einem oder mehreren der anderen Paneelsegmente P5-P9 verbunden und steht in einem schrägen Winkel davon ab. Die innere konturierte Platte 60 besteht ebenfalls aus mindestens drei im Wesentlichen flachen (dritten) Plattensegmenten, die in 4 durch drei Plattensegmente P10-P12 dargestellt sind. Jedes dieser Paneelsegmente P10-P12 ist mit einem anderen Paneelsegment P10-P12 verbunden und steht in einem schrägen Winkel davon ab.
Wie oben erwähnt, sind gegenüberliegende Seiten der konturierten Platten 50, 52 miteinander verbunden, um den Abschnitt der A-Säule 32 der oberen Karosseriestruktur 30 zu bilden, und gegenüberliegende Seiten der konturierten Platten 56, 58 sind miteinander verbunden, um den Abschnitt der Dachreling 22 der oberen Karosseriestruktur 30 zu bilden. In Übereinstimmung mit den dargestellten Beispielen umfasst das innere konturierte Paneel 50 ein Paar nach außen vorstehender (erster) Flansche F1 und F2 ( 2), und das konturierte äußere Paneel 52 umfasst ein Paar nach außen vorstehender (zweiter) Flansche F3 und F4 (2). Der obere Flansch F1 der inneren Platte 50 ist direkt mit dem oberen Flansch F3 der äußeren Platte 56 verbunden, während der untere Flansch F2 der inneren Platte 50 direkt mit dem unteren Flansch F4 der äußeren Platte 56 verbunden ist. Zurück zu 3: Die innere konturierte Platte 56 umfasst ein Paar nach außen vorstehende (dritte) Flansche F5 und F6, und die konturierte äußere Platte 58 umfasst ein Paar nach außen vorstehende (vierte) Flansche F7 und F8. Der obere Flansch F5 der inneren Platte 56 ist direkt mit dem oberen Flansch F7 der äußeren Platte 58 verbunden, während der untere Flansch F6 der inneren Platte 56 direkt mit dem unteren Flansch F8 der äußeren Platte 58 verbunden ist.
Um die Quer- und Vertikalbelastung der Dachstruktur 14 zu verbessern, können sich die Abmessungseigenschaften ausgewählter Segmente der oberen Karosseriestruktur 30 in Längsrichtung, quer zur Fahrtrichtung und/oder in vertikaler Richtung des Kraftfahrzeugs 10 ändern. Ein gemeinsamer Blick auf die 4 und 5 zeigt beispielsweise, dass das obere konturierte Schienenfeld 58, nämlich der obere Flansch F7, eine seitliche (Flansch-)Breite W₁ aufweist, die senkrecht zu seiner Längslänge L₁ ist, die im Allgemeinen parallel zur Längsrichtung des Fahrzeugs 10 verläuft. Die seitliche Breite W des oberen Flansches F7₁ variiert (z. B. vergrößert und verkleinert sich) entlang der Länge des Fahrzeugaufbaus 12 in Längsrichtung. Dadurch weist der Hauptschienenhohlraum 62 einen ungleichmäßigen Querschnitt auf, der sich ebenfalls über die Länge der Fahrzeugkarosserie 12 in Längsrichtung verändert (z. B. ausdehnt und zusammenzieht). Ähnlich wie das obere konturierte Schienenpaneel 58 hat das innere konturierte Schienenpaneel 60 eine seitliche (Schienen-)Breite W₂, die senkrecht zu seiner Längs-(Schienen-)Länge L₂ ist, die im Allgemeinen parallel zur Längsrichtung des Fahrzeugs 10 verläuft. Die seitliche Breite W des Schienenpaneels 60₂ variiert (z. B. nimmt sie zu und ab) entlang der Länge des Fahrzeugaufbaus 12 in Längsrichtung. Folglich hat der sekundäre Schienenhohlraum 64 einen ungleichmäßigen Querschnitt, der ebenfalls entlang der Längsrichtung des Fahrzeugaufbaus 12 variiert.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden ausführlich unter Bezugnahme auf die abgebildeten Ausführungsformen beschrieben; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass viele Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die genaue Konstruktion und die hierin offenbarten Zusammensetzungen beschränkt; alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, die aus den vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sind, liegen im Rahmen der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus schließen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale ein.

Claims

Fahrzeugkarosseriestruktur, wobei die Karosseriestruktur umfasst: eine langgestreckte Stützschiene mit einem ersten konturierten Schienenpaneel, das mit einem zweiten konturierten Schienenpaneel verbunden ist, um dazwischen einen inneren Schienenhohlraum zu bilden, wobei das erste und/oder das zweite konturierte Schienenpaneel ein erstes faserverstärktes Polymermaterial, FRP, enthalten; und eine langgestreckte Stützsäule, die an die Stützschiene angrenzt und ein erstes konturiertes Säulenpaneel aufweist, das mit einem zweiten konturierten Säulenpaneel verbunden ist, um dazwischen einen inneren Säulenhohlraum zu bilden, der mit dem inneren Schienenhohlraum verbunden ist, wobei das erste und/oder zweite konturierte Säulenpaneel ein zweites FRP-Material aufweist.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 1, wobei das erste konturierte Schienenpaneel ein Paar nach außen vorstehender erster Flansche aufweist und das zweite konturierte Schienenpaneel ein Paar nach außen vorstehender zweiter Flansche aufweist, die jeweils an einem der ersten Flansche befestigt sind.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 2, wobei einer der zweiten Flansche des zweiten konturierten Schienenpaneels eine seitliche Flanschbreite und eine longitudinale Flanschlänge aufweist, wobei sich die longitudinale Flanschlänge entlang einer Vorwärts-Rückwärts-Länge der Fahrzeugkarosseriestruktur erstreckt und die seitliche Flanschbreite entlang der Vorwärts-Rückwärts-Länge der Fahrzeugkarosseriestruktur variiert.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 3, wobei der innere Schienenhohlraum einen ungleichmäßigen Querschnitt aufweist, der sich entlang der Längsachse der Karosseriestruktur ändert.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 1, wobei das erste konturierte Schienenpaneel und das erste konturierte Säulenpaneel jeweils mindestens drei im Wesentlichen flache erste Paneelsegmente umfassen, und wobei jedes der ersten Paneelsegmente mit einem anderen der ersten Paneelsegmente verbunden ist und in einem schrägen Winkel davon absteht.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 1, wobei das zweite konturierte Schienenpaneel und das zweite konturierte Säulenpaneel jeweils mindestens drei im Wesentlichen flache zweite Paneelsegmente umfassen, und wobei jedes der zweiten Paneelsegmente mit einem anderen der zweiten Paneelsegmente verbunden ist und in einem schrägen Winkel davon absteht.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 1, wobei die Tragschiene ferner ein drittes konturiertes Schienenpaneel umfasst, das entlang einer ersten Seite mit dem ersten konturierten Schienenpaneel und entlang einer zweiten Seite mit dem zweiten konturierten Schienenpaneel verbunden ist, wobei das dritte konturierte Schienenpaneel ein drittes FRP-Material umfasst.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 7, wobei das dritte konturierte Schienenpaneel eine seitliche Schienenbreite und eine Schienenlängslänge aufweist, wobei sich die Schienenlängslänge entlang einer Vorwärts-Rückwärts-Länge der Fahrzeugkarosseriestruktur erstreckt und die seitliche Schienenbreite entlang der Vorwärts-Rückwärts-Länge variiert.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 7, wobei das erste, zweite und dritte FRP-Material ein duroplastischer Kohlenstoff-Faser-Polymer-Verbundwerkstoff, CFP, ist.
Fahrzeugkarosseriestruktur nach Anspruch 1, wobei das Kraftfahrzeug eine vordere Windschutzscheibe und eine Dachplatte umfasst, wobei die Fahrzeugkarosseriestruktur ferner vordere und hintere Kopfstücke umfasst, und wobei die Stützschiene eine Dachschiene ist, die zusammenwirkend mit den vorderen und hinteren Kopfstücken konfiguriert ist, um die Dachplatte zu stützen, und die Stützsäule eine A-Säule ist, die mit dem vorderen Kopfstück zusammenwirkt, um zumindest teilweise einen Fensterrahmen zu definieren, der konfiguriert ist, um die vordere Windschutzscheibe zu stützen.