DE60100470T2

DE60100470T2 - Tragstruktur für eine säule in einem landfahrzeug

Info

Publication number: DE60100470T2
Application number: DE60100470T
Authority: DE
Inventors: Richard Alan Rackham
Original assignee: Aston Martin Lagonda Ltd
Current assignee: Aston Martin Lagonda Ltd
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: US20030011206A1; EP1233899A1; DE60100470D1; AU2001276548A1; ATE245104T1; US6619715B2; GB2365391B; WO2002012053A1; GB0019478D0; EP1233899B1; GB2365391A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Landfahrzeug mit dem Aufbau, der eine Säule umfasst, die auf neuartige Weise in ihrer Position befestigt ist.
Die meisten Landfahrzeuge haben Säulen, die "A"-Säulen genannt werden. Das sind die Säulen, die sich entlang jeder Seite der vorderen Windschutzscheibe eines Fahrzeugs erstrecken, und die das Dach des Fahrzeugs stützen (wenn das Fahrzeug ein Dach hat), die die Türrahmen des Fahrzeugs stützen können, und die, was am wichtigsten ist, einen Zerdrückwiderstand schaffen, der die Ganzheit der Fahrzeugkabine schützt, wenn das Fahrzeug über sein Dach rollt.
Typische Landfahrzeuge sind aus Stahl gefertigt, und die Dachsäulen sind Stahlsäulen, die an den übrigen Fahrzeugaufbau angeschweißt sind.
Kohlefaserverbundteile haben strukturelle Eigenschaften, die den Eigenschaften von Stahl vorzuziehen sind, und die für eine "A"-Säule zweckmäßig sind. Man ist jedoch immer davon ausgegangen, dass es schwierig ist, Kohlefaserverbund-"A"-Säulen in den übrigen Fahrzeugaufbau zu integrieren.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Landfahrzeug mit einer Säule bereit, die eine Baukomponente des Fahrzeugs ist, und mit einer Säulenhalterungseinrichtung, wobei die Säule eine getrennte unabhängige Komponente ist, die nicht einteilig mit irgendeiner sie umgebenden Komponente des Landfahrzeugs ausgebildet ist, wie in der Schrift DE 195 19 354 A offenbart. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Säule durch Setzen eines Fußabschnittes der Säule in Kunstharzmaterial in ihrer Lage befestigt, wobei das Kunstharzmaterial in einem Hohlraum vorgesehen ist, der in der Säulenhalterungseinrichtung gebildet ist.
Es ist ein neuartiger Ansatz, eine "A"-Säule unter Verwendung eines Kunstharzes in ihre Position zu setzen. "A"-Säulen sind normalerweise aus Stahl, und sie werden normalerweise in ihre Position geschweißt. Ansonsten könnte der Ansatz versucht werden, eine "A"-Säule mit einem Fußabschnitt zu fertigen, der so geformt ist, dass er der Form eines in seiner Halterungseinrichtung gebildeten Sockels sehr angepasst ist, wobei der Fußabschnitt in den Sockel genutet und evtl. mit einem Klebemittel in seiner Position festgeklebt wird. Dies ist jedoch mit hohen Kosten verbunden, da ein korrekt platzierter Sockel gefertigt werden muss, und es nicht möglich ist, diesen Ansatz durchzuführen, ohne dass die Formgebung des Fußabschnitts der "A"-Säule gewissen Einschränkungen unterliegt, da der Fußabschnitt in einen passenden Sockel hineingleiten muss. Dies ist nicht ideal. Um all diese Probleme zu vermeiden, wird die "A"-Säule der vorliegenden Erfindung in Kunstharz in ihre Position gesetzt, wobei das Kunstharz in einem Hohlraum vorhanden ist, dessen Querschnitt deutlich größer ist als der Querschnitt der "A"-Säule.
Vorzugsweise umfasst das Kunstharzmaterial ein Epoxykunstharz. Das Kunstharzmaterial könnte jedoch genauso gut ein Polyurethankunstharz umfassen.
Vorzugsweise umfasst das Kunstharzmaterial hohle Mikrokugeln, die in einer Kunstharzmatrix dispergiert sind. Vorzugsweise sind die hohlen Mikrokugeln Glasmikrokugeln. Ein Kunstharzblock mit großem Volumen kann sehr schwer sein. Dies ist unvorteilhaft. Um diesen Nachteil abzuschwächen, ist es vorzuziehen, dass in dem Kunstharzmaterial Mikrokugeln dispergiert sind, um die Dichte des Kurstharzmaterials zu verringern und damit das Gesamtgewicht des Kunstharzblocks, der zum Setzen der "A"-Säule verwendet wird, zu reduzieren.
Alternativ könnte das Kunstharzmaterial Epoxykunstharz umfassen, das mit Silikapartikeln gemischt ist. Die Verwendung von Silikapartikeln ist beim Aushärten des Kunstharzes vorteilhaft. Das Aushärten ist ein exothermer Prozess, und das Silika trägt dazu bei, die Gesamttemperatur in Größenordnungen zu halten, in denen Probleme in Form von Spannungen und Rissbildung, die durch die Wärmeausdehnung und anschließenden Kontraktion entstehen, vermieden werden.
Wie oben erwähnt hat die Säule vorzugsweise einen Querschnitt, der sich entlang ihrer Litnge verändert, der Einfachheit halber ist jedoch der Querschnitt des Hohlraums entlang seiner Länge insgesamt konstant.
Indem für den Hohlraum ein ausreichend großer Querschnitt gewählt wird, ist mit der vorliegenden Erfindung eine Situation möglich, in der der Hohlraum eine Hauptachse hat und die Säule in einem Winkel zur Hauptachse gesetzt wird. Dadurch wird die Notwendigkeit eines Sockels vermieden, der in diesem bestimmten Winkel bearbeitet ist, um ein korrektes Positionieren der sich von ihm erstreckenden "A"-Säule zu gewährleisten.
Vorzugsweise umfasst die Säule Fasern, die in einer Kunstharzmatrix gesetzt sind. Vorzugsweise hat die Säule einen Kern aus geschäumtem Material, um den die Fasern gewunden sind, wobei der Kern durch die Kunstharzmatrix umschlossen ist. Die Verwendung eines Kerns erhöht das Gesamtgewicht der Säule, ohne ihre konstruktiven Fähigkeiten signifikant zu reduzieren.
Die für die Säule verwendeten Fasern sind vorzugsweise Kohlefasern.
Vorzugsweise hat das Landfahrzeug ein Chassis aus Aluminium, und die Säule ist eine "A"-Säule des Fahrzeugs, die in einen in dem Aluminiumchassis gebildeten Hohlraum gesetzt ist. Die Verwendung der vorliegenden Erfindung wäre besonders zweckmäßig, wenn das Aluminiumchassis aus stranggepressten zusammengeklebten Einzelteilen gemacht ist. Der Hohlraum könnte durch Strangpressung leicht gebildet werden.
Vorzugsweise hat das Landfahrzeug ein Paar von Säulen, die jeweils an einer Seite einer Windschutzscheibe im Abstand angeordnete sind, wobei das Paar von Säulen in seiner Lage befestigt wird, indem jede Säule des Paars jeweils in einem aus einem Paar von im Abstand angeordneten Hohlräumen angebracht ist, wobei die Säulen im Falle eines Überrollens des Landfahrzeuges einen Zerdrückwiderstand vorsehen.
Vorzugsweise weist das Landfahrzeug zusätzlich ein Quetschrohr auf, das angrenzend an die Säule angebracht und mit einem biegsamen Material abgedeckt ist, wobei das Quetschrohr so angeordnet ist, dass es verhindert, dass ein Kopf eine Insassen des Landfahrzeugs im Falle einer Fahrzeugkollision direkt auf die Säule schlägt, wobei das Quetschrohr sich bei einem solchen Vorfall verformt, um Aufprallenergie zu absorbieren.
In einer Ausführungsform ist das Quetschrohr ein Aluminiumquetschrohr, und in einer zweiten Ausführungsform ist das Quetschrohr ein Pappquetschrohr. Vorzugsweise wird das Quetschrohr von einer Lage aus ABS-Kunststoffmaterial abgedeckt.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Landfahrzeugs bereit, bei dem die Säule durch den sich in den Hohlraum in der Säulenhalterungseinrichtung erstreckenden Fußabschnitt positioniert wird, bei dem das Kunstharzmaterial in flüssigem Zustand in den Hohlraum der Säule umgebend gegossen wird und den Fußabschnitt umgibt, bei dem das Kunstharzmaterial ausgehärtet wird und das ausgehärtete Kunstharzmaterial die Säule in ihrer Lage befestigt.
Hat die Säule einen Kern aus geschäumtem Material, so wird sie vorzugsweise gefertigt, indem zuerst der Kern aus geschäumtem Material mit einer gewünschten Form gebildet wird, mit einem Querschnitt, der sich entlang des Kerns verändert, woraufhin die Fasern um den Kern aus geschäumtem Material gewunden werden, und dann die gewundenen Fasern in eine Kunstharzmatrix gesetzt werden und dadurch den Kern aus geschäumtem Material umschließen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen gezeigt ist:
in 1 eine schematische Darstellung der Frontpartie eines erfindungsgemäßen Landfahrzeugs (ohne Aufbau);
in 2 ein Querschnitt durch einen Säulenhalterungsabschnitt eines Chassis eines Landfahrzeugs wie in 1 gezeigt, wobei der Querschnitt entlang der in 3 gezeigten Achse B-B verläuft, in Richtung des in 3 gezeigten Pfeils;
in 3 ein Querschnitt durch eine Säule und eine Säulenhalterungseinrichtung eines Landfahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Querschnitt entlang der in 2 gezeigten Achse A-A verläuft, in Richtung des Pfeils;
in 4 eine schematische Darstellung einer Säule eines erfindungsgemäßen Landfahrzeugs, das in den 1 bis 3 dargestellt ist;
in 5 eine schematische Darstellung des Innenraums eines erfindungsgemäßen Landfahrzeugs; und
in 6 einen Querschnitt durch eine Säule und eine Säulenhalterungseinrichtung eines Landfahrzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung, wobei der Querschnitt entlang der in 2 gezeigten Achse A-A verläuft, in Richtung des Pfeils.
In 1 ist ein Chassis 10 eines Landfahrzeugs zu sehen. Es ist lediglich ein Teil des Chassis dargestellt. Das hier gezeigte Chassis ist aus zusammengeklebten Aluminium-Strangpressteilen gefertigt. Gezeigt ist das vordere Ende des Chassis. In der Verlängerung des vorderen Endes des Chassis befinden sich Aufnahmevorrichtungen für Räder und für einen Motor (solche Aufnahmevorrichtungen und Komponenten sind hier nicht gezeigt). Der dargestellte Teil des Chassis definiert den Teil des Fahrzeugs, in dem sich die Kabine für die Fahrzeuginsassen befindet.
Das Chassis 10 hat zwei Schweller 11 und 12 und einen Querträger 13. Das Chassis 10 hat auch zwei Säulenhalterungseinrichtungen 14 und 15 zum Stützen von zwei "A"-Säulen 16 und 17. Die "A"-Säulen 16 und 17 sind Säulen, die sich jeweils entlang einer Seite der Windschutzscheibe (nicht gezeigt) des Fahrzeugs erstrecken. Die "A"-Säulen 16, 17 sehen einen Zerdrückwiderstand vor, der im Falle eines Überrollens des Landfahrzeugs die Fahrzeuginsassenkabine schützt. Die "A"-Säulen 16, 17 dienen auch dem Zweck, das Dach und die Türrahmen des Fahrzeugs zu stützen.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die Säulen 16 und 17 jeweils Säulen aus einem Kohlefasergemisch. Eine der Säulen 16 ist in 4 gezeigt. Die Säule umfasst einen Kern 18 aus einem geschäumten Material. Der Kern 18 ist so geformt, dass sich sein Querschnitt entlang der Länge des Kerns verändert. Der Querschnitt verändert sich so, dass der Querschnitt am Fußabschnitt des geschäumten Kerns eine größere Fläche hat als der Querschnitt des geschäumten Kerns am Endabschnitt.
Die Säule 16 wird durch das Winden von Kohlefasern 19 um den Kern 18 aus geschäumtem Material gefertigt. Die verwendete Kohlefaser 19 ist eine geflochtene Kohlefaser. Sobald die geflochtene Kohlefaser 19 um den Kern 18 aus geschäumtem Material gewunden ist, werden die Kerne 18 mit den um sie gewundenen Kohlefasern 19 in eine Form gesetzt, und ein Kunstharz, z.B. ein Epoxykunstharz, wird in die Form gegossen und dann ausgehärtet. Die Kohlefasern 19 werden zu diesem Zweck in eine Kunstharzmatrix gesetzt, so dass der Kern 18 vom Kunstharz umschlossen wird.
In einer weiteren Ausführungsform schließt die Säule 16 eine Mischung aus verklebten Fasern ein, die um den geschäumten Kern gewunden sind, und Längsfasern, die entlang der Länge des geschäumten Kerns verlaufen.
Sobald die Säule 16 geformt ist, wird sie (z.B. unter Verwendung einer Setzvorrichtung) so positioniert, dass ihr Fußabschnitt sich in einen Hohlraum hinein erstreckt, der in der Säulenhalterungseinrichtung 14 gebildet ist. In 3 ist der Fußabschnitt der Säule 16 in seiner Position in einem von der Säulenhalterungseinrichtung 14 definierten Hohlraum zu sehen.
Sobald der Fußabschnitt der Säule 16 in seine Position gebracht ist, wird ein Kunstharzmaterial in flüssigem Zustand in den Hohlraum gegossen und dann ausgehärtet. Das Kunstharzmaterial, das in den Hohlraum gegossen und dann ausgehärtet wird, hält die Säule 16 in ihrer Position. Die Säule 16 wird in ihrer Position im richtigen Winkel befestigt.
Es ist zu bemerken, dass der Querschnitt der Säule 16 sich entlang ihrer Länge kontinuierlich verändert. Durch die Verwendung von Kunstharzmaterial auf die oben beschriebene Weise ist es nicht mehr nötig, einen passend gebauten Sockel herzustellen, was nicht möglich wäre. Es ist auch zu bemerken, dass die Säule 16 in einem Winkel gesetzt werden kann, ohne dass ein korrekt gewinkelter Sockel nötig wäre.
In einer ersten Ausführungsform (siehe 3) umfasst das Kunstharzmaterial 20, das verwendet wird, um die Säule 16 in ihre Position zu setzen, ein Polyurethankunstharz sowie mehrere hohle Glasmikrokugeln 21. Das Polyurethankunstharz ist mit den hohlen Glasmikrokugeln durchsetzt. Das Polyurethankunstharz nimmt im Hohlraum der Säulenhalterungseinrichtung 14 ein bedeutendes Volumen ein. Umfasst das Kunstharzmaterial reines Kunstharz, dann hat der Kunstharzblock ein bedeutendes Gewicht. Durch die Verwendung von hohlen Mikrokugeln wird die Dichte der Kunstharzmischung verringert, und dadurch verringert sich auch das Gesamtgewicht des aus der Kunstharzmischung bestehenden Blocks. Dies wird erzielt, ohne dass die physikalischen Eigenschaften des Kunstharzes merklich beeinflusst würden. Dies ist vorteilhaft. Vorzugsweise wird das Polyurethankunstharz versiegelt, um zu verhindern, dass das Kunstharz Wasser (z.B. Regenwasser) absorbiert, was die Eigenschaften des Kunstharzes beeinflussen könnte.
In einer zweiten Ausführungsform (siehe 6) umfasst das für das Setzen der Säule 16 in ihre Position verwendete Kunstharzmaterial 20A eine Mischung aus Epoxykunstharz und Silikapartikeln. Die Verwendung von Silika verringert die durch thermische Spannungen und Dehnungen hervorgerufenen Probleme, die während des Härtens des Epoxykunstharzes auftreten und eine exotherme Reaktion sind.
In 2 ist ein Querschnitt dargestellt, der entlang der in 3 gezeigten Achse B-B verläuft, und es ist hier zu sehen, dass die Säule 16 in dem in einem Hohlraum enthaltenen Kunstharzmaterial 20 in Position gesetzt ist, wobei der Hohlraum durch das Aluminiumstrangpreßteil definiert ist, das die Säulenhalterungseinrichtung 14 bildet.
Die obige Beschreibung bezieht sich zwar auf die Säule 16, es ist jedoch zu beachten, dass die Beschreibung gleichermaßen auch auf die Säule 17 anwendbar ist.
5 ist eine schematische Darstellung, in der zu sehen ist, wie die Säule 17 aus dem Inneren des Fahrzeugs gesehen im Einsatz aussieht. Die Säule 17 ist zwischen der Windschutzscheibe 22 und dem Türrahmen 23 einer Tür 26 angeordnet. Eine Innenfläche ist aus einer Schicht aus ABS-Material 24 gebildet, die um die Säule 17 gewunden ist. Zwischen der Säule 17 und der Außenschicht aus ABS-Material 24 eingeschlossen ist ein Quetschrohr 25. Das Quetschrohr 25 ist üblicherweise eine hohles, gewelltes Rohr aus Aluminium oder aus Pappe oder aus Pappe und Aluminium. Das Quetschrohr 25 ist ein Hohlkörper. Das Quetschrohr 25 ist in einer solchen Position angeordnet, dass es verhindert, dass der Kopf eines Insassen eines Landfahrzeugs bei einer Fahrzeugkollision direkt auf die Säule 17 aufschlägt. Das Quetschrohr 25 deformiert sich, um bei einem Zusammenstoß Aufprallenergie zu absorbieren.

Claims

Landfahrzeug mit einer Säule (16, 17), die eine Baukomponente des Fahrzeugs ist, und einer Säulenhalterungseinrichtung (14), wobei die Säule (16, 17) eine getrennte unabhängige Komponente ist, die nicht einteilig mit irgendeiner umgebenden Komponente des Landfahrzeugs ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Säule (16, 17) durch Setzen eines Fußabschnittes der Säule (16) in Kunstharzmaterial (20; 20A) in ihrer Lage befestigt ist, das in einem Hohlraum vorgesehen ist, der in der Säulenhalterungseinrichtung (14) gebildet ist.
Landfahrzeug nach Anspruch 1, bei dem das Kunstharzmaterial (20A) ein Epoxykunstharz umfasst.
Landfahrzeug nach Anspruch 1, bei dem das Kunstharzmaterial (20) ein Polyurethankunstharz umfasst.
Landfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Kunstharzmaterial (20) hohle Mikrokugeln (21) umfasst, die in einem Kunstharz dispergiert sind.
Landfahrzeug nach Anspruch 4, bei dem die hohlen Mikrokugeln (21) Glasmikrokugeln sind.
Landfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Hohlraum entlang seiner Länge einen konstanten Querschnitt aufweist, und die Säule (16, 17) einen Querschnitt aufweist, der sich entlang ihrer Länge verändert.
Landfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Hohlraum eine Hauptachse aufweist, und die Säule (16, 17) in einem Winkel zu der Hauptachse gesetzt ist.
Landfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Säule (16, 17) Fasern (19) umfasst, die in einer Kunstharzmatrix gesetzt sind.
Landfahrzeug nach Anspruch 8, bei dem die Säule (16, 17) einen Kern (18) aus geschäumtem Material aufweist, um den die Fasern (19) gewunden sind, wobei der Kern (18) durch die Kunstharzmatrix umschlossen ist.
Landfahrzeug nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei dem die Fasern (19) Kohlefasern sind.
Landfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die Fasern (19) geflechtete Fasern sind.
Landfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Landfahrzeug ein Aluminiumchassis aufweist, und die Säule (16, 17) eine „A"-Säule des Fahrzeugs ist, die in den Hohlraum gesetzt ist, wobei der Hohlraum ein in dem Aluminiumchassis gebildeter Hohlraum ist.
Landfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Paar von Säulen (16, 17) aufweist, die jeweils an einer Seite einer Windschutzscheibe im Abstand angeordnet sind, wobei das Paar von Säulen (16, 17) jeweils in einem Paar von im Abstand angeordneten Hohlräumen durch Setzen von Fußabschnitten der Säulen in in den Hohlräumen vorgesehenes Kunstharzmaterial (20; 20A) in seiner Lage befestigt wird, wobei die Säulen (16, 17) im Falle eines Überrollens des Landfahrzeuges einen Zerdrückwiderstand vorsehen.
Landfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zusätzlich ein Quetschrohr (25) aufweist, das angrenzend an die Säule (16, 17) angebracht ist, und von einem flexiblen Material (24) abgedeckt ist, wobei das Quetschrohr (25) so angeordnet ist, dass es verhindert, dass ein Kopf eines Insassen des Landfahrzeuges direkt auf die Säule (16, 17) im Falle einer Fahrzeugkollision schlägt, wobei das Quetschrohr (25) sich bei einem solchen Vorfall verformt, um Aufprallenergie zu absorbieren.
Landfahrzeug nach Anspruch 14, bei dem das Quetschrohr (25) ein Aluminiumquetschrohr ist.
Landfahrzeug nach Anspruch 14, bei dem das Quetschrohr (25) ein Quetschrohr aus Pappe ist.
Landfahrzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem das Quetschrohr (25) von einer Lage aus ABS-Kunststoffmaterial abgedeckt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Landfahrzeuges nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Säule (16, 17) mit dem sich in den Hohlraum in der Säulenhalterungseinrichtung (14) erstreckenden Fußabschnitt positioniert wird; das Kunstharzmaterial (20; 20A) in flüssigem Zustand in den Hohlraum den Fußabschnitt der Säule (16, 17) umgebend gegossen wird; das Kunstharzmaterial (20; 20A) ausgehärtet wird; und das ausgehärtete Kunstharzmaterial (20; 20A) die Säule (16,17) in der Lage befestigt.
Verfahren zur Herstellung eines Landfahrzeuges nach Anspruch 18, das die Schritte umfasst: Ausbilden eines Kerns (18) aus geschäumtem Material in einer gewünschten Form mit einem Querschnitt, der sich entlang des Kern verändert; Wickeln von Fasern (19) um den Kern (18) aus geschäumtem Material; Setzen der gewickelten Fasern (19) in eine Kunstharzmatrix und hierdurch Umschließen des Kerns aus geschäumtem Material (18).