ITMI20110212A1

ITMI20110212A1 - Monoscocca per autoveicoli e processo per la sua fabbricazione

Info

Publication number: ITMI20110212A1
Application number: IT000212A
Authority: IT
Inventors: Attilio Masini; Nicolo Pasini
Original assignee: Automobili Lamborghini Spa
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2012-08-12

Description

MONOSCOCCA PER AUTOVEICOLI E PROCESSO PER LA SUA

FABBRICAZIONE

La presente invenzione riguarda una monoscocca per autoveicoli, ed in particolare una monoscocca in materiale composito, più in particolare fibra di carbonio. La presente invenzione riguarda anche un processo per fabbricare tale monoscocca.

La monoscocca secondo la presente invenzione è realizzata interamente in fibra di carbonio, nonché progettata con una struttura unica. Ciò significa che la monoscocca si presenta come un guscio unico, che agisce fisicamente come un singolo componente, traendo il massimo vantaggio dall’estrema rigidezza dei materiali rinforzati in fibra di carbonio (Carbon Fiber Reinforced Polymer or CFRP). In Formula 1, infatti, già da molti anni vengono costruite auto da corsa con una monoscocca in CFRP, la cui sicurezza in caso di incidente è stata testata ripetutamente. Altrettanto sicure sono di conseguenza le vetture supersportive da strada caratterizzate dalla stessa tecnologia, in cui la monoscocca in fibra di carbonio agisce come una gabbia estremamente sicura.

Ovviamente il termine “guscio unico” viene utilizzato esclusivamente in senso descrittivo. La monoscocca è composta da diverse parti aventi ognuna una funzione specifica, quali ad esempio alcuni elementi di rinforzo realizzati con la tecnologia braiding, la più efficace per assorbire energia in caso di incidente. Dopo essere stata sottoposta ad un processo di compressione, la struttura agisce come un unico componente, composto sia dalla parte inferiore sia dal tetto.

Il concetto della monoscocca offre vantaggi che altri metodi di fabbricazione, quali ad esempio quello che prevede la sola parte inferiore in struttura unica con il tetto in metallo attaccato in modo convenzionale, non rende possibili. L’intera monoscocca pesa soltanto 147,5 kg.

Una sicurezza passiva eccezionale è solo il primo dei vantaggi offerti dalla resistenza estrema di una monoscocca realizzata interamente in fibra di carbonio: l'elevata rigidità torsionale è il secondo vantaggio. La parte anteriore e quella posteriore della monoscocca sono collegate a telaietti in alluminio altrettanto resistenti, sui quali sono montati motore, trasmissione e sospensioni.

L'intero telaio pesa solo 229,5 kg ed offre una rigidità torsionale fenomenale: 35.000 NM per ogni grado di torsione. Il tutto garantisce una sensazione di solidità senza precedenti, ma soprattutto un controllo ed una precisione di sterzata eccellenti. Per il vero appassionato si tratta di caratteristiche essenziali per garantire una guida entusiasmante. L’autoveicolo con tale monoscocca è in grado di rispondere anche al minimo input di sterzata con una precisione sorprendente e trasferisce su una vettura da strada la precisione di un’auto da corsa perfettamente bilanciata.

Nell’ambito della tecnologia a sua disposizione, la richiedente ha realizzato un processo comprendente le tre metodologie CFRP principali, in base alla forma, alla funzione e ai requisiti dei singoli elementi da realizzare. Le tre tecniche impiegate nel processo sono :

1 Resin Transfer Moulding (RTM);

2 Braiding;

3 Prepreg.

Queste tecniche non si differenziano soltanto per il processo di produzione, bensì anche per il tipo di fibra di carbonio utilizzata, per il relativo intreccio e, principalmente, per la composizione chimica della resina sintetica impiegata.

Nella tecnica RTM i rotoli di fibra di carbonio vengono preformati e impregnati con una determinata quantità di resina. In seguito, vengono induriti con il calore mentre il componente si trova in lavorazione. La richiedente ha compiuto un’importante svolta sviluppando ulteriormente questo processo con la domanda di brevetto italiano MI2010A001072. Grazie a tale processo, lo stampo non è più un pezzo di metallo pesante e complesso, ma è composto da parti leggere in fibra di carbonio. In questo modo il processo di produzione risulta più veloce, flessibile ed efficiente e la cottura non viene effettuata in autoclave. Un ulteriore vantaggio del processo secondo tale domanda è rappresentato dalla pressione di iniezione ridotta che non richiede attrezzature e strumenti costosi.

Nella tecnica prepreg i rotoli di fibra di carbonio vengono impregnati precedentemente dal fornitore con una resina liquida termoindurente e devono essere conservati a bassa temperatura. Successivamente, i rotoli vengono laminati in stampi e induriti in un’autoclave grazie a calore e pressione. I componenti fatti in prepreg sono estremamente complessi da realizzare, ma garantiscono una finitura superficiale del livello più alto e, pertanto, rappresentano la soluzione privilegiata nel caso in cui tali componenti debbano essere montati in posizioni visibili.

Nella tecnica braiding i componenti intrecciati sono realizzati con tecnica RTM. Questa tecnologia con intrecci in fibra di carbonio deriva dairindustria tessile ed è utilizzata per la realizzazione di componenti tubolari per applicazioni speciali, ad esempio montanti strutturali e le profilature della parte inferiore. L’intreccio è realizzato incrociando diagonalmente le fibre in diversi strati.

La monoscocca secondo la presente invenzione è costruita usando queste tecniche in fasi successive. Un importante passo avanti in questa tecnologia produttiva specifica è rappresentato dall'utilizzo di elementi completi, come lo stampo, per la realizzazione della fase successiva del processo. In questo modo, il processo di produzione viene semplificato considerevolmente rispetto ai metodi convenzionali.

Altri elementi strutturali della monoscocca sono realizzati in schiuma epossidica e sono utilizzati per aumentare l’inerzia della monoscocca agendo come distanziali tra gli strati compositi e assorbendo rumore e vibrazioni. Inoltre, la superficie anteriore e quella posteriore della monoscocca contengono inserti in alluminio laminati per facilitare il collegamento con gli elementi anteriori e posteriori dei telai etti.

Proprio per l’unicità di tale processo che nessun fornitore è in grado di gestire, la richiedente ha deciso di produrre internamente la monoscocca presidiando così una fase strategica nella costruzione del nuovo modello. Il controllo qualità è un fattore fondamentale. Ogni monoscocca è misurata su una tolleranza di appena 0,1 millimetri, aumentando quindi l’estrema precisione dell’intera autovettura. Il controllo qualità inizia con l’acquisto delle parti che compongono la fibra di carbonio. La fibra di carbonio acquistata deve essere certificata e il materiale controllato regolarmente per verificarne la conformità con gli standard di qualità.

I materiali composti da polimeri rinforzati da fibra di carbonio combinano un peso minimo e caratteristiche eccellenti, risultando così estremamente leggeri, resistenti ed eccezionalmente precisi.

Inoltre, i materiali CFRP possono essere assemblati in componenti estremamente complessi con funzioni integrate. In questo modo è possibile ridurre il numero delle singole parti rispetto a quelle che compongono una costruzione metallica e, di conseguenza, ridurre ulteriormente il peso. Le vetture più leggere consumano meno ed emettono una quantità inferiore di C02.Tuttavia, la novità più significativa è il miglioramento del rapporto peso/potenza, fattore decisivo per una vettura sportiva, e quindi delle prestazioni. Un autoveicolo sportivo costruito in CFRP garantisce un'accelerazione più rapida, una manovrabilità maggiore e una migliore capacità di frenata.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche del processo e della monoscocca secondo la presente invenzione risulteranno evidenti agli esperti del ramo dalla seguente descrizione dettagliata e non limitativa di una loro forma realizzativa con riferimento alTannesso disegno in cui la figura 1 mostra una vista prospettica della monoscocca.

Facendo riferimento a tale figura, si vede che la monoscocca 1 secondo la presente invenzione una parte inferiore 2 realizzata in un solo pezzo di materiale composito, in particolare fibra di carbonio, più in particolare CFRP, la quale parte inferiore 2 comprende porzioni realizzate mediante le tecniche RTM, braiding e prepreg. Un tetto 3 realizzato in un materiale composito, in particolare fibra di carbonio, più in particolare CFRP, è applicato sopra la parte inferiore 2 e comprende uno o più montanti 4 realizzati con la tecnica braiding. La parte inferiore 2 comprende una o più profilature inferiori 5 realizzate con la tecnica braiding. Elementi strutturali (non visibili nella figura) della parte inferiore 2 e/o del tetto 3 sono realizzati in schiuma epossidica e sono distanziali disposti tra gli strati compositi della parte inferiore 2 e/o del tetto 3. La superficie anteriore e/o la superficie posteriore della parte inferiore 2 contengono inserti in alluminio 6 laminati nella parte inferiore 2.

Eventuali varianti e/o aggiunte possono essere apportate dagli esperti del ramo alla forma realizzativa dell'invenzione qui descritta ed illustrata restando nell’ambito delle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Monoscocca, caratterizzata dal fatto di comprendere una parte inferiore (2) realizzata in un solo pezzo di materiale composito, in particolare fibra di carbonio, più in particolare CFRP, la quale parte inferiore (2) comprende porzioni (2, 5) realizzate mediante le tecniche RTM, braiding e prepreg.
2. Monoscocca secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che un tetto (3) realizzato in un materiale composito, in particolare fibra di carbonio, più in particolare CFRP, è applicato sopra la parte inferiore (2).
3. Monoscocca secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che il tetto (3) comprende uno o più montanti (4) realizzati con la tecnica braiding.
4. Monoscocca secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la parte inferiore (2) comprende una o più profilature (5) realizzate con la tecnica braiding.
5. Monoscocca secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che elementi strutturali della parte inferiore (2) e/o del tetto (3) sono realizzati in schiuma epossidica.
6. Monoscocca secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata dal fatto che detti elementi strutturali sono distanziali disposti tra strati compositi della parte inferiore (2) e/o del tetto (3).
7. Monoscocca secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che la superficie anteriore e/o la superficie posteriore della parte inferiore (2) contengono inserti in alluminio (6) laminati nella parte inferiore (2).
8. Processo per fabbricare monoscocche, caratterizzato dal fatto che una parte inferiore (2) di una monoscocca viene realizzata in un solo pezzo di materiale composito, in particolare fibra di carbonio, più in particolare CFRP, la quale parte inferiore (2) comprende parti (2, 5) realizzate mediante le tecniche RTM, braiding e prepreg.
9. Processo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che dette tecniche vengono eseguite in fasi successive.
10. Processo secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che elementi completi, come uno stampo, sono utilizzati per la realizzazione di una fase successiva del processo.