用于車輛底盤的由復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及車輛結(jié)構(gòu)的一般領(lǐng)域。本發(fā)明更具體地涉及如下的復(fù)合梁設(shè)計(jì)，此復(fù)合梁設(shè)計(jì)意在通過使用復(fù)合材料來(lái)減小特別是用于通過軌道進(jìn)行貨物運(yùn)輸?shù)能壍肋\(yùn)輸車輛(有軌車)的結(jié)構(gòu)的重量。
【背景技術(shù)】
[0002]如所有運(yùn)輸領(lǐng)域中的情況那樣，有軌車建筑行業(yè)試圖減小形成車輛的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，以便通過控制車輛的生產(chǎn)成本以及車輛的能量消耗來(lái)增大有效負(fù)載以及/或者減小運(yùn)輸成本。
[0003]目前，有軌車僅由金屬結(jié)構(gòu)形成，通常由鋼并且有時(shí)由鋁制成。
[0004]然而，在考慮運(yùn)輸?shù)那闆r下，很自然地是設(shè)想較輕的實(shí)施方式，特別地是使用復(fù)合材料的實(shí)施方式。然而，還已知不能通過簡(jiǎn)單的材料替換來(lái)用相同形狀的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)代替金屬結(jié)構(gòu)。為了利用復(fù)合材料特有的所有技術(shù)特征及性能，通常有必要完全重新設(shè)計(jì)這些結(jié)構(gòu)。
[0005]在使用復(fù)合材料的情況下重新設(shè)計(jì)這些結(jié)構(gòu)的必要性特別地涉及下文中所描述的特定特征。
[0006]要考慮的第一特定特征是復(fù)合材料的各向異性特征，由于復(fù)合材料的各向異性特征，復(fù)合材料的性能一一特別是復(fù)合材料的機(jī)械性能一一并非在所有方向上都相同，這是因?yàn)榇嬖跇?gòu)成該材料的加強(qiáng)纖維。這種特定特征對(duì)適用于各個(gè)應(yīng)用的材料結(jié)構(gòu)予以限定。
[0007]要考慮的另一特定特征是所采用的制造工藝(模制、真空灌注、RTM(樹脂傳遞模塑)、覆合等)的多樣性以及用于組裝復(fù)合材料元件的組裝技術(shù)通常是專用于這些材料的。與金屬的情況相比，例如，熔接熱定形復(fù)合材料實(shí)際上是幾乎不可行的，但是通過膠合來(lái)組裝這種材料卻是完全合適的，這與可以在金屬的情況下實(shí)現(xiàn)的情況恰好相反。
[0008]另一特定特征在于可獲得的復(fù)合材料的多種變體的特殊性，特別是在考慮所使用的纖維一一無(wú)論是礦物纖維(玻璃纖維、碳纖維等)還是有機(jī)纖維一一的性質(zhì)的情況下，所使用的纖維的性質(zhì)給對(duì)應(yīng)的復(fù)合材料提供了不同的性能、性狀和成本。因而，基于玻璃纖維的復(fù)合材料是成本最低的，而碳纖維復(fù)合材料是成本最高的。
[0009]由于這些特定特征，特別是在涉及有軌車且尤其是貨車的制造的情況下，目前還沒有大量地研發(fā)或者根本沒有研發(fā)使用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)來(lái)生產(chǎn)能夠運(yùn)輸重負(fù)載的車輛。
[0010]在此指出，所涉及的復(fù)合材料是所謂的“結(jié)構(gòu)性”復(fù)合材料，“結(jié)構(gòu)性”復(fù)合材料基于占所述材料約50%的長(zhǎng)且連續(xù)的纖維，其他約50%由通常為熱定形樹脂(例如，環(huán)氧樹脂(EP)、鄰苯二甲酸二烯丙基酯(DAP)、聚酯或者乙烯基酯的類型)并且例如更罕見地為熱塑性樹脂(例如，聚酰胺、聚醚醚酮或者聚乙烯亞胺的類型)的基質(zhì)構(gòu)成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的一個(gè)目的是提出一種可以用于制造車輛(如以上所提及的車輛)的特定復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。特別地，本發(fā)明的一個(gè)目的是限定一種有軌車平臺(tái)結(jié)構(gòu)，該有軌車平臺(tái)結(jié)構(gòu)的形狀特性被優(yōu)化以使得有軌車平臺(tái)結(jié)構(gòu)能夠由復(fù)合材料制造。
[0012]在此，最終目標(biāo)是針對(duì)使魯棒性方面的性能等于或優(yōu)于當(dāng)前結(jié)構(gòu)的性能，來(lái)顯著地減小有軌車的結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與此同時(shí)對(duì)制造成本進(jìn)行優(yōu)化。
[0013]為此，本發(fā)明在于用于運(yùn)輸貨物或乘客的車輛的底盤的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)造成在所述結(jié)構(gòu)的各個(gè)端部處接納行進(jìn)裝置或轉(zhuǎn)向架，所述結(jié)構(gòu)包括形成平臺(tái)的至少一個(gè)中央梁，車輛的負(fù)載置于該平臺(tái)上。根據(jù)本發(fā)明，所述梁包括:
[0014]-中間箱，該中間箱具有中央部和兩個(gè)端部，所述端部具有加強(qiáng)件，該加強(qiáng)件用以承受通過行進(jìn)裝置的鉸接元件以及通過設(shè)置在車輛的端部處的減震器元件傳遞至底盤的應(yīng)力，中間箱的中央部構(gòu)造成具有增強(qiáng)梁對(duì)由運(yùn)輸負(fù)載施加的彎曲力的抵抗的加強(qiáng)部；
[0015]-兩個(gè)側(cè)箱，所述兩個(gè)側(cè)箱在中間箱的整個(gè)長(zhǎng)度范圍上延伸并組裝至所述中間箱，所述兩個(gè)側(cè)箱的上部面與中間箱的上部面形成了梁的上部面，所述側(cè)箱構(gòu)造成加強(qiáng)梁對(duì)施加在梁上的縱向彎曲力和橫向彎曲力的抵抗；
[0016]-形成了蒙皮的覆蓋鋪板，該覆蓋鋪板構(gòu)造成覆蓋中間箱和側(cè)箱的上部面。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)成梁的各個(gè)元件由復(fù)合材料制成，該復(fù)合材料以玻璃纖維或者碳纖維或者玻璃纖維與碳纖維的混合物來(lái)加強(qiáng)。
[0018]根據(jù)可以單獨(dú)考慮或者以組合的方式考慮的各個(gè)特征，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)具有各種互補(bǔ)特征。因此:
[0019]根據(jù)一個(gè)特定特征，中間箱由在梁的整個(gè)長(zhǎng)度范圍上延伸的上半箱以及設(shè)置在中央部中的下半箱構(gòu)成，所述兩個(gè)半箱各自包括底部和兩個(gè)側(cè)壁。上半箱和下半箱相對(duì)于彼此設(shè)置成使得上半箱的底部形成了中間箱的上部面并且下半箱的底部形成了所述中間箱的下部面。另外，下半箱的底部在該下半箱的外部朝向梁的端部延伸。
[0020]根據(jù)另一特定特征，在上半箱與下半箱之間布置有復(fù)合材料中間隔板，以便加強(qiáng)中間箱的剛度以及加強(qiáng)對(duì)上半箱的側(cè)壁以及下半箱的側(cè)壁的屈曲的抵抗。
[0021]根據(jù)另一特定特征，覆蓋鋪板由主元件61構(gòu)成，主元件61呈以玻璃纖維加強(qiáng)的整體式復(fù)合材料板的形式，并且主元件61在其中間部分包括定尺寸成覆蓋中間箱314的上部面的復(fù)合材料加強(qiáng)元件62。
[0022]根據(jù)另一特定特征，上半箱的底部、下半箱的底部以及設(shè)置在該結(jié)構(gòu)的上部面上的蒙皮的主元件的中間加強(qiáng)元件由主要以單向纖維加強(qiáng)的整體式復(fù)合材料制成，所述纖維優(yōu)選地為碳纖維。
[0023]根據(jù)另一特定特征，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)還包括復(fù)合材料側(cè)向加強(qiáng)件，該復(fù)合材料側(cè)向加強(qiáng)件設(shè)置在梁的兩側(cè)上并且適于吸收由運(yùn)輸負(fù)載施加至該結(jié)構(gòu)的側(cè)部的力。各個(gè)加強(qiáng)件通過其端部中的一個(gè)端部固定至側(cè)箱并且通過其另一端部固定至中間箱。
[0024]根據(jù)另一特定特征，形成梁的元件由復(fù)合材料平坦面構(gòu)成。
[0025]根據(jù)另一特定特征，上半箱包括由整體式復(fù)合材料板構(gòu)成的底部和具有夾層結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，該夾層結(jié)構(gòu)由以玻璃纖維加強(qiáng)的兩個(gè)復(fù)合材料薄蒙皮以及如下的芯體構(gòu)成，該芯體由聚合物材料泡沫或者蜂窩狀結(jié)構(gòu)材料或者輕木型木材形成的元件構(gòu)成。
[0026]根據(jù)另一特定特征，下半箱包括由整體式復(fù)合材料板構(gòu)成的底部和具有夾層結(jié)構(gòu)的側(cè)壁，該夾層結(jié)構(gòu)由以玻璃纖維加強(qiáng)的兩個(gè)復(fù)合材料薄蒙皮以及如下的芯體構(gòu)成，該芯體由聚合物材料泡沫或者蜂窩狀結(jié)構(gòu)材料或者輕木型木材制成的元件構(gòu)成。
[0027]根據(jù)另一特定特征，側(cè)向加強(qiáng)元件具有夾層結(jié)構(gòu)，該夾層結(jié)構(gòu)由以玻璃纖維加強(qiáng)的兩個(gè)復(fù)合材料薄蒙皮以及如下的的芯體構(gòu)成，該芯體由聚合物材料泡沫或者蜂窩狀結(jié)構(gòu)材料或者輕木型木材制成的元件構(gòu)成。
[0028]根據(jù)另一特定特征，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的各個(gè)元件包括適于使得能夠通過膠合和/或螺栓連接和/或鉚接對(duì)所述元件進(jìn)行組裝的邊緣，組裝至彼此的兩個(gè)元件具有適于在組裝時(shí)面對(duì)面地放置的邊緣。
【附圖說(shuō)明】
[0029]借助于參照附圖的以下描述，將更好地理解本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)，附圖示出了:
[0030]-圖1和圖2，圖1為以側(cè)視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的底盤的理論結(jié)構(gòu)的示意圖，圖2為以在根據(jù)本發(fā)明的底盤的中間部分的位置處的正截面示出了該底盤的理論結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0031]-圖3，圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)底盤實(shí)施方式的截面的示意性側(cè)視圖；
[0032]-圖4，圖4為圖3的底盤的在穿過該結(jié)構(gòu)的中央?yún)^(qū)域的平面中的橫截面的示意圖；
[0033]