[发明专利]用于车辆底盘的由复合材料制成的结构

说明书

技术领域

本发明涉及车辆结构的一般领域。本发明更具体地涉及如下的复 合梁设计，此复合梁设计意在通过使用复合材料来减小特别是用于通 过轨道进行货物运输的轨道运输车辆(有轨车)的结构的重量。

背景技术

如所有运输领域中的情况那样，有轨车建筑行业试图减小形成车 辆的结构的质量，以便通过控制车辆的生产成本以及车辆的能量消耗 来增大有效负载以及/或者减小运输成本。

目前，有轨车仅由金属结构形成，通常由钢并且有时由铝制成。

然而，在考虑运输的情况下，很自然地是设想较轻的实施方式， 特别地是使用复合材料的实施方式。然而，还已知不能通过简单的材 料替换来用相同形状的复合材料结构代替金属结构。为了利用复合材 料特有的所有技术特征及性能，通常有必要完全重新设计这些结构。

在使用复合材料的情况下重新设计这些结构的必要性特别地涉及 下文中所描述的特定特征。

要考虑的第一特定特征是复合材料的各向异性特征，由于复合材 料的各向异性特征，复合材料的性能——特别是复合材料的机械性能 ——并非在所有方向上都相同，这是因为存在构成该材料的加强纤维。 这种特定特征对适用于各个应用的材料结构予以限定。

要考虑的另一特定特征是所采用的制造工艺(模制、真空灌注、 RTM(树脂传递模塑)、覆合等)的多样性以及用于组装复合材料元 件的组装技术通常是专用于这些材料的。与金属的情况相比，例如， 熔接热定形复合材料实际上是几乎不可行的，但是通过胶合来组装这 种材料却是完全合适的，这与可以在金属的情况下实现的情况恰好相 反。

另一特定特征在于可获得的复合材料的多种变体的特殊性，特别 是在考虑所使用的纤维——无论是矿物纤维(玻璃纤维、碳纤维等) 还是有机纤维——的性质的情况下，所使用的纤维的性质给对应的复 合材料提供了不同的性能、性状和成本。因而，基于玻璃纤维的复合 材料是成本最低的，而碳纤维复合材料是成本最高的。

由于这些特定特征，特别是在涉及有轨车且尤其是货车的制造的 情况下，目前还没有大量地研发或者根本没有研发使用复合材料结构 来生产能够运输重负载的车辆。

在此指出，所涉及的复合材料是所谓的“结构性”复合材料，“结 构性”复合材料基于占所述材料约50％的长且连续的纤维，其他约 50％由通常为热定形树脂(例如，环氧树脂(EP)、邻苯二甲酸二烯 丙基酯(DAP)、聚酯或者乙烯基酯的类型)并且例如更罕见地为热塑 性树脂(例如，聚酰胺、聚醚醚酮或者聚乙烯亚胺的类型)的基质构 成。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种可以用于制造车辆(如以上所提及 的车辆)的特定复合材料结构。特别地，本发明的一个目的是限定一 种有轨车平台结构，该有轨车平台结构的形状特性被优化以使得有轨 车平台结构能够由复合材料制造。

在此，最终目标是针对使鲁棒性方面的性能等于或优于当前结构 的性能，来显著地减小有轨车的结构的质量与此同时对制造成本进行 优化。

为此，本发明在于用于运输货物或乘客的车辆的底盘的复合材料 结构，所述结构构造成在所述结构的各个端部处接纳行进装置或转向 架，所述结构包括形成平台的至少一个中央梁，车辆的负载置于该平 台上。根据本发明，所述梁包括：

-中间箱，该中间箱具有中央部和两个端部，所述端部具有加强 件，该加强件用以承受通过行进装置的铰接元件以及通过设置在车辆 的端部处的减震器元件传递至底盘的应力，中间箱的中央部构造成具 有增强梁对由运输负载施加的弯曲力的抵抗的加强部；

-两个侧箱，所述两个侧箱在中间箱的整个长度范围上延伸并组 装至所述中间箱，所述两个侧箱的上部面与中间箱的上部面形成了梁 的上部面，所述侧箱构造成加强梁对施加在梁上的纵向弯曲力和横向 弯曲力的抵抗；

-形成了蒙皮的覆盖铺板，该覆盖铺板构造成覆盖中间箱和侧箱 的上部面。

根据本发明，构成梁的各个元件由复合材料制成，该复合材料以 玻璃纤维或者碳纤维或者玻璃纤维与碳纤维的混合物来加强。

根据可以单独考虑或者以组合的方式考虑的各个特征，根据本发 明的结构具有各种互补特征。因此：