Kohlenstoff Faserverstärktes Zusammengesetztes Auto

Themen Umfaßt

Hintergrund

Rennwagen gegen Personenkraftwagen

Herstellung Raumfachwerk Unter Verwendung eines Kohlenstoff-Faser-Verbundwerkstoffs

FälschungsProzess-und -gewicht Einsparungen

Mitarbeiter und Projekt-Lernziele

Materialien Entwicklungen

Gründe für Hohe Herstellungs-Kosten der Zusammengesetzten Karosserien

Herstellende Zusammengesetzte Karosserien auf einem Kommerziellen

Zusammengesetzte Karosserien in den Systemabsturz-Situationen

Entwicklung von Neue Materialien und Herstellungsverfahren

Schwierigkeiten Verbunden mit dem Neuen Prozess

Die Auslegung des Zusammengesetzten Personenkraftwagens

Zusammengesetzte Rahmen-Auslegung

Gebrauch von Höhlung und Schaumgummi-Entkernten Bauteilen

Der Patentierte Prozess

Bestimmung von Rahmen-Kapitel-Größen

Panel Fertigung

Anflüge an Panel-Fertigung

Panel Formteil und Fixierung

Raumfachwerk Stärke und Systemabsturz-Widerstand

Zusammenfassung

Hintergrund

Sorge um Kohlendioxydemissionen und Weltkohlenwasserstoffkraftstoff hebt bedeutet auf, dass es beträchtliche Zinsen an den Technologien gibt, die Kraftstoffverbrauch für Personenkraftwagen verringern. Im Bereich der Fahrzeugauslegung, ist Körpergewicht das wichtigste Ziel für Verbesserung, da eine Reduzierung im Gewicht des Gehäuses eines Fahrzeugs bedeutet, dass ein kleinerer Motor und ein helleres Getriebe und eine Einheit verwendet werden können. Diese ` gutartige Spirale' führt, um Reduzierungen weiter anzuhäufen, soviel, damit verschiedene Studien ein Potenzial für Einsparungen von bis 65% angezeigt haben, indem sie wo möglich Kohlenstofffaserzusammensetzungen anstelle des Stahls verwendeten.

Rennwagen gegen Personenkraftwagen

Das Aero-Stabile Kohlenstoff-Auto (ASCC)programm hat die Beschränkungen zur Maximierung von Brennstoffersparnis in einem leichten Auto nachgeforscht, das unter Verwendung der Kohlenstofffaserzusammensetzungen hergestellt wird (CFC). Aktuelle leichte zusammengesetzte Fahrzeuge, wie Rennwagen, verwenden eine Schalenauslegung der strapazierten Haut für Gewichts- und Herstellungskostengründe. Jedoch für Personenkraftwagen mit bietet Bereichen großen ` Unterbrechers' für Zugriff, der Anflug der Anwendung Panels einer von unterstützenden Verkleidung des Raumfachwerks die Gelegenheit für eine effizientere Zelle an, die mit dem Schalenanflug verglichen wird. Er bietet auch das Potenzial an, lokalisierte Belastungen, wie die von den Suspensions-, Motor- und Klappenbefestigungen, Sitz und Sicherheitsgurte, als mit einem Anflug der Dünnschnittstrapazierten haut leicht zu enthalten.

Herstellung Raumfachwerk Unter Verwendung eines Kohlenstoff-Faser-Verbundwerkstoffs

Die Herstellung des Raumfachwerks unter Verwendung der Kohlenstofffaserverbundwerkstoffe liefert eine sehr leichte Zelle. Aber mit aktuellen Produktionstechniken, begrenzen die Lohnkosten für Kapitel und materielle Lage-oben zusammen kleben den Gebrauch von einem Rahmenkonzept für beinahe die teuersten Nischenfahrzeuge.

FälschungsProzess-und -gewicht Einsparungen

In Erwiderung auf dieses wurden eine neue Auslegung und ein Materialanflug empfangen und entwickelt. Der Anflug verwendet ein neues Formular des Textilvorformlings, lamelliert, um eine Einzelstück integrierte Rahmenkonstruktion zu bilden. Leichte Panels werden zum zusammengebauten Feld geklebt, nachdem man Anlagenbefestigt hat. Dieser Anflug ergibt ein Gesamtkörpergewicht von ungefähr 125kg, das mit um 320kg für ein ähnlich-groß Stahlauto vergleicht.

Mitarbeiter und Projekt-Lernziele

Die Cranfield-HochschulMitte für Leichte Zusammensetzungen, gemeinsam mit Ausführendem Lotus (CAD- und Gehäusemusterfertigung), Cranfield-Auswirkungs-Mitte (Auswirkungserwägungen), Tenax-Fasern (Kohlenstofffaser und Vorformungsrat), Vantico (Epoxidharz, Bearbeitungsmaterialien und Kleber) und BT1 Europa (Kohlenstofffasergewebe), arbeitete an der Auslegung und der Entwicklung eines leichten zusammengesetzten Gehäuses für ein mittelgroßes (Ford Focussized) Autodemonstrationssystem. Das Projektlernziel war, einen Kohlenstofffaserverbundwerkstoff für das ASCC am Mindestgewicht zu konstruieren und herzustellen, bei der Lieferung der größeren Steifheit in allen Aspekten als für aktuelle Stahlgehäuse.

Materialien Entwicklungen

Die Anwendung des Kohlenstoffes oder der Epoxidzusammensetzungen zu einer leichten Hauptzelle ist nicht neu, aber der Prozess hat bis heute ausschließlich beschäftigt innerhalb des Prestigesports und der Rennwagenindustrie. Ein Beispiel von diesem ist das McLaren Florida, deren Zelle berichtet wird, über 1.000 Beschäftigtenstunden erfahrener Arbeit gut benötigt zu haben, um die zusammengesetzten Bauteile zu formen. Die Übertragung der Luftfahrtzusammensetzungstechnologie ist gezeigt worden, um sehr effektive Zellen obgleich zu unerschwinglichen Kosten für Absatzmärkte für Konsumgüter zur Verfügung zu stellen.

Gründe für Hohe Herstellungs-Kosten der Zusammengesetzten Karosserien

Die sehr hohen Herstellungskosten von leichten zusammengesetzten Autozellen liegen an drei Faktoren allgemein:

die hohen Kosten von Rohstoffen, im Gebrauch von präimprägnierten Geweben und der sehr hohen überschüssigen Stufe, wenn komplexe Formbauteile lamelliert werden

Die hohen Lohnkosten, die benötigt wurden, um Gewicht-optimierte Bauteile, die herzustellen das vorsichtiges Drapieren und Ausrichtung von sehr dünnen (gewöhnlich 0.4mm) Schichten mit der Stärke benötigen, stellten zur KlagenLastverteilung her

Sehr hohe Schleifenzeiten für Lage-oben und das Harzaushärten, folglich niedrig Produktionskinetik von jedem Hilfsmittelset.

Herstellende Zusammengesetzte Karosserien auf einem Kommerziellen

Ein geeignetes Herstellungsverfahren für Großserienproduktion (zwischen 1.000 und 10.000 Geräten per annum) der Automobilhauptzelle benötigt preiswerteren Rohstoff, Gebrauch von Automatisierung für Verstärkungsanwendung und -imprägnierung, niedrigere Prozessschleifenzeit und geformte Oberflächen, die keine Handfertigstellung benötigen.

Zusammengesetzte Karosserien in den Systemabsturz-Situationen

Eine Andere aktuelle Ausgabe für zusammengesetzte Karosserien ist die unzureichende Erfahrung des Auswirkungsverhaltens anders als für kleine Rennwagen monocoques. Dieses resultiert aus dem Komplex, Nichtplastikversagen des Materials, das schwierig zu formen oder vorauszusagen ist. Jede Mögliche Zelle für eine Automobilanwendung muss einige Leistungskriterien erfüllen, nämlich:

Geeignete Dreh- Starrheit für ` regelmäßiges' Treiben

Genügende Steifheit und Stärke, zum des Inhabers im Falle eines langsamen Zusammenstoßes (<30mph) zu schützen

• progressives und esteuertes Versagen der Zelle zwecks die Verletzungsgefahr in einem Hochgeschwindigkeits Zusammenstoß (>30mph) verringern.

Gewöhnlich können die ersten zwei dieser Kriterien durch einen hoch entwickelten Verbundwerkstoff leicht erfüllt werden. Die dritte Anforderung ist schwieriger zu erzielen, da die Materialien neigen, sich auf eine linear-elastische Art bis Versagen zu benehmen, das dann sofortig und katastrophal ist und lässt minimale Reststärke. Der Bereich der Auswirkungsleistung der leichten Kohlenstofffaserzellen schließt umfangreiche Untersuchung aus, da Kohlenstofffaserzusammensetzungen hohe Stufen der Aufprallenergieabsorption außergewöhnlich zur Verfügung stellen können, wenn Zellen effektiv ausgeführt werden.

Entwicklung von Neue Materialien und Herstellungsverfahren

Infolge des Bedarfs an einem leichten, wurde die preiswerte bruchsichere Zelle, vollständig neue Materialien und Prozesskonzept empfangen und entwickelt. Ein zusammengesetzter struktureller Rahmen des leichten Einzelstücks und einfachen, leichten geklebten Panels tauschen das herkömmliche Formteil und die Montage von komplexen Form-versteiften Panels aus. Dieser Anflug bietet mehreren mögliche Herstellungs- und Leistungsvorteile über dem herkömmlichen Anflug an und umfaßt:

Sehr erhebliche MaterialKostenaufstellung durch den Gebrauch der preiswerten Textilplattformen und des flüssigen Harzes

Automatisierung der Verstärkungsvorformlingsfertigung, Anwendung, zum von Hilfsmitteln und von Imprägnierungsprozeß und folglich von sehr erheblichen Reduzierungen in den Lohnkosten der Gestaltung zu formen

Schnelle und niedrige Lohnkostenfahrzeuggehäuseeinheit mit minimalen Vorrichtungen

Verbesserte Bruchlandesicherheit.

Schwierigkeiten Verbunden mit dem Neuen Prozess

Jedoch stellte dieser Anflug einige schwierige Fertigungstechnikherausforderungen dar, da Rahmen komplexe Geometrie haben und die Verbindung von zusammengesetzten Hauptzellen ein sehr arbeitsintensiver Prozess ist.

Die Auslegung des Zusammengesetzten Personenkraftwagens

Der Schalenanflug, der, eine effizientere Auslegung ausgesondert wird, die nicht braucht, große Belastungen durch Panelgelenke zu übertragen, ist, einen sehr steifen Rahmen von komplexen geformten Trägern und von Holmen zu verwenden, umfaßt durch die dünnen Panels, geklebt unter Verwendung der niedrigen Steifheitskleber. Dieser Anflug bietet auch Nutzen in der Fahrzeugmontage und im Beschlag an, da das Belasten und die Befestigungspunkte auf dem Rahmen zur Verfügung gestellt werden können und die Panels nahe dem Ende des Prozesses befestigt werden können, um klaren Zugang durch Feldöffnungen zu bieten.

Jedoch war Realisierung dieses Konzeptes des Entwurfes schwierig, da aktuelle materielle Formulare und Aufbereitenlösungen für dünne Häute entwickelt werden und nicht zu den Rahmenkonstruktionen entsprochen.

Zusammengesetzte Rahmen-Auslegung

Die resultierende Rahmenauslegung enthält ein einzelnes hoch-integriertes Formteil. Dieses definiert die äußere Form des Passagierraumes. Die Mehrheit der Seitenschlagfestigkeit wird von den Schwellbalkenkapiteln zur Verfügung gestellt, die bis tiefe 300mm sind. Die Gabelfederung wird dem Raumfachwerk über ein weggelaufenes Aluminium-unterfeld beigefügt und so schützt es vor Schaden während der niedrigen Zusammenstöße. Der Motor und die hintere Suspension werden dem Raumfachwerk über eine hintere Schottwand und ein Stahlvorfeld beigefügt.

Gebrauch von Höhlung und Schaumgummi-Entkernten Bauteilen

Der einzige passende strukturelle Anflug für diesen Rahmen ist durch den Gebrauch von der Höhlung oder Schaumgummi-entkernten Trägern, die durch sehr steife Gelenke angeschlossen werden. Versuche, der Kohlenstofffaser, wie Fahrrad auszuführen zusammengesetzte Rahmenbauteile gestaltet, hat ergeben extrem hohe Lohnkosten. Dieses resultiert aus dem Müssen Trägerenden an den Gelenken integrieren oder den Komplex produzieren und kleben, der Elemente verbindet. Zu dieses Problem überwinden, um die Massenproduktion von komplexen Rahmenkonstruktionen zu aktivieren, neue Materialien und Auslegungsanflug empfangen wurden und nachfolgend patentiert.

Der Patentierte Prozess

Ein herkömmlicher Träger, der ein Gewebe von der Borte des großen Durchmessers einwickelt oder einschließt einen leichten Schaumgummikern enthält, wird durch eine Reihe Schaumgummikerne, jede mit einer umsponnenen Kohlenstofffaserhülse ausgetauscht. Dieses ` biomimetic' Baumuster Einheit wird imprägniert und geklebt unter Verwendung einer sehr niedrigen Viskosität, sind starker zweiteiliger Epoxy-Kleber Dort drei Herstellungskostenvorteile, die aus der Anwendung dieses Anfluges resultieren:

1.      Durch den Gebrauch kontinuierlichen Viehbestände, die in einer Reihe von Schaumgummi-gefüllten umsponnenen Gefäßen, eher als Manipulation von großen Stücken Gewebe angewendet werden, hat Absetzung in ein Formhilfsmittel das Potenzial automatisiert zu werden.

2.      Der Gebrauch einer schmalen konformen Hülse erlaubt auch, dass Gelenke gebildet werden, indem er die Viehbestände um Kurven in verbundene Kapitel nimmt.

3.      Die Vermeidung von den Ausschnittgeweben, zum an komplexe Formen anzupassen und von Trägerergebnissen in einem sehr niedrigen des Verstärkungsabfalls sich anzuschließen. Dieses sollte in der Ordnung von herum 2% sein, verglichen mit einem Minimum 30% für herkömmliche Anflüge.

Bestimmung von Rahmen-Kapitel-Größen

Jedes Kapitel des Rahmens war von den verschiedenen Konfigurationen von entkernten Hülsen hergestellt, von Zahl und von ihrer Anordnung um die Gelenke bestimmt durch die erforderliche Lastübertragung. Um ein Verständnis der gemeinsamen Steifheit festzulegen, wurde ein ausführliches experimentelles Programm durchgeführt um Auslegung festzulegen und Herstellungssonderkommandos für generisches ` T' bessern Zellen aus. Die Parameter der Bortenart, der Schleppseilgröße, der Wandstärke, der Reihenanordnung und der Prozessbedingungen wurden alle der Gelenkimprägnierung geprüft und den Bedarf festlegten, zusätzliches Material an der Oberfläche der ` T zur Verfügung zu stellen' Schnitt, um die Oberflächenwandstärke lokal zu verdicken.

Panel Fertigung

Anflüge an Panel-Fertigung

Für die Panelfertigung wurden einige Anflüge nachgeforscht. Diese enthaltenen multiaxialen LIBA-artigen Gewebe, unter Verwendung des hochfesten Baumusters Kohlenstofffasern von VZTA Europa mit Harz Vantico LY 564 und Härtemittel HY 2962 OE, Faltenzwischenlagengewebe SP-Anlagen' SPRINT-Gewebe, Harzfilm, syntaktischer Schaumgummi und auftauchende Schicht einem und Hexcel-Zusammensetzungen' pseudo-thermoplastischem prepreg. Das Dach, der Boden und die hintere Schottwand verwenden eine Zwischenlagenzelle, die eine Schicht vom multiaxialen Gewebe auf jeder Seite eines abgehärteten KURBELGEHÄUSE-BELÜFTUNG Schaumgummikernes enthält.

Panel Formteil und Fixierung

Die Panels werden unter Verwendung eines Harzinfusionsprozesses und der prepreg materiellen Panels durch das herkömmliche Vakuumbeutel-/Ofenaushärten geformt. Die Anforderung, in der Lage zu sein, alle mögliche Panels ohne Schaden des Feldes zu löschen, kombiniert mit einer Vorsicht über Masseverbindungsvorbereitung für strukturelle Gelenke, ergab die Entscheidung, um duktile Kleber zu verwenden. Alle Panels, einschließlich das Dach, Boden und Schottwand, sind unter Verwendung eines klebenden ähnlichen des Polyurethans denen geklebt, die im aktuellen Windfangbeschlag verwendet werden.

Raumfachwerk Stärke und Systemabsturz-Widerstand

Das Projekt ist für Fertigstellung Ende November passend. Das resultierende Raumfachwerk wird erwartet, um ein Gewicht 92kg und eine verbundene Dreh- Starrheit von um 15,00ONm/degree zu haben. Für Aufprallenergieabsorption und Reduzierung von Systemabsturzverzögerungskinetik, werden zwei Frontalaufprallanlagen, zusätzlich zu einem Aluminiumsubframe verwendet, der zur Gabelfederung, ein engagiertes Systemabsturzbauteil befestigt, werden befestigt zu diesem Vorfeld. Infolgedessen sollten das Raumfachwerk und die Inhaber keiner kritischen Höchstbelastung unterworfen werden. Seitenauswirkungssystemabsturzsicherheit wird durch die sehr tiefen Kapitel in den Schwellbalkenbereichen des Rahmens zur Verfügung gestellt. Diese verformen sich nach und nach durch den Gebrauch von dünnwandigen Röhrenreihen, dennoch liefern extrem hohe Steifheit und Stärke, um katastrophales Versagen während des Systemabsturzes zu vermeiden.

Zusammenfassung

Im fertigen Auto haben das Feld, die Panels und die Klappen ein Gewicht um 140kg und eine Gesamtleermasse um 570kg. Das Projekt legte auch eine neue Auslegung und eine Fertigungstechnik für zusammengesetzte Karosserien der Kohlenstofffaser fest, erwartet, um von einer Herstellungsperspektive für bis 20.000 Autos per annum produzieren lebensfähig zu sein. Die Schleifenzeitbeschränkung ist die Harzimprägnierung und die Aushärtungszeit, also würden jährliche Produktionsvolumen bis zu 50.000 Autos per annum unter Verwendung einer anderen Grundmasse von Polymeren und von Imprägnierung/der Aushärtentechnologie mit größerer Fertigungsmittel-Investition möglich sein.

 

Hauptautor: Andrew-Tausendstel

Quelle: Materialien Welt, Vol. 10, Nr. 9 S. 20-22, Im September 2002.

 

Zu mehr Information über diese Quelle besichtigen Sie bitte das Institut von Materialien, von Mineralien und von Bergbau

 

Date Added: Sep 26, 2002 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 11:50

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit