DE102005026075A1

DE102005026075A1 - Karosseriestruktur

Info

Publication number: DE102005026075A1
Application number: DE200510026075
Authority: DE
Inventors: Bernhard Lohmann; Hilmar Schulze; Ingo Winter
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2006-12-14

Abstract

Die Aufgabe, eine Karosseriestruktur an Kraftfahrzeugen in profilorientierter Schalenbauweise, mit Blechteilen in Form von einem oder mehreren Trägerelementen, wie Längsträgern (1a', 1b', 1a'', 1b''; 2a, 2b), Querträgern (3a, 3b), Säulenelementen (4a, 4b; 5a, 5b) u. dgl., sowie einem Mitteltunnel (6) und einem oder mehreren Verstärkungselementen (7; 7', 7''), Verbindungselementen (8; 8', 8'', 8'''), Schottblechen (9; 9', 9''), Bodenblechen (10) u. a. zu schaffen, welche bei Gewährleistung der erforderlichen hohen Steifigkeit und Crashsicherheit einfacher herzustellen sowie kostengünstiger ist als herkömmliche Karosseriestrukturen, wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die besagten Blechteile jeweils durch zumindest ein überwiegend partiell umgeformtes, profilorientiertes Blechteil mit überwiegend gerader Form und einer oder mehreren Abkantungen gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur an Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Seit geraumer Zeit ist bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen die so genannte Spaceframe-Technologie bekannt, auf deren Grundlage Kraftfahrzeuge leichter und kostengünstiger gefertigt werden können. Im Wesentlichen werden hierbei Hohlprofile direkt oder über Verbindungselemente, wie so genannte Knotenelemente, zu einem tragenden Rahmen fest verbunden. Um besagtem Leichtbau gerecht werden zu können, werden überwiegend Leichtmetalle, wie Aluminium, favorisiert. Um ferner den erforderlichen hohen Steifigkeiten der tragenden Teile und letztendlich des zu bildenden tragenden Rahmens gerecht werden zu können, werden die tragenden Teile mit einem geschlossenen Querschnitt ausgebildet, wobei teure Halbzeuge in Form von Strangpressprofilen, IHU-Profilen (IHU = Innenhochdruckumformung) und/oder Tiefziehteilen Verwendung finden. Diese Halbzeuge erfordern fahrzeugspezifisch hohe Kosten an Investitionen, insbesondere Werkzeugkosten. Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Karosseriestruktur der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welche bei Gewährleistung der erforderlichen hohen Steifigkeit und Crashsicherheit einfacher herzustellen sowie kostengünstiger ist als herkömmliche Karosseriestrukturen.

Ausgehend von einer Karosseriestruktur an Kraftfahrzeugen in profilorientierter Schalenbauweise, mit Blechteilen in Form von einem oder mehreren Trägerelementen, wie Längsträgern, Querträgern, Säulenelementen u. dgl., sowie einem Mitteltunnel und einem oder mehreren Verstärkungselementen, Verbindungselementen, Schottblechen, Bodenblechen u. a., wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die besagten Blechteile jeweils durch zumindest ein überwiegend partiell umgeformtes, profilorientiertes Blechteil mit überwiegend gerader Form und einer oder mehreren Abkantungen gebildet sind.

Durch diese Maßnahme kann in der Abkehr zum Herkömmlichen überwiegend auf kostenintensive Halbzeuge, wie Strangpress- und IHU-Profile und/oder Tiefziehteile verzichtet und auf besagte überwiegend partiell umgeformte, profilorientierte Blechteile, wie Rollprofile und/oder Abkantprofile orientiert werden. Es sind somit teure Werkzeuge weitestgehend entbehrlich, da sich vermittels einfacher Abkantbänke und Roll- bzw. Walzenprofilierungsanlagen auch komplexe Profile sowohl mit offenem als auch geschlossenem Querschnitt herstellen lassen.

Wie die Erfindung weiter vorsieht, können aufeinander zulaufende profilorientierte Blechteile direkt oder vermittels zumindest eines Verbindungselementes in Form eines profilorientierten Blechteiles untereinander verbunden sein. Die Blechteile können dabei untereinander form-, kraft- und/oder stoffschlüssig zu besagter Karosseriestruktur verbunden sein. Hinsichtlich einer kraftschlüssigen Anbindung bieten sich an sich bekannte mechanische Verbindungsmittel, wie Nieten, Schrauben u. dgl. an. Ein etwaiger Stoffschluss kann dagegen durch Schweißung, vorzugsweise Punktschweißung, und/oder Klebung bewerkstelligt sein. In Fortbildung der Erfindung sind des Weiteren Radhäuser vorgesehen, die ihrerseits jeweils durch zumindest ein Blech-Faltteil gebildet sind. Im Sinne der Erfindung ist besagtes Blech-Faltteil als Abkantblech ausgebildet. Am Blech-Faltteil ist zumindest ein Verstärkungselement in Form eines profilorientierten Blechteils befestigt, welches derart geformt und mit dem Blech-Faltteil verbunden sein kann, dass zumindest ein Hohlraum und demgemäß zumindest abschnittsweise ein im Querschnitt geschlossener Hohlträger ausgebildet ist. Weiter kann ein Verbindungselement in Form eines profilorientierten Blechteiles auch als Knotenschuh ausgebildet sein, dessen Abwinkelung dann derart gestaltet ist, dass ein Trägerelement endseitig in besagten Knotenschuh einsteckbar und mit diesem fest verbindbar ist. Zum Erfindungsumfang gehört fernerhin ein doppeltwandiger hinterer Querträger-oben, an welchem Hauptlängsträger-hinten jeweils vermittels zumindest eines Verbindungselementes in Form eines Schuhes und zumindest eines Verbindungselementes in Form eines flachen Knotenbleches angeschlossen sind. Der Hauptlängsträger-hinten kann weiterhin über ein nach außen weisendes Trägerelement in Form einer Diagonalstrebe mit einem benachbarten außenliegenden Längsträger in Form eines Schwellers fest verbunden sein. Auch kann eine Tunnelverstärkung vorgesehen sein, die ihrerseits als Abkantblech ausgebildet ist. Als vorteilhaft wird hierbei angesehen, dass besagte Tunnelverstärkung als Tunnelverbindung zwischen dem Mitteltunnel und dem doppeltwandigem hinteren Querträger-oben ausgebildet und an dieselben angeschlossen ist. Schließlich können die Blechteile besonders vorteilhaft aus hoch- oder höchstfestem Stahlblech bestehen, wodurch bei Gewährleistung einer hohen Festigkeit und eines ausgezeichneten Crashverhaltens ein angestrebter Leichtbau mit einfachsten Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren kombinierbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Karosseriestruktur in einer perspektivischen Ansicht von vorn-links betrachtet,
2 die Karosseriestruktur nach 1 in einer perspektivischen Ansicht von hinten-links betrachtet,
3 die perspektivische Detailansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Karosseriestruktur im Bereich eines vorderen linken Radhauses (von außerhalb der Karosseriestruktur betrachtet),
4 die perspektivische Detailansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Karosseriestruktur im Bereich eines vorderen linken Radhauses (von innerhalb der Karosseriestruktur betrachtet),
5 die perspektivische Detailansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Karosseriestruktur im Bereich eines hinteren linken Längsträgers (von außerhalb der Karosseriestruktur betrachtet), und
6 die perspektivische Detailansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Karosseriestruktur im Bereich eines hinteren linken Längsträgers (von innerhalb der Karosseriestruktur betrachtet).
Die 1 und 2 zeigen zunächst eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs, vorliegend eines Cabrio-Fahrzeugs, in an sich bekannter Profilorientierter Schalenbauweise mit Blechteilen in Form von Trägerelementen, wobei besagte Trägerelemente insbesondere durch Längsträger, Querträger und Säulenelemente, wie linke sowie rechte Hauptlängsträger-vorn bzw. -hinten 1a', 1b'; 1a'', 1b'', linken und rechten Schweller 2a, 2b, vorderen und hinteren Hauptquerträger 3a, 3b, A- und B-Säulen 4a, 4b; 5a, 5b u. dgl. mehr gebildet sind. Ferner sind ein Mitteltunnel 6 sowie ein oder mehrere hier im Detail nicht näher gezeigte, jedoch aus den 3 bis 6 ersichtliche Verstärkungselemente 7, Verbindungselemente 8, Schottbleche 9, Bodenbleche 10 u. a. vorgesehen.
Wie bereits oben dargetan, werden hierfür herkömmlich teure Halbzeuge in Form von Strangpressprofilen, IHU-Profilen (IHU = Innenhochdruckumformung) und/oder Tiefziehteilen favorisiert.
Demgegenüber sind die besagten Blechteile der vorliegend gezeigten Karosseriestruktur nunmehr jeweils durch zumindest ein überwiegend partiell umgeformtes, profilorientiertes Blechteil mit überwiegend gerader Form und einer oder mehreren Abkantungen gebildet, woraus im Hinblick auf den Stand der Technik mehrere Vorteile resultieren.
Zum einen finden durch diese Maßnahme einfachste Abkantteile oder Rollprofile Anwendung. Zum anderen sind teure Werkzeuge weitestgehend entbehrlich, da sich vermittels einfacher an sich bekannter Abkantbänke und Roll- bzw. Walzenprofilierungsanlagen auch komplexe Profile sowohl mit offenem als auch geschlossenem Querschnitt herstellen lassen.
Des Weiteren lassen sich auch äußerst einfach und kostengünstig Blechteile aus hoch- oder höchstfestem Stahlblech verarbeiten.
Aufeinanderzulaufende Blechteile der erfindungsgemäßen Art können untereinander sowohl direkt als auch vermittels zumindest eines Verbindungselementes 8 verbunden sein.
Als Verbindungselemente 8 können sowohl flache Bleche als auch profilorientierte Blechteile Verwendung finden, die ihrerseits derart gestaltet sind, dass diese die freien Enden aufeinander zulaufender Blechteile, wie beispielsweise Längsträgerabschnitte, durch Steckverbindung aufnehmen oder von den Blechteilen aufgenommen werden (1 und 2).
Was die Verbindung der Blechteile untereinander, ggf. unter Zuhilfenahme besagter Verbindungselemente 8 anbelangt, bieten sich an sich bekannte und demgemäß hier nicht näher dargestellte form-, kraft- und/oder stoffschlüssige Maßnahmen an. So können beispielsweise herkömmliche mechanische Verbindungsmittel, wie Nieten, Schrauben u. dgl. Verwendung finden. Ebenso ist es denkbar, stoffschlüssige Verbindungen, wie Schweißungen, vorzugsweise Punktschweißungen, und/oder Klebungen, ggf. in Kombination mit den genannten an sich bekannten mechanischen Verbindungsmitteln, vorzusehen.
Um beispielsweise bei einem Frontalaufprall die Aufprallkräfte über den Hauptlängsträger-vorn 1a', 1b' in die übrigen Karosserieteile der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs einleiten zu können, vorzugsweise in ein vorderes Schottblech 9', das Bodenblech 10, den Mitteltunnel 6 sowie die Schweller 2a und/oder 2b, ist je Hauptlängsträger-vorn 1a', 1b' ein Verbindungselement 8' vorgesehen, welches in Form eines profilorienten Blechteiles als so genannter Knotenschuh ausgebildet ist. Der Knotenschuh stützt sich seinerseits zum einen insbesondere am vorderen Schottblech 9' und am Bodenblech 10 ab und nimmt zum anderen ein Ende des jeweils zugeordneten Hauptlängsträgers-vorn 1a', 1b' auf (3).
Wie weiter aus den 3 und 4 zu entnehmen ist, können auch Radhäuser 11, hier lediglich das vordere linke Radhaus 11 gezeigt, äußerst einfach und kostengünstig als Blech-Faltteil respektive als Abkantblech ausgebildet sein.
Vorliegend sind dem Radhaus 11 des Weiteren sowohl innen-unten als auch außen-oben je ein als profilorientiertes Blechteil ausgebildetes Verstärkungselement 7' (außen), 7'' (innen) zugeordnet. Die Verstärkungselemente 7', 7'' sind ferner derart geformt und mit dem Blech-Faltteil (Radhaus 11) verbunden, dass jeweils zumindest ein Hohlraum und demgemäß zumindest abschnittsweise ein im Querschnitt geschlossener Hohlträger ausgebildet ist (nicht näher gezeigt). Durch die beiden hohlraumbildenden Verstärkungselemente 7', 7'' wird im Crashfall das Eindrücken des Radhauses 11 vorteilhaft behindert.
Wie die 5 und 6 zeigen, kann auch ein aus profilorientierten Blechteilen der erfindungsgemäßen Art zusammengesetzter doppeltwandiger hinterer Querträger-oben 12 vorgesehen sein, der sich seinerseits an einem hinteren Schottblech 9'' sowie B-Säulen 5a, 5b abstützt und an welchem Hauptlängsträger-hinten 1a'', 1b'', vorliegend lediglich der linke Hauptlängsträger-hinten 1a'' dargestellt, angeschlossen sind.
Der hintere Querträger-oben 12 ist gem. 6 aus zwei abgekanteten Winkelprofilen 12a, 12b gebildet, die ihrerseits beispielsweise durch Schweißung zu einem äußerst steifen Kastenprofil zusammengesetzt sind. Das Winkelprofil 12b ist vorliegend besonders vorteilhaft einteilig mit dem hinteren Schottblech 9'' ausgebildet.
Besagte Hauptlängsträger-hinten 1a'', 1b'' sind jeweils vermittels zumindest eines als profilorientiertes Blechteil ausgebildeten Verbindungselementes 8'' in Form eines so genannten Schuhes und zumindest eines Verbindungselementes 8''' in Form eines flachen Knotenbleches am doppeltwandigen hinteren Querträger-oben 12 angeschlossen.
Die 5 und 6 zeigen auch ein vom hinteren Hauptlängsträger 1a'' ausgehendes und nach außen weisendes Trägerelement in Form einer als profilorientiertes Blechteil der erfindungsgemäßen Art ausgebildeten Diagonalstrebe 13, die ihrerseits mit einem benachbarten außenliegenden Längsträger, vorliegend in Form des Schwellers 2a, fest verbunden ist. Diese Maßnahme ist selbstverständlich auch für den hier nicht näher gezeigten hinteren Hauptlängsträger 1b'' zu verzeichnen.
Vorstehende Ausgestaltung resultiert aus der Erkenntnis, dass die bei einem Heckaufprall aufzunehmende Aufprallkräfte zwar größtenteils über die Hauptlängsträger-hinten 1a'', 1b'' sowie die als Schuh und flaches Knotenblech ausgebildeten Verbindungselemente 8'', 8''' in den hinteren Querträger-oben 12 und nachfolgende Karosseriebauteile eingeleitet werden, jedoch hat es sich im Rahmen von Versuchen als vorteilhaft erwiesen, auch die Schweller 2a, 2b zur Kräfteeinleitung bzw. -absorption mit einzubeziehen.
Schlussendlich hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Tunnelverstärkung 14 vorzusehen, die ihrerseits als Abkantblech ausgebildet ist. Als besonders vorteilhaft wird hierbei angesehen, dass besagte Tunnelverstärkung 14 als Tunnelverbindung zwischen dem Mitteltunnel 6 und dem doppeltwandigem hinteren Querträger-oben 12 ausgebildet und an dieselben angeschlossen ist (6).

1a': linker Hauptlängsträger-vorn
1b': rechter Hauptlängsträger-vorn
1a'': linker Hauptlängsträger-hinten
1b'': rechter Hauptlängsträger-hinten
2a: linker Schweller
2b: rechter Schweller
3a: vorderer Hauptquerträger
3b: hinterer Hauptquerträger
4a, b: A-Säulen
5a, b: B-Säulen
6: Mitteltunnel
7 (7', 7'': Verstärkungselemente
8 (8', 8'', 8'''): Verbindungselemente
9 (9', 9''): Schottbleche
10: Bodenbleche
11: Radhäuser
12: hinterer Querträger-oben
12a, b: abgekantete Winkelprofile
13: Diagonalstreben
14: Tunnelverstärkung

Claims

Karosseriestruktur an Kraftfahrzeugen in profilorientierter Schalenbauweise, mit Blechteilen in Form von einem oder mehreren Trägerelementen, wie Längsträgern (1a', 1b', 1a'', 1b''; 2a, 2b), Querträgern (3a, 3b), Säulenelementen (4a, 4b; 5a, 5b) u. dgl., sowie einem Mitteltunnel (6) und einem oder mehreren Verstärkungselementen (7; 7', 7''), Verbindungselementen (8; 8', 8'', 8'''), Schottblechen (9; 9', 9''), Bodenblechen (10) u. a., dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Blechteile jeweils durch zumindest ein überwiegend partiell umgeformtes, profilorientiertes Blechteil mit überwiegend gerader Form und einer oder mehreren Abkantungen gebildet sind.
Karosseriestruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die partiell umgeformten, profilorientierten Blechteile Rollprofile und/oder Abkantprofile sind.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinander zulaufende profilorientierte Blechteile direkt oder vermittels zumindest eines Verbindungselementes (8) in Form eines profilorientierten Blechteiles untereinander verbunden sind.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile untereinander form-, kraft- und/oder stoffschlüssig zu besagter Karosseriestruktur verbunden sind.
Karosseriestruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftschluss durch an sich bekannte mechanische Verbindungsmittel, wie Nieten, Schrauben u. dgl. bewerkstelligt ist.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffschluss durch Schweißung und/oder Klebung bewerkstelligt ist.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Radhäuser (11) vorgesehen sind, die ihrerseits jeweils durch zumindest ein Blech-Faltteil gebildet sind.
Karosseriestruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech-Faltteil ein Abkantblech ist.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Blech-Faltteil zumindest ein Verstärkungselement (7; 7', 7'') in Form eines profilorientierten Blechteils befestigt ist.
Karosseriestruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Verstärkungselement (7; 7', 7'') derart geformt und mit dem Blech-Faltteil verbunden ist, dass zumindest ein Hohlraum und demgemäß zumindest abschnittsweise ein im Querschnitt geschlossener Hohlträger ausgebildet ist.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungselement (8') in Form eines profilorientierten Blechteiles als Knotenschuh ausgebildet ist, dessen Abwinkelung derart gestaltet ist, dass ein Trägerelement endseitig in besagten Knotenschuh einsteckbar und mit diesem fest verbindbar ist.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein doppeltwandiger hinterer Querträger-oben (12) vorgesehen ist, an welchem Hauptlängsträger-hinten (1a'', 1b'') jeweils vermittels zumindest eines Verbindungselementes (8'') in Form eines Schuhes und zumindest eines Verbindungselementes (8''') in Form eines flachen Knotenbleches angeschlossen sind.
Karosseriestruktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptlängsträger-hinten (1a'', 1b'') über ein nach außen weisendes Trägerelement in Form einer Diagonalstrebe (13) mit einem benachbarten außenliegenden Längsträger in Form eines Schwellers (2a, 2b) fest verbunden ist.
Karosseriestruktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tunnelverstärkung (14) vorgesehen ist, die ihrerseits als Abkantblech ausgebildet ist.
Karosseriestruktur nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Tunnelverstärkung (14) als Tunnelverbindung zwischen Mitteltunnel (6) und doppeltwandigem hinteren Querträger-oben (12) ausgebildet und an dieselben angeschlossen ist.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile aus hoch- oder höchstfestem Stahlblech bestehen.