DE19714631A1 - Selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserie - Google Patents
Selbsttragende KraftfahrzeugkarosserieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft zum einen eine selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserie mit einer
Fahrgastzelle aus einem Bodenteil, zwei an entgegengesetzten Seiten des Bodenteils
angeordneten und mit dem Bodenteil verbundenen Seitenteilen und einem die Seitenteile
verbindenden Dachteil, von denen mindestens das Bodenteil und die beiden Seitenteile
tragende oder versteifende Elemente, wie Säulen, Holme, Träger oder dergleichen ent
halten. Zum anderen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen
selbsttragenden Kraftfahrzeugkarosserie.
Selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserien bestehen im allgemeinen aus Stahlblechen, die
so miteinander verschweißt sind, daß geschlossene Profile, wie Holme, Säulen, Träger oder
dergleichen gebildet werden, welche durch dünne Bleche miteinander verbunden sind.
Während die dünnen Bleche im wesentlichen dazu dienen, das Kraftfahrzeug zu verkleiden
und diesem eine widerstandsarme und ansprechende äußere Form zu verleihen, tragen
und versteifen die geschlossenen Profile die Bleche, verteilen die Belastungen im Betrieb,
und verformen sich bei einem schweren Aufprall vor und hinter der Fahrgastzelle, so daß
die letztere möglichst wenig in Mitleidenschaft gezogen wird. Die Herstellung derartiger
Karosserien erfordert jedoch umfangreiche Schweißarbeiten, um die Profile zusammenzu
schweißen und untereinander sowie mit den Blechen zu verbinden, was zu einer nicht
unwesentlichen Verzögerung des Produktionsablaufs führt, obwohl diese Arbeiten heute
zum größten Teil von schnell arbeitenden Schweißrobotern übernommen werden.
Außerdem weisen derartige Karosserien aufgrund der Verwendung von ausreichend
starken Stahlblechen für die Profile und tragenden Elemente ein relativ hohes Gewicht auf,
das eine weitere Verringerung des Kraftstoffverbrauchs erschwert.
Um das zuletzt genannte Problem zu beseitigen, werden daher bereits in einigen Fällen
selbsttragende Karosserien unter Verwendung von Blechen aus Aluminium oder Alumi
niumlegierungen hergestellt, die in entsprechender Weise wie die Stahlbleche zusam
mengeschweißt werden. Jedoch bereitet das Schweißen von Aluminium noch immer
Schwierigkeiten und ist zudem zeitaufwendiger als das Schweißen von Stahlblechen, so
daß der Produktionsablauf durch die Einführung dieser Technologie nicht verkürzt werden
konnte.
Im Gegensatz zur Automobilindustrie werden in der Luft- und Raumfahrttechnik bereits seit
längerem Versuche unternommen, das Strukturgewicht einzelner Bauteile und die Her
stellungskosten durch den Einsatz integraler Bauweisen zu reduzieren, wobei das Diffu
sionsschweißen in Verbindung mit der superplastischen Umformung eine zunehmende
Bedeutung erlangt hat, da sich mit dieser Technik aus ebenen Blechen komplexe integrale
Strukturbauteile in Sandwichbauweise herstellen lassen ("Diffusionsschweißen von Alu
minium- und Titanluftfahrtwerkstoffen", G. Broden, Dornier Luftfahrt GmbH, Friedrichs
hafen). Ein ähnliches Verfahren zur Herstellung von mit Hohlräumen versehenen Bauteilen
ist weiter bereits aus der DE-OS 42 41 421 bekannt. In dieser Druckschrift wird außerdem
vorgeschlagen, mit dem beschriebenen Verfahren großflächige doppelwandige Bauteilen
von Kraftfahrzeugen herzustellen, wobei Tragstrukturen, Türen oder Hauben genannt
werden.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer selbsttragende
Karosserie der eingangs genannten Art die Fahrgastzelle unter Beibehaltung oder Ver
besserung der Festigkeitseigenschaften erheblich leichter zu machen und gleichzeitig den
Fertigungsablauf zu komprimieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens das Bodenteil und
die beiden Seitenteile jeweils als integrales Bauteil oder Modul aus zwei oder mehr an
vorgegebenen Stellen paarweise verbundenen Metallblechen bestehen, welche durch
superplastische Verformung unter Erwärmung und Gaszufuhr zwischen die Metallbleche zu
dem integralen Bauteil geformt sind, dessen tragende oder versteifende Elemente von den
verformten Metallblechen selbst gebildet werden. Der Erfindung liegt der Gedanke zu
grunde, daß sich durch eine Fertigung vorgeformter Module der für die Endmontage
erforderliche Zeitaufwand erheblich verkürzen und gleichzeitig das Fahrzeuggewicht
beträchtlich verringern läßt, da sich die miteinander verbundenen Bleche in Form von
geschlossenen Kastenträgern ausbilden lassen, die über ihren gesamten Querschnitt als
tragendes oder versteifendes Element wirken und bei einem geringen Materialverbrauch
eine sehr hohe Festigkeit aufweisen.
Zur Verringerung des Fahrzeuggewichts trägt auch bei, daß die Metallbleche gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aus einem superplastisch verformbaren Material
bestehen, vorzugsweise einer superplastisch verformbaren Leichtmetall-Legierung, bei
spielsweise einer Aluminium- oder Titanlegierung, die im Vergleich zu Stahl bereits an sich
ein sehr geringes spezifischen Gewicht aufweist.
Um die Montage der vorgefertigten Module zur Fahrgastzelle zu erleichtern und gleichzeitig
eine gute Kraftübertragung zwischen den einzelnen Modulen zu gewährleisten, weisen
diese vorteilhafterweise aneinander angepaßte Anlageflächen auf, an denen sich die
Module gegenseitig abstützen und miteinander verschweißt oder ggf. auch miteinander
verklebt sind. Die Anlageflächen werden zweckmäßigerweise von jeweils einem der äuße
ren Metallbleche gebildet und lassen sich bei der superplastischen Verformung der Metall
bleche durch eine entsprechende Gestaltung des Formhohlraums ohne weiteres so an
einander anpassen, daß sie beispielsweise stufenförmig ausgebildet sind und/oder form
schlüssig ineinandergreifen, um das gegenseitige Ausrichten der Module zu erleichtern und
die Abstützung zu verbessern.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß auch Knotenpunkte
tragender oder versteifender Elemente der Module allein von den Metallblechen gebildet
werden, die dort durch eine geeignete Formgebung eine Kraftumlenkung gewährleisten.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in die
einzelnen Module Strukturen eingeformt, die einen Anschluß von Einbauteilen, wie Sitzen,
Federbeinen von Stoßdämpfern, etc. gestatten, d. h. eines oder mehrere der Metallbleche
werden bereits bei der Fertigung mit einem Sitz oder einer Aufnahme für das Einbauteil
versehen. Weiter weisen die Module vorzugsweise auch Strukturen auf, die in der Lage
sind, Aufprallenergie zu absorbieren und/oder großflächig über das gesamte Modul zu
verteilen. Dabei kann es sich beispielsweise um Quersicken handeln, die bei einem Aufprall
eine Stauchung eines Moduls oder eines Teils desselben, beispielsweise eines Längsträ
gers ermöglichen; alternativ können in Aufprallrichtung divergierende Strukturen in das
Boden- oder Seitenteil eingeformt sein, die dafür sorgen, daß sich das jeweilige Modul über
seine gesamte Breite verformt, um dadurch die Stauchung in der Länge insgesamt zu
verringern.
Die Seitenteile sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie die Öffnungen für die Türen
allseitig umschließen, wodurch neben einer guten Versteifung auch eine sehr gute
Maßhaltigkeit der Türöffnungen erreicht werden kann, so daß das Einpassen der Türen
erleichtert wird, die vorzugsweise ebenfalls durch superplastische Verformung diffu
sionsverschweißter Metallbleche aus dem selben Material wie die Fahrgastzelle hergestellt
werden.
Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren sehen weitere bevorzugte Ausgestal
tungen der Erfindung vor, daß zuerst jeweils zwei, drei oder vier Metallbleche gemeinsam
die Grundriß- und Fallungskrümmung des jeweiligen Moduls erhalten, bevor sie im wesent
lichen deckungsgleich z. B. durch Stanzen oder Laserschneiden entsprechend der späteren
Form des Moduls ausgeschnitten werden, und daß anschließend auf denjenigen Bereichen
zweier benachbarter Metallbleche, die nicht miteinander verbunden werden sollen, ein
Trennmittel aufgetragen wird, bevor die Metallbleche übereinanderliegend in eine Form
eingebracht werden, in der sie an den unbeschichteten Stellen durch Diffusionsschweißen
verschweißt und anschließend durch Einleiten von Druckgas zwischen die Bleche gegen
die Wände der Form gedrückt werden, deren Gestalt derjenigen des fertiggestellten Moduls
entspricht. Dabei wird ein zwischen den beiden äußeren Blechen angeordnetes und ab
wechselnd mit diesen verschweißtes mittleres Blech durch das Auseinanderbewegen der
äußeren Bleche plastisch verformt, wobei es zickzackförmig zwischen den äußeren
Blechen gestreckt wird und diese nach Fertigstellung versteift.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs
beispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer fertig montierten
Fahrgastzelle einer erfindungsgemäßen Kfz-Karosserie;
Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Hauptbestandteile der
Fahrgastzelle;
Fig. 3 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Knotenpunkts am unteren
Ende der B-Säule;
Fig. 4a einen Querschnitt durch einen Teil der Karosserie im Bereich von einem der
Hinterräder;
Fig. 4b einen vergrößerten Querschnitt durch die Blechteile der Karosserie entsprechend
Fig. 4a, um die Verbindung zwischen den Seitenteilen und dem Bodenteil in
diesem Bereich zu verdeutlichen;
Fig. 5a einen Querschnitt durch einen Teil der Karosserie im Bereich von einem der
Vorderräder;
Fig. 5b einen vergrößerten Querschnitt durch die Blechteile der Karosserie entsprechend
Fig. 5a, um die Verbindung zwischen den Seitenteilen und dem Bodenteil in
diesem Bereich zu verdeutlichen;
Fig. 6 vier schematisierte Draufsichten auf Teile von Bodenteilen mit Strukturen zur
Absorption von Aufprallenergie;
Fig. 7a einen Querschnitt durch eine Türe der Karosserie;
Fig. 7b einen vergrößerten Querschnitt durch die Blechteile der Türe;
Fig. 8a bis f aufeinanderfolgende Verfahrensschritte bei der Herstellung eines der in Fig. 2
dargestellten Seitenteile.
Die in der Zeichnung dargestellte Fahrgastzelle 1 einer selbsttragenden Pkw-Karosserie
besteht im wesentlichen aus zwei Seitenteilen 2, die durch ein Bodenteil 4, ein Dachteil 6
und einen am vorderen Ende der Fahrgastzelle 1 angeordneten Querträger 8 miteinander
verbunden sind. Die beiden Seitenteile 2, das Bodenteil 4 und das Dachteil 6 sind dabei
jeweils als vorgefertigtes Modul ausgebildet, das aus zwei oder mehr Metallblechen 10, 11,
12 besteht, welche zwei Formhälften einer Form 14 (Fig. 8d und e) eingebracht und er
wärmt werden, wobei sie durch Diffusionsschweißen an vorgegebenen Stellen paarweise
miteinander verbunden und anschließend durch Gaszufuhr zwischen die Metallbleche 10,
11, 12 superplastisch verformt werden, bis die jeweils äußeren Metallbleche 10, 12 eine
durch die Gestalt eines Formhohlraums 16 vorgegebene Form annehmen und sich ein oder
mehrere innere Metallbleche 11 im Querschnitt zickzackförmig zwischen den äußeren
Blechen 10, 12 hin und her erstrecken, wobei sie diese nach Art eines Kastenträgers ver
steifen, der einwirkende Belastungen über seinen gesamten Querschnitt im wesentlichen
gleichmäßig auf benachbarte Bauteile 2, 4, 6, 8 überträgt.
Überall dort, wo es aus konstruktiven Gründen nicht erforderlich ist, die paarweise miteinan
der verbundenen Bleche 10, 11, 12 ohne dazwischenliegende Hohlräume unmittelbar über
einander anzuordnen, wie beispielsweise im Bereich von Durchtrittsöffnungen, weisen die
beiden äußeren Bleche 10, 12 einen größeren oder kleineren Abstand voneinander auf und
sind durch das oder die zickzackförmigen Innenbleche 11 versteift, so daß sich die tragen
den oder versteifenden Elemente im Unterschied zu den bekannten selbsttragenden Karos
serien über den gesamten Querschnitt des jeweiligen Moduls erstrecken, wobei sämtliche
Bleche 10, 11, 12 mittragen bzw. zur Versteifung beitragen, so daß sich bei einem ver
hältnismäßig geringem Gewicht sehr gute Festigkeits- und Lastübertragungseigenschaften
erzielen lassen.
Das Bodenteil 4 besteht aus den drei übereinander angeordneten und an vorbestimmten
Stellen paarweise miteinander verbundenen Metallblechen 10, 11, 12 in Sandwichbau
weise, die zu einer einstückigen Bodenwanne geformt sind. Die drei Bleche 10, 11, 12
liegen an ihren um das Bodenteil 4 umlaufenden Rändern 17 ohne Abstand übereinander
und sind in diesem Bereich luftdicht miteinander verschweißt, um das Entweichen von
Druckgas zu verhindern, das während der Fertigung des Bodenteils 4 zwischen die einan
der paarweise gegenüberliegenden Metallbleche 10, 11; 11, 12 gepreßt wird. Abgesehen
von den Rändern 17 weisen die beiden äußersten Bleche, d. h. das oberste und das
unterste Blech 10 bzw. 12 einen Abstand von 10 bis 20 mm auf, wobei die beiden Bleche
10,12 mit Ausnahme einiger in das oberste bzw. unterste Blech 10 bzw. 12 eingeformter
Strukturen im wesentlichen parallel zueinander sind. Das mittlere Blech 11 hingegen ist
abwechselnd mit dem obersten und dem untersten Blech 10,12 verbunden und erstreckt
sich im Querschnitt zickzackförmig zwischen den einander zugewandten Innenseiten des
obersten und des untersten Blechs 10, 12.
Zwischen dem zickzackförmigen mittleren Blech 11 und den beiden benachbarten äußeren
Blechen werden Hohlräume 15 gebildet, die sich in Längsrichtung durchgehend über die
gesamte Länge des Bodenteils 4 erstrecken (Fig. 1), wodurch bei der Fertigung die Gaszu
fuhr zwischen die beiden äußeren Bleche 10, 12 und das mittlere Blech 11 erleichtert und
später infolge des zickzackförmigen Querschnitts des mittleren Blechs 11 sowohl das
Biegewiderstandsmoment des Bodenteils 4 als auch dessen Energieabsorptionsvermögen
bei einem Aufprall vergrößert wird.
Während das unterste Blech 12 abgesehen von einer in der Mitte Bodenteils 4 in Karosse
rielängsrichtung verlaufenden Einwölbung 18 zur Aufnahme des Auspuffrohrs im wesent
lichen eben ist, ist das oberste Blech 10 an seinen Rändern etwas nach oben gebogen, so
daß das Bodenteil 4 seine wannenförmige Gestalt erhält. Im obersten Blech 12 sind weiter
Sitzträgerstrukturen 20 eingeformt, an denen Trag- und Verstellschienen von Fahrzeug
sitzen (nicht dargestellt) zur Abstützung festgeschweißt werden können.
Außerdem weist das Bodenteil 4 zusätzliche Aufprallenergie absorbierende und/oder
verteilende Strukturen 22 auf (Fig. 6), die jeweils ausgehend von einem oder zwei nach
vorne bzw. hinten überstehenden Längsträgern 23 in Form von Vertiefungen oder Aus
wölbungen 25 im oberen und/oder unteren der beiden äußeren Bleche 10, 12 ausgebildet
sind, welche sich von den Längsträgern 23 aus in Richtung der Mitte des Bodenteils 4
verzweigen oder divergieren (Fig. 6). Die Vertiefungen oder Auswölbungen 25 bewirken
infolge des größeren Biegewiderstandsmoments der beiden äußeren Metallbleche 10, 12
eine weitere Versteifung, die zu der Versteifung infolge des mittleren zickzackförmigen
Blechs 11 hinzukommt.
Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Bodenteil 4 jeweils vier
der Längsträger 23 auf, die paarweise im Abstand voneinander nach vorne bzw. hinten ein
seitig überstehen und in das Bodenteil 4 integriert, d. h. einstückig mit diesem ausgebildet
sind. Die Längsträger 23 stellen die Verbindung zur Front- und Heckpartie der Karosserie
her und dienen zur Aufhängung der Vorder- bzw. Hinterachse 26 bzw. 28 (Fig. 4a bzw. 5a),
wobei die vorderen Längsträger 23 zusätzlich den Motorblock (nicht dargestellt) tragen. Die
Längsträger 23 sind von einem vorderen bzw. hinteren Rand 28, 29 des Bodenteils 4 aus
etwas nach oben gebogen und weisen einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt
auf. Die Längsträger 23 bestehen wie das Bodenteil 4 aus den drei Metallblechen 10, 11,
12, die im Bereich der Längsträger 23 jeweils entsprechend schmal zugeschnitten und an
ihren Längsseitenrändern 17 wie beschrieben aufeinanderliegend miteinander verbunden
sind.
Das jeweils unterste Blech 12 ist im wesentlichen eben und bildet die längere Grundlinie
des Trapezes, während das oberste Blech 10 mit seinem Mittelteil und zwei Seitenteilen die
zur längeren Grundlinie parallele kürzere Grundlinie bzw. die zur längeren Grundlinie hin
divergierenden Schenkel des Trapezes bildet. Das mittlere Blech 11 weist zwischen seinen
beiden Längsseitenrändern einen im wesentlichen dreieckförmigen Querschnitt auf, wobei
die Spitze 30 des Dreiecks von unten her im wesentlichen in der Mitte gegen die obere
Grundlinie des Trapezes anliegt und mit dieser verschweißt ist. Die beiden Schenkel des
Dreiecks divergieren in Richtung der unteren Grundlinie des Trapezes und knicken bei
Erreichen derselben parallel zu dieser nach außen in Richtung der Längsseitenränder 17
ab.
In der Nähe des freien Endes der Längsträger 23 sind die jeweils obersten Bleche 12 mit
mehreren im Abstand hintereinander angeordneten Quersicken 32 versehen, die bei einem
Aufprall in Längsrichtung der Karosserie ein Stauchen der Längsträger 23 erleichtern
sollen. Die Quersicken 32 sind jeweils im Bereich der Kante zwischen der oberen kürzeren
Grundlinie und den beiden Schenkeln des Trapezprofils angeordnet und erstrecken sich
nicht ganz bis zur mittigen Verbindungsstelle zwischen dem mittleren und dem obersten
Blech 11, 12.
Dort, wo die Längsträger 23 in das Bodenteil 4 übergehen, weisen sie eine divergierende
Form auf, um die bei einem Aufprall auf die Längsträger 23 aufgebrachten Kräfte möglichst
über die gesamte Breite des Bodenteils 4 gleichmäßig in die Aufprallenergie absorbieren
den und/oder verteilenden Strukturen 22 des Bodenteils 4 einzuleiten.
Im Bereich des Übergangs zwischen den Längsträgern 23 und dem Bodenteil 4 ist auch
jeweils eine Vertiefung 34 in das oberste Blech 12 des Bodenteils 4 eingeformt, die zur
Lagerung des Motorblocks dient.
Die beiden entgegengesetzten seitlichen Ränder 17 des Bodenteils weisen ebene Anlage
flächen 36 für die beiden Seitenteile 2 auf. Diese Anlageflächen 36 werden von der Außen
seite eines der beiden äußeren Bleche 10, 12 gebildet und sind im wesentlichen senkrecht
zu den Oberflächen des Bodenteils 4 ausgerichtet. Gegen diese Anlageflächen 36 stützen
sich die beiden Seitenteile 2 jeweils mit einer entsprechend geformten ebenen Anlage
fläche 38 ab, die im Bereich eines unteren Randes der Seitenteile 2 einen Teil von deren
Innenseite bildet.
Die Seitenteile 2 bestehen in gleicher Weise wie das Bodenteil 4 aus drei paarweise mit
einander verbundenen Metallblechen 10, 11, 12, welche um zwei Türöffnungen 40, 41
herum einstückig ausgebildet sind und durch ihre Formgebung vor der vorderen Türöffnung
40, zwischen den beiden Türöffnungen 40, 41 und hinter der hinteren Türöffnung 41 die A-,
B- bzw. C- Säule 43, 44 bzw. 45 bilden. Das von der Fahrgastzelle 1 weg nach außen wei
sende der beiden äußeren Metallbleche 10,12 weist um die Türöffnungen 40, 41 herum
unter Bildung der Türanschläge jeweils einen stufenförmigen Querschnitt auf. Das mittlere
Blech 11 ist wie beim Bodenteil 4 im Querschnitt zickzackförmig ausgebildet, wobei die
zwischen diesem und den beiden äußeren Blechen 10,12 gebildeten Hohlräume 15 ober
halb und unterhalb der Türöffnungen 40, 41 im allgemeinen horizontal von vorne nach
hinten verlaufen, während sie im Bereich der A-, B- und C-Säule 43, 44, 45 im wesentlichen
von oben nach unten verlaufen.
Über die beiden Seitenteile 2 stehen jeweils zwei Ausleger 48 im wesentlichen parallel zu
den Längsträgern des Bodenteils nach vorne über, deren Querschnittsform im wesentliche
derjenigen der Längsträger 23 entspricht, allerdings um 90 Grad gedreht, so daß die
längere Grundlinie des Trapezes nach innen in Richtung des gegenüberliegenden Aus
legers 48 weist. Die Ausleger 48 sind ebenso wie eine Verlängerung der Seitenteile nach
hinten zu über die C-Säule 45 hinaus mit integrierten Federbeinaufnahmen 49, 50 für das
Federbein des vorderen bzw. hinteren Stoßdämpfers 51, 52 (Fig. 5a und 4a) versehen und
bilden jeweils einen Teil des vorderen bzw. hinteren Radkastens, so daß die Kotflügel im
Unterschied zu herkömmlichen Konstruktionen nicht nur als Verkleidung sondern gleich
zeitig als konstruktives Verstärkungselement dienen.
Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, sind die Seitenteile 2 im Bereich der vorderen und
hinteren Federbeinaufnahmen 49, 50 in Vierblechtechnik ausgebildet, d. h. dort wird ein
zusätzliches Blech 53, 54 in die Form eingelegt und durch Diffusionsschweißen einstückig
mit dem nach innen weisenden Blech 10 des jeweiligen Seitenteils 2 verbunden. Das zu
sätzliche Blech 53, 54 ist so ausgebildet, daß es nicht an allen Rändern mit dem inneren
Blech 10 der Seitenteile 10 verbunden ist, so daß es zur Anbringung der Federbeine mit
Bohrungen 55 für gekonterte Befestigungsschrauben versehen werden kann. Das zu
sätzliche Blech 53, 54 dient außerdem auch zur Abstützung eines nachträglich einge
schweißten flächigen Versteifungsträgers 56, 57, welcher das Seitenteil 2 im Bereich der
vorderen und hinteren Radkästen mit dem benachbarten Längsträger 23 des Bodenteils 4
verbindet und das Eindringen von Wasser aus den Radkästen in einen vorderen Motorraum
bzw. einen hinteren Gepäckraum verhindert. Die Radkästen selbst können zusätzlich mit
einem Kunststoffradhaus 60 ausgekleidet sein. Die Achsen bzw. Teile der Lenkung 26, 28,
sowie Vorder- und Hinterräder 61, 62 und eine ebenfalls in Dreiblechtechnik hergestellte
Motorhaube 63 sind in den Fig. 4a und 5a nur schematisch angedeutet.
Das Dachteil 6 ist analog zum Bodenteil 4 und den Seitenteilen 2 in Dreiblechtechnik mit
einem im Querschnitt zickzackförmigen mittleren Blech 11 ausgebildet. Die zwischen dem
mittleren und den äußeren Blechen 10,12 gebildeten Hohlräume 15 verlaufen bei einem
geschlossenen Dachteil (Fig. 2) quer zur Längsrichtung der Karosserie, während sie sich
bei einem Dachteil 6 mit einer Öffnung 66 für ein Schiebe- oder Klappdach (Fig. 1) um die
Öffnung 66 herum erstrecken.
Der unterhalb einer Frontfensteröffnung angeordnete Querträger 8 kann ebenfalls als
versteiftes Profil aus drei miteinander verbundenen Metallblechen bestehen oder wie
dargestellt als herkömmliches, z. B. durch Strangpressen hergestelltes Hohlprofil aus dem
selben Material wie die Bleche 10, 11, 12.
Die in die Türöffnungen 40, 41 der Seitenteile 2 eingesetzten Türen 67 (Fig. 7a und b) be
stehen ebenfalls aus drei miteinander verschweißten und durch superplastische Verfor
mung geformten Metallblechen 10, 11, 12, von denen das mittlere (11) insbesondere unter
halb der Fensteröffnungen zur Absorption von Aufprallenergie einen zickzackförmigen
Querschnitt aufweist. Das äußere Blech 12 kann mit seiner Außenseite eine Führung für
eine versenkbare Fensterscheibe 69 bilden, während das innere Blech 10 eine Halterung
für eine gegen die Anschlagflächen der Türöffnung 40, 41 anliegende Gummidichtung
(nicht dargestellt) bildet. Zur Verkleidung der Türe ist auf die Außenseite des äußeren
Blechs 12 in einem zur Unterbringung der Fensterscheibe 69 ausreichenden Abstand ein
aus Kunststoff bestehendes Verkleidungspaneel 70 angebracht, das mit Hilfe einer um
laufenden Klebedichtung 71 in fertig lackiertem Zustand auf die Türe 67 aufgeklebt wird.
Zur Herstellung des Bodenteils 4, der Seitenteile 2, des Dachteils 6 und ggf. der Türen 67
und der Haube 63 werden jeweils drei dünne Bleche 10, 11, 12 aus einem superplastisch
verformbaren Metall, beispielsweise einer Titan- oder Aluminiumlegierung, mit einer aus
reichenden Größe übereinandergelegt und als erstes in einer Presse mit der gewünschten
Grundriß- und Fallungskrümmung versehen (Fig. 8a), bevor sie gemeinsam entsprechend
der gewünschten Form des zu fertigenden Moduls ausgestanzt werden (Fig. 8b). An
schließend wird jeweils mindestens eines der Bleche 10, 11, 12 auf seiner dem benach
barten Blech zugewandten Oberfläche an denjenigen Stellen mit einem Trennmittel be
schichtet, die bei einem anschließenden Diffusionsverschweißen der Bleche nicht mit
einander verbunden werden sollen. Das heißt, daß im Bereich der Ränder 17 und im
Bereich der vorgesehenen Verbindungsstellen 30 zwischen dem mittleren Blech 11 und
den beiden äußeren Blechen 10, 12 kein Trennmittelauftrag erfolgt (Fig. 8c). Danach
werden die Bleche 10, 11, 12 übereinanderliegend in die Form 14 eingebracht, deren
Formhohlraum 16 eine der äußeren Form des fertigen Moduls entsprechende Gestalt
aufweist. In der Form 14 werden die Bleche 10, 11, 12 erhitzt und durch Diffusion an den
nicht mit Trennmittel beschichteten Stellen miteinander verschweißt, bevor schließlich
Argon oder ein anderes inertes Gas unter Druck zwischen die Bleche 10, 11; 11, 12 einge
blasen wird, wobei der Druck und die Temperatur über einen ausreichenden Zeitraum
aufrechterhalten werden, bis die äußeren Bleche 10, 12 gegen die Wand des Formhohl
raums 16 anlegen und das mittlere Blech 11 zickzackförmig zwischen den beiden äußeren
Blechen 10, 12 verläuft. Nach einem Abkühlen der Form 14 werden die fertigen Module
entnommen (Fig. 8 f) und können anschließend mit ihren Anlageflächen 38 gegen die
Anlageflächen 36 benachbarter Module angelegt und mit diesen verschweißt oder ggf.
verklebt werden.
Durch Ausbildung des Bodenteils 4, der Seitenteile 2, des Dachs 6 und/oder ggf. weiterer
Teile als hohle Kastenträger mit einem im Querschnitt zickzackförmigen mittleren Blech 11
und ggf. versteifenden Ein- oder Auswölbungen 25 in den äußeren Blechen 10, 12 sowie
einer dadurch ermöglichten Integration der tragenden und versteifenden Elemente in die
Module und einer gleichmäßigen Lastverteilung über deren gesamten Querschnitt wird eine
extrem hohe Steifigkeit in Kombination mit einem sehr geringen Karosseriegewicht erreicht.
Durch die der Montage vorangehende getrennte Fertigung der einzelnen Teile kann gleich
zeitig die Produktion komprimiert werden.
Claims (18)
1. Selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Fahrgastzelle aus wenigstens einem
Bodenteil, wenigstens zwei an entgegengesetzten Seiten des Bodenteils angeordneten
und mit dem wenigstens einen Bodenteil verbundenen Seitenteilen und wenigstens
einem die Seitenteile verbindenden Dachteil, von denen mindestens das Bodenteil und
die beiden Seitenteile tragende oder versteifende Elemente, wie Säulen, Holme, Träger
oder dergleichen enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das Bodenteil
(4) und die beiden Seitenteile (2) jeweils als integrales Bauteil aus zwei oder mehr an
vorgegebenen Stellen paarweise verbundenen Metallblechen (10, 11, 12) bestehen,
welche durch superplastische Verformung unter Erwärmung und Gaszufuhr zwischen
die Metallbleche (10, 11, 12) zu dem integralen Bauteil geformt sind, dessen tragende
oder versteifende Elemente von den verformten Metallblechen (10, 11, 12) gebildet
werden.
2. Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
miteinander verbundenen Metallbleche (10, 11, 12) in Form von geschlossenen
Kastenträgern ausgebildet sind.
3. Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 1 oder 2, daß die miteinander verbundenen
Metallbleche (10, 11, 12) über ihren gesamten Querschnitt tragen oder versteifend
wirken.
4. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zwei der Metallbleche (10, 12) im Abstand voneinander angeordnet sind und
mindestens ein drittes Metallblech (11) abwechselnd mit den beiden im Abstand ange
ordneten Metallblechen (10, 12) verbunden ist und sich im Querschnitt zickzackförmig
zwischen diesen erstreckt.
5. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallbleche (10, 11, 12) aus einem superplastisch verformbaren Material
bestehen.
6. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bodenteil (4) Sitzträgerstrukturen (20) eingeformt sind.
7. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet,
daß im Bodenteil (4) Aufprallenergie absorbierende Strukturen (22) eingeformt sind.
8. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bodenteil (4) mindestens einen nach vorne und/oder hinten überstehenden
integrierten Längsträger (23) aufweist.
9. Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Längsträger (23) divergierend oder sich verzweigend in die Aufprallenergie
absorbierenden Strukturen (20) übergeht.
10. Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Längsträger (23) Knautschzonen (32) aufweist.
11. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Längsträger (23) mindestens eine eingeformte Motorblockhalterung (34)
aufweist.
12. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Längsträger (23) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
13. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch
einen die Seitenteile (2) verbindenden Querträger (8).
14. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Seitenteile (2) jeweils zur Bildung eines Teils der Radkästen nach vorne und/
oder hinten verlängert sind.
15. Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß in Türöffnungen (40, 41) der Seitenteile (2) eingesetzte Türen (67) aus zwei oder
mehr an vorgegebenen Stellen paarweise verbundenen und superplastisch verformten
Metallblechen (10, 11, 12) bestehen.
16. Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden Kraftfahrzeugkarosserie, bei welchem
ein Bodenteil, zwei an entgegengesetzten Seiten des Bodenteils angeordnete Seiten
teile und ein Dachteil miteinander zu einer Fahrgastzelle verbunden werden, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens das Bodenteil (4) und die beiden Seitenteile (2) als
integrale Bauteile unter Einschluß tragender oder versteifender Elemente, wie Säulen,
Holme, Träger oder dergleichen aus jeweils zwei oder mehr Metallblechen (10, 11, 12)
hergestellt werden, die an vorgegebenen Stellen paarweise miteinander verbunden
und unter Erwärmung und Gaszufuhr zwischen die Metallbleche (10, 11, 12) super
plastisch verformt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbleche (10, 11,
12) an den vorgegebenen Stellen durch Diffusionsschweißen verbunden werden.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbleche (10, 11,
12) zwischen den vorgegebenen Stellen mindestens teilweise mit einem Trennmittel
beschichtet werden.
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