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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein Kraftfahrzeug.
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In
der Automobilindustrie werden an die Karosseriestruktur beziehungsweise
die Tragstruktur eines Kraftfahrzeuges hohe Anforderungen gestellt. Insbesondere
muss die Karosseriestruktur eine Steifigkeit aufweisen, die bei
einem Unfall beziehungsweise Crash die Beschädigung des Fahrzeuges und die
Gefährdung
der Insassen minimiert. Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Krafteinleitung,
die in einem Crashfall auftritt, gezielt zu steuern, beziehungsweise
zu verteilen.
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Beispielsweise
ist in
DE 103 09 624
A1 eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeuges beschrieben,
bei dem der Tunnel im Wesentlichen zwei Ebenen bildet. Auf diese
beiden Ebenen werden Kräfte
von der Fronttragstruktur des Kraftfahrzeuges gleichmäßig auf
die Bodentragstruktur und die Hecktragstruktur übertragen.
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Der
Nachteil dieser bekannten Karosseriestruktur liegt zum einen darin,
dass die geschaffenen Lastpfade zur Krafteinleitung verhältnismäßig kurz sind.
Zum anderen muss die gesamte Karosserie auf den speziellen Aufbau
der Fronttragstruktur ausgelegt sein, um die Lastpfade und deren
Krafteinleitungspunkte gewährleisten
zu können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Karosseriesstruktur
zu schaffen, die zum einen eine hohe Steifigkeit insbesondere im
Crashfall aufweist und zum anderen variabel gestaltbar ist.
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Der
Erfindung liegt die Kenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden
kann, indem die Karosseriestruktur einen modularen Aufbau aufweist, bei
dem zumindest einem Modul eine wesentliche Aufgabe zur Krafteinleitung
und Übertragung,
insbesondere bei einem Frontaufprall, zukommt.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß daher gelöst durch
eine Karosseriestruktur für
ein Kraftfahrzeug, die einen Vorderwagen mit einer Vorderseite der
Karosseriestruktur und einen Hinterwagen umfasst. Die Karosseriestruktur
zeichnet sich dadurch aus, dass diese aus mindestens zwei Modulen
besteht, wobei mindestens eines der Module einen Lastpfad bildet,
der sich von der Vorderseite der Karosseriestruktur bis in den Hinterwagen
der Karosseriestruktur erstreckt.
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Indem
bei der erfindungsgemäßen Karosseriestruktur
ein einziges Modul einen Kraft- beziehungsweise Lastpfad zur Verfügung stellt,
der eine Krafteinleitung beziehungsweise Kraftweiterleitung in den
Hinterwagen ermöglicht,
kann die bei einem Crash auftretende Kraft optimal in die Karosseriestruktur
eingeleitet und darin verteilt beziehungsweise weitergeleitet werden.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird bei der Erfindung der Lastpfad
bis in den Hinterwagen hineinreichend gebildet. Dies bedeutet, dass
der Lastpfad über
den vorderen Querträger
des Hinterwagens hinausreicht. Der Lastpfad wird dadurch verlängert und
eine Krafteinleitung in andere Komponenten des Hinterwagens als
den vorderen Querträger,
wie beispielsweise die seitlichen Längsträger oder Heckquerträger ermöglicht.
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Weiterhin
ermöglicht
der modulare Aufbau der Karosseriestruktur eine hohe Flexibilität bei der Gestaltung
der Karosseriestruktur. Der Lastpfad, der sich im Wesentlichen über die
gesamte Länge
der Karosseriestruktur erstreckt, wird durch ein einziges Modul
gebildet, sodass die Gestaltung der weiteren Module unabhängig von
den Anforderungen der Steifigkeit im Crashfall beziehungsweise unterstützend für die Steifigkeit
im Crashfall ausgebildet werden können.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst der Hinterwagen einen Heckquerträger und der Lastpfad erstreckt
sich bis zu dem Heckquerträger.
Hierdurch wird die Länge
des Lastpfades maximiert. Im Sinne der Erfindung kann der Lastpfad
insbesondere im Bereich des Hinterwagens zumindest teilweise auch durch
eine oder mehrere Komponenten gebildet werden, die nicht der Karosseriestruktur
zuzurechnen sind. Solche Komponenten können beispielsweise Zubehörteile,
wie die Reserveradmulde oder das Reserverad sein. In diesem Fall
ist der Lastpfad, der durch das Modul der Karosseriestruktur gebildet wird,
nach dem vorderen Querträger
des Hinterwagens unterbrochen und kann gegebenenfalls zwischen der
Aussparung beziehungsweise Unterbrechung und dem Heckquerträger durch
einen weiteren Teil der Karosseriestruktur, insbesondere einen Längsträger, weiter
geführt
werden.
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Das
Modul, das die Krafteinleitung bis zu dem Heckquerträger bewirken
soll, kann sich bis zu dem Heckquerträger erstrecken, oder mit einem
weiteren Bestandteil eines anderen Moduls für die Bildung des Lastpfades
zusammenwirken. Ein solcher Bestandteil eines anderen Moduls kann
beispielsweise eine Abstützung
in dem Hinterwagen oder ein Längsträger des
Hinterwagens sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform erstreckt
sich das Modul, das den Lastpfad bildet, der bis zu dem Heckquerträger reicht,
zur Mitte des Heckquerträgers.
Als Mitte des Heckquerfrägers
wird hierbei die Mitte des Heckquerträgers in Querrichtung der Karosseriestruktur
bezeichnet. Durch diesen Lastpfad kann ein gezielter Einleitungspunkt
im Heckbereich der Karosseriestruktur geschaffen werden. Im Gegensatz
zu Karosseriestrukturen des Standes der Technik, bei denen über Türschweller und
Längsträger des
Hinterwagens Lastpfade zu dem Heckquerträger führen, wird bei der Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Karosseriestruktur
ein einheitlicher Lastpfad zentral zur Mitte des Heckquerträgers geschaffen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
das Modul, das den Lastpfad zu dem Heckträger bildet, im vorderen Bereich
zwei Lastpfadebenen auf, wobei sich die Lastpfade in beiden Lastpfadebenen
von der Vorderseite der Karosserie aus vergabeln. Die Lastpfadebenen
sind übereinander
angeordnet. Durch diese Ausgestaltung der Karosseriestruktur wird
zum einen eine Verteilung der Kräfte
auf die zwei Lastpfadebenen gewährleistet.
Zum anderen erfolgt bei der erfindungsgemäßen Karosseriestruktur auf
beiden Lastpfadebenen eine Verteilung der eingeleiteten Kräfte. Hierdurch
kann eine gezielte Einleitung der Kräfte beziehungsweise Verteilung
der Lastpfade und Vereinigung von Lastpfaden aus den beiden Lastpfadebenen
gewährleistet
werden.
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Vorzugsweise
wird mindestens ein Lastpfad aus jeder der beiden Lastpfadebenen
in eine Tunnelstruktur der Karosseriestruktur eingeleitet. Auf diese Weise
kann die bei einem Crash auftretende Kraft in ein Bauteil eingeleitet
werden, das sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der
Fahrgastzelle zentral erstreckt. Indem zumindest ein Lastpfad aus
jeder der getrennt zur Verfügung
gestellten Lastpfadebenen in die Tunnelstruktur eingeleitet wird,
ist der Krafteinwirkungsort an der Vorderseite der Karosserie für den weiteren
Kraftverlauf und die gezielte Krafteinleitung unwesentlich. Vorzugsweise
führen vier
Lastpfade von der Vorderseite der Karosseriestruktur in die Tunnelstruktur.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform wird
zumindest einer der Lastpfade einer der Lastpfadebenen in den Bereich
der A-Säule
der Karosseriestruktur und mindestens ein weiterer Lastpfad einer der
Lastpfadebenen in den Türschweller
der Karosseriestruktur geleitet. Durch diesen Aufbau werden zusätzliche
Krafteinleitungspunkte in anderen Bauteilen der Karosseriestruktur,
die außer
dem Modul, das den Lastpfad bildet, vorgesehen sind, geschaffen.
Vorzugsweise wird der Lastpfad aus einer der Lastpfadebenen in den
Bereich der A-Säule
und ein Lastpfad aus der weiteren Lastpfadebene in den Bereich des
Türschwellers
eingeleitet. Hierdurch kann eine optimale Verteilung der Lastpfade
und eine gezielte Abstützung
des Moduls gegen die weiteren Bauteile der Karosseriestruktur gewährleistet
werden.
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Gemäß einer
weitern Ausführungsform
umfasst das Modul, das den Lastpfad bildet, den Vorderwagen, die
Tunnelstruktur und einen sich an die Tunnelstruktur rückwärtig anschließenden Längsträger Mitte.
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Durch
Einbeziehung eines Längsträgers Mitte
kann der Lastpfad durch die Komponenten eines einzigen Moduls bereitgestellt
werden. Durch diese Kombination wird die gesamte Karosseriestruktur wesentlich
flexibler hinsichtlich der Gestaltung weiterer Komponenten beziehungsweise
Module, wie beispielsweise dem Bodenmodul. Der Längsträger Mitte kann sich an die
Tunnelstruktur anschließen
und bis zum Heckquerträger
reichen. Es ist aber auch möglich,
dass der Längsträger Mitte
sich nur teilweise in den Hinterwagen erstreckt oder in dem Hinterwagen eine
Unterbrechung aufweist.
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Vorzugsweise
ist bei Verwendung eines Moduls, das den Lastpfad bildet, ein Hinterwagenmodul in
der Karosseriestruktur vorgesehen, das mindestens eine Abstützung für den Längsträger Mitte
umfasst. Durch das Vorsehen von Abstützungen für den Längsträger Mitte kann insbesondere
die Torsionssteifigkeit der gesamten Karosseriestruktur erhöht werden.
Hierdurch wird die Crashstabilität
der Karosseriestruktur verbessert. Weiterhin ist es möglich lediglich
Abstützungen
vorzusehen und den Längsträger Mitte
auszusparen. Diese Abstützungen
dienen dann als Abstützung
für die
Tunnelstruktur und bilden mit dieser zusammen die Fortsetzung des
Lastpfades, der sich in den Hinterwagen erstreckt.
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Die
mindestens eine Abstützung
für den Längsträger Mitte
verläuft
vorzugsweise schräg
zu der Längsrichtung
und der Querrichtung der Karosseriestruktur. Besonders bevorzugt
verläuft
die Abstützung
unter einem Winkel von größer als
0° und kleiner
als 90° Grad
zu der Längsrichtung
der Karosseriestruktur von der Vorderseite zu dem Heckquerträger. Durch
die schräge
Anordnung der Abstützungen
sind diese mit der Richtung des gebildeten Lastpfades ausgerichtet
und ermöglichen
eine Verzweigung des Lastpfades, der über den Längsträger Mitte verläuft. Der
Lastpfad kann an dieser Stelle daher auf seitliche Längsträger im Heckbereich
der Karosseriestruktur aufgespaltet werden.
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Die
erfindungsgemäße Karosseriestruktur kann
neben dem Modul, das den Lastpfad bildet, und einem Hinterwagenmodul
zusätzlich
ein Dachmodul und ein Bodenmodul umfassen. Das Dachmodul, das auch
als Aufbaumodul bezeichnet werden kann, umfasst hierbei im Wesentlichen
die die Fahrgastzelle bildenden Bestandteile der Karosserie, sowie
die Aufbauteile im Heckbereich, insbesondere für den Kofferraum. Das Bodenmodul
umfasst im Wesentlichen die Türschweller
sowie dazwischen vorgesehene Querträger. Durch diese weitere Einteilung
der Karosseriestrukturkomponenten in Module wird es möglich, unterschiedliche
Karosserievarianten durch einfachen Austausch einzelner Module zu
schaffen.
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Die
Module der erfindungsgemäßen Karosseriestruktur
sind gemäß einer
Ausführungsform
vorgefertigte Baugruppen. Da durch eines der Module bereits der
Lastpfad zwischen der Vorderseite der Karosseriestruktur und dem
Heckquerträger
vorgegeben ist, können
auch die weiteren Module in einem vorgeschalteten Fertigungsschritt
hergestellt werden und zur Fertigstellung der Karosseriestruktur
lediglich mit weiteren Modulen verbunden werden. Der Vorteil vorgefertigter
Baugruppen liegt hierbei darin, dass der Herstellungsprozess der
eigentlichen Karosseriestruktur minimiert wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren, die
mögliche
Ausführungsbeispiele
zeigen, erneut erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Karosseriestruktur;
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2:
eine Draufsicht auf die Karosseriestruktur gemäß 1;
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3: eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie
A-A in 1;
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4:
eine perspektivische Ansicht von drei Modulen gemäß einer
weiteren Ausführungsform;
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5:
eine Draufsicht auf die Module nach 4; und
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6:
eine Seitenansicht der Module nach 4.
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In 1 ist
eine schematische Darstellung einer Karosseriestruktur 1 gemäß der Erfindung
gezeigt. Die Karosseriestruktur 1 besteht hierbei aus einem
Modul 2, das den Vorderwagen und die Tunnelstruktur umfasst,
einem Bodenmodul 3, einem Hinterwagenmodul 4 sowie
einem Aufbau- bzw. Dachmodul 5. Das Dachmodul 5 umfasst
bei der dargestellten Ausführungsform
die Dachrahmen 6, insbesondere den Dachrahmen vorne und
hinten sowie den seitlichen Dachrahmen. Weiterhin umfasst das Aufbaumodul 5 die
B-Säule 7 sowie
die C-Säule 8. Schließlich bildet
der Heckaufbaubereich 9, der insbesondere den Kofferraum
abdeckt, einen weiteren Teil des Aufbaumoduls 5.
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In 2 ist
eine Draufsicht auf die Karosseriestruktur 1 gemäß 1 gezeigt.
Zur leichteren Erkennbarkeit ist bei dieser Ansicht das Aufbaumodul 5 nicht
dargestellt. Wie sich aus der 2 ergibt,
besteht das Bodenmodul 3 aus den Türschwellern 10, die
sich in Längsrichtung
erstrecken, sowie zumindest einem quer dazu verlaufenden Querträger 11. Das
Bodenmodul 3 kann mehr als einen Querträger 11 aufweisen,
was in 2 durch den gestrichelt angedeuteten Querträger 11 verdeutlicht
ist.
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Das
Hinterwagenmodul 4 besteht bei der dargestellten Ausführungsform
aus zwei Längsträgern 12 sowie
einem vorderen Querträger 13 und
einem Heckquerträger 14.
Weiterhin sind Schrägabstützungen 15 in
dem Hinterwagenmodul 4 vorgesehen. Diese erstrecken sich
von der Innenseite der Längsträger 12 zu
dem Querträger 13.
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Das
Modul 2, das den Lastpfad in der dargestellten Karosseriestruktur 1 bildet,
umfasst die Vorderwagenstruktur, die Tunnelstruktur 21 sowie
den Längsträger Mitte 24.
Im vorderen Bereich, das heißt im
Bereich des Vorderwagens, weist das Modul 2 zwei Längsträger oben 16 sowie
zwei Längsträger unten 17 auf.
Zwischen den Längsträgern oben 16 verlaufen
Querträger 18.
Entsprechende Querträger können auch
zwischen den Längsträgern unten 17 vorgesehen
sein. Im rückwärtigen Teil
der Längsträger 16, 17 weisen
diese jeweils Vergabelungen auf. Die oberen Längsträger 16 verzweigen
sich in eine Verbindung 19 in den Bereich der A-Säule (nicht
dargestellt) und eine Verbindung 20, zu der Tunnelstruktur 21.
Die unteren Längsträger 17 verzweigen
sich in eine Verbindung 22 zu dem Türschweller 10 und
ein Verbindung 23 zu der Tunnelstruktur 21. Diese
Verbindung 23 zu der Tunnelstruktur 21 lässt sich
insbesondere in 5 erkennen. An die Tunnelstruktur 21 schließt sich
im hinteren Bereich der Längsträger Mitte 24 an,
der sich bis zu dem Heckquerträger 14 erstreckt.
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Durch
den dargestellten erfindungsgemäßen Aufbau
wird insbesondere durch das Modul 2 ein durchgehender Lastpfad
von der Vorderseite der Karosseriestruktur 1 bis zum Heckquerträger 14 gebildet.
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Die
Vergabelungen beziehungsweise Aufspaltung der Längsträger 16, die den oberen
Bereich des Vorderwagens bilden, sind aus der oberen Lastebene 25 heraus
geneigt. Insbesondere sind die Verbindungen 19 und 20 nach
unten geneigt und verbinden die oberen Längsträger 16 mit dem Tunnel 21 beziehungsweise
mit dem unteren Längsträger 17, im
Bereich der A-Säule.
Die Vergabelung der unteren Längsträger 17 hingegen
verläuft
in der Ebene der Längsträger 17.
Diese Ebene wird im Folgenden auch als untere Lastebene 26 bezeichnet.
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Der
Verlauf der Verbindungen 20 und 23 ergibt sich
insbesondere aus der Schnittansicht in 3.
Wie sich aus dieser Schnittansicht entnehmen lässt, verlaufen die Verbindungen 20 und 23 von
den jeweiligen Längsträgern 16 beziehungsweise 17 sternförmig zu
der Tunnelstruktur 21. Die durch den Vorderwagen bei einem
Crash eingeleiteten Kräfte werden
daher über
die vier Lastpfade gleichmäßig in die
Tunnelstruktur 21 eingeleitet.
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In
den 4 bis 6 ist eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Karosseriestruktur
gezeigt.
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Der
Aufbau der Karosseriestruktur 1 entspricht im Wesentlichen
der in den schematischen Darstellungen der 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform.
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Allerdings
sind bei der Ausführungsform
in den 4 bis 6 weitere Abstützungen
zwischen einzelnen Komponenten einzelner Module vorgesehen. Insbesondere
ist zwischen dem Bereich der A-Säule,
auf den die Verbindung des oberen Längsträgers 17 gerichtet
ist, eine diagonale Abstützung 27 zu
der Tunnelstruktur 21 vorgesehen. Durch diese diagonale
Abstützung 27 wird
eine weitere Erhöhung der
Stabilität
der Gesamtkarosserie ermöglicht.
Auch in der in den 4 bis 6 dargestellten
Ausführungsform
sind zwischen den Längsträgern 12 des Hinterwagenmoduls 4 und
der Tunnelstruktur 21 Abstützungen 15 vorgesehen.
Darüber
hinaus sind weitere diagonale Abstützungen 28 zwischen
den Längsträgern 12 und
der Tunnelstruktur 21 vorgesehen, wobei diese sich von
dem vorderen Ende der Längsträger 12 erstrecken
und nach hinten in Richtung auf den Heckquerträger 14 gerichtet sind.
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Zum
einfachen Verständnis
sind bei den Ansichten der 4 bis 6 die
A-Säulen
schematisch gestrichelt angedeutet.
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Durch
die vorliegende Erfindung wird zum einen eine hohe Flexibilität aufgrund
des modularen Aufbaus der Karosseriestruktur ermöglicht. Zum anderen kann durch
die Anordnung der Lastpfade in der erfindungsgemäßen Karosseriestruktur insbesondere
im Bereich der Längsträger vorne
und des Tunnels eine höhere
Karosseriesteifigkeit und Crashsicherheit erzielt werden, als dies
mit aktuellen Karosseriestrukturen möglich ist. Diese erhöhte Karosseriesteifigkeit
und Crashsicherheit wird insbesondere durch das Zusammenfassen des
Vorderwagens mit der Tunnelstruktur erzielt. Der sich an die Tunnelstruktur anschließende Längsträger erhöht darüber hinaus die
Torsionssteifigkeit und damit die Crashsicherheit der Karosserie.