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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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In der
FR 27 30 972 A1 wird ein Kraftfahrzeug-Chassis beschrieben, das aus einer Frontstruktur, einem zweiten Chassis sowie einer Fahrgastzelle besteht. Die Fahrgastzelle weist hierbei eine vordere Schutzstruktur, eine seitliche Struktur, sowie eine hintere Schutzstruktur auf. Hierdurch soll eine Karosseriestruktur geschaffen werden, bei der ein Austausch von einzelnen Bauteilen nach einem Crash auf einfache Weise erfolgen kann.
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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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Weiterhin ist in der
DE 102 55 968 A1 eine heckseitige Unterbaustruktur beschrieben. Hierbei ist ein Hecklängsträger vorgesehen, der sich von der an der Rückseite eines Getriebetunnels abstützt. Auch bei diesem Längsträger ist der geschaffene Lastpfad zur Krafteinleitung verhältnismäßig gering. Zudem wird mittels dieser Unterbaustruktur die gesamte auf den Hecklängsträger wirkende Kraft in den Getriebetunnel eingeleitet.
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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 durch ein einziges Modul ein Lastpfad gebildet wird, der sich von der Vorderseite der Karosseriestruktur bis in den Hinterwagen der Karosseriestruktur erstreckt, das Modul im vorderen Bereich zwei Lastpfadebenen aufweist und sich die Lastpfade in beiden Lastpfadebenen von der Vorderseite der Karosseriestruktur aus vergabeln und durch jede der Vergabelungen eine Verbindung zu der Tunnelstruktur gebildet wird.
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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 Heckquerträgers 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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Erfindungsgemäß 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. 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.