DE102006052992A1 - Frame structure for motor vehicle i.e. passenger car, has two parallel sillboards provided on sides of tunnel, and dashboard cowl provided with closing plate, which is directly connected with sillboards and tunnel - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft den Unterboden einer selbsttragenden Kraftfahrzeugkarosserie, beispielsweise derjenigen eines Pkw.The The invention relates to the underbody of a self-supporting motor vehicle body, for example, that of a car.
Eine selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserie besitzt einen die Fahrgastzelle nach unten hin abschließenden Unterboden, der über Hochstreben, meist A-, B- und C-Säule genannt, mit dem Dach verbunden ist. Der Unterboden selbst besteht aus mehreren Modulen, die herkömmlicherweise als Blechteile im Rahmen der Fertigung zusammengeschweißt werden. Hierzu gehören unter anderem die Seitenschweller, Sitzquerträger, Sitzauflagen und der Tunnel. Zwischen diesen sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Modulen befinden sich Bodenplatten, nämlich im vorderen Karosseriebereich, d.h. in etwa unter den Vordersitzen, ein Boden vorne auf beiden Seiten des Tunnels, im mittleren Karosseriebereich hinter dem Fersenblech der Boden hinten und im hinteren Karosseriebereich hinter dem Hinterachsquerträger die Verlängerung Boden hinten mit der Reserveradmulde.A Self-supporting motor vehicle body has a passenger compartment concluding at the bottom Underbody that over High struts, usually called A-, B- and C-pillars, connected to the roof. The subsoil itself consists of several Modules, traditionally be welded together as sheet metal parts in the course of production. These include Among other things, the side skirts, seat cross member, seat pads and the tunnel. Between these extending in the vehicle longitudinal direction modules are floor plates, namely in the front body area, i. in about the front seats, a floor in front on both sides of the tunnel, in the middle of the body behind the heel plate the bottom back and in the rear body area behind the rear axle crossbeam the extension Ground behind with the spare wheel well.
Aus dem Karosseriebau ist insbesondere bei LKWs und Geländewagen ein Leiterrahmen bekannt. Hierbei handelt es sich um ein konstruktiv einfaches und stabiles Fahrgestell, das Träger für eine Karosserie ist. Die Karosserie wird auf den Leiterrahmen aufgesetzt und mit diesem verschraubt und verschweißt.Out The body shop is especially in trucks and SUVs a ladder frame known. This is a constructive simple and stable chassis that supports a body. The Body is placed on the ladder frame and bolted to it and welded.
Das D-LFT-Verfahren, auch Direkt-LFT-Verfahren genannt, ist ein allgemein bekanntes Verfahren der Kunststoffverarbeitung. LFT steht für langfaserverstärkter Kunststoff. Beim D-LFT Verfahren wird in einem Extruder eine Matrix aus einem thermoplastischen Kunststoff plastifiziert und in einem Mischer mit auf Länge gekürzten Endlosfasern vermengt. Das faserhaltige Plastifikat wird dann (direkt) in Form gepresst. Das Ergebnis ist ein Faser-Kunststoff-Verbund mit einer Kunststoffmatrix, in dem die Langfasern eingebettet sind. Bedingt durch den Extrudereinsatz kann die Faserlänge allgemein zwischen 1 mm und 50 mm betragen.The D-LFT method, also called direct-LFT method, is a general one known method of plastics processing. LFT stands for long fiber reinforced plastic. When D-LFT process in an extruder is a matrix of a thermoplastic plastic and plasticized in a mixer with on length shortened Endlosfasern mixed. The fibrous plasticizer is then (directly) pressed into shape. The result is a fiber-plastic composite with a plastic matrix in which the long fibers are embedded. Due to the extruder insert, the fiber length can be general between 1 mm and 50 mm.
Es ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung, eine selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserie mit geringem Gewicht bereitzustellen.It is an object of an embodiment of the Invention, a self-supporting motor vehicle body with low To provide weight.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.The solution This object is achieved by the features of the independent claims. advantageous Developments and other embodiments result dealing with the characteristics of dependent Claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Rahmenstruktur für den Unterboden einer selbst tragenden Kraftfahrzeugkarosserie, beispielsweise einer selbsttragenden Pkw-Karosserie. Diese umfasst einen länglichen Tunnel und zwei hierzu parallele Schweller auf beiden Seiten des Tunnels. Weiterhin besitzt die Rahmenstruktur einen Stirnwandquerträger mit Schließblech, der direkt mit beiden Schwellern und dem Tunnel verbunden ist.One The first aspect of the invention relates to a frame structure for the Underbody of a self-supporting motor vehicle body, for example a self-supporting car body. This includes an elongated Tunnel and two parallel sills on both sides of the Tunnel. Furthermore, the frame structure has an end wall cross member with Strike plate, which is directly connected to both sills and the tunnel.
Die Rahmenstruktur dient der Aufnahme der Bodenbeplankung und hierbei auch der Aufnahme des Bodens vorne. Der Tunnel der Rahmenstruktur kommt beim Fahrzeug zentral in Fahrzeuglängsrichtung zu liegen und die Schweller verlaufen außen auf beiden Seiten des Tunnels. Im vorderen Bereich des Bodens vorne ist dieser vom Tunnel, von einem Schweller sowie dem Stirnwandquerträger eingefasst. In Fahrzeuglängsrichtung weiter hinten ist das quer zum Tunnel verlaufende Fersenblech einerseits mit dem Tunnel und andererseits über je einen Knoten mit den Schwellern verbunden. Dadurch wird der Boden vorne über seinen gesamten Umfang von der Rahmenstruktur eingefasst. Mangels des im Stand der Technik üblichen Vertikalversatzes zwischen den Schwellern und dem Stirnwandquerträger ist es auf diese Weise möglich, einen Boden vorne zu wählen, der mit der ihn einfassenden Rahmenstruktur verbunden ist. Der Boden vorne kann aus Blech oder aus Kunststoff bestehen. Die letztgenannte Wahl führt zu einer beachtlichen Gewichtsersparnis bei gleichbleibender Strukturstabilität für den Fall eines Frontal- oder Seitenaufpralls. Die statische Stabilität und das Ermüdungsverhalten werden durch die Rahmenstruktur im gleichen Maße wie bei einer Karosserie nach dem Stand der Technik gewährleistet. Die Gewichtsersparnis führt zu einem geringeren Kraftstoffbedarf des Fahrzeugs und damit zu einer geringeren Umweltbelastung durch Emissionen.The Frame structure serves to accommodate the Bodenbeplankung and this also the inclusion of the ground in front. The tunnel of the frame structure is coming to lie in the vehicle centrally in the vehicle longitudinal direction and the Sills run outwards on both sides of the tunnel. In the front area of the floor in front This is bordered by the tunnel, a sill and the end wall cross member. In vehicle longitudinal direction further back, the heel plate running transversely to the tunnel is on the one hand with the tunnel and on the other hand one node each connected to the sills. This will make the floor over in front its entire scope framed by the frame structure. for lack of of the usual in the art Vertical offset between the sills and the end wall cross member is it in this way possible, to choose a bottom front, the is connected to the frame structure enclosing it. The floor front can be made of sheet metal or plastic. The latter Choice leads to a considerable weight savings with constant structural stability for the case a frontal or Side impact. The static stability and the fatigue behavior are made by the frame structure to the same extent as in a body guaranteed in the prior art. The weight savings leads to a lower fuel consumption of the vehicle and thus to a lower environmental impact through emissions.
Bei einer zweiten Ausführungsform ist der Stirnwandquerträger mit einem Boden vorne aus einem faserverstärkten Kunststoff verklebt. Bezugnehmend auf die Ausführungen des letzten Absatzes kann der Boden vorne zusätzlich mit dem Tunnel, einem quer zum Tunnel verlaufenen Fersenblech sowie einem Schweller verklebt sein. Der Boden vorne aus faserverstärktem Kunststoff mindert, wie oben ausgeführt, das Karosseriegewicht erheblich. Die Gewichtsersparnis wird dabei nicht, wie ausdrücklich hervorgehoben werden soll, mit einer herabgesetzten Strukturstabilität für den Fall eines Frontal- oder Seitenaufpralls erkauft. Weiterhin kann eine Unterbodenverkleidung zur Verbesserung des aerodynamischen Verhaltens eingespart werden bzw. ist der Boden vorne die Unterbodenverkleidung selbst.at a second embodiment is the front wall cross member glued to a floor in front of a fiber-reinforced plastic. Referring to the embodiments of the last paragraph, the ground front can be in addition to the tunnel, a Glued crosswise to the tunnel heel plate and a sill be. The floor in front of fiber-reinforced plastic reduces how stated above the body weight considerably. The weight savings will be there not, as explicitly stated should be, with a reduced structural stability for the case bought a frontal or side impact. Furthermore, a Underbody paneling to improve aerodynamic behavior be saved or is the floor in front of the underbody paneling even.
Der Boden vorne ist weitgehend eben ausgebildet, weil es keinen Vertikalversatz zwischen Schweller und Stirnwandquerträger gibt. Weitgehend eben soll hier bedeuten, dass der genannte Vertikalversatz weniger als die halbe Schwellerhöhe ist. Die insofern besonders einfache Geometrie vereinfacht die Herstellung des Bodens vorne und seine Montage.The bottom front is largely flat, because there is no vertical offset between the sill and end wall cross member. To be largely flat here means that said vertical offset is less than half the height of the sill. The simplified particularly simple geometry the production of the floor in front and its assembly.
Bei weiteren Ausführungsformen besitzt die Rahmenstruktur eine zumindest teilweise im D-LFT-Verfahren hergestellten Boden vorne. Der Boden vorne besteht inso fern zumindest teilweise aus einem faserverstärkten, insbesondere langfaserverstärkten Kunststoff.at further embodiments has the frame structure at least partially in the D-LFT method manufactured floor in front. The bottom front is in the far distance at least partially made of a fiber-reinforced, especially long fiber reinforced Plastic.
Der im D-LFT-Verfahren gefertigte Boden vorne hat, bei gleicher Strukturstabilität für den Fall eines Frontal- oder Seitenaufpralls, im Vergleich zu einem herkömmlichen, aus Blech bestehenden Boden vorne ein geringeres Gewicht bei nur maßvoll höheren Kosten. Umgekehrt bietet dieser Boden vorne die Möglichkeit, die zunehmend schärferen Anforderungen an Kfz-Karosserien bzgl. ihrer Strukturstabilität bei Seiten- oder Frontalaufpralltests, z.B. solche nach Euro-NCAP, leichter zu erfüllen. Dies gelingt bei gleichem Gewicht zum Beispiel dadurch, dass mehr höherfeste Stähle in hinreichender Materialstärke mit dem leichten, im D-LFT-Verfahren gefertigten Boden vorne kombiniert werden.Of the In the D-LFT process manufactured bottom front has the same structural stability in the case of one Frontal or side impact, compared to a conventional, made of sheet metal bottom front lower weight at only moderate higher Costs. Conversely, this floor offers the possibility of the increasingly keener Requirements for motor vehicle bodies with regard to their structural stability in lateral or frontal impact tests, e.g. such after Euro-NCAP, easier to fulfill. This succeeds at the same weight, for example, by the fact that more high-strength steels in sufficient material thickness combined with the lightweight ground in the D-LFT process become.
Ausführungsformen des Bodens vorne haben eine Bodenplatte mit Glasfasern, Kohlefasern oder Naturfasern. Auch hochfeste Aramidfasern, wie sie im Sicherheitsbereich Verwendung finden, können für den Boden vorne verwendet werden.embodiments of the bottom front have a bottom plate with glass fibers, carbon fibers or Natural fibers. Also high-strength aramid fibers, as in the security sector Can find use for the Floor to be used in front.
Experimente haben ergeben, dass sich bei Ausführungsformen, bei denen die durchschnittliche Faserlänge zwischen 20 mm und 40 mm betrug, die Bodenplatte zum einen im D-LFT-Verfahren gut herstellen lässt und sich andererseits über die Fasern eine Strukturstabilität erzielen lässt, die genauso gut oder besser als diejenige von Blechausführungen ist. Beste Ergebnisse ergaben sich bei Faserlängen von etwa 1 Zoll (25,4 mm). Bei kleineren Faserlängen, die in den einstelligen Millimeterbereich gehen, nimmt die Strukturverstärkung durch die Fasern zunehmend ab, wohingegen sich längere Fasern im Extruder zunehmend schlechter verarbeiten lassen.experiments have shown that in embodiments in which the average fiber length between 20 mm and 40 mm, the base plate on the one hand in the D-LFT process good to make and on the other hand about the fibers have a structural stability achieve, as good or better than sheet metal is. Best results were obtained at fiber lengths of about 1 inch (25.4 mm). For smaller fiber lengths, which go in the single-digit millimeter range, undergoes the structural reinforcement the fibers increasingly, whereas longer fibers in the extruder increasingly worse processing.
In einer weiteren Ausführungsform wird als Material Polyamid (abgekürzt: PA) oder Polypropylen (abgekürzt: PP) gewählt. Bei Polyamid ist es wegen dessen guter Temperaturstabilität möglich, die Karosserie mit montiertem Boden vorne durch eine Lackierstraße zu führen, ohne dass sie temperaturbedingt Schaden nimmt. Auf diese Weise müssen etablierte Prozessabläufe, die sich bei der Fertigung von Blechkarosserien herausgebildet haben, nicht verändert werden. Dies vermeidet Zusatzkosten, die sonst durch eine Umstellung der Fertigungsabläufe entstünden. Polypropylen ist ein preiswerteres Material als Polyamid und macht es wegen einer geringeren Temperaturstabilität erforderlich, den Boden vorne nach dem Durchlaufen der Lackierstraße einzubauen. Der Einbau erfolgt zum Beispiel durch Verkleben.In a further embodiment is used as material polyamide (abbreviated: PA) or polypropylene (abbreviated: PP) selected. For polyamide, it is possible because of its good temperature stability, the Carry body with mounted floor in front through a painting line, without that it is damaged by temperature. In this way, must be established Processes, that have emerged in the manufacture of sheet metal bodies, not changed become. This avoids additional costs that otherwise result from a changeover the production processes would arise. Polypropylene is a cheaper material than polyamide and power it is necessary because of lower temperature stability, the ground forward passing through the painting line install. The installation is done, for example, by gluing.
Weitere Ausführungsformen des Bodens vorne haben einen Faseranteil zwischen 20 Gew% und 40 Gew%. Gute Ergebnisse wurden insofern mit PA6.6/GF30 bzw. PP/GF30 erzielt. Der genannte Faseranteil ist hierbei ein Kompromiss. Unter 20 Gew% ist die Stabilität der Bodenplatte unbefriedigend. Bei über 40 Gew% wird die Bodenplatte zu schwer, wobei sich gleichzeitig ihre Herstellbarkeit verschlechtert.Further embodiments of the bottom front have a fiber content between 20% by weight and 40 Wt%. In this respect, good results have been achieved with PA6.6 / GF30 or PP / GF30 achieved. The mentioned fiber content is a compromise here. Under 20% by weight is the stability the bottom plate unsatisfactory. At over 40% by weight, the bottom plate becomes too heavy, at the same time their manufacturability deteriorates.
Eine Ausgestaltung der Rahmenstruktur sieht ferner einen Boden vorne vor, der formschlüssig mit einer Sitzbefestigung aus Kunststoff verbunden ist. Mit der sich damit ergebenden einteiligen Ausbildung von Boden vorne und Sitzbefestigung werden Montageschritte eingespart, was die Herstellungskosten mindert und die Herstellungszeit verkürzt. Gleichzeitig haben dadurch die Montagelöcher für die Sitzbefestigung eine wohl definierte Position mit engen Toleranzen, was bei der konventionellen Blechbauweise nicht der Fall ist. Dies bedingt eine vereinfachte Montage der Fahrzeugsitze. Durch die einteilige Ausbildung lässt sich auch weitergehend eine Funktionsintegration vornehmen, und zum Beispiel verschiedene Befestigungselemente wie Sitzauflagen etc. mit in den Boden vorne integrieren.A Design of the frame structure also provides a floor in front before, the form-fitting with a seat attachment made of plastic is connected. With the himself thus resulting in one-piece training of floor front and seat attachment Assembly steps are saved, which reduces the manufacturing cost and the production time is shortened. simultaneously have thereby the mounting holes for the Seat attachment a well-defined position with tight tolerances which is not the case with conventional sheet metal construction. This requires a simplified installation of the vehicle seats. By the one-piece Training leaves Continue to make a functional integration, and For example, various fasteners such as seat pads etc. integrate into the ground in front.
Es ist auch möglich, die Sitzbefestigung zusammen mit der Bodenplatte im D-LFT-Verfahren herzustellen und so die Bodenplatte und die Sitzbefestigung einfach und preiswert in einem Arbeitsgang herzustellen.It is possible, too, make the seat attachment together with the base plate in the D-LFT process and so the bottom plate and the seat attachment easy and inexpensive to produce in one operation.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Stirnwandquerträger mit dem Schweller und/oder dem Tunnel verschweißt oder stanzgenietet. Die Anbindung des Stirnwandquerträgers an Schweller und Tunnel ist also direkter Art und erfolgt über etablierte Bearbeitungsverfahren.In a further embodiment is the front wall cross member welded or punched riveted to the sill and / or tunnel. The Connection of the end wall cross member sills and tunnels are therefore of a direct nature and take place via established processing methods.
Ferner kann vorgesehen sein, dass als Schweller ein Strangpressprofil gewählt ist. Dieses Profil ist einteilig und geschlossen und erfordert zu seiner Herstellung weniger Fügeoperationen als das häufig eingesetzte zweiteilige Hutprofil mit Schließblech.Further can be provided that an extruded profile is selected as a sill. This profile is one-piece and closed and requires to its Production of few joining operations as that often used two-part hat profile with strike plate.
Bei einer weiteren Ausführungsform besteht die Rahmenstruktur aus einem Stahl mit einer Streckgrenze von mindestens 600 MPa. Es handelt sich insofern um einen hoch- bis höchstfesten Stahl, der die gegenüber dem Stand der Technik geringere Strukturstabilität eines aus Kunststoff bestehenden Bodens vorne kompensieren hilft.at a further embodiment the frame structure consists of a steel with a yield strength of at least 600 MPa. It is therefore a high to the highest strength Steel, the opposite the prior art lower structural stability of a plastic existing Compensate for ground front helps.
Für die Rahmenstruktur können ferner zwei Knoten aus Aluminiumdruckguss zur Anbindung des Bodens hinten vorgesehen sein, die jeweils mit dem Fersenblech und einem Schweller verbunden sind. Der im Vakuralgussverfahren hergestellte Knoten ist schweißbar und kann daher zum Beispiel mittels Reibrührschweißen, aber auch mittels Stanznieten mit den Stahlkomponenten der Rahmenstruktur verbunden werden.For the frame structure may also be provided two nodes of die-cast aluminum for connection of the bottom behind, each with the Heel plate and a sill are connected. The node produced in the Vakuralgussverfahren is weldable and can therefore be connected, for example by means of friction stir welding, but also by means of punch rivets with the steel components of the frame structure.
Ferner kann eine Ausführungsform gewählt werden, bei der als Knoten Aluminiumdruckgussknoten vorgesehen sind und bei der die Aluminiumdruckgussknoten mit jeweils einem geschlossenen Profil verbunden sind. Die zwei geschlossenen Profile fassen dann eine Verlängerung Boden hinten aus einem faserverstärkten Kunststoff ein. Das geschlossene Profil bietet der Verlängerung Boden hinten eine nach oben geschlossene Auflagefläche zum Abstützen an, mit der der Boden hinten verklebt werden kann. Hierbei gewährleistet es bei geringem Materialeinsatz eine hohe Steifigkeit. Als Profil kann ein Mehreckprofil, bspw. ein Achteckprofil, gewählt werden.Further can be an embodiment to get voted, in which are provided as node aluminum die-cast nodes and in which the die-cast aluminum nodes each with a closed Profile are connected. The two closed profiles then summarize an extension Bottom of a fiber-reinforced plastic. The closed profile offers the extension Ground behind a closed up support surface for support on, with the bottom can be glued behind. Guaranteed It provides a high rigidity with low material usage. As a profile a polygonal profile, for example an octagonal profile, can be selected.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Rahmenstruktur nach einem der obigen Ausführungsformen.One Another aspect of the invention relates to a self-supporting motor vehicle body with a frame structure according to any one of the above embodiments.
Ferner bezieht sich ein Aspekt der Erfindung auf ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Pkw, mit einer selbsttragenden Karosserie gemäß letztem Absatz.Further An aspect of the invention relates to a motor vehicle, in particular a car, with a self-supporting bodywork according to last Paragraph.
Weitere Merkmale und Vorteile der beanspruchten Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar, die nachfolgend als nicht beschränkende Beispiele angegeben sind. Hierbei soll die Benutzung von Bezugszeichen in den Figuren nicht dahingehend verstanden werden, dass die Bezugszeichen den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung einschränken sollen. Es zeigen:Further Features and advantages of the claimed invention will be apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings recognizable, which are given below as non-limiting examples are. Here, the use of reference numerals in the figures not to be understood that the reference numerals denote To limit the scope of the claimed invention. Show it:
Die
Rahmenstruktur
Die
Rahmenstruktur
Die
Metallverstärkung
Die
im D-LFT-Verfahren hergestellten Module Boden vorne
Obwohl vorstehend konkrete Ausführungsformen beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass die Beschreibung dieser Ausführungsformen nicht zum Zweck hat, die Erfindung in der angegebenen Form zu beschränken. Die Erfindung soll vielmehr alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfassen, die in den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung fallen.Even though above specific embodiments The person skilled in the art will recognize that the description these embodiments does not have the purpose to limit the invention in the form specified. The Rather, the invention is intended to cover all modifications, equivalents and alternatives which fall within the scope of the claimed invention.
- 11
- Rahmenstrukturframe structure
- 22
- Tunneltunnel
- 33
- Schwellersill
- 44
- Schwellersill
- 55
- StirnwandquerträgerDash cross member
- 66
- Fersenblechheel plate
- 77
- Öffnungopening
- 88th
- Öffnungopening
- 99
- Achteckprofiloctagonal profile
- 1010
- AluminiumdruckgussknotenDie-cast nodes
- 1111
- AluminiumdruckgussknotenDie-cast nodes
- 1212
- Auflageflächebearing surface
- 1313
- Boden vorneground ahead
- 1414
- Bodenplattebaseplate
- 1515
- Sitzbefestigungseat attachment
- 1616
- Metallverstärkungmetal reinforcement
- 1717
- Boden hintenground behind
- 1818
- Schließblechstriking plate
- PP
- Pfeilarrow
Claims (18)
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