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Die
Erfindung betrifft ein Karosseriemodul für eine Karosseriestruktur
eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zur
Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen bzw.
von Verbundwerkstoffen ist aus dem Stand der Technik das so genannte
RTM-Verfahren (RTM: Resin Transfer Moulding bzw. Harz-Injektionsverfahren)
bekannt. Ein RTM-Prozess beginnt mit dem Einlegen von Verstärkungsfasern
bzw. von Armierungsmaterialien in eine Werkzeugform. Die Verstärkungsfasern
können beispielsweise als Gewebe, Gewirke, Vliese, Gitter
Matten usw. ausgeführt sein, die beispielsweise aus Glas-,
Kunststoff-, Natur- und/oder Kohlefasern hergestellt sind. Für
Sandwich-Konstruktionen können Kernwerkstoffe wie Polyurethanschaum,
PVC-Schaum, Balsaholz usw. verwendet werden. Nach dem Einlegen der
Verstärkungsfasern wird die Werkzeugform geschlossen und
ein Harz-Härtergemisch wird über einen oder mehrere
Injektoren in die Werkzeugform eingespritzt. Zuvor kann auch ein
Vakuum in der Werkzeugform erzeugt werden, um den Fluss des Harz-Härtergemisches
zu verbessern. Die Aushärtung des Harz-Härtergemisches
kann durch Beheizen der Werkzeugformen beschleunigt werden. Neben
den verschiedenen Verstärkungsfaserwerkstoffen und Sandwichwerkstoffen
können beim RTM-Verfahren auch unterschiedliche Harzsysteme,
wie z. B. Polyester-, Venylester-, Epoxid- oder Phenol-Harze, verwendet
werden. Das RTM-Verfahren ermöglicht insbesondere die Herstellung
von Teilen mit komplexer Geometrie.
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In
der Gebrauchsmusterschrift
DE
299 24 726 U1 wird ein Verbundbauteil für Fahrzeugkarosserien
beschrieben. Das beschriebene Verbundbauteil definiert abschnittsweise
die Außenfläche des Fahrzeugs und ist insbesondere
als großflächiges Verbundbauteil in Form eines
Fahrzeugdachs, einer Tür, einer Klappe oder eines Deckels
ausgeführt. Das beschriebene Verbundbauteil umfasst eine
vor dem Schäumen separat tiefgezogene Außenhaut
und eine auf der Innenseite der Außenhaut aufgeschäumte
Kunststoffschicht. Die tiefgezogene Außenhaut ist an den
Rändern rahmenlos ausgebildet und mit einer umlaufenden
Aufkantung versehen. Zudem ist über den gesamten Flächenbereich
der Außenhaut eine an sich nicht steife Armierung aus ungeordneten
Fasern, insbesondere Glasfasern, vorgesehen, mit denen der Kunststoff
beladen ist, wobei die ungeordneten Fasern den Elastizitätsmodul
der geschäumten Kunststoffschicht erhöhen. Die
Armierung umfasst beispielsweise nichteigensteife bzw. biegeschlaffe
Gewebe, Gewirke, Vlie se, Gitter Matten usw., die beispielsweise
aus Glas-, Kunststoff- und/oder Kohlefasern hergestellt sind.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Karosseriemodul für eine Karosseriestruktur
eines Kraftfahrzeugs mit einem geringen Gewicht anzugeben, das schnell
und einfach hergestellt werden kann.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung eines
Karosseriemoduls für eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs
mit den Merkmalen der Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß sind
mindestens zwei Rahmenteile eines Karosseriemoduls für
eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs als Vor-Formteile aus
einem Verstärkungswerkstoff aufgebaut, durch einen RTM-Prozess
durchgeharzt und zu einer einstückigen Unterbaugruppe des
Karosseriemoduls verbunden. Die mindestens zwei Rahmenteile werden
zur Durchführung des RTM-Prozesses in ein Werkzeug eingelegt.
Durch die Verwendung des RTM-Prozesses können in vorteilhafter
Weise verschiedene Karosseriemodule mit einem geringen Gewicht schnell
und einfach hergestellt werden.
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In
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Karosseriemoduls
können an entsprechenden Verbindungsstellen zwischen mindestens
zwei Rahmenteilen zusätzliche Verstärkungselemente
in die mindestens zwei Rahmenteile eingelegt werden, welche die
korrespondierende Verbindungsstelle überlappen. Die Vor-Formteile
und/oder die Verstärkungselemente sind beispielsweise als
Kohlefasern und/oder Glasfasern ausgeführt. Zudem können
die Vor-Formteile und/oder die Verstärkungselemente als
Flecht- und/oder Winkelprofile ausgeführt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Karosseriemoduls
ist eine erste Unterbaugruppe beispielsweise als u-förmiger
einstückiger Scheibenrahmen ausgeführt, der einen
ersten seitlichen Dachrahmen und einen zweiten seitlichen Dachrahmen
umfasst, die über einen Scheibenquerträger miteinander
verbunden sind. Die Anbindung des Scheibenquerträgers an
die beiden seitlichen Dachrahmen erfolgt an entsprechenden Verbindungsstellen
in einem unteren Bereich der beiden seitlichen Dachrahmen. Durch
die Verwendung des Scheibenquerträgers wird in vorteilhafter
Weise eine Abstützbasis der seitlichen Dachrahmen auf einer unteren
Karosseriestruktur vergrößert, so dass auf die
seitlichen Dachrahmen wirkende Kräfte besser auf die untere
Karosseriestruktur übertragen werden können. Solche
Kräfte können beispielsweise bei einem Überschlag
des Fahrzeugs durch eine korrespondierende Dacheindrückung
hervorgerufen werden.
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Alternativ
kann eine zweite Unterbaugruppe als geschlossener einstückiger
Scheibenrahmen ausgeführt werden, der zusätzlich
zur ersten Unterbaugruppe einen vorderen Dachquerträger
umfasst, der in einem oberen Bereich der beiden seitlichen Dachrahmen
an entsprechenden Verbindungsstellen an die beiden seitlichen Dachrahmen
angebunden ist. Die zweite Unterbaugruppe kann beispielsweise als
Scheibenrahmenmodul bei einem Cabriolet verwendet werden.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Karosseriemoduls
ist eine dritte Unterbaugruppe als einstückige Dachstruktur
ausgeführt, die den ersten seitlichen Dachrahmen und den
zweiten seitlichen Dachrahmen umfasst, die über den vorderen
Dachquerträger und über einen hinteren Dachquerträger
miteinander verbunden sind. Die Anbindung des vorderen Dachquerträgers
an die beiden seitlichen Dachrahmen kann an entsprechenden Verbindungsstellen
in einem oberen vorderen Bereich der beiden seitlichen Dachrahmen
erfolgen. Die Anbindung des hinteren Dachquerträgers an
die beiden seitlichen Dachrahmen kann an entsprechenden Verbindungsstellen
in einem oberen hinteren Bereich der beiden seitlichen Dachrahmen
erfolgen. Zudem kann die dritte Unterbaugruppe ein Verstärkungselement
umfassen, das den vorderen Dachquerträger und den hinteren
Dachquerträger miteinander verbindet. Das Verstärkungselement
verläuft im Wesentlichen parallel zu den beiden seitlichen
Dachrahmen und ist an entsprechenden Verbindungsstellen an den vorderen
Dachquerträger und den hinteren Dachquerträger
angebunden ist. Das Verstärkungselement erhöht
in vorteilhafter Weise die Steifigkeit und Stabilität der
Dachstruktur. Zusätzlich oder alternativ kann die dritte
Unterbaugruppe zur Vergrößerung der Abstützbasis
der seitlichen Dachrahmen auf der unteren Karosseriestruktur den
Scheibenquerträger umfassen, der an entsprechenden Verbindungsstellen
in einem unteren Bereich an die beiden seitlichen Dachrahmen angebunden
ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der dritten Unterbaugruppe wird eine Dachaußenhaut
als Formteil aus einem Verbundwerkstoff hergestellt. Die Dachaußenhaut
kann beispielsweise in einem RTM-Prozess gemeinsam mit der dritten
Unterbaugruppe durchgeharzt und zu einem einstückigen Dachmodul
verbunden werden. Alternativ kann die Dachaußenhaut mit der
dritten Unterbaugruppe verklebt werden, um ein einstückiges
Dachmo dul zu bilden. Durch die getrennte Fertigung der Dachaußenhaut
und dem anschließenden Verkleben der Dachaußenhaut
mit der dritten Unterbaugruppe, kann die Dachaußenhaut mit
einer hohen Oberflächenqualität hergestellt werden,
die durch den Klebeprozess nicht negativ beeinflusst wird.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Perspektivdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
eines Karosseriemoduls,
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2 eine
schematische Querschnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels
des Karosseriemoduls aus 1,
-
3 eine
schematische Perspektivdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines Karosseriemoduls, und
-
4 eine
schematische Perspektivdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels
eines Karosseriemoduls.
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Wie
aus 1 und 2 ersichtlich ist, ist ein erstes
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Karoseriemoduls als u-förmiger einstückiger Scheibenrahmen 1 ausgeführt,
der einen ersten seitlichen Dachrahmen 2.1 und einen zweiten
seitlichen Dachrahmen 2.2 umfasst, die über einen
Scheibenquerträger 3 miteinander verbunden sind.
Die Anbindung des Scheibenquerträgers 3 an den
ersten seitlichen Dachrahmen 2.1 erfolgt an einer ersten
Verbindungsstelle 3.1 in einem unteren Bereich des ersten seitlichen
Dachrahmens 2.1. Die Anbindung des Scheibenquerträgers 3 an
den zweiten seitlichen Dachrahmen 2.2 erfolgt an einer
zweiten Verbindungsstelle 3.2 in einem unteren Bereich
des zweiten seitlichen Dachrahmens 2.2. Die drei Rahmenteile 2.1, 2.2 und 3 werden
bei der Herstellung des Karosseriemoduls als Vor-Formteile aus einem
Verstärkungswerkstoff in eine entsprechende Werkzeugform eingelegt,
durch einen RTM-Prozess durchgeharzt und zum u-förmigen
einstückigen Scheibenrahmen 1 verbunden. Zur Verstärkung
der beiden Verbindungsstellen 3.1, 3.2 des Scheibenquerträgers 3 mit
den beiden seitlichen Dachrahmen 2,1 und 2.2 werden
an der ersten bzw. zweiten Verbindungsstelle 3.1 bzw. 3.2 zusätzliche
Verstärkungselemente so in die Rahmenteile 2.1 und 3 bzw. 2.2 und 3 eingelegt,
dass sie die Verbindungsstellen 3.1 bzw. 3.2 überlappen.
Die Vor-Formteile und/oder die Verstärkungselemente sind
beispielsweise als Flecht- und/oder Winkelprofile aus Kohlefasern
und/oder Glasfasern ausgeführt. Wie weiter aus 1 und 2 ersichtlich
ist, können die beiden seitlichen Dachrahmen 2.1 bzw. 2.2 über
korrespondierende Verankerungen 6.1 bzw. 6.2 mit
einer unteren Karosseriestruktur 5 verankert werden. Wie
aus 2 ersichtlich ist, wird eine wirksame Abstützbasis
A1 des ersten seitlichen Dachrahmens 2.1 auf der unteren
Karosseriestruktur 5 durch den Scheibenquerträger 3 auf
eine Abstützbasis A2 vergrößert, die
neben der Breite des ersten seitlichen Dachrahmens 2.1 auch
die Breite des Scheibenquerträgers 3 umfasst.
Diese Ausführungen gelten analog für den zweiten
seitlichen Dachrahmen 2.2. Durch die breitere Abstützbasis
A2 der seitlichen Dachrahmen 2.1, 2.2 auf der
unteren Karosseriestruktur 5 können auf die seitlichen
Dachrahmen wirkende Kräfte besser auf die untere Karosseriestruktur 5 übertragen werden.
Solche Kräfte können beispielsweise bei einem Überschlag
des Fahrzeugs durch eine korrespondierende Dacheindrückung
hervorgerufen werden.
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Wie
weiter aus 1 ersichtlich ist, kann der u-förmige
Scheibenrahmen 1 zur Erhöhung der Stabilität
und Steifigkeit durch einen vorderen Dachquerträger 4 geschlossen
werden. Die Anbindung des vorderen Dachquerträgers 4 an
den ersten seitlichen Dachrahmen 2.1 erfolgt an einer ersten
Verbindungsstelle 4.1 in einem oberen vorderen Bereich
des ersten seitlichen Dachrahmens 2.1. Die Anbindung des vorderen
Dachquerträgers 4 an den zweiten seitlichen Dachrahmen 2.2 erfolgt
an einer zweiten Verbindungsstelle 4.2 in einem oberen
vorderen Bereich des zweiten seitlichen Dachrahmens 2.2.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, ist ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Karoseriemoduls als Dachmodul 10 ausgeführt,
das neben dem u-förmigen einstückigen Scheibenrahmen 1 mit
dem ersten seitlichen Dachrahmen 2.1, dem zweiten seitlichen
Dachrahmen 2.2 und dem Scheibenquerträger 3,
den vorderen Dachquerträger 4 und einen hinteren
Dachquerträger 7 umfasst. Die Anbindung des vorderen
Dachquerträgers 4 an die beiden seitlichen Dachrahmen 2.1, 2.2 erfolgt
analog zur Ausführungsform gemäß 1 an
den entsprechenden Verbindungsstellen 4.1 bzw. 4.2 in
einem oberen vorderen Bereich der beiden seitlichen Dachrahmen 2.1 bzw. 2.2.
Die Anbindung des hinteren Dachquerträgers 7 an
den ersten seitlichen Dachrahmen 2.1 erfolgt an einer ersten
Verbindungsstelle 7.1 in einem oberen hinteren Bereich
des ersten seitlichen Dachrahmens 2.1. Die Anbindung des
hinteren Dachquerträgers 7 an den zweiten seitlichen
Dachrahmen 2.2 erfolgt an einer zweiten Verbindungsstelle 7.2 in
einem oberen hinteren Bereich des zweiten seitlichen Dachrahmens 2.2.
Der hintere Dachquerträger 7 ist vorzugsweise
als Überrollbügel ausgeführt. Durch den
Scheibenquerträger 3 kann, analog zu den Ausführungen
zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1,
die wirksame Abstützbasis des ersten seitlichen Dachrahmens 2.1 bzw.
des zweiten seitlichen Dachrahmens 2.2 auf die untere Karosseriestruktur vergrößert
werden, wodurch die auf die beiden seitlichen Dachrahmen 2.1, 2.2 wirkenden
Kräfte besser auf die untere Karosseriestruktur übertragen
werden können.
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Analog
zur Ausführungsform gemäß 1, werden
die Rahmenteile 2.1, 2.2, 3, 4 und 7 bei
der Herstellung des Karosseriemoduls als Vor-Formteile aus einem
Verstärkungswerkstoff in eine entsprechende Werkzeugform
eingelegt, durch einen RTM-Prozess durchgeharzt und zu einer einstückigen
Unterbaugruppe verbunden. Zudem werden analog zur Ausführungsform
gemäß 1 zur Verstärkung der
Verbindungsstellen 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 7.1 und 7.2 zwischen
den Rahmenteilen 2.1 und 3, 2.2 und 3, 2.1 und 4, 2.2 und 4, 2.1 und 7, 2.2 und 7 zusätzliche
Verstärkungselemente verwendet.
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Bei
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des
Dachmoduls 10 ist zwischen dem vorderen Dachquerträger 4 und
dem hinteren Dachquerträger 7 zur Erhöhung
der Steifigkeit und der Stabilität des Dachmoduls 10 ein
Verstärkungsbauteil 8 angeordnet, das im Wesentlichen
parallel zu den beiden seitlichen Dachrahmen 2.1 und 2.2 verläuft.
Die Anbindung des Verstärkungsbauteils 8 an den
vorderen Dachquerträger 4 erfolgt an einer ersten
Verbindungsstelle 8.1 in einem mittleren Bereich des vorderen
Dachquerträgers 4. Die Anbindung des Verstärkungsbauteils 8 an
den hinteren Dachquerträger 7 erfolgt an einer
zweiten Verbindungsstelle 8.2 in einem mittleren Bereich
des hinteren Dachquerträgers 7.
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Wie
weiter aus 3 ersichtlich ist, ist eine Dachaußenhaut 9 als
Formteil aus einem Verbundwerkstoff hergestellt und wird nach dem
RTM-Prozess mit der einstückigen Unterbaugruppe zur Bildung
des Dachmoduls 10 verklebt. Durch die getrennte Fertigung
der Dachaußenhaut 9 und dem anschließenden
Verkleben der Dachaußenhaut 9 mit der Unterbaugruppe,
kann die Dachaußenhaut mit einer hohen Oberflächenqualität
hergestellt werden, die durch den Klebeprozess nicht negativ beeinflusst wird.
Alternativ kann die Dachaußenhaut 9 mit der Unterbaugruppe
in einem RTM-Prozess durchgeharzt und zum einstückigen
Dachmodul 10 verbunden werden.
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Wie
aus 4 ersichtlich ist, ist ein drittes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Karoseriemoduls als geschlossener
einstückiger Scheibenrahmen 100, vorzugsweise
für ein Cabriolet ausgeführt. Der geschlossene
Scheibenrahmen 100 umfasst einen ersten seitlichen Dachrahmen 21,
einen zweiten seitlichen Dachrahmen 22, einen Scheibenquerträger 30 und
einen vorderen Dachquerträger 40. Die Anbindung
des Scheibenquerträgers 30 an den ersten seitlichen
Dachrahmen 21 erfolgt an einer ersten Verbindungsstelle 31 in
einem unteren Bereich des ersten seitlichen Dachrahmens 21.
Die Anbindung des Scheibenquerträgers 30 an den
zweiten seitlichen Dachrahmen 22 erfolgt an einer zweiten Verbindungsstelle 32 in
einem unteren Bereich des zweiten seitlichen Dachrahmens 22.
Die Anbindung des vorderen Dachquerträgers 40 an
den ersten seitlichen Dachrahmen 21 erfolgt an einer ersten
Verbindungsstelle 41 in einem oberen vorderen Bereich des ersten
seitlichen Dachrahmens 21. Die Anbindung des vorderen Dachquerträgers 40 an
den zweiten seitlichen Dachrahmen 22 erfolgt an einer zweiten Verbindungsstelle 42 in
einem oberen vorderen Bereich des zweiten seitlichen Dachrahmens 22.
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Analog
zur Ausführungsform gemäß 1 bzw. 3,
werden die Rahmenteile 21, 22, 30 und 40 bei
der Herstellung des Karosseriemoduls als Vor-Formteile aus einem
Verstärkungswerkstoff in eine entsprechende Werkzeugform
eingelegt, durch einen RTM-Prozess durchgeharzt und zu einer einstückigen
Unterbaugruppe verbunden. Zudem werden analog zur Ausführungsform
gemäß 1 bzw. 3 zur Verstärkung
der Verbindungsstellen 31, 32, 41 und 42 zwischen
den Rahmenteilen 21 und 30, 22 und 30, 21 und 40, 22 und 40 zusätzliche
Verstärkungselemente verwendet.
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Die
beiden seitlichen Dachrahmen 21 bzw. 22 können,
analog zur Ausführungsform gemäß 1, über
korrespondierende Verankerungen 61 bzw. 62 mit
einer unteren Karosseriestruktur verankert werden. Zudem kann durch
den Scheibenquerträger 30 die wirksame Abstützbasis
des ersten seitlichen Dachrahmens 21 bzw. des zweiten seitlichen Dachrahmens 22 auf
die untere Karosseriestruktur vergrößert werden,
wodurch die auf die beiden seitlichen Dachrahmen 21, 22 wirkenden
Kräfte besser auf die untere Karosseriestruktur übertragen
werden können.
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- 1
- u-förmiger
Scheibenrahmen
- 2.1
- erster
seitlicher Dachrahmen
- 2.2
- zweiter
seitlicher Dachrahmen
- 3
- Scheibenquerträger
- 3.1
- erste
Verbindungsstelle
- 3.2
- zweite
Verbindungsstelle
- 4
- vorderer
Dachquerträger
- 4.1
- erste
Verbindungsstelle
- 4.2
- zweite
Verbindungsstelle
- 5
- Karosseriestruktur
- 6.1
- erste
Verankerung
- 6.2
- zweite
Verankerung
- 7
- hinterer
Dachquerträger
- 7.1
- erste
Verbindungsstelle
- 7.2
- zweite
Verbindungsstelle
- 8
- Verstärkungsbauteil
- 8.1
- erste
Verbindungsstelle
- 8.2
- zweite
Verbindungsstelle
- 9
- Dachaußenhaut
- 10
- Dachmodul
- 21
- erster
seitlicher Dachrahmen
- 22
- zweiter
seitlicher Dachrahmen
- 30
- Scheibenquerträger
- 31
- erste
Verbindungsstelle
- 32
- zweite
Verbindungsstelle
- 40
- vorderer
Dachquerträger
- 41
- erste
Verbindungsstelle
- 42
- zweite
Verbindungsstelle
- 61
- erste
Verankerung
- 62
- zweite
Verankerung
- 100
- geschlossener
Scheibenrahmen
- A1
- erste
Abstützbasis
- A2
- zweite
Abstützbasis
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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