DE102007037510A1

DE102007037510A1 - Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Seitenwand

Info

Publication number: DE102007037510A1
Application number: DE102007037510A
Authority: DE
Inventors: Alexander Fischer; Anton Hoesl; Peter Fuss; Christian Schirm
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-08-08
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2027-08-09
Also published as: DE102007037510B4

Abstract

Es ist bereits eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Seitenwand bekannt. Die Seitenwand besteht in Schalenbauweise aus einer inneren Schale und einer äußeren Schale. Zwischen der inneren und der äußeren Schale ist ein einstückiges Integralbauteil angeordnet, das einen Türausschnitt ringartig umgibt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Seitenwand zu schaffen, die eine hohe Steifigkeit bei einem geringen Gewicht aufweist. Erfindungsgemäß ist zwischen einer inneren Schale (1) und einer äußeren Schale (3) einer Seitenwand einer Kraftfahrzeugkarosserie eine mittlere Schale (2) angeordnet, die eine vordere und eine hintere Seitentüröffnung (8, 9) ringförmig umschldie vordere und hintere Seitentüröffnung (8, 9) herum müssen lokal hohen Beanspruchungen standhalten. So werden beispielsweise im Bereich der Scharniere und Schlösser der Seitentüren hohe Kräfte in den Seitenrahmen eingeleitet. Eine mittlere Schale (2), die einteilig nicht nur die vordere Seitentüröffnung (8), sondern zugleich auch die hintere Seitentüröffnung (9) jeweils ringförmig umgibt, erhöht die Torsionssteifigkeit der Seitenwand erheblich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Seitenwand nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der EP 0 749 890 B1 ist bereits eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Seitenwand bekannt. Die Seitenwand besteht in Schalenbauweise aus einer inneren Schale und einer äußeren Schale. Zwischen der inneren und der äußeren Schale ist ein einstückiges Integralbauteil angeordnet, das einen Türausschnitt ringartig umgibt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Seitenwand zu schaffen, die eine hohe Steifigkeit bei einem geringen Gewicht aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Seitenwand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist zwischen einer inneren Schale und einer äußeren Schale einer Seitenwand einer Kraftfahrzeugkarosserie eine mittlere Schale angeordnet, die eine vordere und eine hintere Seitentüröffnung ringförmig umschließt. Insbesondere die Bereiche der Seitenwand um die vordere und hintere Seitentüröffnung herum müssen lokal hohen Beanspruchungen standhalten. So werden beispielsweise im Bereich der Scharniere und Schlösser der Seitentüren hohe Kräfte in den Seitenrahmen eingeleitet. Eine mittlere Schale, die einteilig nicht nur die vordere Seitentüröffnung sondern zugleich auch die hintere Seitentüröffnung jeweils ringförmig umgibt, erhöht die Torsionssteifigkeit der Seitenwand erheblich. Das aus der EP 0 749 890 B1 bekannte Integralbauteil dagegen umgibt nur die vordere Seitentüröffnung. Im Bereich der C-Säule ist zum Erreichen der erforderlichen Steifigkeit eine separate C-Säulenverstärkung vorgesehen. Diese Anordnung aus dem Integralbauteil und der separaten C-Säulenverstärkung erreicht nicht die gleiche Steifigkeit, wie die erfindungsgemäße mittlere Schale, die als einziges Bauteil zwischen der inneren und der äußeren Schale die Steifigkeit der Seitenwand stark erhöht. Entsprechend weist die erfindungsgemäße Seitenwand entweder eine höhere Steifigkeit als die bekannte Seitenwand auf, und/oder es können bei vergleichbarer Steifigkeit dünnere Blechdicken für die drei Schalen zum Einsatz kommen, sodass die Seitenwand leichter als die bekannte Seitenwand ist.
In der Automobilindustrie werden im Karosseriebau bevorzugt unlegierte und niedrig legierte Stähle eingesetzt. Diese Stähle stellen einen Kompromiss zwischen der Umformbarkeit und der Streckgrenze des Werkstoffs dar, da mit steigender Streckgrenze im Allgemeinen die Umformbarkeit des Werkstoffs sinkt und die nach einer Kaltumformung verbleibende Restbruchdehnung verringert wird. Komplexe Geometrien, wie sie aufgrund des heutigen Designs der Kraftfahrzeuge teilweise erforderlich sind, lassen sich entsprechend nur bei niedrigen Materialguten herstellen. Deshalb muss in hoch belasteten Strukturbereichen die Materialdicke angehoben werden. Bevorzugt besteht die mittlere Schale zumindest bereichsweise aus einem höherfesten Stahl. Der erforderliche Umformgrad der mittleren Schale ist relativ gering, da die mittlere Schale anders als die äußere und die innere Schale nicht vollständig dem vorgebenen Design folgen muss. Dadurch können für die mittlere Schale hochfeste Stähle verwendet werden, das heißt Stähle mit einer Streckgrenze von 180 N/mm² und mehr. Es können sogar höchstfeste Stähle zum Einsatz kommen. Höchstfeste Stähle weisen eine Streckgrenze von etwa 420 N/mm² oder mehr auf. Derartige höchstfeste Stahlblechbauteile weisen bei relativ dünnen Blechdicken bereits sehr hohe Festigkeiten auf, sodass sie im Vergleich zu konventionellen Stahlblechen bei gleicher Festigkeit ein deutlich geringeres Gewicht aufweisen. Bei der Auswahl der geeigneten Blechgüte muss allerdings darauf geachtet werden, dass der erforderliche Umformgrad beim Tiefziehen prozesssicher erreicht werden kann, ohne dass das Stahlblech einreißt. Durch den Einsatz von hoch- und höchstfesten Stählen für die mittlere Schale kann diese geringere Blechdicken aufweisen, als bei konventionellen Stahlsorten erforderlich wären. Dadurch kann die mittlere Schale besonders leicht gehalten werden.
Günstigerweise besteht die äußere Schale aus einem Stahl mit einem hohen Umformgrad. Die äußere Schale bildet die sichtbare Außenhaut des Kraftfahrzeugs. Sie weist aufgrund des heutigen Designs der meisten Kraftfahrzeuge lokal hohe Umformungen auf, die aufgrund der begrenzten Streckgrenze nur in Stählen mit einem hohen Umformgrad darstellbar sind. Allerdings muss die Außenschale nur mehr wenig zur Steifigkeit der Seitenwand beitragen. Die erforderliche Steifigkeit wird bereits größtenteils durch die innere und die mittlere Schale erreicht. Entsprechend kann für die äußere Schale ein relativ dünnes Blech beispielsweise mit Blechdicken zwischen 0,5 und 0,8 mm zum Einsatz kommen, sodass auch die äußere Schale relativ leicht ist. Wegen des geringen Beitrags zur Steifigkeit der Seitenwand kann die äußere Schale vorteilhafterweise sogar aus einem Leichtmetall oder aus einem Kunststoff bestehen. Bevorzugt har die äußere Schale sogar gar keine tragende Funktion mehr, sondern bildet nur die sichtbare Außenhaut, die die mittlere Schale verdeckt.
Idealerweise besteht die mittlere Schale aus mehreren Verstärkungsbauteilen, die im Rahmen einer Vormontage miteinander zur einteiligen mittleren Schale verbunden werden. Die einzelnen Verstärkungsbauteile können entsprechend der an der Stelle wirkenden Kräfte, an der sie in der mittleren Schale angeordnet sind, ausgelegt sein. In Bereichen mit niedrigen Beanspruchungen können beispielsweise Blechbauteile aus unlegierten Stählen verwendet werden, während in Bereichen mit hohen Beanspruchungen Blechbauteile aus hoch- oder höchstfesten Stählen eingesetzt werden.
Bevorzugt besteht zumindest ein Verstärkungsbauteil aus einem warmumgeformten, hochfesten Stahl. Beim Warmumformen kommt es zu keiner oder im Vergleich zum Kaltumformen nur wesentlich geringeren Verfestigungen im Stahlblech, da dieses bei Temperaturen oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Stahlblechs umgeformt wird, die deutlich oberhalb der normalen Raumtemperatur liegt. Durch die Verwendung von Warmumformstählen können gegenüber hochfesten Kaltumformstählen geringere Ziehradien, steilere Profilflanken und größere Ziehtiefen realisiert werden. Dabei können Stahlguten mit höchsten Zugfestigkeiten von beispiels weise 1500 MPa zum Einsatz kommen. Durch die erzielbare hohe geometrische Steifigkeit können die Materialdicke und damit das Gewicht des Verstärkungsbauteils reduziert werden.
Die einzelnen Verstärkungsbauteile werden im Rahmen einer Vormontage zur einteiligen mittleren Schale gefügt. Aufgrund dieser Vormontage sind günstigerweise die Fügestellen der Verstärkungsbauteile beidseitig zueinander gut zugänglich. Dadurch ist auch eine klebegerechte Konstruktion der Verstärkungsbauteile zueinander möglich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellungsweise eine Explosionsdarstellung einer Seitenwand einer Kraftfahrzeugkarosserie.
In der Figur sind die einzelnen Bauteile einer Seitenwand einer Kraftfahrzeugkarosserie dargestellt. Die Seitenwand bildet die komplette Seite der Kraftfahrzeugkarosserie zumindest im Bereich der Fahrgastzelle. Sie erstreckt sich von einer A-Säule über eine B-Säule nach hinten bis zu einer C-Säule oder bei Kraftfahrzeugen der Kombinationsbauart sogar bis zu einer D-Säule. In der Seitenwand sind Öffnungen für seitliche Fahrzeugtüren vorgesehen.
Die gezeigte Seitenwand besteht aus einer inneren Schale 1, einer mittleren Schale 2 und einer äußeren Schale 3. Miteinander in Schalenbauweise gefügt ergeben die drei Schalen 1, 2 und 3 die vollständige Seitenwand eines Kraftfahrzeugs. Alle drei Schalen 1, 2 und 3 erstrecken sich jeweils von einer A-Säule 4 über eine B-Säule 5 und eine C-Säule 6 bis zu einer D-Säule 7. Alle drei Schalen 1, 2 und 3 umgeben die Öffnung 8 für die vordere Seitentür und die Öffnung 9 für die hintere Seitentür in Form eines geschlossenen Rings.
Bei der Herstellung der Kraftfahrzeugkarosserie wird als erstes die innere Schale 1 mit einer Bodenbaugruppe der Kraftfahrzeugkarosserie verbunden. Die innere Schale 1 ist aus mehreren einzelnen Blechen zusammengesetzt. Die einzelnen Ble che weisen je nach Anforderung unterschiedliche Güten und Blechdicken auf. Die Materialwahl stellt hierbei einen Kompromiss zwischen dem Wunsch nach möglichst geringen Blechdicken und dem erforderlichen Umformgrad dar. Mit der Bodenbaugruppe wird sie als vormontierte Einheit gefügt. Sie weist keine lokalen Verstärkungsbauteile auf, die zusätzlich an der vormontierten Einheit angebracht sind. Dadurch ist die innere Schale 1 gut zugänglich, sodass auch die Bereiche, die aufgrund separater Verstärkungsbauteile häufig schwer zugänglich sind, nun gut zugänglich und damit gut punktverschweißbar sind, zumal ohne Verstärkungsbauteile nur Verschweißungen von zwei Blechen und nicht von drei Blechen miteinander erforderlich sind. Zu den kritischen Bereichen zählt beispielsweise der Bereich, an dem die innere Schale 1 mit einer Hinterachsaufnahme verbunden wird, sowie der Bereich zur Aufnahme eines Bocks für die Befestigung des Sicherheitsgurtes für die hinteren Fahrzeugsitze. Zur Verbindung der Bodenbaugruppe mit der inneren Schale 1 sind keine Schutzgasverschweißungen erforderlich.
Im nächsten Schritt wird dann die mittlere Schale 2 mit der inneren Schale 1 verbunden. Die mittlere Schale 2 wurde zuvor im Rahmen einer Vormontage aus mehreren Verstärkungsbauteilen zusammengesetzt. Entsprechend den Beanspruchungen der Seitenwand wurden dabei in den Bereichen der Seitenwand, die hohen Kräften standhalten müssen, besonders steife Verstärkungsbauteile verwendet. So besteht die B-Säule 5 der mittleren Schale 2 aus einem warmumgeformten höchstfesten Stahl. Auf diese Weise ist die B-Säule 5 der mittleren Schale 2 trotz einer relativ geringen Blechdicke extrem steif ausgeführt. Die Verbindungsknoten der einzelnen Verstärkungsbauteile sind aufgrund der Vormontage sehr gut zugänglich, sodass auch hier vollständig auf Schutzgasverschweißungen verzichtet werden kann und nur Widerstandsschweißen als Verbindungstechnik zum Einsatz kommt. Auch kann aufgrund der guten Zugänglichkeit Strukturkleber optimal eingesetzt werden. Die mittlere Schale 2 kann so entsprechend den lokalen Anforderungen optimal gestaltet werden, sodass das Gewicht der mittleren Schale 2 nur so hoch ist, wie es unbedingt erforderlich ist. Einen wesentlichen Beitrag zur Gewichtsreduzierung leistet dabei auch der Einsatz von hochfesten und höchstfesten Stahlsorten für die Verstärkungsbauteile. Die Verwendung dieser Stahlsorten ist nur möglich, weil die einzelnen Verstärkungsbauteile keine hohen Umformgrade aufweisen muss, zumal auch die vormontierte mittlere Schale 2 nur in soweit dem Design der Seitenwand folgen muss, dass sie zwischen der inneren Schale 1 und der äußeren Schale 3 untergebracht werden kann. Die mittlere Schale 2 umgibt die beiden Öffnungen 8 und 9 für die Seitentüren jeweils als vollständig geschlossener Ring, wodurch die Torsionssteifigkeit der Seitenwand stark erhöht wird. Zum Fügen der mittleren Schale 2 an die Bodenbaugruppe mit der inneren Schale 1 sind wiederum nur Verschweißungen von zwei Blechen miteinander erforderlich, sodass trotz der Verwendung von hochfesten und höchstfesten Stahlsorten alle Verbindungsstellen punktgeschweißt werden können.
Erst zuletzt wird die äußere Schale 3 gefügt, die die sichtbare Außenhaut der Seitenwand bildet. Dabei trägt die äußere Schale 3 nur geringfügig zur Erhöhung der Steifigkeit der Seitenwand bei. Daher besteht die äußere Schale 3 aus einem unlegierten Stahl, der eine sehr gute Umformbarkeit aufweist, sodass selbst sehr anspruchsvolle Gestaltungen der Außenhaut der Seitenwand prozesssicher darstellbar sind. Die drei Schalen 1, 2 und 3 weisen dabei miteinander abschnittsweise einen gemeinsamen Flansch auf, über den sie miteinander verbunden sind. Dieser Flansch kann auch lasergeschweißt sein, sodass er entsprechend klein gehalten werden kann. Auch könnte die innere Schale (1), die mittlere Schale (2) und/oder die äußere Schale 3 aus Aluminium, aus CFK oder aus einem Kunststoff bestehen.
Im heutigen Automobilbau ist es weit verbreitet, von einem Fahrzeugtyp verschiedene Derivate zu bauen. Der erfindungsgemäße Aufbau einer Seitenwand ermöglicht es nun, bei verschiedenen Derivaten die gleiche innere Schale 1 und mittlere Schale 2 zu verwenden. Die optisch wichtige Unterschiedlichkeit der einzelnen Derivate kann durch unterschiedliche äußere Schalen 3 realisiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0749890 B1 [0002, 0005]

Claims

Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Seitenwand in Schalenbauweise mit einer inneren Schale (1) und einer äußeren Schale (3), wobei zwischen der inneren Schale (1) und der äußeren Schale (3) eine mittlere Schale (2) angeordnet ist, die eine vordere und eine hintere Seitentüröffnung (8, 9) ringförmig umschließt.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Schale (2) zumindest bereichsweise aus einem höherfesten Stahl besteht.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schale (1), die äußere Schale (3) und die mittlere Schale (2) zumindest abschnittsweise einen gemeinsamen Flansch aufweisen, über den sie miteinander verbunden sind.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schale (3) aus einem Stahl mit einem hohen Umformgrad besteht.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schale (1), die mittlere Schale (2) und/oder die äußere Schale (3) aus einem Leichtmetall, aus CFK oder aus einem Kunststoff besteht.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Schale (2) aus mehreren Verstärkungsbauteilen besteht, die im Rahmen einer Vormontage miteinander verbunden werden.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügestellen der Verstärkungsbauteile zueinander bei der Vormontage gut zugänglich sind.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine klebegerechte Konstruktion der Verstärkungsbauteile zueinander möglich ist.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verstärkungsbauteil aus einem warmumgeformten, hochfesten Stahl besteht.
Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst die innere Schale (1) mit einer Bodenbaugruppe der Kraftfahrzeugkarosserie verbunden wird, dann die mittlere Schale (2) mit der inneren Schale (1) verbunden wird, und abschließend die äußere Schale (3) gefügt wird.