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Die
Erfindung betrifft eine Karosseriebaugruppe eines Kraftfahrzeugs
sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Karosseriebaugruppe eines
Kraftfahrzeugs.
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Aus
der Praxis ist es bekannt, Karosseriebaugruppen aus tragenden Strukturelementen,
Außenhautelementen
und ersten Anbauteiltragelementen durch Schweißen aufzubauen. Tragende Strukturelemente,
beispielsweise Bodengruppen oder Längs- und Querträger werden
dabei so miteinander verbunden, dass die Karosseriebaugruppe die
später im
Fahrbetrieb auftretenden Lasten aufzunehmen in der Lage ist.
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Die
Phase der Verbindung der tragenden Strukturelemente wird auch als
Rohbauphase bezeichnet, wobei in der Rohbauphase auch vielfach Außenhautelemente
mit den tragenden Strukturelementen verbunden werden. In der Rohbauphase werden
ferner Anbauteiltragelemente mit den tragenden Strukturelementen
verbunden, so dass in einer späteren
Fertigungsphase Anbauteile, beispielsweise Teile des Antriebes und
des Fahrwerks an der Karosseriebaugruppe angeordnet und mit dieser
verbunden werden können.
Als Verbindungstechnik werden in der vorgenannten Rohbauphase verschiedene
Schweißverfahren
angewendet. Im Anschluss an das Verbinden der einzelnen Elemente
erfolgt im Stand der Technik eine Lackierung der Rohbau-Karosserie.
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Aus
der Praxis ist es ferner bekannt, dass Kraftfahrzeugkarosserien
eines Typs mit verschiedenen Antriebs- und/oder Ausstattungsvarianten
zu einem Kraftfahrzeug komplettiert werden. Der zuvor beschriebene
Rohbau hat zur Folge, dass alle Rohbauten so zu gestalten sind,
dass danach alle Antriebs- und Ausstattungsvarianten an diesem montierbar
sind. Die aus dem Stand der Technik bekannten Karosseriebaugruppen
sind daher für
zahlreiche Antriebs- und Ausstattungsvarianten „überdimensioniert” und damit
auch häufig
unnötig
schwer. In entsprechender Weise sind die aus dem Stand der Technik
bekannten Verfahren zur Herstellung einer Karosseriebaugruppe eines
Kraftfahrzeuges für
zahlreiche Antriebs- und Ausstattungsvarianten sehr aufwändig, ohne
dass dem entsprechenden Aufwand ein Nutzen gegenübersteht.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Karosseriebaugruppe
eines Kraftfahrzeuges und ein Verfahren zur Herstellung einer Karosseriebaugruppe
eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung
zu stellen, welche es erlauben, bei Verwendung einer Karosseriebaugruppe
für mehrere
Antriebs- und Ausstattungsvarianten die Karosseriebaugruppe möglichst
leicht und mit möglichst
geringem Aufwand zu gestalten.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw.
13.
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Gemäß der Erfindung
sind bei einer Karosseriebaugruppe eines Kraftfahrzeugs mit tragenden Strukturelementen,
Außenhautelementen
und ersten Anbauteiltragelementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 Einbauteile vorgesehen, die nach der Verbindung der Strukturelemente
und der Außenhautelemente
mittels eines Klebstoffs an den Strukturelementen oder den Außenhautelementen
montiert sind. Dadurch wird quasi ein Basisrohbau zur Verfügung gestellt,
der nur noch diejenigen Einbauteile umfasst, die für alle Antriebs-
und/oder Ausstattungsvarianten erforderlich sind. Die für spezielle
Antriebs- und Ausstattungsvarianten erforderlichen weiteren Einbauteile
sind bei einer Karosseriebaugruppe gemäß der Erfindung erst nach der
Verbindung der Strukturelemente und der Außenhautelemente mittels eines
Klebstoffs montiert, wodurch im Ergebnis alle Antriebs- und/oder
Ausstattungsvarianten bei einem möglichst geringen Gewicht und
mit einem möglichst
geringen Aufwand zur Verfügung
gestellt werden können.
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Grundsätzlich ist
es im Rahmen der Erfindung möglich,
dass die Einbauteile vor einer Lackierung auf die Strukturelemente
und/oder die Außenhautelemente
aufgeklebt sind. In diesem Falle können warm aushärtende Klebstoffe
verwendet werden, deren Aushärtung
durch eine Wärmebehandlung
während
des Lackierens gefördert
wird.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen,
dass die Strukturelemente und die Außenhautelemente nach deren
Verbindung zunächst
lackiert sind, bevor die Einbauteile auf die Lackierung der Strukturelemente
und/oder der Außenhautelemente
mittels eines Klebstoffs aufgeklebt sind. Dies schafft große Freiheiten
für die
Fertigungslogistik.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Einbauteile
als zweite Anbauteiltragelemente oder als Strukturverstärkungselemente
ausgebildet. Unter zweiten Anbauteiltragelementen werden Elemente
verstanden, die stark beanspruchte Anbauteile tragen und daher im
Stand der Technik durch Schweißverbindungen mit
tragenden Strukturelementen oder Außenhautelementen einer Karosseriebaugruppe
verbunden sind. Unter Strukturverstärkungselementen werden im Sinne
der Erfindung solche Elemente verstanden, die die im Fahrbetrieb
und/oder im Crash-Fall auftretenden Lasten aufnehmen und daher im
Stand der Technik durch Schweißverbindungen
mit tragenden Strukturelementen und Außenhautelementen einer Karosseriebaugruppe
verbunden sind. Da solche zweiten Anbauteiltragelemente und Verstärkungselemente
gemäß der besonders
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durch Kleben an einem Basisrohbau
angeordnet werden, ist es möglich,
diese Anbauteiltragelemente und Strukturverstärkungselemente – so sie
vorzusehen sind – der
Antriebs- und/oder Ausstattungsvariante entsprechend zu dimensionieren,
wodurch die Karosseriebaugruppe jeder Antriebs- und/oder Ausstattungsvariante
entsprechend optimal leicht ausgeführt werden kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die mittels
eines Klebstoffs (und ggf. mittels einer zusätzlichen Fixierung, z. B. mittels
Schrauben) montierten Einbauteile gleichzeitig als zweite Anbauteiltragelemente
und als Strukturverstärkungselemente
ausgebildet. Durch eine solche Ausgestaltung lässt sich die Anzahl zu handhabender
Teile bei der Fertigung der Karosseriebaugruppe eines Kraftfahrzeuges
reduzieren.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Strukturverstärkungselemente
als Leichtbauverstärkungen
ausgebildet. Dadurch lässt
sich das Gewicht der erfindungsgemäßen Karosseriebaugruppen weiter
reduzieren.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Einbauteile
als Längsträgerverstärkung, insbesondere
als eine Wellen- und/oder Getriebetunnelverstärkung oder als Querträgerverstärkung, insbesondere
als Sitzquerträger ausgebildet.
Wenn die Längsträgerverstärkungen und
Querträgerverstärkungen
als Einbauteile mittels eines Klebstoffs montiert werden, lässt sich
die mit der Erfindung angestrebte Gewichtsreduktion und Herstellungserleichterung
an Einbauteilen mit einem relativ hohen Eigengewicht und damit im
Ergebnis besonders wirksam umsetzen.
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Gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Einbauteile
als Aggregateträgerkonsole
oder Tür-
oder Klappenverstärkung
ausgebildet. Solche Einbauteile lassen sich auch noch in einer relativ
späten
Fertigungsphase anordnen, womit gleichzeitig mit einer Gewichtsreduktion
eine hohe Fertigungsflexibilität
erreicht wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Einbauteile
Klebflächen,
insbesondere Klebflächenflansche
auf. Durch besondere Klebflächen,
insbesondere Klebflächenflansche
ist es möglich,
höchste
Lasten zu übertragen.
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Vorzugsweise
sind die Klebflächen,
insbesondere die Klebflächenflansche
derart orientiert, dass in eine Klebfuge im Wesentlichen nur Druck- und/oder
Scherkräfte
eingeleitet werden. Durch eine solche Ausgestaltung kann eine hohe
Sicherheit gegen Versagen erreicht werden.
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Gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind
die Klebflächen,
insbesondere die Klebflächenflansche über Parallelführungsabschnitte,
insbesondere über
Parallelführungsradien
an Last aufnehmende Abschnitte der Einbauteile angeschlossen. Die
genannten Parallelführungsabschnitte,
insbesondere Parallelführungsradien
erleichtern die Auslegung der Einbauteile im Hinblick auf eine Last
optimale Orientierung der Klebflächen.
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Die
Einbauteile können
aus einem metallenen Werkstoff, z. B. aus Stahl oder einem Leichtmetall
bestehen. Weiterhin können
die Einbauteile aus einem Kunststoff bestehen. Insbesondere können die
Einbauteile aus einem Strukturschaum bestehen, der in ausgewählte Bereiche
der Karosserie eingeschäumt
wird. Dies hat den Vorteil, dass auch schlecht zugängliche
Bereiche der Karosserie gezielt und ausstattungsgerecht mit Verstärkungen
versehen werden können.
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Das
Verfahren zur Herstellung einer Karosseriebaugruppe eines Kraftfahrzeugs,
bei dem zunächst
in einer Basisrohbauphase tragende Strukturbauelemente mit Außenhautelementen
und ersten Anbauteiltragelementen zu einem Basisrohbau verbunden
werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass in einer Rohbaukomplettierungsphase
nach der Basisrohbauphase Einbauteile mittels eines Klebstoffs (und
ggf. mittels weiterer Fixierelemente) an den Strukturelementen oder
den Außenhautelementen montiert
werden. Dadurch ist es bei einer einfachen Verfahrensführung möglich, für jede Antriebs- und/oder Ausstattungsvariante
eine möglichst
leichte Karosseriebaugruppe zur Verfügung zu stellen. Auf die weiteren,
im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Karosseriebaugruppe genannten
Vorteile wird hiermit ausdrücklich
Bezug genommen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass einem
Rohbau erst nach einer Basisrohbauphase, jedoch vor der Rohbaukomplettierungsphase
eine Fahrzeugnummer zugewiesen wird, anhand der die Rohbaukomplettierungsphase
entsprechend eines vorgegebenen Ausstattungs- und/oder Antriebsziels
gesteuert wird. Die Zuweisung einer Fahrzeugnummer erleichtert die
Fertigungsabläufe.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der
Basisrohbau nach der Basisrohbauphase und vor der Rohbaukomplettierungsphase
lackiert wird.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen,
dass als Klebstoff ein Polyurethansystem oder ein Epoxidsystem verwendet
wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen
sowie aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Karosseriebaugruppe
gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung,
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2 einen
Schnitt durch einen Abschnitt der Karosseriebaugruppe gemäß der Linie
II-II in 1 und
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3 einen
Ausschnitt aus 2 gemäß der Linie III.
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Die
in 1 gezeigte, besonders bevorzugte Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Karosseriebaugruppe 100 umfasst
als tragende Strukturelemente 102 eine Bodengruppe 104,
paarweise angeordnete A-Säulen 106,
B-Säulen 108 und
C-Säulen 110 sowie
zwei seitliche Dachrahmen 112, welche nahtlos in die jeweilige
A-Säule 106,
B-Säule 108 bzw.
C-Säule 110 übergehen.
Ferner umfasst die Karosseriebaugruppe 100 als Außenhautelemente 114 zur
Fahrzeugmittenebene symmetrisch angeordnete hintere Seitenwände 116.
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Die
tragenden Strukturelemente 102 sowie die Außenhautelemente 114 sind
in einer Basisrohbauphase miteinander verschweißt worden. In dieser Basisrohbauphase
sind auch erste Anbauteiltrageelemente, insbesondere Stoßfänger-Aufnahmestrukturen
(nicht gezeigt) mit tragenden Strukturelementen 102 der
Karosseriebaugruppe 100 verschweißt bzw. punktschweißgeklebt
worden. Anschließend
ist der so gebildete Basisrohbau lackiert worden.
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In
den genannten Basisrohbau sind Einbauteile 118 mittels
eines Polyurethanklebstoffs eingeklebt, wobei in 1 als
Einbauteil 118 insbesondere eine Wellentunnelverstärkung 120,
zwei Sitzquerträger 122 sowie
eine Fußraumqueraussteifung 124 gezeigt
sind.
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Die
Wellentunnelverstärkung 120,
welche als Leichtbauverstärkung
ausgebildet ist, ist skelettartig mit zwei parallel laufenden Längsträgern 126 sowie
quer dazu, die Längsträger 126 verbindenden Querrippen 128 derart
ausgebildet, dass die Wellentunnelverstärkung 120 hutartig
auf einem an der Bodengruppe 104 ausgebildeten Wellentunnel 130 aufsitzt.
An die Wellentunnelverstärkung 120 sind
ferner im Bereich der B-Säulen 108 Queraussteifungsstrukturen 132 angeformt,
welche auf den darunter liegenden Abschnitten der Bodengruppe 104 aufliegen
und mit diesen verklebt sind.
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Die
durch Kleben mittels eines Polyurethanklebstoffs hergestellte Verbindung
der Einbauteile 118 ist anhand des Sitzquerträgers 122 beispielhaft im
Zusammenhang mit den 2 und 3 erläutert. Der
Sitzquerträger 122,
welcher gleichzeitig ein Anbauteiltragelement 134 ist,
ist als offenes Kastenprofil gestaltet, welches der Kontur der Bodengruppe 104 folgt.
Der Sitzquerträger 122 weist
eine Montagewand 136 auf, welche sich im montierten Zustand
in etwa parallel zu dem entsprechenden Abschnitt der Bodengruppe 104 erstreckt.
Ferner weist der Sitzquerträger 122 eine
erste und eine zweite, schottartig ausgebildete Querwand 138, 140 auf,
welche im eingebauten Zustand des Sitzquerträgers 122 im Wesentlichen
senkrecht zu den darunter liegenden Abschnitten der Bodengruppe 104 orientiert
sind und gerundet in die Montagewand 136 übergehen.
In der Montagewand 136 sind mehrere Montageöffnungen 142 ausgebildet,
an welchen ein Sitz (nicht gezeigt) festlegbar ist.
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An
die Querwände 138, 140 schließen sich ein
erster bzw. ein zweiter Klebflächenflansch 144, 146 an,
wobei die Klebflächenflansche 144, 146 so orientiert
sind, dass in Klebefugen 148, die zwischen der Bodengruppe 104 und
dem Sitzquerträger 122 ausgebildet
sind, nur Druck- und/oder Scherkräfte eingeleitet werden. Der
erste Klebflächenflansch 144 und
der zweite Klebflächenflansch 146 sind
zu einer Mittenebene 150 des Sitzquerträgers 122 symmetrisch
ausgebildet, wodurch die Gefahr einer Schälbeanspruchung der Klebefuge 148 verhindert
wird.
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Anhand
von 3 ist gezeigt, dass der als Klebstoff verwendete
Polyurethanklebstoff der Klebfuge 148 an einer Lackierung 152 anhaftet,
welche auf die Bodengruppe 104 aufgebracht worden ist.
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Mit
der bevorzugten Ausführungsform
wird insbesondere das Problem der Montage von Verstärkungen/Konsolen
in Fahrzeugkarosserien gelöst. Wurden
diese bisher im Stand der Technik serienmäßig im Rohbau in die Rohkarosserie
eingeschweißt bzw.
punktschweißgeklebt,
so wird insbesondere mit der bevorzugten Ausführungsform ein anderer Weg beschritten,
indem Doppler/Verstärkungen/Konsolen erst
nach dem Rohbau in die Fahrzeugkarosserie eingebaut werden, also
erst nachdem der Basisrohbau einem spezifischen Auftrag (incl. Ausstattung, Motorisierung)
zugeordnet wurde. Die Doppler/Verstärkungen/Konsolen werden durch
Klebeverbindungen mit der bereits lackierten Karosserie verbunden. Dies
ermöglicht
Gewichtsersparungen, weil nur diejenigen Verstärkungen/Konsolen eingebaut
werden, die wirklich (in Bezug auf Motorisierung, Ausstattung etc.)
benötigt
werden.
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Die
Verstärkungen
können
im Rahmen der Erfindung vor der Lackierung (KTL), oder nach der Lackierung
(KTL), im Zuge der (End-)Montage in die Rohkarosserie eingebaut
werden.
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Wenn
die Doppler/Verstärkungen/Konsolen vor
der KTL eingeklebt werden, werden Klebsysteme verwendet, die in
der KTL nicht auswaschen; vorteilhafterweise kann der KTL-Ofen zur
Aushärtung
der Klebstoffe verwendet werden. Wenn die Doppler/Verstärkungen/Konsolen
erst im Zuge der Endmontage eingebaut werden, werden kaltaushärtende Kleber verwendet.
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Die
Doppler/Verstärkungen/Konsolen
(Einbauteile 118) können
aus Stahlblech bestehen. Sie können
aber auch aus Alu- oder Mg-Legierungen oder aus Kunststoffen bestehen – weiterer
Gewichtsvorteil.
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Die
als Doppler/Verstärkungen/Konsolen
gestalteten Einbauteile 118 können aus Stahl oder einem Leichtmetall,
insbesondere einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung bestehen.
Weiterhin die Einbauteile 118 aus thermo- bzw. duroplastischen Werkstoffen
gefertigt sein, die ggf. faserverstärkt sein können. Insbesondere können zur
Herstellung der Einbauteile 118 ausgehärtete Strukturschäume zum Einsatz
kommen (z. B. zweikomponentige Polyurethan-Schaumsysteme), die eine hohe Steifigkeit
bei geringem spezifischem Gewicht aufweisen und daher unter dem
Gesichtspunkt der Gewichtsersparnis in Fahrzeugen besondere Vorteile
bieten.
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Als
Strukturschäume
gestaltete Einbauteile 118 können weiterhin auch in diejenigen
Bereiche der Karosserie eingebracht werden, in denen aus Zugänglichkeitsgründen im
Rahmen der Endmontage keine herkömmlichen
Verstärkungsteile
mehr eingeführt
bzw. eingeklebt werden können.
In diesem Anwendungsfall wird nach der Lackierung des Basisrohbaus,
jedoch vor der Hohlraumkonservierung, in ausgewählte Hohlräume des Basisrohbaus ein Schaumsystem
eingeführt,
das nach dem Aufschäumen
und Aushärten
als Verstärkung
wirkt. Auf diese Weise können
in ausgewählten
Karosseriebereichen, insbesondere in beengten Zonen, gezielt (und in
Abhängigkeit
der jeweiligen Motor-, Antriebs- bzw. Ausstattungsvariante) Festigkeits-
und Steifigkeitserhöhungen
erreicht werden.