DE102008062004A1

DE102008062004A1 - Karosseriestruktur

Info

Publication number: DE102008062004A1
Application number: DE102008062004A
Authority: DE
Inventors: Holger Hahlweg; Wolfgang Neumann
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2028-12-13
Also published as: DE102008062004B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeuges mit einer in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Schottwand zwischen einem Fahrgastraum und einem dahinterliegenden Heckraum, insbesondere einem Motorraum, sowie einem darunter angeordneten Querträger. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Querträger einen integrierten und der Schottwand zugewandten Flansch aufweist, über welchen der Querträger mit einem entsprechenden Flansch der Schottwand verbunden ist, wobei der Querträger als einseitig offenes Leichtmetalldruckgussteil und die Schottwand aus einem Leichtmetallblech ausgebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs mit einer in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Schottwand zwischen einen Fahrgastraum und einem dahinter liegenden Heckraum, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 103 09 632 A1 ist eine gattungsgemäße Karosseriestruktur mit einer in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Schottwand bekannt, wobei die Schottwand als strukturiertes Formteil aus Aluminium gebildet und in die aus Aluminium bestehende Trägerstruktur der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs integriert ist. Hierdurch soll eine Schottwand realisiert werden, die konstruktiv einfach aufgebaut und zugleich kostengünstig ist.
Aus der DE 198 19 446 A1 ist eine weitere Karosseriestruktur bekannt, die im Bereich eines Vorderwagens mindestens zwei Längsträger aufweist. Diese beiden Längsträger tragen zwei sich quer zu diesen und vertikal erstreckende Frontsäulen. Die Längsträger stützen sich mit ihren zum hinteren Fahrzeugende gewandten Enden an einer zwischen einem Fahrgastraum und einem davor liegenden Motorraum angeordneten Spritzwand derart ab, dass jeder Längsträger eine im Wesentlichen in seiner Längsrichtung wirkende Kraft, z. Bsp. bei einem Unfall, auf die Spritzwand überträgt, wobei die Kraft von der Spritzwand auf die zugeordnete Frontsäule übertragbar ist. Hierdurch soll eine Karosseriestruktur geschaffen werden, die bei auf diese einwirkenden Kräfte, bspw. bei einem Frontalcrash, gleichmäßiger verteilt und dadurch Aufprallenergie besser aufnimmt.
Eine weitere Schottwand ist bspw. aus der EP 1 432 604 B1 bekannt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine gattungsgemäße Karosseriestruktur eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, mit der sich sowohl eine erhöhte Steifigkeit ergibt, als auch eine vereinfachte Montage.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Schottwand zwischen einem Fahrgastraum und einem in Fahrtrichtung dahinter liegenden Heckraum flächig über einen entsprechenden Flansch an einem darunter liegenden und sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Querträger anzubinden. Hierzu weist der Querträger einen integrierten und der Schottwand zugewandten Flansch auf, über welchen der Querträger mit einem entsprechenden Flansch der Schottwand verbunden ist. Sowohl der Querträger als auch die Schottwand sind dabei aus Leichtmetall ausgebildet und besitzen daher ein vergleichsweise geringes Gewicht. Der Querträger ist als einseitig offenes Leichtmetalldruckgussteil ausgebildet, während die Schottwand aus einem Leichtmetallblech ausgebildet ist. Eine der häufigsten Leichtmetalldruckgussarten stellt dabei Aluminiumdruckguss dar, bei welchem Aluminium im flüssigen oder teigigen Zustand unter hohem Druck in eine vorgewärmte Stahlform gepresst wird. Hierbei verdrängt es die in der Form vorhandene Luft und wird während des Erstarrungsvorgangs unter Druck gehalten. Mittels Leichtmetalldruckgussverfahren können selbst komplizierte Formengeometrien einfach und kostengünstig hergestellt werden. Da reines Aluminium aufgrund seiner Festigkeitseigenschaften für viele Verwendungszwecke ungenügend erscheint, werden diesem oftmals Legierungselemente, wie bspw. Kupfer, Eisen oder Silizium, zugesetzt und dadurch eine wesentliche Verbesserung der Gieß- und Festigkeitseigenschaften erreicht. Die aus Leichtmetall ausgebildete Schottwand und der ebenfalls aus Leichtmetall ausgebildete Querträger weisen dabei zusätzlich den großen Vorteil auf, dass viele Leichtmetalle korrosionsbeständig sind, wodurch zusätzliche Korrosionsschutzmaßnahmen unterbleiben können. Von besonderem Vorteil ist jedoch, dass der in den Querträger integrierte Flansch zur Anbindung der darüber liegenden Schottwand in einem gemeinsamen Arbeitsschritt, dass heißt zusammen mit dem Querträger beim Druckgießen hergestellt werden kann und eine flächige Verbindung zur, ebenfalls einen flächigen Flansch aufweisenden, Schottwand bildet. Durch die flächige Verbindung zwischen Schottwand und Querträger kann im Vergleich zu einer lediglich punktuellen Verbindung, bspw. mittels Schweißpunkte, eine besonders gute Kraftübertragung zwischen Schottwand und Querträger erreicht werden, wodurch das mit der Schottwand beabsichtigte Ziel, nämlich die Queraussteifung der Karosseriestruktur zu verbessern, besonders effektiv werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, sind der Querträger und die Schottwand miteinander verschweißt, verklebt oder verclincht. Generell lassen sich heutzutage auch Bauteile aus Leichtmetall bspw. aus Aluminium, miteinander verschweißen, wobei bei aus Aluminium hergestellten Bauteilen eine vorherige Entfettung sowie ein Aufreißen der oberflächlichen Oxidschicht zur Herstellung einer einwandfreien Schweißverbindung unerlässlich sind. Generell ist es aber auch möglich unterschiedliche Werkstoffe, wie bspw. Stahl und Aluminium, mittels Schweißverfahren stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Das Schweißen von bspw. Aluminium unterscheidet sich grundsätzlich vom Stahlschweißen, da die Schmelztemperatur von Aluminium bei ca. 660°C liegt, während die von Stahl bei ca. 1500°C liegt. Aluminiumlegierungen weisen dabei im Vergleich zu reinem Aluminium eine nochmals verringerte Schmelztemperatur auf. Durch die deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit von Aluminium und die gleichzeitig deutlich höhere Wärmeausdehnung, müssen insbesondere die beim Schweißen in den Werkstoff eingetragenen Spannungen berücksichtigt werden, um eine qualitativ hochwertige Schweißverbindung herstellen zu können. Neben dem Verschweißen ist seit einigen Jahren auch ein Verkleben von metallischen Bauteilen miteinander möglich, wobei das Kleben im Vergleich zum Verschweißen den großen Vorteil bietet, dass hier kein Wärmeeintrag erfolgt und dadurch kein Verzug beim Herstellen der Verbindung zu berücksichtigen ist. Selbstverständlich kann die Verbindung zwischen der Schottwand und dem Querträger auch über ein oben genanntes Verclinchen erfolgen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung, ist der Querträger in Fahrtrichtung nach hinten offen ausgebildet und weist Aussteifungskonturen, insbesondere Verstärkungsrippen, auf. Diese Aussteifungskonturen bilden dabei vorzugsweise einen integralen Bestandteil des Querträgers und werden zusammen mit diesem, das heißt in einem gemeinsamen Arbeitsschritt, beim Druckgießen hergestellt. Durch eine vorherige Berechnung, bspw. mittels eines finiten Elementprogramms, kann die Lage, die Stärke und die Orientierung der Aussteifungskonturen, respektive der Verstärkungsrippen, exakt vorausbestimmt werden, so dass diese lediglich an denjenigen Orten vorgesehen werden, an welchen sie zur Aufnahme von zusätzlichen Belastungen wirklich erforderlich sind. Hierdurch kann ein bezüglich seiner Steifigkeit und bezüglich seines Gewichts optimierter Querträger geschaffen werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch
1 eine erfindungsgemäße Karosseriestruktur bei einer Ansicht auf einen Querträger derselben von unten,
2 die Karosseriestruktur im Bereich der Schottwand bei einer teilweise geschnittenen Ansicht von hinten,
3 eine Darstellung wie in 2, jedoch bei einer Ansicht von schräg vorne.
Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Karosseriestruktur 1 eines Kraftfahrzeugs einen im Bereich zweier B-Säulen in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Querträger 2 auf. Der Querträger 2 ist dabei mit seinen Längsenden an seitlichen Schwellern bzw. an den seitlichen B-Säulen des Kraftfahrzeugs angebunden. Betrachtet man zusätzlich die 2 und 3, so erkennt man, dass über dem Querträger 2 eine Schottwand 3 vorgesehen ist, die einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs von einem in Fahrtrichtung dahinter gelegenen Heckraum, insbesondere einem Motorraum, trennt. Erfindungsgemäß weist nun der Querträger 2 einen integrierten und der Schottwand 3 zugewandten Flansch 4 auf, über welchen der Querträger 2 mit einem entsprechenden Flansch 5 der Schottwand 3 verbunden ist. Hierdurch lässt sich eine flächige Verbindung zwischen dem Querträger 2 einerseits und der Schottwand 3 andererseits erreichen, wodurch eine besonders gute Kraftübertragung zwischen den beiden Bauteilen und damit eine besonders gute Aussteifungswirkung erzielt werden kann.
Sowohl die Schottwand 3 als auch der Querträger 2 sind dabei aus Leichtmetall ausgebildet, wobei die Schottwand 3 vorzugsweise aus einem Leichtmetallblech hergestellt ist, während der Querträger 2 als Leichtmetalldruckgussteil ausgebildet ist. Da der Querträger 2 im Druckgussverfahren hergestellt wird und der Flansch 4 einen integralen Bestandteil des Querträgers 2 bildet, kann der Flansch 4 in einem gemeinsamen Arbeitsschritt zusammen mit dem Querträger 2 beim Druckgießen hergestellt werden.
Sowohl der Querträger 2 als auch die Schottwand 3 können dabei Leichtmetalle, wie bspw. Aluminium, Magnesium oder Legierungen mit Leichtmetallen aufweisen. Eine Verbindung der Schottwand 3 mit dem Flansch 4 des Querträgers 2 erfolgt dabei vorzugsweise über ein Schweißverfahren, ein Verkleben oder ein Verclinchen, wobei nach Möglichkeit ein flächiger Verbund zwischen dem Flansch 4 des Querträgers 2 und dem Flansch 5 der Schottwand 3 erreicht werden soll. Betrachtet man die 2, so erkennt man, dass der Querträger 2 in Fahrtrichtung nach hinten offen ausgebildet ist und Aussteifungskonturen 6, insbesondere so genannte Verstärkungsrippen, aufweist. Diese geben dem Querträger 2 eine erhöhte Steifigkeit und sind vorzugsweise an lediglich denjenigen Stellen angeordnet, an denen erhöhte Belastungen auftreten. Die Lage, Orientierung und Stärke der jeweiligen Aussteifungskonturen 6 wird dabei vorzugsweise vorab mittels eines finiten Elementprogramms berechnet, so dass der Querträger 2 bezüglich seiner Steifigkeit und bezüglich seines Gewichts optimiert werden kann.
Desweiteren können im Querträger 2 Befestigungen 7, insbesondere für ein Motorlager, integriert oder zumindest vorgesehen sein, so dass an dem vergleichsweise steifen Querträger 2 ein Motor des Kraftfahrzeugs angebunden werden kann. In der Mitte kann der Querträger 2 zusätzlich an einem nicht gezeigten Mitteltunnel des Kraftfahrzeugs angebunden werden, wodurch die Quersteifigkeit des Kraftfahrzeugs zusätzlich erhöht werden kann.
Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Querträger 2 und der erfindungsgemäß daran angeschlossenen Schottwand 3, lässt sich somit eine gewichts- und steifigkeitsoptimierte Karosseriestruktur 1 schaffen, die durch die Verwendung von Leichtmetallen, bspw. Aluminium, zusätzlich den großen Vorteil bietet, von Hause aus korrosionsbeständig zu sein. Lediglich an Verbindungsstellen mit anderen Metallen, sind demnach entsprechende Korrosionsschutzmaßnahmen zum Vorbeugen einer so genannten Spannungskorrosion zu treffen.
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

- DE 10309632 A1 [0002]
- DE 19819446 A1 [0003]
- EP 1432604 B1 [0004]

Claims

Karosseriestruktur (1) eines Kraftfahrzeuges mit einer in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Schottwand (3) zwischen einem Fahrgastraum und einem dahinter liegenden Heckraum, insbesondere einem Motorraum, sowie einem darunter angeordneten Querträger (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (2) einen integrierten und der Schottwand (3) zugewandten Flansch (4) aufweist, über welchen der Querträger mit einem entsprechenden Flansch (5) der Schottwand (3) verbunden ist und wobei der Querträger (2) als einseitig offenes Leichtmetalldruckgussteil und die Schottwand (3) aus einem Leichtmetallblech ausgebildet sind.
Karosseriestruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtmetalldruckguss und/oder das Leichtmetallblech Aluminium aufweisen.
Karosseriestruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (2) und die Schottwand (3) miteinander verschweißt, verklebt oder verclincht sind.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (2) einstückig ausgebildet ist.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (2) in Fahrtrichtung nach hinten offen ausgebildet ist und Aussteifungskonturen (6), insbesondere Verstärkungsrippen, aufweist.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (2) integrierte Befestigungen (7) für ein Motorlager aufweist.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (2) längsendseitig an seitliche Schweller der Karosseriestruktur (1) angebunden ist.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottwand (3) mit einem oberen Randbereich an einem Rahmen einer Heckklappe befestigt ist.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (2) an einen Mitteltunnel angebunden ist.