DE102009030349A1

DE102009030349A1 - Seitenstruktur eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102009030349A1
Application number: DE102009030349A
Authority: DE
Inventors: Stanislaw Klimek; Lothar Teske; Gunther Heim
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-06-25
Filing date: 2009-06-25
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: US20100327630A1; CN101934822B; CN101934822A; DE102009030349B4; US8668250B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Seitenstruktur (1) eines Fahrzeugs mit einem Seitenteilaußenrahmen (4). Der Seitenteilaußenrahmen (4) weist eine Frontsäule (5) und eine Mittelsäule (6) mit Mantageanschlüssen (7, 8) für die Türscharniere auf. Der Seitenteilaußenrahmen (4) umfasst die Außenstruktur von einer Windschutzscheibe ausgehend bis einschließlich einem hinteren Kotflügelbereich (9) und ist einstückig und formstabil ausgebildet und weist eine höhere Materialstärke auf als eine Seitenteilaußenhaut (10) einer herkömmlichen Seitenstruktur (3). Eine der beiden Säulen (5, 6) oder beide Säulen (5, 6) weisen eine Verstärkungsstruktur (7) auf, die innerhalb des Seitenteilaußenrahmens (4) fixiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Seitenstruktur eines Fahrzeugs mit einem Seitenteilaußenrahmen. Der Seitenteilaußenrahmen weist eine Frontsäule und eine Mittelsäule mit Montageanschlüssen für Türscharniere auf. Der Seitenteilaußenrahmen umfasst die Außenstruktur von einer Windschutzscheibe bis einschließlich einem hinteren Kotflügelbereich und ist einstückig und formstabil ausgebildet.
Aus der Druckschrift DE 10 2004 053 917 B3 ist dazu eine Seitenwand eines Fahrzeugs bekannt. Diese Seitenwand des Kraftfahrzeugs weist einen in einem unteren Bereich verlaufenden Schweller und einen Dachrahmenbereich auf, wobei sich zwischen dem Schweller und dem Dachrahmenbereich Säulen erstrecken, wobei der Schweller, die Säulen und der Dachrahmenbereich einstückig aus einer entsprechend großen Blechplatine gefertigt sind.
Diese einstückige aus einer Blechplatine gefertigte Seitenwand weist keinerlei Verstärkungselemente auf, sondern ist vielmehr aus einer lokal aushärtbaren Stahllegierung hergestellt, so dass es möglich ist, über einen Warmformprozess zunächst die Seitenwand herzustellen und anschließend die bei einem möglichen Crash-Fall des Fahrzeugs hoch belasteten Bereiche der Seitenwand partiell zu härten.
Diese Seitenwandstruktur hat den Nachteil, dass extrem teures aushärtbares Stahlblechmaterial für die Struktur der Seiten wand einzusetzen ist. Darüber hinaus ist nicht nur ein einfacher Pressprozess erforderlich, sondern zusätzlich müssen die Crash-gefährdeten Bereiche noch anschließend einem thermischen Härteprozess unterzogen werden, bei dem nachteilig Probleme der Verspannung und/oder Verformung des Seitenteils auftreten können. Eine weitere herkömmliche Seitenstruktur 3 zeigt 3, die praktisch aus einem dünnen Blech besteht, welches die Seitenteilaußenhaut 10 bildet und anschließend mit einer Vielzahl lokal verstärkender Sicherheitselemente 22 bis 35 beispielsweise für einen Pkw für den US-Markt ausgestattet wird, um entsprechenden Sicherheitsbestimmungen zu genügen.
Diese Vielzahl von Sicherheitsstrukturelementen 22 bis 35 hat den Nachteil einer aufwendigen Lagerbevorratung und einer aufwendigen Montage beim Einbau der Vielzahl von Sicherheitsstrukturelementen 22 bis 25 in die Seitenteilaußenhaut 10. Sie hat jedoch den Vorteil, dass die Seitenteilaußenhaut 10 eine glatte und durchgängige Oberfläche aufweist, da diese aus einer einzigen dünnen Metallplatte hergestellt werden kann mit Frontsäule 5, Mittensäule 6, Türöffnungen 15 und 16 sowie hinterem Kotflügelbereich 9, Dachrahmenbereich 13 und Bodenschwelle 14. Der Nachteil ist, dass durch die Vielzahl der Sicherheitsstrukturelemente 22 bis 35 das Gewicht dieser Seitenstruktur 3 eines Fahrzeugs aufgrund der heutigen höheren Sicherheitsanforderung inzwischen deutlich zugenommen hat, so dass neue Konzepte der Kosten- und Gewichtseinsparung zu entwickeln sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und eine Seitenstruktur eines Fahrzeugs anzugeben, die mit herkömmlichen preiswerten Blechqualitäten auskommt und dennoch eine Vielzahl von Sicherheitsstruktur elementen vermeidet, möglichst dabei keine Gesamtgewichtszunahme aufweist und eine deutliche Steigerung der Effizienz bei der Fertigung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Seitenstruktur eines Fahrzeugs mit einem Seitenteilaußenrahmen geschaffen. Der Seitenteilaußerahmen weist eine Frontsäule und eine Mittelsäule mit Montageanschlüssen für Türscharniere auf. Der Seitenteilaußenrahmen umfasst die Außenstruktur von einer Windschutzscheibe bis einschließlich einem hinteren Kotflügelbereich und ist einstückig und formstabil ausgebildet. Dabei weist der Seitenteilaußenrahmen eine höhere Materialstärke auf als eine Seitenteilaußenhaut einer herkömmlichen Seitenstruktur. Eine der beiden Säulen oder beide Säulen weisen eine Verstärkungsstruktur auf, die innerhalb des Seitenteilaußenrahmens fixiert ist.
Diese Seitenstruktur hat den Vorteil, dass herkömmliche Bleche, jedoch größerer Materialstärke, für den Seitenteilaußenrahmen eingesetzt werden, der die bisher übliche dünne Seitenteilaußenhaut ersetzt, jedoch sämtliche Einformungen und Strukturen der bisherigen einstückigen dünnen Seitenteilaußenhaut aufweist. Durch die höhere Materialstärke gegenüber der herkömmlichen Seitenteilaußenhaut kann auf einen Großteil der Vielzahl der Verstärkungsstrukturelemente verzichtet werden, so dass lediglich ein oder zwei zusätzliche Verstärkungselemente vorzusehen sind. Diese Verstärkungselemente können jedoch gegenüber den herkömmlichen Verstärkungselementen aus einem dünneren Metallblech ausgeführt werden, da der Seitenteilaußenrahmen bereits eine deutlich erhöhte Materialstärke und damit eine erhöhte Formstabilität im Crash-Fall aufweist. So kann die Materialstärke derartiger Verstärkungselemente auf ein Drittel reduziert werden und vorzugsweise die um etwa 40 Prozent erhöhte Materialstärke des Seitenteilaußenrahmes aufweisen, so dass keine weiteren Materialien zur Herstellung der neuen Seitenstruktur eines Fahrzeugs lagermäßig vorgehalten werden müssen. Auch dies ergibt eine deutliche Kosteneinsparung und führt in vorteilhafter Weise zu einer Gewichtseinsparung.
Der einstückige Seitenteilaußenrahmen weist vorzugsweise ein um mindestens ein Drittel stärkeres Material auf als die Seitenteilaußenhaut einer herkömmlichen Seitenstruktur, in der zusätzlich die Vielzahl lokal verstärkter Sicherheitsstrukturelemente vorgesehen sind. Schon ein Drittel in der Steigerung der Materialstärke für den neuen Seitenteilaußenrahmen ergibt eine deutliche Steigerung in der Crash-Festigkeit der Seitenstruktur. Lediglich an äußerst kritischen Stellen, wie an der Mittelsäule oder auch an der Frontsäule mit Windschutzscheibe, sind eventuell zusätzliche Verstärkungselemente einzubauen, so dass die Anzahl der zu fügenden Teile der neuen Seitenwandstruktur auf zwei bis drei Teile reduziert ist. Das Gesamtgewicht des einstückigen Seitenteilaußenrahmens mit der zusätzlichen Verstärkungsstruktur ist geringer als das Gesamtgewicht einer herkömmlichen Seitenstruktur mit einer Vielzahl lokal verstärkender Sicherheitsstrukturelemente.
Anstelle der oben erwähnten metallischen Verstärkungsstruktur ist es auch möglich, eine Verstärkungsstruktur aus Glasfaserverbundwerkstoff, der eine Kunststoffmasse mit einem Füllgrad von 40 Vol.% bis 90 Vol.% Fasermaterial, vorzugsweise 70 Vol.% bis 80 Vol.% Fasermaterial als Faserverbundwerkstoff aufweist. Ein derartiger Werkstoff ergibt zusätzlich für die Verstärkungsstruktur eine weitere Gewichtsersparnis und kann durch geeignete Formgebung sowohl der Innenwand der Mittensäule als auch der Innenwand der Frontsäule angepasst sein.
Die Fasern dieses Faserverbundwerkstoffs der Verstärkungsstruktur können Glasfasern oder Kohlefasern sein. Dabei sind Kohlefasern zum einen in ihrer Zugfestigkeit von Vorteil und liefern zum andern noch einen Gewichtsvorteil gegenüber Glasfasern.
Ferner ist es auch von Vorteil, als Verstärkungsstruktur ein Strukturelement aus einer Aluminiumdruckgusslegierung einzusetzen. Eine geeignete Aluminiumlegierung kann auch für den einstückigen Seitenteilaußenrahmen verwendet werden, um damit eine weitere Gewichtseinsparung zu ermöglichen. Jedoch ist hier zu bedenken, dass ein Blech aus einer zähen elastischen Aluminiumlegierung mit einem hohen Siliziumanteil eine Kostenfrage ist und eventuell die Vorteile der Lagerkosten sowie der Fertigungskosten wieder aufheben könnte.
Der erfindungsgemäße Seitenteilaußenrahmen bildet Öffnungen für die Fahrzeugtüren aus, die an die Montageanschlüsse der Frontsäule und der Mittelsäule schwenkbar mittels Türscharnieren angebracht werden können. Dazu sind die Säulen und der hintere Kotflügelbereich zwischen einem Dachrahmenbereich und einer Bodenschwelle des einstückigen Seitenteilaußenrahmens angeordnet, so dass die frontseitige Türöffnung oder Fahrertüröffnung von einem Dachrahmenbereich einer Frontsäule einer Bodenschwelle und einer Mittensäule umgeben ist, während die Hecktüröffnung zwischen der Mittensäule, dem Dachrahmenbe reich, dem hinteren Kotflügelbereich und der Bodenschwelle liegt.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenstruktur eines Fahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenstruktur eines Fahrzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenstruktur eines Fahrzeugs gemäß dem Stand der Technik.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenstruktur 1 eines Fahrzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Diese Seitenstruktur 1 besteht im Wesentlichen aus zwei Einzelteilen, nämlich einem Seitenteilaußenrahmen 4 und einer Verstärkungsstruktur 11, die innerhalb des Seitenteilaußenrahmens 4 fixiert ist, jedoch in 1 separat dargestellt ist, um sie zu sehen. Während eine Seitenteilaußenhaut 10, wie sie in 3 zum Stand der Technik gezeigt wird, lediglich eine Materialstärke für ein warm verformbares Blech von 750 μm aufweist, ist dieser erfindungsgemäße Seitenteilaußenrahmen 4 aus einem dicken Blech von 1,3 mm formstabil und einstückig hergestellt.
Es reicht also ein Warmpress-Stanzverfahren aus, um den gesamten Seitenteilaußenrahmen 4 mit dem hinteren Kotflügelbe reich 9, dem Dachrahmenbereich 13, der Bodenschwelle 14, den Türöffnungen 15 und 16 sowie den beiden Säulen 5 und 6 zwischen Dachrahmenbereich 13 und Bodenschwelle 5 und 6 für eine Front und für eine Hecktür herzustellen. Aus dem gleichen Material von gleicher Materialstärke kann dann die Verstärkungsstruktur 11 gestanzt und geformt werden, welche die Mittensäule 6 innerhalb des Seitenteilaußenrahmens 4 verstärkt und dort beispielsweise mittels Punktschweißens oder Klebens und/oder Haftlötens eingepasst wird. Anstelle dieser Verstärkungsstruktur 11 zeigt die nächste Figur eine Seitenstruktur 2 mit Verstärkungsstrukturen 11 und 12 aus einer Kunststofffaser, die in ihrer Außenkontur der Frontsäule 5 und/oder der Mittensäule 6 angepasst sind.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenstruktur 2 eines Fahrzeugs gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
In dieser 2 sind die beiden Bereiche 17 und 18 hervorgehoben, in denen sich die Frontsäule 5 mit ihren Montageanschlüssen 7 für eine Fronttür und die Mittensäule 6 mit den Montageanschlüssen 8 für eine Hecktür befinden. Trotz der formstabilen und relativ sicheren Konstruktion eines einstückigen Seitenteilaußenrahmens 4 mit vergrößerter Materialstärke ist in den Bereichen 17 und 18 eine nicht gezeigte Verstärkungsstruktur vorgesehen, die auf der hier nicht sichtbaren Innenseite des Seitenteilaußenrahmens 4 fixiert ist. Diese Verstärkungsstrukturen weisen einen faserverstärkten Kunststoff auf, wobei die Verstärkungsstrukturen aus Faserverbundwerkstoff eine Kunststoffmasse mit einem Füllgrad von 40 Vol.% bis 90 Vol.% Fasermaterial, vorzugsweise 70 Vol.% bis 80 Vol.% Fasermaterial als Faserverbundwerkstoff aufweisen und in die Mittenkonsole bzw. die Frontkonsole eingeklebt sind, so dass sie in der hier gezeigten Außenseite des Seitenteilaußenrahmens nicht zu sehen sind.
Der Vorteil dieser Kunststoffverstärkungsstrukturen ist, dass sie einen weiteren Gewichtsgewinn für die Seitenstruktur 2 darstellen. Bei einem Vergleich des Gesamtgewichts von der in 3 dargestellten Seitenstruktur gemäß dem Stand der Technik mit dem Gesamtgewicht der Seitenstruktur gemäß 1 konnte eine Gewichtseinsparung von nahezu 20 g erreicht werden, ohne Einbußen in der Crash-Sicherheit dieser Seitenstruktur 4. Da zusätzlich auch die Anzahl der zu montierenden und herzustellenden sowie zu lagernden Teile auf in 1 zwei Teile und in 2 auf maximal drei Teile reduziert ist, ergibt sich eine deutliche Kosteneinsparung, wenn auf die bisher übliche dünne Seitenteilaußenhaut verzichtet wird und anstelle der Vielzahl von Sicherheitsstrukturelementen ein in der Materialstärke gegenüber der Seitenteilaußenhaut um 30 bis 50% erhöhter Seitenteilaußenrahmen gemäß der Erfindung eingesetzt wird.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenstruktur 3 eines Fahrzeugs gemäß dem Stand der Technik wie sie bereits eingangs erläutert wurde.

1: Seitenstruktur (1. Ausführungsform)
2: Seitenstruktur (2. Ausführungsform)
3: Seitenstruktur (Stand der Technik)
4: Seitenteilaußenrahmen
5: Frontsäule
6: Mittelsäule
7: Montageanschluss
8: Montageanschluss
9: hinterer Kotflügelbereich
10: Seitenteilaußenhaut
11: Verstärkungsstruktur
12: Verstärkungsstruktur
13: Dachrahmenbereich
14: Bodenschwelle
15: Türöffnung
16: Türöffnung
17: Bereich
18: Bereich
22–35: Sicherheitsstrukturelement

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 102004053917 B3 [0002]

Claims

Seitenstruktur eines Fahrzeugs mit einem Seitenteilaußenrahmen (4), der eine Frontsäule (5) und eine Mittelsäule (6) aufweist, wobei an den Säulen (5, 6) Montageanschlüsse (7, 8) für Türscharniere angeordnet sind, und wobei der Seitenteilaußenrahmen (4) die Außenstruktur von einer Windschutzscheibe bis einschließlich einem hinteren Kotflügelbereich (9) umfasst, und wobei der Seitenteilaußenrahmen (4) mit Außenstruktur formstabil und einstückig ist und eine höhere Materialstärke als eine herkömmliche Seitenteilaußenhaut (10) aufweist, und wobei eine oder beide Säulen (5, 6) eine Verstärkungsstruktur (11) aufweisen, die innerhalb des Seitenteilaußenrahmens (4) fixiert ist.
Seitenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Säulen (5, 6) und der hintere Kotflügelbereich (9) zwischen einem Dachrahmenbereich (13) und einer Bodenschwelle (14) des einstückigen Seitenteilaußenrahmens (4) angeordnet sind.
Seitenstruktur nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der einstückige Seitenteilaußenrahmen (4) ein um mindestens ein Drittel stärkeres Material aufweist als die Seitenteilaußenhaut (10) einer herkömmlichen Seitenstruktur (3), in der zusätzlich eine Vielzahl lokal verstärkender Sicherheitsstrukturelemente (22 bis 35) vorgesehen ist.
Seitenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Säulen (5, 6) eine lokal angeordnete innere Verstärkungsstruktur (7) aus einem metallischen Werkstoff gleicher Materialstärke wie der einstückige Seitenteilaußenrahmen (4) aufweisen.
Seitenstruktur nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtgewicht des einstückigen Seitenteilaußenrahmens (4) mit der zusätzlichen Verstärkungsstruktur (7) geringer ist als das Gesamtgewicht einer herkömmlichen Seitenstruktur (3) mit einer Vielzahl lokal verstärkender Sicherheitsstrukturelemente (22 bis 35).
Seitenstruktur nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (7) aus Faserverbundwerkstoff eine Kunststoffmasse mit einem Füllgrad von 40 Vol.% bis 90 Vol.% Fasermaterial, vorzugsweise 70 Vol.% bis 80 Vol.% Fasermaterial als Faserverbundwerkstoff aufweist.
Seitenstruktur nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff der Verstärkungsstruktur (7) Glasfasern aufweist.
Seitenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff der Verstärkungsstruktur (7) Kohlefasern aufweist.
Seitenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der einstückige Seitenteilaußenrahmen (4) ein Blech einer Aluminiumlegierung aufweist.
Seitenstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (7) eine Aluminiumdruckgusslegierung aufweist.