DE102009037137A1

DE102009037137A1 - Fahrzeugstruktur

Info

Publication number: DE102009037137A1
Application number: DE200910037137
Authority: DE
Inventors: Norbert Stötzner; Walter Huff
Original assignee: WEBER MOTOR GmbH
Current assignee: WEBER MOTOR GmbH
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Es wird eine Fahrzeugstruktur (10) für ein Kraftfahrzeug vorgestellt. Diese weist einen Rahmen (12) und mindestens ein Modul (14, 16, 18, 20, 22) auf, das in den Rahmen (12) eingesetzt ist, wobei der Rahmen (12) und das mindestens eine Modul (14, 16, 18, 20, 22) zusammenwirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugstruktur, einen Rahmen für eine solche Fahrzeugstruktur und ein zugeordnetes Modul.
Herkömmliche Fahrzeugstrukturen weisen meist eine Schalenbauweise aus metallischen Werkstoffen auf, wobei die Schalen eine biege- und torsionssteife Hülle und damit eine selbsttragende Struktur bilden. Daneben werden auch Rahmenkonzepte verfolgt, bei denen bspw. metallische Gussknotenpunkte mit metallischen Profilen verbunden und mit metallischen Blechen beplankt werden, um so wiederum eine selbsttragende Struktur zu erhalten. Zusätzliche Funktionen benötigen üblicherweise auch zusätzliche Bauteile, wie bspw. Befestigungswinkel, Schraubdome und ähnliches, die wiederum mit der Struktur verbunden werden müssen.
Die vorgestellte Fahrzeugstruktur weist einen Rahmen und mindestens ein Modul auf, das in den Rahmen eingesetzt ist. Dabei wirken der Rahmen und das mindestens eine Modul zusammen.
Aufgrund des Zusammenwirkens der Module und des Rahmens ergibt sich eine tragende Struktur, die hinsichtlich Biege- und Torsionssteifigkeit bekannten Lösungen überlegen ist. Das Zusammenwirken bewirkt, dass die geforderten Fertigkeiten, Steifigkeiten und Energieaufnahmefertigkeiten erreicht werden.
In Ausgestaltung sind der Rahmen und das mindestens eine Modul aus unterschiedlichen Materialien gefertigt.
Somit wird eine hybride, modular aufgebaute Fahrzeugstruktur erreicht. Hybrid bedeutet in diesem Zusammenhang, dass unterschiedliche Werkstoffe in einer Gesamtstruktur verwendet werden.
Sind der Rahmen und das Modul aus gleichen oder ähnlichen Werkstoffen gefertigt, können diese miteinander verschweißt werden. Teile des Rahmens können auch zur Bildung des Rahmens miteinander verschweißt werden.
Bei der Herstellung der Fahrzeugstruktur werden Module in den Rahmen eingesetzt, um auf diese Weise eine tragende Gesamtstruktur zu erhalten. Der Rahmen hat vornehmlich die Aufgabe, Kräfte, die von außen auf die Struktur einwirken, aufzunehmen und in das mindestens eine Modul bzw. die Module einzuleiten. Diese Module, die bspw. aus einem Kunststoff oder einem faserverstärktem Kunststoff gefertigt sind, stellen vor allem Schubfelder mit hoher Funktionsintegration dar. Weiterhin bieten die Module die Möglichkeit, in bestimmten Richtungen hohe Kräfte und Energien aufzunehmen.
Einzelquerschnitte des Rahmens können zumindest teilweise einschalig ausgebildet sein. In Ausgestaltung sind die Einzelquerschnitte des Rahmens, wo immer dies möglich ist, einschalig ausgeführt. Der Rahmen ist regelmäßig für sich selbst genommen nicht in der Lage, eine Fahrzeugstruktur mit der geforderten Biege- und Torsionssteifigkeit darzustellen. Erst durch Einsetzen und strukturelles Fügen der vorgesehenen Module ergibt sich eine tragende Struktur.
Die Struktur des Rahmens weist in Ausgestaltung eine hohe Duktilität auf und gewährleistet bei Belastungen, die von außen auf die Hybridstruktur einwirken und erhebliche Verformungen bewirken können, den Zusammenhalt des Verbunds.
Die eingesetzten Module weisen zweckmäßigerweise eine Eignung für strukturelle Belastungen und eine hohe spezifische Energieaufnahme auf. Bestehen der Rahmen und das mindestens eine Modul aus unterschiedlichen, nicht miteinander schweißbaren Materialien, kann die strukturelle Verbindung über eine Klebung erzielt werden. Gegebenenfalls sind zusätzliche mechanische Verbindungselement, wie bspw. Schrauben und Nieten, vorzusehen, um die Module im Rahmen zu fixieren. Kleben, Schweißen und mechanische Verbindungselemente können alternativ oder auch ergänzend eingesetzt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Rahmen für eine beschriebene Fahrzeugstruktur. Für diesen wird in einer Ausführung ein duktiler Werkstoff verwendet, der die Integrität der Gesamtstruktur auch bei großer Verformung sicherstellt. An besonders belasteten Stellen, z. B. der A-Säule eines Kraftfahrzeugs, weist der Rahmen in Ausgestaltung hochfeste, geschlossene Querschnitte auf.
Weiterhin wird ein Modul für eine solche Fahrzeugstruktur vorgestellt. Die Module versteifen die Rahmenkonstruktion soweit, dass sich eine geforderte Biege- und Torsionssteifigkeit ergibt. Durch eine hohe Funktionsintegration bieten die Module die Möglichkeit, nachfolgende Montageprozesse zu vereinfachen oder ganz einzusparen.
Es sind bspw. Module für den Bodenbereich, sogenannte Bodenmodule, denkbar, die vollständig mit montiertem Sitz, Verstelleinheit, Staufächer, Elektronikkomponenten, wie bspw. CD-Wechsler, und Verkabelung von unten in die Rahmenkonstruktion eingeführt und strukturell gefügt werden. In vergleichbarer Weise können Front-, Dach- und Heckmodule montiert werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der beiliegenden Zeichnung. Es versteht sich, dass die voranstehend 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.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
1 zeigt in einer Explosionsdarstellung eine Ausführung der beschriebenen Fahrzeugstruktur.
2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 1.
3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B aus 1.
In 1 ist eine Fahrzeugstruktur, insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet, dargestellt. Diese weist einen Rahmen 12 auf, in den verschiedene Module, nämlich ein Front-Modul 14, Bodenmodule 16, ein Bodenmodul hinten 18, ein Heckmodul 20 und ein Dachmodul 22 einzusetzen sind.
Die dargestellte Fahrzeugstruktur 10 bildet eine tragende Gesamtstruktur, die die erforderliche Biege- und Torsionssteifigkeit aufweist. Dies wird durch das Zusammenwirken von Rahmen 12 und Modulen 14 bis 22 erreicht.
In 2 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A in 1 wiedergegeben. Die Darstellung zeigt den Rahmen 12 im Schnitt, wobei eine dünne Blechform 30, eine Klebeschicht 32 und eine verstärkende Kunststoffstruktur 34 zu erkennen sind. Diese verstärkende Kunststoffstruktur 34 ist durch das eingesetzte Bodenmodul 16 (1) gegeben.
3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B in 1. Wiederum ist ein Blech 40 des Rahmens 12 zu erkennen, das über mehrere Klebeschichten 44 mit Kunststoffstrukturen 46 der Bodenmodule 16 (1) verbunden ist. Weiterhin sind mechanische Verbindungselemente 48 zur Fixierung vorgesehen. Alternativ können ausschließlich die Klebeschichten 44 vorgesehen sein. Bei miteinander zu verschweißenden Werkstoffen können die Module 14 bis 22 mit dem Rahmen 12 verschweißt werden.
Der Einsatz eines duktilen Werkstoffs für den Rahmen 12 in Verbindung mit den Modulen 14 bis 22, in die vom Rahmen 12 aufgenommene Kräfte eingeleitet werden, ergibt eine stabile Struktur, die die auftretenden Biege- und Torsionskräfte aufnehmen kann. Der duktile Werkstoff des Rahmens 12 kommt vor allem bei Belastungen, die große Verformungen nach sich ziehen, wie bspw. bei einem Seitenaufprall, zum Tragen. Werden bspw. Module aus faserverstärktem Kunststoff mit einem metallischen Rahmen kombiniert, ist der Rahmen für den Zusammenhalt der Struktur verantwortlich, während die Module Verformungsenergie aufnehmen und dabei zum Teil beschädigt werden. Diese können sogar brechen.

Claims

Fahrzeugstruktur mit einem Rahmen (12), mindestens einem Modul (14, 16, 18, 20, 22), das in den Rahmen (12) eingesetzt ist, wobei der Rahmen (12) und das mindestens eine Modul (14, 16, 18, 20, 22) zusammenwirken.
Fahrzeugstruktur nach Anspruch 1, bei der der Rahmen (12) und das mindestens eine Modul (14, 16, 18, 20, 22) aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind.
Fahrzeugstruktur nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das mindestens eine Modul (14, 16, 18, 20, 22) aus einem Kunststoff gefertigt ist.
Fahrzeugstruktur nach Anspruch 3, bei dem das mindestens eine Modul (14, 16, 18, 20, 22) aus einem faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist.
Fahrzeugstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem Einzelquerschnitte des Rahmens (12) zumindest teilweise einschalig ausgeführt sind.
Fahrzeugstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das mindestens eine Modul (14, 16, 18, 20, 22) mit dem Rahmen (12) verschweißt ist.
Fahrzeugstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das mindestens eine Modul (14, 16, 18, 20, 22) mit dem Rahmen (12) verklebt ist.
Fahrzeugstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das mindestens eine Modul (14, 16, 18, 20, 22) mit dem Rahmen (12) mittels mechanischer Verbindungselemente (48) verbunden ist.
Fahrzeugstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Rahmen (12) eine duktile Struktur aufweist.
Rahmen für eine Fahrzeugstruktur (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Modul für eine Fahrzeugstruktur (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.