DE102010010477A1 - stiffening structure - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Versteifungsstruktur (32) in Leichtbauweise für einen hinteren Bereich einer Fahrgastzelle (42) eines Personenkraftwagens, mit zwei innenseitig von jeweiligen Seitenwandbereichen (40) der Fahrgastzelle (42) positionierbaren seitlichen Strukturbereichen (34), welche über einen mittleren Strukturbereich (36) miteinander verbunden sind, wobei die Versteifungsstruktur (32) zumindest partiell aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist.The invention relates to a stiffening structure (32) in lightweight construction for a rear area of a passenger cell (42) of a passenger vehicle, with two lateral structural areas (34) which can be positioned on the inside of respective side wall areas (40) of the passenger cell (42) and which over a central structural area (36 ) are connected to one another, the stiffening structure (32) being at least partially formed from a fiber-reinforced plastic.

Description

Die Erfindung betrifft eine Versteifungsstruktur für einen hinteren Bereich einer Fahrgastzelle eines Personenkraftwagens nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 2.The invention relates to a stiffening structure for a rear area of a passenger compartment of a passenger car according to the preamble of claim 1 or claim 2.

Um die Karosserie von Personenkraftwagen, insbesondere von Cabrios, zu versteifen, werden üblicherweise mehrteilige metallische Versteifungsstrukturen gebildet. Diese umfassen Säulenversteifungen im Bereich der B- und C-Säule, die Rückwand, sowie Querträgerversteifungen. Aus der DE 196 42 821 A1 ist eine Aufbaustruktur für ein Cabrio bekannt, die im Bereich der hinteren Radhäuser eine quer verlaufende, an den Boden und die beiden Radhäuser angeschlossene Rückwand aufweist, die über längsgerichtete, seitlich außen liegende Träger am vorne liegenden Aufbau abgestützt ist. Rückwand und Träger sind hier zur Beschleunigung der Rohbaufertigung zu einem vorgefertigten Modul zusammengefasst, das in einem Arbeitsschritt in die übrige Rohbaustruktur integriert werden kann.To stiffen the body of passenger cars, especially convertibles, usually multi-part metallic stiffening structures are formed. These include pillar reinforcements in the area of the B and C pillars, the rear wall and cross member stiffeners. From the DE 196 42 821 A1 a body structure for a convertible is known, which has in the region of the rear wheel arches a transverse, connected to the floor and the two wheel arches rear wall, which is supported by longitudinal, laterally outer support on the front body. The rear wall and the girders are combined here to accelerate the shell production to a prefabricated module, which can be integrated in one step in the rest of the bodyshell structure.

Bekannte Versteifungsstrukturen für Personenkraftwagen sind mit dem Nachteil behaftet, dass sie ein hohes Eigengewicht aufweisen und aufwendig in der Herstellung und Montage sind.Known stiffening structures for passenger cars have the disadvantage that they have a high dead weight and are expensive to manufacture and assembly.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Versteifungsstruktur nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und 2 bereitzustellen, die besonders leicht und besonders einfach zu montieren ist.The present invention is therefore an object of the invention to provide a stiffening structure according to the preamble of claim 1 and 2, which is particularly easy and very easy to assemble.

Diese Aufgabe wird durch eine Versteifungsstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Versteifungsstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst.This object is achieved by a stiffening structure having the features of patent claim 1 and by a stiffening structure having the features of patent claim 2.

Eine solche Versteifungsstruktur für einen hinteren Bereich einer Fahrgastzelle eines Personenkraftwagens ist in Leichtbauweise ausgeführt und umfasst zwei innenseitig von jeweiligen Seitenwandbereichen der Fahrgastzelle positionierbare seitliche Strukturbereiche, die über einen mittleren Strukturbereich miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Versteifungsstruktur zumindest partiell aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Vorzugsweise wird hierzu ein kohlefaserverstärkter Kunststoff verwendet. Selbstverständlich sind auch andere Verstärkungsfasern wie Glas oder Kevlar denkbar. Bei besonders hoher Steifigkeit der Versteifungsstruktur kann durch solche Materialien ein gleichzeitig äußerst geringes Bauteilgewicht erreicht werden, so dass auch das Eigengewicht des Kraftwagens insgesamt reduziert wird. Dadurch sinken sowohl der Kraftstoffverbrauch des Kraftwagens in seinem Betrieb als auch dessen CO2-Emissionen.Such a stiffening structure for a rear area of a passenger compartment of a passenger car is designed in lightweight construction and comprises two on the inside of respective side wall portions of the passenger compartment positionable lateral structural areas, which are interconnected via a central structural area. According to the invention it is provided that the stiffening structure is at least partially formed of a fiber-reinforced plastic. Preferably, a carbon fiber reinforced plastic is used for this purpose. Of course, other reinforcing fibers such as glass or Kevlar are conceivable. With particularly high rigidity of the stiffening structure can be achieved by such materials simultaneously extremely low component weight, so that the total weight of the motor vehicle is reduced. This reduces both the fuel consumption of the motor vehicle in its operation and its CO 2 emissions.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die seitlichen Strukturbereiche über wenigstens eine vor dem mittleren Strukturbereich verlaufende weitere Quertraverse miteinander verbunden. Dies ist alternativ oder auch zusätzlich zur Ausbildung der Versteifungsstruktur aus einem faserverstärktem Kunststoff möglich. Die Quertraverse kann auf gewichtsparende Weise übliche Querträger, insbesondere die Fondsitzquerträger, ersetzen. Gleichzeitig wird so die gesamte Versteifungsstruktur noch weiter insbesondere in Querrichtung des Kraftwagens versteift.In a further aspect of the invention, the lateral structural regions are connected to one another via at least one further crossbeam extending in front of the middle structural region. This is possible as an alternative or in addition to the formation of the stiffening structure of a fiber-reinforced plastic. The crossbeam can replace conventional crossbeams, in particular the rear seat crossbeams, in a weight-saving manner. At the same time as the entire stiffening structure is further stiffened especially in the transverse direction of the motor vehicle.

Die beiden genannten Aspekte der Erfindung können einzeln sowie in Kombination Anwendung finden. Die im Folgenden beschriebenen weiteren Fortbildungen der Erfindung sind mit beiden genannten Aspekten frei kombinierbar.The two mentioned aspects of the invention can be used individually as well as in combination. The further developments of the invention described below can be freely combined with both mentioned aspects.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die seitlichen Strukturbereiche und/oder der mittlere Strukturbereich wenigstens eine Durchtrittsöffnung auf. Vorzugsweise werden die Durchtrittsöffnungen dabei so positioniert, dass sie außerhalb der Hauptlastpfade der Versteifungsstruktur angeordnet sind. Damit können besonders leichte Versteifungsstrukturen geschaffen werden. Die Durchtrittsöffnungen können darüber hinaus noch Zusatzfunktionen übernehmen und beispielsweise als Aufnahmen für Anbauteile, Komponenten oder dergleichen Verwendung finden.In a further embodiment of the invention, the lateral structural areas and / or the central structural area have at least one passage opening. Preferably, the passage openings are thereby positioned so that they are arranged outside of the main load paths of the stiffening structure. In this way, particularly lightweight stiffening structures can be created. The passages can also take over additional functions and, for example, find as recordings for attachments, components or the like.

Weiterhin ist es möglich, die Versteifungsstruktur mit zusätzlichen Befestigungselementen für solche Anbauteile, Komponenten oder dergleichen zu versehen. Hierbei kann es sich um Konsolen, Flansche oder ähnliches handeln.Furthermore, it is possible to provide the stiffening structure with additional fastening elements for such attachments, components or the like. These may be consoles, flanges or the like.

Auch elektrische Funktionen können in die Versteifungsstruktur integriert werden, indem elektrische Verbindungsmittel, insbesondere Litzen oder Drähte, in die Versteifungsstruktur eingebetet sind. Dies ist besonders zweckmäßig bei aus Faserverbundwerkstoffen gefertigten Versteifungsstrukturen, in welche solche elektrischen Verbindungsmittel bei der Fertigung der Versteifungsstruktur mit eingegossen bzw. eingespritzt werden können.Also electrical functions can be integrated into the stiffening structure by electrical connection means, in particular strands or wires are embedded in the stiffening structure. This is particularly useful in stiffening structures made of fiber composite materials into which such electrical connection means can be cast or injected during the production of the stiffening structure.

Vorzugsweise ist die Versteifungsstruktur einstückig ausgebildet, um so einen optimalen Kraftfluss durch die Knotenbereiche zwischen den seitlichen und mittleren Bereichen bzw. zwischen den seitlichen Bereichen und der Quertraverse sicherzustellen.Preferably, the stiffening structure is integrally formed, so as to ensure an optimal flow of force through the node areas between the lateral and central regions or between the lateral regions and the cross-beam.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Karosserie für einen Personenkraftwagen mit einer Fahrgastzelle, in welcher eine Versteifungsstruktur der oben beschriebenen hart angeordnet ist.The invention further relates to a body for a passenger car with a passenger compartment in which a stiffening structure of the above-described is arranged hard.

Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen: In the following, the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing. Hereby show:

1 eine perspektivische Ansicht eines hinteren Bereichs einer Fahrgastzelle eines Kraftwagens nach dem Stand der Technik und 1 a perspective view of a rear portion of a passenger compartment of a motor vehicle according to the prior art and

2 eine perspektivische Ansicht eines hinteren Bereichs einer Fahrgastzelle eines Kraftwagens mit einem Ausführungsbeispiel mit einer erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur. 2 a perspective view of a rear portion of a passenger compartment of a motor vehicle with an embodiment having a stiffening structure according to the invention.

Eine insgesamt mit 10 bezeichnete, dem Stand der Technik entsprechende Karosserie eines Kraftwagens weist eine versteifende Rückwand 12 auf, die einen hinteren Bereich 14 einer Fahrgastzelle 16 begrenzt und in etwa zwischen den Radhäusern 18 verläuft. Die Rückwand 12 ist als komplex geformtes Blechteil ausgeführt und erhöht insbesondere die Torsionssteifigkeit der Karosserie 10. Von der Rückwand 12 aus erstrecken sich entlang der Seitenwände 20 der Karosserie 10 nach vorne hin seitliche Versteifungselemente 22, die ebenfalls als Blechteile ausgeführt sind. Die seitlichen Versteifungselemente 22 sind mit einer Quertraverse 24 verbunden, die auf Höhe des Bodens 26 der Karosserie 10 verläuft.A total with 10 designated, the prior art body of a motor vehicle has a stiffening rear wall 12 on, which is a rear area 14 a passenger compartment 16 limited and approximately between the wheel arches 18 runs. The back wall 12 is designed as a complex shaped sheet metal part and in particular increases the torsional stiffness of the body 10 , From the back wall 12 extend out along the side walls 20 the body 10 towards the front side stiffening elements 22 , which are also designed as sheet metal parts. The lateral stiffening elements 22 are with a crossbeam 24 connected to the level of the ground 26 the body 10 runs.

Die Rückwand 12, Seitenversteifungen 22 sowie die Quertraverse 24 werden als separate Teile bereitgestellt, einzeln montiert und mit der Karosserie 10 verbunden. Aufgrund des hohen Gewichts der Blechteile werden so Kraftwagen mit hohem Eigengewicht gefertigt, die einen hohen Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß aufweisen. Die einzelne Montage von Rückwand 14 und Seitenversteifungen 22 und Quertraverse 24 führt gleichzeitig zu einem hohen Montageaufwand, was die Herstellungskosten des Kraftwagens erhöht.The back wall 12 , Side reinforcements 22 as well as the crossbar 24 are provided as separate parts, individually assembled and with the bodywork 10 connected. Due to the high weight of the sheet metal parts so cars are made with high weight, which have a high fuel consumption and CO 2 emissions. The single assembly of back wall 14 and side stiffeners 22 and crossbeam 24 At the same time leads to a high assembly cost, which increases the cost of the motor vehicle.

In 2 ist eine insgesamt mit 30 bezeichnete Karosserie dargestellt, die durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur 32 versteift ist. Die Versteifungsstruktur 32 ist einteilig ausgebildet und umfasst zwei Seitenbereiche 34, die über einen Mittenbereich 36 verbunden sind. Eine weitere Verbindung der Seitenbereiche 34 wird durch eine Quertraverse 38 hergestellt. Die Seitenbereiche 34 liegen innenseitig an den Seitenwänden 40 der Fahrgastzelle 42 an. Der Mittenbereich 36 bildet die Rückwand der Fahrgastzelle 42 aus und verläuft in etwa zwischen den Radhäusern 44 der Karosserie 30. Sowohl die Seitenbereiche 34 als auch der Mittenbereich 36 weisen Durchtrittsöffnungen 46 auf, die so angeordnet sind, dass sie außerhalb der Hauptlastpfade der Versteifungsstruktur 32 liegen, um so weiteres Gewicht einzusparen. Die Quertraverse 38 ersetzt den üblicherweise verwendeten Querträger auf Höhe des Fahrzeugbodens 48, der normalerweise unterhalb der Fondsitze eines Kraftwagens verläuft.In 2 is a total with 30 designated body represented by an embodiment of a stiffening structure according to the invention 32 is stiffened. The stiffening structure 32 is formed in one piece and comprises two side areas 34 that have a center area 36 are connected. Another connection of the page areas 34 is by a crossbeam 38 produced. The page areas 34 lie inside on the side walls 40 the passenger compartment 42 at. The middle area 36 forms the back wall of the passenger compartment 42 off and runs approximately between the wheel arches 44 the body 30 , Both the side areas 34 as well as the middle area 36 have passage openings 46 which are arranged to be outside the main load paths of the stiffening structure 32 lie to save further weight. The crossbar 38 Replaces the commonly used cross member at the level of the vehicle floor 48 which usually runs below the rear seats of a motor vehicle.

Die Versteifungsstruktur 32 ist zweckmäßigerweise aus einem Faserverbundkunststoff, insbesondere aus einem Kohlefaserverbundwerkstoff hergestellt. Dadurch lässt sich eine Steifungsstruktur 32 mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht realisieren. An die Versteifungsstruktur 32 können zusätzliche Struktur- oder Funktionselemente angeformt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um Befestigungselemente wie Flansche, Öffnungen und Konsolen handeln.The stiffening structure 32 is suitably made of a fiber composite plastic, in particular of a carbon fiber composite material. This allows a stiffening structure 32 realize with high strength and low weight. To the stiffening structure 32 Additional structural or functional elements can be molded. These may be, for example, fasteners such as flanges, openings and brackets.

All diese Elemente können beim Urformen der Versteifungsstruktur 32 in einem einzigen Verfahrensschritt mit angeformt werden, was eine besonders einfache Herstellung der Versteifungsstruktur 32 ermöglicht. An solche Befestigungselemente der Versteifungsstruktur 32 können vor der Montage der Versteifungsstruktur 32 an den Rohbau des Kraftwagens bereits alle notwendigen Anbauteile vormontiert werden, so dass die Versteifungstruktur 32 mit allen Anbauteilen als vorgefertigtes Modul an den Rohbau montiert werden kann.All of these elements can be used in prototyping the stiffening structure 32 be molded in a single process step, which is a particularly simple production of the stiffening structure 32 allows. To such fasteners of the stiffening structure 32 can before mounting the stiffening structure 32 all necessary attachments are already preassembled on the bodyshell of the motor vehicle, so that the stiffening structure 32 with all attachments as a prefabricated module to the shell can be mounted.

Die Anbindung an den Rohbau kann hier durch Kleben, Verschrauben, Verclipsen oder Klammern erfolgen. Dies kann bereits vor der Lackierung der Karosserie 30 erfolgen, wobei das Faserverbundmaterial der Versteifungsstruktur 32 sowie ein gegebenenfalls vorhandener Kleber temperatur- und formbeständig sein muss.The connection to the bodyshell can be done by gluing, screwing, clipping or stapling. This can already be done before painting the bodywork 30 take place, wherein the fiber composite material of the stiffening structure 32 and any adhesive must be temperature and dimensionally stable.

Alternativ ist, insbesondere bei der modularen Verwendung der Versteifungsstruktur 32 mit vormontierten Anbauteilen, eine Montage der Versteifungsstruktur 32 nach der KTL-Lackierung der Karosserie 30 möglich. Bei vormontierten Anbauteilen kann es sich beispielsweise um Überrollbügel, elektrische Leitungen oder Rückhaltesysteme handeln. Elektrische Leitungen können dabei direkt in den Faserverbundkunststoff mit eingebracht werden, um eine fest montierte und vor Beschädigungen geschützte elektrische Leitungsstruktur für Steuergeräte oder Ähnliches bereitzustellen.Alternatively, especially in the modular use of the stiffening structure 32 with pre-assembled attachments, a mounting of the stiffening structure 32 after the KTL painting of the body 30 possible. Pre-assembled attachments may be, for example, roll bars, electrical lines or restraint systems. Electrical cables can be introduced directly into the fiber composite plastic in order to provide a permanently mounted and protected from damage electrical line structure for control devices or the like.

Die Versteifungsstruktur 32 ist sowohl bei Cabrios als auch bei Limousinen verwendbar, wobei die Anwendung bei Cabrios besonders vorteilhaft ist, da dort das Dach als wesentlicher Bestandteil der Gesamtversteifung des Fahrzeugs wegfällt. Da die Versteifungsstruktur 32 der Karosserie 30 eine besonders hohe Torsionssteifigkeit verleiht, können bei Cabrios mit einer solchen Versteifungsstruktur 32 viele derzeit verwendete Versteifungsmaßnahmen entfallen, so dass besonders leichte Fahrzeuge gefertigt werden können.The stiffening structure 32 is useful in both convertibles and sedans, with the application is particularly advantageous in convertibles, since there eliminates the roof as an integral part of the overall stiffening of the vehicle. Because the stiffening structure 32 the body 30 gives a particularly high torsional stiffness, can convertibles with such a stiffening structure 32 Many currently used stiffening measures are eliminated, so that particularly light vehicles can be manufactured.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19642821 A1 [0002] DE 19642821 A1 [0002]

Claims (9)

Versteifungsstruktur (32) in Leichtbauweise für einen hinteren Bereich einer Fahrgastzelle (42) eines Personenkraftwagens, mit zwei innenseitig von jeweiligen Seitenwandbereichen (40) der Fahrgastzelle (42) positionierbaren seitlichen Strukturbereichen (34), welche über einen mittleren Strukturbereich (36) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsstruktur (32) zumindest partiell aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist.Stiffening structure ( 32 ) in lightweight construction for a rear area of a passenger compartment ( 42 ) of a passenger car, with two inside of respective side wall areas ( 40 ) of the passenger compartment ( 42 ) positionable lateral structural areas ( 34 ), which over a middle structural area ( 36 ), characterized in that the stiffening structure ( 32 ) is at least partially formed of a fiber-reinforced plastic. Versteifungsstruktur (32) in Leichtbauweise für einen hinteren Bereich einer Fahrgastzelle (42) eines Personenkraftwagens, mit zwei innenseitig von jeweiligen Seitenwandbereichen (40) der Fahrgastzelle (42) positionierbaren seitlichen Strukturbereichen (34), welche über einen mittleren Strukturbereich (36) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Strukturbereiche (34) über wenigstens eine vor dem mittleren Strukturbereich (36) verlaufende weitere Quertraverse (38) miteinander verbunden sind.Stiffening structure ( 32 ) in lightweight construction for a rear area of a passenger compartment ( 42 ) of a passenger car, with two inside of respective side wall areas ( 40 ) of the passenger compartment ( 42 ) positionable lateral structural areas ( 34 ), which over a middle structural area ( 36 ), characterized in that the lateral structural areas ( 34 ) over at least one in front of the middle structural area ( 36 ) extending further cross-beam ( 38 ) are interconnected. Versteifungsstruktur (32) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsstruktur (32) zumindest partiell aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist.Stiffening structure ( 32 ) according to claim 2, characterized in that the stiffening structure ( 32 ) is at least partially formed of a fiber-reinforced plastic. Versteifungsstruktur (32) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Strukturbereiche (34) über wenigstens eine vor dem mittleren Strukturbereich (36) verlaufende weitere Quertraverse (38) miteinander verbunden sind.Stiffening structure ( 32 ) according to claim 1, characterized in that the lateral structural areas ( 34 ) over at least one in front of the middle structural area ( 36 ) extending further cross-beam ( 38 ) are interconnected. Versteifungsstruktur (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Strukturbereiche (34) und/oder der mittlere Strukturbereich (36) wenigstens eine Durchtrittsöffnung (46) aufweisen.Stiffening structure ( 32 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the lateral structural areas ( 34 ) and / or the middle structural area ( 36 ) at least one passage opening ( 46 ) exhibit. Versteifungsstruktur (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsstruktur (32) wenigstens ein Befestigungselement für ein Anbauteil oder dergleichen umfasst.Stiffening structure ( 32 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the stiffening structure ( 32 ) comprises at least one attachment member for an attachment or the like. Versteifungsstruktur (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Versteifungsstruktur (32) wenigstens ein elektrisches Verbindungsmittel, insbesondere eine Litze oder ein Draht, eingebettet ist.Stiffening structure ( 32 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the stiffening structure ( 32 ) at least one electrical connection means, in particular a strand or a wire, is embedded. Versteifungsstruktur (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsstruktur (32) einstückig ausgebildet ist.Stiffening structure ( 32 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the stiffening structure ( 32 ) is integrally formed. Karosserie (36) für einen Personenkraftwagen mit einer Fahrgastzelle (42), in welcher eine Versteifungsstruktur (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 angeordnet ist.Bodywork ( 36 ) for a passenger car with a passenger compartment ( 42 ), in which a stiffening structure ( 32 ) is arranged according to one of claims 1 to 8.
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