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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeuges, welches ein Außenteil umfasst, dessen Außenseite einen Teil einer Außenhaut der Karosserie ausbildet, und dessen Innenseite in Richtung einer Tragstruktur der Karosserie ausgerichtet ist, wobei die Karosseriestruktur weiterhin wenigstens ein Stützprofil umfasst, das mit einer Profilfläche planparallel zu einem Bereich der Innenseite des Außenteils angeordnet ist und in diesem Bereich mit dem Außenteil verbunden ist, so dass das Außenteil durch das Stützprofil abgestützt oder abstützbar ist.
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Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Karosseriestruktur sowie eine Karosserie oder ein Karosserieanbauteil, welches die erfindungsgemäße Karosseriestruktur sowie eine Tragstruktur umfasst. Ergänzend betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Karosserie und/oder ein erfindungsgemäßes Karosserieanbauteil aufweist.
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Zur Abstützung von Außenhautbauteilen und Karosserien sowie zur Aufnahme von Schwingungen und Erhöhung der Tragfähigkeit der Karosserie beziehungsweise des Karosserieanbauteils im abzustützenden Bereich werden üblicherweise Verstärkungselemente, so genannte Schottbleche, eingesetzt. Auf der der Innenseite der Karosserie zugewandten Seite sind derartige Verstärkungselemente an Tragstrukturen angeschlossen, in die in die Außenhaut eingebrachten Kräfte einleitbar sind, oder in die umgekehrt Kräfte von der Tragstruktur zur Übertragung in die Außenhaut eingeleitet werden.
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Zu diesem Zweck ist eine feste Verbindung zwischen Verstärkungselement und dem die Außenhaut ausbildenden Teil der Karosserie erforderlich. Schweißverbindungen haben dabei den Nachteil, dass sie bei Herstellung zu Verwerfungen der Außenhaut und demzufolge zur optischen Beeintrichtigungen führen oder einen erhöhten Nachbearbeitungsaufwand notwendig machen.
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Insbesondere zur Versteifung von Außenhautteilen im sichtbaren Bereich haben sich deshalb Klebeverbindungen durchgesetzt.
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Aus der
DE 10 2006 016 607 A1 ist eine Aufbaustruktur für eine Karosserie bekannt, bei der ein U-förmiges oder flaches Schottblech zur Verstärkung eines Verstärkungsbleches dient. Das Schottblech kann das Verstärkungsblech aussteifen und die Weiterleitung von Aufprallenergie an den Querträgern verbessern oder auch in Verformungsenergie umwandeln. Dadurch, dass das Schottblech sowie auch das Verstärkungsblech nicht im sichtbaren Bereich angeordnet sind, lässt sich hier eine Schweißverbindung vorteilhaft zur Fixierung des Schottbleches im Verstärkungsblech anwenden.
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Aus der
DE 197 54 170 A1 ist ein als Gusssteil ausgestaltetes Leichtmetallbauteil bekannt, welches einen Teil der Karosserie-Außenhaut ausbilden kann. Das Leichtmetallbauteil ist mit einem Verstärkungselement versehen, welches mittels Kleben mit ihm verbunden ist. Das Verstärkungselement hat hierbei eine flächige Ausgestaltung.
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Aus der
DE 31 51 266 A1 ist eine Klebeverbindung zwischen zwei dünnwandigen Bauteilen, insbesondere Blechteilen bekannt, wobei ein Verstärkungsteil auf einer Innenseite eines einen Teil der Außenhaut einer Karosserie ausbildenden Außenteils eingeklebt ist. Hierdurch wird das Flächenträgheitsmoment des dadurch hergestellten Bauteils vergrößert. Eine Verbindung des Außenteils mit einer Tragstruktur durch ein Stützprofil wird allerdings nicht realisiert.
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Die
DE 199 29 421 A1 lehrt eine Versteifung eines Behälters zur Aufnahme von Fluiden, wobei die Versteifung durch T-förmige Abstützungen realisiert ist. Die durch die Querschenkel des T-Profils gebildete Fläche ist nach innen gerichtet und liegt an einer Isolierschicht des Behälters an, so dass der schmalere Steg des T-Profils mit der Wand verbunden ist, die eine Außenhaut des Behälters darstellt. Die Verbindung der durch die Querschenkel des T-Profils gebildeten Fläche mit der Isolierschicht erfolgt dabei durch Klebung.
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Aus der
DE 197 28 582 A1 ist ein Metallformteil sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt, wobei in einem profilierten Träger zu dessen Versteifung Versteifungsbleche eingesetzt sind. Der profilierte Träger kann ein Teil der Außenhaut einer Karosserie sein. Die Versteifungsbleche können seitlich abgewinkelte Laschen aufweisen, um eine in diesem Bereich realisierte Klebwirkung zu verbessern. Derartige Versteifungsbleche weisen im Querschnitt ein L-Profil auf.
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Nachteilig an den genannten Ausführungsformen zur Versteifung und/oder Abstützung von Karosserieteilen ist, dass es selbst bei bevorzugter Klebung zwischen einem Stützelement und den einen Teil der Außenhaut der Karosserie ausbildenden Außenteil zu einer optisch wahrnehmbaren Abzeichnung des Klebebereiches an der Außenseite des Außenteils kommen kann, insbesondere bei temperaturschwankungsbedingten Schrumpfungsprozessen des Außenteils und/oder bei beanspruchungsbedingter Verformung der Karosserie beziehungsweise des Karosserieanbauteils.
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Zur Vermeidung derartiger Verwerfungen wurde bereits versucht, Klebeverbindungen mit erhöhter Elastizität einzusetzen. Es hat sich dabei jedoch gezeigt, dass derartige Kleberverbindungen nicht zuverlässig die Abstützwirkung oder die Aufnahme von Schwingungen gewährleisten können.
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Außerdem traten bei höherfesten Klebeverbindungen Probleme dahingehend auf, dass sich bei Anwendung von L-Profilen als Stützprofile eine Profilfläche des L-Profils von der Klebeschicht gelöst hat oder gegebenenfalls Risse in L-Profil auftraten, meist in der Kehle zwischen den Schenkeln des L-Profils.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Karosseriestruktur sowie ein Verfahren zur Herstellung der Karosseriestruktur zur Verfügung zustellen, mit denen in einfacher, kostengünstiger und zuverlässiger Weise die Abstützung eines einen Teil einer Außenhaut darstellenden Karosserieteils oder Karosserieanbauteils realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 1, durch das Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Karosseriestruktur nach Anspruch 9, durch ein Karosserie oder Karosserieanbauteil nach Anspruch 10 und durch ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 sowie 11 und 12 angegeben.
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Erfindungemäß wird eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung gestellt, welche ein Außenteil umfasst, dessen Außenseite einen Teil einer Außenhaut der Karosserie ausbildet, und dessen Innenseite in Richtung einer Tragstruktur der Karosserie ausgerichtet ist, wobei die Karosseriestruktur weiterhin wenigstens ein Stützprofil umfasst, das mit einer Profilfläche planparallel zu einem Bereich der Innenseite des Außenteils angeordnet ist und in diesem Bereich mit dem Außenteil verbunden ist, so dass das Außenteil durch das Stützprofil abgestützt oder abstützbar ist. Erfindungsgemäß ist das Stützprofil ein T-Profil, und die planparallel zu einem Bereich der Innenseite des Außenteils angeordnete Profilfläche ist eine durch die Querschenkel des T-Profils gebildete Profilfläche.
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Das Außenteil ist insbesondere ein Teil, das zur Karosserie-Außenseite ausgerichtet ist und somit eine äußere und von außerhalb des Kraftfahrzeugs sichtbare Außenhaut ausbildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein derartiges Außenteil eingeschränkt, sondern es kann auch durch das Außenteil die Außenhaut eines die Oberfläche der Karosserie bildenden Teils ausgebildet sein, welches einen Teil der zum Fahrgastraum gerichteten Oberfläche ausbildet und somit von innen sichtbar ist. Das heißt, dass die Außenseite des Außenteils zur Karosserieaußenseite ausgerichtet sein kann und somit einen Teil der Außenbeplankung bilden kann, oder es kann auch zur Karosserieinnenseite ausgerichtet sein und somit ein Teil der inneren Oberfläche, das heißt, eine vom Fahrgastraum aus sichtbare Beplankung sein. Das Außenteil kann somit im Sinne der Erfindung auch ein Blech zur Verkleidung des Innenraums sein, wie zum Beispiel ein Blech zur Herstellung eines Tür-Innenrahmens oder auch zur Herstellung eines Armaturenträgers oder ähnlichem. Die Karosserie ist dabei nicht auf eine Rohbaukarosse eingeschränkt, sondern es kann unter der Karosserie im Sinne der Erfindung eine mit Türen, Klappen, Augen und ähnlichen komplettierte Karosserie verstanden werden, so dass die erfindungsgemäße Karosseriestruktur auch an einem Karosserieanbauteil wie zum Beispiel in einer Kraftfahrzeugtür oder Kraftfahrzeugklappe ausgeführt sein kann. Die planparallel zu einem Bereich der Innenseite des Außenteils angeordnete Profilfläche ist in diesem Bereich mit dem Außenteil mechanisch im Sinne einer kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssigen Verbindung fixiert. Das heißt, dass die Verbindung des Stützprofils mit der Innenseite des Außenteils mittels der einen Flansch ausbildenden Fläche des T-Profils realisiert ist. Somit sind Kräfte vom Außenteil auf das Stützprofil über den durch die Querschenkel des T-Profils gebildeten Flansch beziehungsweise durch die dadurch gebildete Profilfläche in das T-Profil eintragbar, oder umgekehrt, vom T-Profil über den Flansch in das Außenteil eintragbar. Das T-Profil bildet somit ein so genanntes Schott aus, welches allerdings nicht auf eine Funktion der Abschottung von Räumen innerhalb der Karosserie beziehungsweise Karosseriestruktur eingeschränkt ist. Der Vorteil der Erfindung der Anwendung des T-Profils als ein Stützprofil liegt insbesondere in der günstigen Geometrie zur Einleitung von Kräften, da die Kraft hier mittig in das Stützprofil eingeleitet wird. Dies hat zur Folge, dass Verbindungselemente und/oder stoffschlüssige Verbindungen ebenfalls symmetrisch beansprucht werden und es dadurch erst bei viel höherer Beanspruchung und/oder bei weitaus mehr Lastwechseln zu einem Bruch oder Riss in oder am Stützprofil kommt, als es bei herkömmlichen Stützprofilen der Fall ist. Das heißt, dass durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung die Festigkeit der Karosseriestruktur beziehungsweise der Verbindung des Stützprofils mit dem Außenteil erheblich gesteigert wird.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass zwischen der durch die Querschenkel des T-Profils gebildeten Profilfläche und der Innenseite des Außenteils eine Klebeschicht angeordnet ist, mittels derer das Stützprofil an der Innenseite des Außenteils fixiert ist. Durch die mittige Einleitung von Kräften lassen sich Klebesubstanzen verwenden, die eine relativ geringe Festigkeit aufweisen, so dass kein Abzeichnen an der Außenhaut und damit keine Verschlechterung des optischen Eindruckes zu befürchten ist. Die Klebeschicht kann dabei gegebenenfalls nur punktuell oder alternativ vollflächig zwischen der durch die Querschenkel des T-Profils gebildeten Profilfläche und der Innenseite des Außenteils vorhanden sein. Das heißt, dass zwischen dem T-Profil und dem Außenteil eine mittelbare Wirkverbindung, geschaffen durch die Klebeschicht, vorhanden ist.
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Vorteilhafterweise ist der Kleber ein auf Kautschuk basierender Kleber. Der eingesetzte Kleber ist somit ein sogenannter Abstützkleber. Dies ist ein bei Raumtemperatur hochviskoser lösungsmittelfreier reaktiver Kleb-/Dichtstoff. Dieser Klebstoff erweicht bei höheren Temperaturen und wird bevorzugt bei ca. 35°C bis 60°C aufgetragen. Solche Kleber sind auch unter den Markenbezeichnungen Terostat-3216 oder Terostat-3208VW-25 bekannt.
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Vorteile dieser Kleber sind die Anhaftungsfähigkeit auf öligen Flächen, so dass keine aufwändige Vorbehandlung der zur Klebung vorgesehenen Flächen notwendig ist.
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Die Kleber sind beständig gegen Reinigungs- und Vorbehandlungsmittel. Außerdem weisen sie eine gute Verträglichkeit mit Elektrotauchlacken auf und bieten einen guten Korrosionsschutz auch in den Grenzflächen. Sie sind überlackierbar.
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Die Aushärtung kann mittels Durchlaufen eines Ofens realisiert werden. Die Zugscherfestigkeit des Klebers liegt vorzugsweise bei ca. 1,8 MPa.
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Bei weniger stark belasteten Verbindungen ist ein Kleber mit einer Zugscherfestigkeit von 0,2 MPa ausreichend Die Schichtstärke sollte nicht 2 mm überschreiten.
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Alternativ kann der Kleber ein auf Epoxidharz und Polyurethan basierender Kleber sein. Dies ist ein so genannter Festigkeitskleber. Dieser Kleber ist ein einkomponentiger, warmapplizierter, hitzehärtender, struktureller Klebstoff, insbesondere geeignet zur Verklebung von Blechen. Die Aushärtung kann mittels Durchlaufen eines Ofens realisiert werden. Ein solcher Kleber ist zum Beispiel unter dem Markenname SikaPower-490/7 bekannt. Ein Vorteil dieses Klebers ist die Anhaftungsfähigkeit auf öligen Flächen, so dass keine aufwändige Vorbehandlung der zur Klebung vorgesehenen Flächen notwendig ist. Außerdem ist er punktschweißfähig, ermöglicht ein verzugsfreies Fügen und schützt vor Korrosion. Die Zugscherfestigkeit des Klebers liegt zwischen 20 und 35 MPa.
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Weiterhin lassen sich auf Polyurethan basierende Klebstoffe zur Herstellung der Klebeschicht zwischen der Innenseite des Außenteils und der durch die Querschenkel des T-Profils gebildeten Profilfläche einsetzen. Die Materialien dieser Kleber sind AMV 169 101, AMV 169 301, AMV 169 302, AMV 169 412, AMV 169 530, AMV 169 620 PF 002, AMV 169 620 KQ 002, AMV 169 320. Diese Kleber werden unter der Bezeichnung Terostat sowie Betaseal, Sika booster, Sikaflex und EFBOND angeboten. Sie weisen eine Dichte von zirka 1,15 bis 1,4 g/cm3 auf und lassen sich bei Temperaturen von zirka Raumtemperatur bis 80°C applizieren. Vorteilhafterweise kann die Applikation dieser Kleber auf vorher aufgebrachte Lackschichten erfolgen. Dies ermöglicht eine flexible Integration des Klebeprozesses in den gesamten Herstellungsprozess der Karosseriestruktur, wobei auf Grund der relativ geringen Applikationstemperatur keine Gefahr der Beschädigung umliegender Bauteile gegeben ist.
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Insbesondere die Anwendung des relativ weichen und für gewöhnlich nicht zur Kraftübertragung eingesetzten Abstützklebers führt in Verbindung mit dem T-Profil trotz geringer Festigkeit und Kosten des Klebers zu hervorragenden Ergebnissen hinsichtlich der Festigkeit der Verbindung sowie des Abzeichnungsverhaltens auf der Außenhaut. Ein weiterer Vorteil dieses Rohbauabstützklebers liegt darin, dass keine intensive Säuberung oder chemische Behandlung der Klebeflächen erforderlich ist, wodurch sich ebenfalls Kosten sparen lassen.
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In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die durch die Querschenkel des T-Profils gebildete Profilfläche die Innenseite des Außenteils kontaktiert und mit dieser verbunden ist. Es lässt sich zum Beispiel formschlüssig durch Verbindung geeigneter Formelemente am Außenteil und am T-Profil, wie zum Beispiel durch Nuten an der Innenseite des Außenteils, in welche die durch die Querschenkel des T-Profils gebildete Profilfläche eingeschoben wird, oder gegebenenfalls durch andere Befestigungsverfahren, wie zum Beispiel durch Schweißen oder Löten oder ähnliche stoffschlüssige Verfahren die Profilfläche des T-Profils unmittelbar mit der Innenseite des Außenteils verbinden. Das heißt, dass hier keine Klebung zwischen Stützprofil und Innenseite des Außenteils vorgesehen ist. Es ergibt sich damit eine unmittelbare Wirkverbindung, das heißt ein direkter Kontakt zwischen Profilfläche und Innenseite des Außenteils.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das T-Profil ein L-Profil umfasst, dessen Flansch an einem ersten Flächenelement fixiert ist, welches die beiden Querschenkel des T-Profils ausbildet. Der Flansch ist dabei am Steg des L-Profils angeordnet und durch einen winklig verlaufenden Schenkel ausgebildet. Es kann dabei sein, dass sich der Flansch des L-Profils nicht über die gesamte Länge des T-Profils erstreckt, sondern nur über einen Abschnitt, wobei in diesem Fall vorzugsweise mehrere solcher L-Profilabschnitte vorgesehen sind, zur Verbindung mit dem ersten Flächenelement.
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In einer weiteren Alternative ist vorgesehen, dass das T-Profil durch ein erstes L-Profil hergestellt ist, dessen Flansch den ersten Querschenkel des T-Profils ausbildet, wobei am Steg des ersten L-Profils der Steg eines zweiten L-Profils fixiert ist, dessen Flansch den zweiten Querschenkel des T-Profils ausbildet.
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In beiden Varianten zur Herstellung des T-Profils bietet sich eine Verbindung der Einzelteile des T-Profils mit Schweißen, wie zum Beispiel Punkt- oder Lochschweißen an, gegebenenfalls auch alternative Verbindungsverfahren wie Löten, Nieten, Durchsatzfügen oder Kleben. Nicht auszuschließen sind dabei die Anwendungen von lösbaren Verbindungen zwischen den T-Profilelementen. Der Steg des L-Profils ist üblicherweise der längere Schenkel, an den sich der als Flansch bezeichnete üblicherweise kürzere Schenkel anschließt, wobei die Erfindung nicht auf die Anwendung von unterschiedlich langen Schenkeln des L-Profils eingeschränkt sein soll, so dass auch nicht auszuschließen ist, dass der Flansch gegebenenfalls länger als der Steg ausgeführt ist.
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In einer weiteren konstruktiven Alternative zur Ausbildung des T-Profils ist dieses durch zwei Einzelflächenelemente hergestellt, wobei ein zweites Flächenelement den Steg des T-Profils ausbildet und ein erstes Flächenelement an der Stirnseite des zweiten Flächenelementes angeordnet ist und somit die beiden Querschenkel des T-Profils ausbildet, wobei an wenigstens einem der Flächenelemente wenigstens eine Lasche angeordnet ist, die in abgewinkeltem Zustand am jeweils anderen Flächenelement fixiert ist. Vorzugsweise ist in das erste Flächenelement wenigstens eine Lasche hineingeschnitten, die im abgewinkelten Zustand am zweiten Flächenelement mechanisch fixiert ist, vorzugsweise über Punkt- oder Lochschweißung. Dabei soll allerdings auch die Variante nicht ausgeschlossen sein, in der am zweiten Flächenelement wenigstens eine Lasche angeordnet ist, die im abgewinkelten Zustand am ersten Flächenelement fixiert ist. Vorzugsweise bietet sich zur Verbindung der Laschen mit dem jeweiligen Flächenelement eine kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssige Verbindung an. Die Flächenelemente sowie auch ein zur Herstellung des T-Profils genutztes L-Profil sind vorzugsweise aus Blech ausgeführt.
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Der Steg des T-Profils ist dabei ein zentral verlaufendes Element, an welches sich beidseitig jeweils ein Querschenkel anschließt, so dass die beiden Querschenkel zusammen einen Flansch des T-Profils ausbilden.
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Erfindungsgemäß wird außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Karosseriestruktur zur Verfügung gestellt, wobei ein T-Profil und ein Außenteil zur Verfügung gestellt werden und die durch die beiden Querschenkel gebildete Profilfläche des T-Profils mit der Innenseite des Außenteils verbunden wird. Diese Verbindung kann wie bereits erwähnt mittels Klebung, Schweißung, Lötung oder ähnlichem erfolgen.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Karosserie oder ein Karosserieanbauteil, welches wenigstens eine erfindungsgemäße Karosseriestruktur umfasst, sowie eine Tragstruktur, mit welcher die Karosseriestruktur zwecks Kraftübertragung von der Tragstruktur auf das Außenteil, oder umgekehrt vom Außenteil auf die Tragstruktur verbunden ist. Das Karosserieanbauteil kann dabei zum Beispiel eine Tür oder eine Klappe eines Kraftfahrzeuges sein, in dem beziehungsweise in der die erfindungsgemäße Karosseriestruktur angeordnet ist. Die Kraft kann eine Zug- oder Druckkraft sein, so dass eine Kraftübertragung zwischen der Tragstruktur und dem Außenteil in beide Richtungen möglich ist. Die Tragstruktur ist vorteilhafterweise mit dem Steg des T-Profis fest verbunden.
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In einer besonderen Ausgestaltung der Karosserie oder des Karosserieanbauteils ist vorgesehen, dass das T-Profil derart an die Tragstruktur angeschlossen ist, dass eine Kraft von der Tragstruktur in einem Winkel in einem Bereich von 65°–90° in der Ebene des Steges und in Bezug zur durch die Querschenkel des T-Profils gebildeten Profilfläche in das T-Profil eingeleitet ist oder einleitbar ist. Diese Ausgestaltung bezieht sich auf einen Steg, der senkrecht zu der durch die Querschenkel des T-Profils gebildeten Profilfläche angeordnet ist. Insbesondere soll eine Krafteinleitung in einem Winkelbereich von 70°–80°, ganz besonders in einem Winkel von 70° ermöglicht werden. Das heißt, dass Tragstruktur, Stützprofil sowie Außenteil derart aneinander angeordnet sein können, dass die Krafteinleitung ausschließlich im genannten Winkelbereich erfolgen kann oder auch, dass die Krafteinleitung im genannten Winkelbereich möglich ist.
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Außerdem kann die Karosserie oder das Karosserieanbauteil derart ausgestaltet sein, dass das T-Profil derart an die Tragstruktur angeschlossen ist, dass eine Kraft von der Tragstruktur in einen Winkel in einem Bereich von 65–80° in einer quer zur Längserstreckungsrichtung verlaufenden Ebene des T-Profils in das T-Profil eingeleitet ist oder einleitbar ist. In dieser Ausgestaltung steht der Steg winklig auf der durch die Querschenkel des T-Profils ausgebildeten Profilfläche oder ist so dick ausgestaltet; dass die Kraft derart in das T-Profil eingeleitet werden kann, dass sie von der Seite schräg auf die durch die Querschenkel des T-Profils gebildete Profilfläche wirkt. Diese Konstellation kann gegebenenfalls auch in Kombination mit der Krafteinleitung auftreten, bei der die Kraft in der Ebene eines senkrechten Steges winklig auf die durch die Querschenkel gebildete Profilfläche wirkt. Insbesondere soll hier eine Krafteinleitung in einem Winkel von 75° möglich sein. Die sich aus den Einzelbelastungen ergebene Vergleichsspannung in eine Klebeschicht zwischen der Profilfläche und der Innenseite des Außenteils oder auch in verwendeten Verbindungselementen ist bei der vorliegenden Erfindung wesentlich geringer als bei einem herkömmlichen L-Profil, dessen Schenkelfläche an der Innenseite des Außenteils befestigt beziehungsweise geklebt ist. Die angreifenden Kräfte können dabei ruhend, schwellend oder wechselnd wirken.
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Die vorliegende Erfindung kann mit einem T-Profil realisiert sein, dessen Querschenkel unterschiedliche Längen aufweisen. Vorzugsweise beträgt die Länge eines Querschenkels jedoch nicht weniger als 20% und nicht mehr als 80% der durch die beiden Querschenkel gebildeten Profilfläche.
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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist somit, dass die in den Steg des T-Profils eingeleitete Kraft nicht seitlich auf die am Außenteil befestigte Profilfläche wirkt, sondern wenigstens in einem Abstand von 20% der Länge der Profilfläche ausgehend von deren Rand in diese eingeleitet wird. Bei Verwendung eines spiegelsymmetrischen T-Profils ergibt sich somit eine symmetrische Belastung der Verbindung. Bei einem unsymmetrischen T-Profil erfolgt die Belastung noch derart, dass auf beiden Seiten des Steges Spannungen entstehen, was zu einer ausreichenden Spannungsreduzierung führt.
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Die Erfindung ergänzend wird ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, welches eine erfindungsgemäße Karosserie und/oder ein erfindungsgemäßes Karosserieanbauteil umfasst.
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Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sowie die sich daraus ergebenden Vorteile werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
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1 das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen Karosseriestruktur mit Klebeverbindung in der Ansicht von vorn,
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2 die Karosseriestruktur aus 1 in Ansicht von der Seite,
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3 das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Karosseriestruktur ohne Klebeverbindung,
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4 die Karosseriestruktur aus 3 in Ansicht von der Seite,
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5 eine erste konstruktive Ausführung des T-Profils in Ansicht von der Seite,
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6 eine zweite konstruktive Ausführung des T-Profils in Ansicht von der Seite,
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7 eine dritte konstruktive Ausführung des T-Profils in Ansicht von der Seite,
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8 eine Karosseriestruktur in herkömmlicher Ausführung in perspektivischer Ansicht,
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9 eine erfindungsgemäße Karosseriestruktur der dritten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht,
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10 eine erfindungsgemäße Karosseriestruktur der ersten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht,
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11 eine Darstellung der Beanspruchung der Klebeschicht bei der herkömmlichen Karosseriestruktur,
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12 eine Darstellung der Beanspruchung der Klebeschicht bei der Karosseriestruktur der dritten Ausführungsform,
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13 eine Darstellung der Beanspruchung der Klebeschicht einer erfindungsgemäßen Karosseriestruktur der ersten Ausführungsform bei Einleitung einer senkrecht zum Außenteil verlaufenden Kraft,
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14 eine Darstellung der Beanspruchung der Klebeschicht an einer herkömmlichen Karosseriestruktur bei einer im Wesentlichen parallel zum Außenteil verlaufenden Kraftbeaufschlagung,
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15 eine Darstellung der Beanspruchung der Klebeschicht einer Karosseriestruktur der dritten Ausführungsform bei im Wesentlichen parallel zum Außenteil verlaufender Kraftbeanspruchung,
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16 eine Darstellung der Beanspruchung der Klebeschicht einer
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Karosseriestruktur der ersten Ausführungsform bei Beanspruchung einer im Wesentlichen parallel zum Außenteil verlaufenden Kraft,
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17 eine Darstellung der Krafteinleitung einer erfindungsgemäßen Karosseriestruktur in Ansicht von vorne,
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18 eine Darstellung einer winkligen Krafteinleitung in der Ebene des Steges einer erfindungsgemäßen Karosseriestruktur in Ansicht von vorne,
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19 eine Darstellung der Einleitung einer Kraft in einen winklig angeordneten Steg einer erfindungsgemäßen Karosseriestruktur in Ansicht von der Seite und
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20 perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen T-Profils.
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Das heißt, dass in den 1 bis 7, 9, 10, 12, 13 sowie 15–19 erfindungsgemäße Karosseriestrukturen dargestellt sind.
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In den 8, 11 und 14 sind zum Vergleich und zur Verdeutlichung der Vorteile der Erfindung herkömmliche Karosseriestrukturen dargestellt.
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Aus den 1–4 sind zwei grundlegende Konstruktionsvarianten der Karosseriestruktur beziehungsweise eines Bereichs einer Karosserie oder eines Karosserieanbauteils ersichtlich. In den 1 und 2 ist die Variante dargestellt, in der ein T-Profil 50, umfassend einen mittig angeordneten Steg 52 und einen ersten Querschenkel 54 sowie einen zweiten Querschenkel 55 mit der durch die beiden Querschenkel 54 und 55 gebildeten Profilfläche 51 über eine Klebeschicht 60 mit einem Außenteil 10 verbunden ist. Das T-Profil 50 ist dabei an der Innenseite 12 des Außenteils 10 angeordnet Der Steg 52 des T-Profils 50 ist an einer Tragstruktur 30 der Karosserie angeschlossen. Eine solche Tragstruktur 30 kann zum Beispiel ein Träger einer selbsttragenden Karosserie oder ein Rahmenelement sein. In den 3 und 4 weist das T-Profil 50 die selbe Ausgestaltung wie in den 1 und 2 auf, wobei jedoch die Querschenkel 54, 55 des T-Profils 50 mittels mechanischer Befestigungsmittel 61 an der Innenseite 12 des Außenteils 10 befestigt sind. Die mechanischen Befestigungsmittel 61 sind dabei nur mit Strich-Punkt-Linien angedeutet.
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Es ist ersichtlich, dass Kräfte von der Tragstruktur 30 über den Steg 52 des T-Profils 50 in dessen ersten und zweiten Querschenkel 54, 55 eingetragen werden können, so dass die Kraft vom T-Profil 50 entweder wie in den 1 und 2 dargestellt über die Klebeschicht 60 in das Außenteil 10 eingetragen werden kann oder durch die direkte Anlage der durch die Querschenkel 54, 55 gebildeten Profilfläche 51 in das Außenteil 10 eingetragen werden kann, wie in den 3 und 4 dargestellt. Das T-Profil 50 bildet dabei das Stützprofil 40 für die erfindungsgemäße Karosserie aus.
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Durch die Verwendung eines T-Profils 50 wird die Kraft von der Tragstruktur 30 zentral aufgrund der zentralen Anordnung des Steges 52 in die Klebeschicht 60 eingetragen, so dass es zu einer gleichmäßigen Belastung der Klebeschicht 60 kommt. Die Folge davon ist, dass ein sogenanntes „Abschälen”, wie es aus der Verwendung von L-Profilen als Abstützelementen und damit einhergehenden Spannungsspitzen bekannt ist, verhindert wird. Die Haltbarkeit der Klebeverbindung wird wesentlich gesteigert und/oder es sind wesentlich mehr Lastwechsel von der Verbindung ertragbar als es bei herkömmlichen Stützprofilen der Fall ist.
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Die Außenseite 11 des Außenteils 10 ist dabei zur Karosserie-Außenseite 20 gerichtet. Unter der Karosserie-Außenseite 20 kann dabei tatsächlich die Umgebung der Karosserie gemeint sein, oder alternativ auch der Innenraum der Karosserie, so dass die Außenseite des Karosserie-Außenseite 20 zum Innenraum der Karosserie gerichtet ist und von dort aus optisch wahrnehmbar ist. Durch die Verwendung eines geeigneten Klebemittels in der Klebeschicht 60, vorzugsweise durch einen Rohbaukleber, der eine geeignete Elastizität aufweist, wird vermieden, dass bei temperaturbedingten Verwerfungen des Außenteils 10 und/oder der Tragstruktur 30 sowie bei belastungsbedingter Verformung der Tragstruktur 30 und/oder des Außenteils 10 die Stelle der Verbindung zwischen Stützprofil 40 und Außenteil 10 an der Außenseite 11 optisch wahrnehmbar ist.
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In den 5 bis 7 sind unterschiedliche konstruktive Ausführungsformen eines T-Profils 50, welches zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Karosseriestruktur dienen kann, dargestellt. In einer ersten Ausführungsform ist der Steg 52 des T-Profils durch den Steg 71 eines ersten L-Profils 70 ausgebildet, wobei der Flansch 72 des ersten L-Profils an einem ersten Flächenelement 90 anliegt und an diesem befestigt ist, vorzugsweise mittels eines mechanischen Befestigungsmittels 61, so dass das erste Flächenelement 90 den ersten und den zweiten Querschenkel 54, 55 des T-Profils 50 ausbildet. In einer zweiten Ausführungsform gemäß 6 sind ein erstes L-Profil 70 sowie ein zweites L-Profil 80 derart miteinander mittels mechanischer Befestigungsmittel 61 verbunden, dass ihre Stege 71, 81 aneinander anliegen, so dass ihre Flansche 72, 82 jeweils den ersten und zweiten Querschenkel 54, 55 des T-Profils 50 ausbilden.
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In einer dritten Ausführungsform ist der Steg 52 des T-Profils 50 durch ein zweites Flächenelement 100 ausgebildet, an dessen Stirnseite 101 mittig ein erstes Flächenelement 90 angeordnet ist, wobei eine sich vom ersten Flächenelement 90 erstreckende Lasche 91, die in einer bevorzugten Variante aus dem ersten Flächenelement 90 herausgeschnitten und umgebogen ist, mittels eines mechanischen Befestigungsmittels 61 am zweiten Flächenelement 100 fixiert ist. Das erste Flächenelement 90 bildet somit in dieser Ausgestaltung ebenfalls den ersten und zweiten Querschenkel 54, 55 des T-Profils 50 aus.
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In den 8 bis 10 sind in perspektivischen Darstellungen unterschiedliche Ausführungsformen von Stützprofilen 40 erkennbar. In 8 ist dabei eine herkömmliche, durch ein L-Profil hergestelltes Stützprofil ersichtlich, welches mittels einer Klebeschicht 60 am Außenteil 10 befestigt ist.
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In 8 ist dargestellt, dass am Stützprofil 40 unterschiedliche Kräfte wirken können, nämlich einerseits eine Kraft F senkrecht zum Außenteil 10 verlaufend sowie eine Kraft F im Wesentlichen parallel zum Außenteil 10 verlaufend.
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In den 9 und 10 ist ein erfindungsgemäßes T-Profil 50 gezeigt, welches ebenfalls mittels einer Klebeschicht 60 am Außenteil 10 befestigt ist. In 9 ist dabei durch die perspektivische Ansicht besonders gut die dritte Ausführungsform gemäß 7 erkennbar, bei der eine Lasche 91 zur Befestigung der beiden Flächenelemente 90, 100 dient.
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In den 11 bis 13 ist die Verteilung von Spannungen in der Klebeschicht 60 ersichtlich, wenn die Kraft F wie dargestellt im Wesentlichen senkrecht zum Außenteil 10 verläuft. Aus 11 ist ersichtlich, dass bei einem herkömmlichen Stützprofil 40 sich dieses zumindest teilweise von der Klebeschicht 60 ablöst und in der Klebeschicht 60 erhebliche Spannungen vorhanden sind.
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Aus 12 ist ersichtlich, dass das erfindungsgemäße T-Profil 50 gemäß 12 kaum Verformungen erleidet und dass sich die Spannungen in der Klebeschicht im Wesentlichen symmetrisch verteilen und relativ gering ausfallen.
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Ähnliches ist aus 13 ersichtlich, bei der es lediglich zu einer geringen Verformung des Flansches 72 des ersten L-Profils 70 kommt. Die Spannungen sind auch hier ebenfalls relativ symmetrisch in der Klebeschicht 60 verteilt.
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Daraus ist ersichtlich, dass durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Karosseriestruktur mit T-Profil 50 sowie der Anordnung einer geeigneten Klebeschicht 60 die Spannungen und Verformungen relativ gering gehalten werden können, so dass eine optisch wahrnehmbare Abzeichnung der Stelle der Verbindung das Außenteils 10 mit dem Stützprofil 14 nicht auftritt.
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In den 14 bis 16 ist die Situation dargestellt, dass die Kraft F im Wesentlichen parallel zum Außenteil 10 in das Stützprofil 40 eingeleitet wird.
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Aus 14 ist ersichtlich, dass es zu einer starken Verformung des Flansches 72 des herkömmlichen L-Profils 70 kommt, sowie dass erhebliche Spannungen in der Klebeschicht vorhanden sind.
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Ähnlich wie in den 12 und 13 sind auch bei der parallelen Kraft F in den erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Karosseriestruktur gemäß 15 und 16 relativ geringe und symmetrisch verteilte Spannungen in der Klebeschicht 60 vorhanden, sowie auch relativ geringe Verformungen des Stützprofils 40.
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In 17 ist eine Situation der Kraftbeaufschlagung dargestellt, wie sie üblicherweise in der Karosserie anzunehmen ist, nämlich dass die Kraft F im Wesentlichen senkrecht auf das Außenteil 10 gerichtet ist.
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Die Tragstruktur beziehungsweise die erfindungsgemäße Karosserie kann jedoch auch derart ausgestaltet sein, dass die Kraft F in einem ersten Winkel α zur Außenseite 11 eingeleitet wird, wobei der Winkel α zwischen 65 und 80° beträgt. Dabei erfolgt die Krafteinleitung gemäß 18 in der Ebene eines senkrecht auf dem Außenteil 10 stehenden Steges 52.
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Die Karosseriestruktur kann jedoch auch derart angeordnet sein, dass die Kraft F, wie in 19, in das T-Profil 50 eingeleitet wird. Dabei verläuft die Kraft F in einem zweiten Winkel β in Bezug zum zweiten Querschenkel 55 beziehungsweise in Bezug zum Außenteil 10. Zu diesem Zweck ist der Steg 52 entweder wie in 19 schräg angeordnet oder er weist eine derartige Dicke auf, dass die Kraft F im zweiten Winkel β in das T-Profil eingeleitet werden kann. Das heißt, dass die Kraft F in diesem Fall in einer quer zur Längserstreckungsrichtung verlaufenden Ebene 102, wie sie in 9 angedeutet ist, in das T-Profil 50 eingeleitet wird.
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Die Tragstruktur beziehungsweise die erfindungsgemäße Karosserie kann auch derart ausgestaltet sein, dass die Einleitung der Kraft F in einer aus 18 und 19 kombinierten Variante erfolgt, nämlich dass die Kraft aus einer Resultierenden der in 18 dargestellten Kraft und der in 19 dargestellten Kraft besteht.
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Entscheidend für die Lebensdauer der Karosseriestruktur sowie der erfindungsgemäßen Karosserie ist, wie bereits erwähnt, die Form des Stützprofils als T-Profil 50. Gegenüber herkömmlichen Stützprofilen, zum Beispiel Stützprofilen, die als L-Profile ausgestaltet sind, wurde in Versuchen eine Erhöhung der Lebensdauer mit einem Faktor von größer als 1000 ermittelt.
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20 ist eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen T-Profils 50, welches aus zwei L-Profilen 70, 80 hergestellt ist. Es ist ersichtlich, dass aus Gründen der Gewichtsminimierung der Steg des zweiten L-Profils 81 kürzer ausgeführt ist als der Steg des ersten L-Profils 71. Beide Stege 71, 81 sind mittels Punkt- und/oder Lochschweißung miteinander verbunden. An der einer nicht dargestellten Tragstruktur zugewandten Seite des T Profils 50 weist der Steg des ersten L-Profils 71 eine Abwinklung 73 zur Befestigung und Einleitung von Kräften aus beziehungsweise in die Tragstruktur auf.
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Des Weiteren sind zur Vereinfachung der Montage und/oder zur Gewichtsminimierung verschiedene Löcher oder Aussparungen im T-Profil 50 vorhanden. Um die Profilfläche 51 der Profilierung der Innenseite des (nicht dargestellten) Außenteils anzupassen weisen die Flansche 72, 82 der L-Profile 70, 80 unterschiedliche Längen auf.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Außenteil
- 11
- Außenseite
- 12
- Innenseite
- 20
- Karosserie-Außenseite
- 30
- Tragstruktur
- 40
- Stützprofil
- 50
- T-Profil
- 51
- Profilfläche
- 52
- Steg des T-Profils
- 53
- Ebene des Steges
- 54
- erster Querschenkel des T-Profils
- 55
- zweiter Querschenkel des T-Profils
- 60
- Klebeschicht
- 61
- mechanisches Befestigungsmittel
- 70
- erstes L-Profil
- 71
- Steg des ersten L-Profils
- 72
- Flansch des ersten L-Profils
- 73
- Abwinklung
- 80
- zweites L-Profil
- 81
- Steg des zweiten L-Profils
- 82
- Flansch des zweiten L-Profils
- 90
- erstes Flächenelement
- 91
- Lasche
- 100
- zweites Flächenelement
- 101
- Stirnseite des zweiten Flächenelementes
- 102
- quer zur Längserstreckungsrichtung verlaufende Ebene
- F
- Kraft
- α
- erster Winkel
- β
- zweiter Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006016607 A1 [0006]
- DE 19754170 A1 [0007]
- DE 3151266 A1 [0008]
- DE 19929421 A1 [0009]
- DE 19728582 A1 [0010]
