DE102010033289A1

DE102010033289A1 - Rohrrahmenkonstruktion für einen Kraftwagenaufbau

Info

Publication number: DE102010033289A1
Application number: DE102010033289A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lütgert
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-08-05
Also published as: DE102010033289B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rohrrahmenkonstruktion für einen Kraftwagenaufbau (10), mit einer Mehrzahl von Rohrrahmenprofilen (22), welche über jeweilige Knotenelemente (24) miteinander verbunden sind, wobei die Rohrrahmenkonstruktion zumindest partiell von Rohrrahmenprofilen (22) aus einem faserverstärkten Kunststoff (FVK) gebildet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Baukastensystem für und ein Verfahren zur Herstellung einer Rohrrahmenkonstruktion für einen Kraftwagenaufbau (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrrahmenkonstruktion für einen Kraftwagenaufbau der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Baukastensystem für eine solche Rohrrahmenkonstruktion bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Rohrrahmenkonstruktion.
Aus der DE 195 06 160 B4 ist bereits eine Rahmenkonstruktion für Kraftfahrzeuge als bekannt zu entnehmen, bei welcher jeweilige Rahmenelemente unter Vermittlung von entsprechenden Knotenelementen miteinander verbunden sind und eine räumliche Gitterstruktur bilden. Die Rahmenelemente werden dabei durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen vorgefertigt. Auch die Knotenelemente sind mittels des hydraulischen Innenhochdruck-Umformens hergestellte Hohlkörper, die entsprechende Steckaufnahmen aufweisen, in welche die Rahmenelemente eingesteckt werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rohrrahmenkonstruktion, ein Baukastensystem für eine Rohrrahmenkonstruktion sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Rohrrahmenkonstruktion der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen sich ein besonders gewichtsgünstiger, steifer und einfach herstellbarer Kraftwagenaufbau realisieren lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Rohrrahmenkonstruktion mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird diese Erfindung durch ein Baukastensystem für eine Rohrrahmenkonstruktion mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Schließlich wird die Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung einer Rohrrahmenkonstruktion mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
Um eine Rahmenkonstruktion zu schaffen, mittels welcher ein besonders gewichtsgünstiger, steifer und kostengünstig herstellbarer Kraftwagenaufbau zu realisieren ist, ist es gemäß Patentanspruch 1 vorgesehen, dass die Rohrrahmenkonstruktion zumindest partiell von Rohrrahmenprofilen aus einem faserverstärkten Kunststoff (FVK) gebildet ist. Derartige Rohrrahmenprofile aus faserverstärktem Kunststoff haben insbesondere den Vorteil, besonders gewichtsgünstig zu sein und darüber hinaus die Möglichkeit zu schaffen, eine Rohrrahmenkonstruktion besonders hoher Steifigkeit zu gestalten. Darüber hinaus hat eine derartige Rohrrahmenkonstruktion den Vorteil, dass durch die Knotenelemente und die Rohrrahmenprofile auf einfache Weise ein Baukastensystem geschaffen werden kann, wobei durch Auswahl der geeigneten Knotenelemente und Variationen der Länge der Rohrrahmenprofile mit äußerst einfachen Mitteln eine derartige Rohrrahmenkonstruktion geschaffen werden kann. Somit können beispielsweise Nischenfahrzeuge oder Kleinserienfahrzeuge auf relativ einfache Weise produziert werden, indem der Kraftwagenaufbau bzw. das Chassis in Rohrrahmenkonstruktion gestaltet und anschließend mit Außenbeplankungsteilen beplankt wird.
Dabei ist es ein weiterer Vorteil, dass die Rohrrahmenprofile in einfacher Weise variiert werden können. So können beispielsweise partiell auch Rohrrahmenprofile aus einem Metallwerkstoff, beispielsweise einem Stahlwerkstoff, eingesetzt werden, beispielsweise an Stellen, die besonders sicherheitsrelevant oder hochbelastet sind. Derartige Stellen können beispielsweise die Seitenaufprallbereiche der Fahrgastzelle des Kraftwagenaufbaus sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, die Knotenelemente aus einem faserverstärkten Kunststoff oder aus einem Metallgusswerkstoff zu gestalten. Ein faserverstärkter Kunststoff hat dabei insbesondere den Vorteil einer günstigen Verbindungsmöglichkeit mit Rohrrahmenprofilen, welche ebenfalls aus faserverstärktem Kunststoff gestaltet sind. Zudem sind derartige Knotenelemente besonders gewichtsgünstig. Sind diese hingegen aus einem Metallgusswerkstoff gestaltet, so hat dies insbesondere Kostenvorteile. Zudem ermöglicht ein Metallgusswerkstoff eine hohe Gestaltungsfreiheit bei der Schaffung entsprechender Knotenelemente.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Knotenelemente über jeweilige Steckverbindungen mit dem zugehörigen Rohrrahmenprofil verbunden sind und dass die Knotenelemente durch eine Fügverbindung und/oder eine mechanische Verbindung mit dem jeweiligen Rohrrahmenprofil verbunden sind. Die Steckverbindung kann dabei beispielsweise so ausgelegt werden, dass das jeweilige Rohrrahmenprofil mit dem Knotenelement zusammengepresst bzw. in dieses eingepresst werden muss. Die Sicherung der Steckverbindungen erfolgt dann vorzugsweise über eine Fügverbindung wie eine Klebverbindung und/oder eine mechanische Verbindung.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass in den Rohrrahmenprofilen der Rohrrahmenkonstruktion ein Medium, insbesondere in Betriebsmedium oder Luft einer Fahrzeugsbelüftungseinrichtung, geführt ist. Es ist klar, das hierzu gegebenenfalls auch die Knotenelemente entsprechende Durchgangsöffnungen aufweisen müssen, damit das Medium über weitere Strecken innerhalb der Rohrrahmenkonstruktion des Kraftwagenaufbaus geführt werden kann.
Die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Rohrrahmenkonstruktion genannten Vorteile gelten in ebensolcher Weise für das Baukastensystem gemäß Patentanspruch 5. Dieses zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass durch den Einsatz einer Mehrzahl von Rohrrahmenprofilen und einer Mehrzahl von Knotenelementen auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine leichtgewichtige Rohrrahmenkonstruktion geschaffen werden kann, wobei zur Variation der Größe des jeweiligen Rohrrahmenprofilverbundes insbesondere die Rohrrahmenprofile in unterschiedlichen Längen vorgesehen werden. Darüber hinaus kann durch die Variation der Gestaltung des jeweiligen Knotenprofils jede beliebige Rohrrahmenkonstruktion bzw. Gitterstruktur geschaffen werden. Dabei können wiederum sowohl Rohrrahmenprofile aus faserverstärktem Kunststoff wie auch aus Metallwerkstoff zum Einsatz kommen. Dies gilt ebenso für die Knotenelemente. Somit kann ein äußerst bedarfsgerechtes Chassis bzw. ein günstiger Kraftwagenaufbau geschaffen werden, welcher beispielsweise auf einfache Weise mit Außenbeplankungsteilen zu verkleiden ist. Somit eignet sich das Baukastensystem insbesondere zur Herstellung von Nischenfahrzeugen oder Kleinserien, da die Fahrzeugkarosserie bzw. das Chassis mit relativ geringem Aufwand sehr schnell hergestellt werden kann. Somit lassen sich beispielsweise auch Prototypen oder Fahrzeugstudien sehr schnell umsetzen.
Die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Rohrrahmenkonstruktion bzw. dem erfindungsgemäßen Baukastensystem genannten Vorteile gelten des Weiteren auch für das Verfahren gemäß Patentanspruch 8.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
1 eine äußerst schematische Perspektivdarstellung auf einen Kraftwagenaufbau in Form eines Chassis mit einer Rohrrahmenkonstruktion mit einer Mehrzahl von Rohrrahmenprofilen, welche über jeweilige Knotenelemente miteinander verbunden sind;
2 eine Perspektivansicht auf ein Knotenelement für die Rohrrahmenkonstruktion gemäß 1; und
3 beispielhaft in einer Perspektivansicht zwei Rohrrahmenprofile aus einem faserverstärktem Kunststoff, welche über jeweilige Steckverbindungen mit dem in 2 gezeigten Knotenelement verbindbar sind.
In 1 ist lediglich äußerst schematisch und beispielhaft ein Kraftwagenaufbau 10 eines vorliegend als Sportwagen ausgebildeten Personenkraftwagens dargestellt, welcher durch eine Rohrrahmenkonstruktion gebildet ist. Dabei ist vorliegend der Kraftwagenaufbau 10 sowohl im Bereich einer Fahrgastzelle 12 wie auch im Bereich jeweiliger Knautschzonen, einer Vorbaustruktur 14 und einer Heckstruktur 16, in der besagten Rohrrahmenkonstruktionsbauweise gestaltet. Innerhalb der Vorbaustruktur 14 ist darüber hinaus ein Antriebsaggregat 18 erkennbar. Ebenfalls erkennbar ist im Bereich der Heckstruktur ein Kraftstofftank 20. Weitere Aggregate sowie Vorwerksglieder sind ebenfalls in den Kraftwagenaufbau 10 integriert.
Die Rohrrahmenkonstruktion umfasst eine Mehrzahl von Rohrrahmenprofilen 22, welche auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise untereinander über jeweilige Knotenelemente 24 verbunden sind.
Eines dieser Knotenelemente 24 ist in 2 in einer Perspektivansicht gezeigt. Darüber hinaus sind zwei der Rohrrahmenprofile 22 in 3 in einer Perspektivansicht gezeigt.
Die Besonderheit der vorliegenden Rohrrahmenkonstruktion des Kraftwagenaufbaus 10 besteht darin, dass diese zumindest partiell von Rohrrahmenprofilen 22 aus einem faserverstärkten Kunststoff (FVK) gebildet ist. Mit anderen Worten ist zumindest eine Anzahl von Rohrrahmenprofilen 22 vorgesehen, welche aus entsprechend faserverstärktem Kunststoff besteht. Hierbei eignen sich insbesondere Rohrprofile mit unidirektionalen Fasern 26. Diese sind in 3 schematisch angedeutet. Als im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es zu betrachten, dass dabei auch andere faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz kommen können. Als im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist des Weiteren zu betrachten, dass nicht nur Rohrrahmenprofile 22 mit kreisringförmigen Querschnitt verwendet werden können, sondern dass auch andere Hohlquerschnittsformen denkbar sind.
Die vorliegend für die Rohrrahmenkonstruktion verwendeten Knotenelemente 22 sind bevorzugt ebenfalls aus einem faserverstärkten Kunststoff oder aber aus Metallgusswerkstoff gebildet. Die Ausgestaltung aus faserverstärktem Kunststoff hat dabei insbesondere den Vorteil, besonders gewichtsgünstig zu sein und eine gute Materialpaarung mit ebenfalls aus faserverstärktem Kunststoff gestalteten Rohrrahmenprofilen bieten zu können. Die Ausgestaltung der Knotenelemente 24 aus einem Metallgusswerkstoff erlaubt eine hohe Integrationsmöglichkeit und eine kostengünstige und einfache Herstellung der jeweiligen Knotenelemente 24.
Wie aus 2 erkennbar ist, umfasst das dortige Knotenelement 24 eine Mehrzahl von Stecköffnungen 28 wobei die Stecköffnungen 28 durch in bestimmten Winkeln zueinander angeordneten Rohrteilen 30 gebildet sind. Insbesondere sind somit durch die Knotenelemente 24 Rohrrahmenprofilverbunde zu schaffen, welche insbesondere eine dreieckförmige und dreidimensionale Gestalt haben. Insbesondere verlaufen die Rohrteile 30 dabei in entsprechenden Ebenen, welche gegenseitig in vorzugsweise gängigen Winkeln von beispielsweise 30, 45, 90 oder 180° zueinander angeordnet sind. Es ist klar, dass natürlich auch andere Winkelanordnungen möglich sind. Des Weiteren sei angemerkt, dass das vorliegende Knotenelement 24 hohl ausgeführt ist, so dass beispielsweise ein Teil der Rohrrahmenkonstruktion zur Führung eines Mediums, insbesondere eines Betriebsmediums oder Luft einer Fahrzeugsbelüftungseinrichtung, dienen kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Querschnitte der Stecköffnungen 28 des jeweiligen Knotenelements 24 und die Querschnitte der Rohrrahmenprofile 22 so ausgebildet, dass diese mit einer Presspassung in die Stecköffnungen 28 eingepresst werden können. Dabei kann die jeweilige Steckverbindung zusätzlich durch eine Fügverbindung, insbesondere eine Klebverbindung, und/oder eine mechanische Verbindung gesichert werden. Der Vorteil eines Presssitzes zwischen dem jeweiligen Rohrrahmenprofil 22 und der korrespondierenden Stecköffnung 28 des Knotenelements 24 besteht darin, dass die Rohrrahmenkonstruktion positionsgenau zusammengesteckt werden kann, auch wenn die Fügverbindungen beispielsweise noch nicht ausgehärtet sind. Als im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es jedoch zu betrachten, dass nicht zwingendermaßen Presspassungen oder andere Passungen zwischen den Rohrrahmenprofilen 22 und den Knotenelementen 24 vorgesehen sein müssen. Ebenso wäre es denkbar, dass an dem Knotenelement 24 eine Mehrzahl von Steckzapfen vorgesehen sind, welche in korrespondierende Hohlquerschnitte der jeweiligen Rohrrahmenprofile 24 eingreifen. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn der Kraftwagenaufbau 10 eine Rohrrahmenkonstruktion umfasst, bei welchen teilweise Rohrrahmenprofile 22 aus faserverstärktem Kunststoff und teilweise Rohrrahmenprofile 24 aus einer Metalllegierung, beispielsweise einer Stahllegierung, vorgesehen sind. Somit kann eine Mischbauweise realisiert werden, mittels welcher beispielsweise hochbelastete oder hochbelastbare Stellen aus einem anderen Material gefertigt werden können als weniger belastete Stellen. Beispielsweise wäre es denkbar, den Seitenaufprallschutz durch entsprechende Rohrrahmenprofile 22 aus Stahl zu realisieren.
Außerdem wäre es denkbar, nur Teile des Kraftwagenaufbaus 10 in einer Rohrrahmenkonstruktion zu gestalten. So wäre es beispielsweise denkbar, die Vorbaustruktur 14 oder die Heckstruktur 16 oder auch die Fahrgastzelle 12 separat und einzeln als Rohrrahmenkonstruktion zu gestalten, wobei andere Bereiche des Kraftwagenaufbaus 10 in einer anderen Bauweise gefertigt werden könnten. Ebenfalls wäre es denkbar, einzelne Teilbereiche des Kraftwagenaufbaus modular aufzubauen und miteinander zu verbinden.
Des Weiteren ist in vorbeschriebener Weise die Rohrrahmenkonstruktion ein Baukastensystem bereitstellbar, bei welchem baukastenartig eine Mehrzahl von Rohrrahmenprofilen 22 unterschiedlicher Länge und/oder unterschiedlichen Materials vorgesehen sind. Ebenso können bei dem Baukastensystem Knotenelemente 24 unterschiedlicher Gestalt und unterschiedlichen Materials vorgesehen sein. Unter unterschiedliche Gestalt ist dabei insbesondere zu verstehen, dass die Knotenelemente 24 Rohrteile 30 mit Stecköffnungen 28 aufweisen, welche in unterschiedlichen Position dreidimensional und in bestimmten Winkeln zueinander positioniert sind. Darüber hinaus kann natürlich auch die Anzahl der Rohrteile 30 oder dergleichen Steckmöglichkeiten bzw. Verbindungsmöglichkeiten bzw. Verbindungsmöglichkeiten zu den Rohrrahmenprofilen 22 variiert werden.
Zur Variation der Größe des jeweiligen Rohrrahmenprofilverbundes, welche vorzugsweise eine jeweilige dreieckige Struktur gebildet aus jeweiligen Rohrrahmenprofilen 22 und Knotenelementen 24 umfasst, kann somit durch das Baukastensystem eine Mehrzahl von Rohrrahmenprofilen verschiedener Länge bereitgestellt werden, um hierdurch Rohrrahmenprofilverbunde unterschiedlicher Größe zu erhalten. Durch die Variation der Gestalt des jeweiligen Knotenelements 24 kann darüber hinaus die Gestalt des jeweiligen Rohrrahmenprofilverbundes ebenso variiert werden. Insgesamt kann somit auf einfache Weise die gewünschte Rohrrahmenkonstruktion erreicht werden, und sogar beispielsweise lediglich aus faserverstärktem Kunststoff oder aber in einer Mischbauweise.
Bezugszeichenliste

10: Kraftwagenaufbau
12: Fahrgastzellen
14: Vorbaustruktur
16: Heckstruktur
18: Antriebsaggregat
20: Kraftstofftank
22: Rohrrahmenprofile
24: Knotenelemente
26: Fasern
28: Stecköffnung
30: Rohrteile

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 19506160 B4 [0002]

Claims

Rohrrahmenkonstruktion für einen Kraftwagenaufbau (10), mit einer Mehrzahl von Rohrrahmenprofilen (22), welche über jeweilige Knotenelemente (24) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrrahmenkonstruktion zumindest partiell von Rohrrahmenprofilen (22) aus einem faserverstärkten Kunststoff (FVK) gebildet ist.
Rahmenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Knotelemente (24) aus einem faserverstärkten Kunststoff (FVK) oder aus einem Metallgusswerkstoff gebildet sind.
Rohrrahmenkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Knotelemente (24) über jeweiligen Steckverbindungen mit dem zugehörigen Rohrrahmenprofil (22) verbunden sind und dass die Knotenelemente (24) durch eine Fügverbindung und/oder eine mechanische Verbindung mit dem jeweiligen Rohrrahmenprofil (22) verbunden sind.
Rohrrahmenkonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Rohrrahmenprofilen (22) der Rohrrahmenkonstruktion ein Medium, insbesondere ein Betriebsmedium oder Luft einer Fahrzeugbelüftungseinrichtung, geführt ist.
Baukastensystem für eine Rohrrahmenkonstruktion für einen Kraftwagenaufbau (10), mit einer Mehrzahl von Rohrrahmenprofilen (22) und mit einer Mehrzahl von Knotenelementen (24) zum Verbinden der Rohrrahmenprofile (22) zu einem jeweiligen Rohrrahmenprofilverbund, wobei das Baukastensystem zur Variation der Größe des jeweiligen Rohrrahmenprofilverbundes Rohrrahmenprofile (22) unterschiedlicher Länge aufweist.
Baukastensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Baukastensystem zur Variation der Gestalt des jeweiligen Rohrrahmenprofilverbundes Knotenprofile (24) unterschiedlicher Gestalt aufweist.
Baukastensystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Baukastensystem Rohrrahmenprofile (22) aus einem faserverstärkten Kunststoff (FVK) und einem Metallwerkstoff umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Rohrrahmenkonstruktion für einen Kraftwagenaufbau (10), bei welchem eine Mehrzahl von Rohrrahmenprofilen (22) und eine Mehrzahl von Knotenelementen (24) eines Baukastensystem zu einem jeweiligen Rohrrahmenprofilverbund verbunden werden, wobei zur Variation der Größe des jeweiligen Rohrrahmenprofilverbundes Rohrrahmenprofile (22) unterschiedlicher Länge vorgesehen werden.