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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Schweller und einem in dem Schweller aufgenommenen und sich in dessen Längsrichtung erstreckenden Verstärkungselement.
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Eine solche Kraftfahrzeugkarosserie ist aus
DE 10 2007 032 246 A1 bekannt. In fachüblicher Weise umfasst dieser herkömmliche Schweller aus Blech geformte Innen- und Außenteile, die entlang sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckender oberer und unterer Ränder miteinander verschweißt sind, um einen inneren Hohlraum mit unregelmäßig geformtem Querschnitt zu bilden. Das Verstärkungselement ist ein U-Profil, das in diesem Hohlraum angeordnet und an den sich in Längsrichtung erstreckenden freien Enden seines Querschnitts am Innenteil befestigt ist. Die Wirksamkeit des Verstärkungselements bei einem Seitenaufprall hängt kritisch von der Qualität seiner Befestigung am Innenteil ab. Um ein Auseinanderspreizen der Schenkel des U-Profils beim Seitenaufprall zu verhindern, muss die Befestigung belastbar und lückenlos sein, oder, im Falle einer punktuellen Befestigung, muss der Abstand zwischen diskreten Befestigungspunkten klein sein. Dieses Ziel ist zwar durch eine kontinuierliche Schweißung oder durch eng gestaffelte Punktschweißungen erreichbar, doch macht dies die Anbringung des Verstärkungselements langwierig und kostspielig.
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Darüber hinaus ist es an sich wünschenswert, dem Verstärkungselement einen großen Querschnitt zu geben, um seine Belastbarkeit zu erhöhen. Je größer der Querschnitt ist, umso genauer muss er jedoch an den Querschnitt des Schwellers angepasst sein, sodass es nur schwerlich möglich ist, ein gleiches Verstärkungselement mit großem Querschnitt in Schwellern unterschiedlicher Fahrzeugtypen einzusetzen, die sich in ihrer Querschnittsform unterscheiden.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Schweller und einem Verstärkungselement anzugeben, bei dem das Verstärkungselement einfach und preiswert montierbar und dennoch wirksam ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem das Verstärkungselement von einer Mehrzahl von in seiner Längsrichtung voneinander beabstandeten Füllstücken umgriffen ist, die das Verstärkungselement an einander gegenüberliegenden Innenflächen des Schwellers abstützen. Die Füllstücke fixieren das Verstärkungselement innerhalb des Schwellers, ohne das ein unmittelbarer Kontakt des Verstärkungselements mit den Wänden des Schwellers erforderlich ist. Daher kann das Verstärkungselement eine vom Querschnitt des Schwellers weitgehend unabhängige Querschnittsform aufweisen; die eventuell erforderliche Anpassung an einen fahrzeugtypspezifischen Schwellerquerschnitt können die vergleichsweise kleinformatigen und preiswert zu fertigen Füllstücke übernehmen.
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Um die Füllstücke am Verstärkungselement fixieren zu können, weisen erstere eine Aussparung auf, die vom Querschnitt des Verstärkungselements formschlüssig ausgefüllt ist.
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Für einen sicheren Sitz der Füllstücke ist es insbesondere zweckmäßig, dass diese ringförmig sind und ihre Aussparung jeweils eine Ringöffnung bildet, durch die sich das Verstärkungselement erstreckt.
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Am Verstärkungselement in seiner Längsrichtung verteilte Löcher können zur Fixierung der Füllstücke in axialer Richtung dienen, indem die Füllstücke jeweils einen Rastfinger aufweisen, der in eines der Löcher eingreift. Die Löcher können in größerer Zahl vorhanden sein als die Füllstücke, um die Füllstücke ggf. in unterschiedlichen, jeweils für einen Fahrzeugtyp spezifischen Verteilungen anordnen zu können.
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Um trotz eventueller Fertigungstoleranzen des Schwellerquerschnitts einen sicheren, spielfreien Sitz des Verstärkungselements zu gewährleisten, kann eine Fuge zwischen einer Umfangsfläche eines der Füllstücke und einer Innenfläche des Schwellers durch einen heiß expandierten Schaumstoff oder Klebstoff ausgefüllt sein. Ein noch nicht expandiertes Ausgangsmaterial des Schaum- oder Klebstoffs kann vorab an dem Füllstück angebracht sein, und die Expansion, die das Füllstück spielfrei fixiert, kann erfolgen, wenn die Karosserie mit samt dem ihrem Schweller montierten Verstärkungselement einen Lackierofen durchläuft.
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Um das Ausgangsmaterial des Schaum- oder Klebstoffs sicher aufzunehmen, kann die Umfangsfläche des Füllstücks eine Nut aufweisen.
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Die Füllstücke haben vorzugsweise eine am Verstärkungselement anliegende Innenwand, eine den Innenflächen des Schwellers zugewandte, ggf. die oben erwähnte Umfangsfläche bildende Außenwand und eine auf der Längsachse senkrechte, Außen- und Innenwand verbindende und im Falle eines Seitenaufpralls Verformungskräfte übertragende Stützwand.
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Derartige Füllstücke können aus Kunststoff preiswert spritzgeformt werden.
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Vorzugsweise enthalten die Füllstücke zur Erhöhung ihrer Belastbarkeit einen Faseranteil, z. B. Glas- oder Kohlefaser.
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Das Verstärkungselement kann, wie im Regelfall auch der Schweller, aus Stahl bestehen, vorzugsweise ist es zur Gewichtsreduzierung aus Leichtmetall oder Organoblech gefertigt.
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Insbesondere wenn Schweller und Verstärkungselement aus unterschiedlichen Metallen bestehen, sollten sie zur Vermeidung von Kontaktkorrosion galvanisch getrennt sein. Eine solche Trennung kann durch eine geeignete Lackierung erzielt werden; es kann aber auch ausreichen, dass die elektrisch isolierenden Füllstücke das Verstärkungselement von der Innenfläche des Schwellers getrennt halten.
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Um eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen aus seitlicher Richtung auf den Schweller einwirkende Kräfte bei geringem Materialeinsatz zu erzielen, ist das Verstärkungselement vorzugsweise rohrförmig ausgebildet. Ein solches Verstärkungselement kann insbesondere durch Extrusion oder im Rollumformverfahren hergestellt sein.
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Um die Widerstandsfähigkeit gegen Seitenkräfte zu erhöhen, kann das Verstärkungselement im Innern durch wenigstens eine horizontale Wand versteift sein. Eine solche Querschnittsform ist insbesondere durch Extrusion leicht zu fertigen.
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Ein den Querschnitt des Schwellers ausfüllendes, dessen Hohlraum nach außen abdichtendes Verschlussteil ist vorzugsweise an ein vorderes und/oder ein hinteres Ende des Verstärkungselements angefügt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
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1 eine Kraftfahrzeugkarosserie, an der die Erfindung anwendbar ist;
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2 eine perspektivische Ansicht eines Verstärkungselements;
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3 einen schematischen Querschnitt des Türschwellers des Kraftfahrzeugs aus 1 mit dem darin angeordneten Verstärkungselement;
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4 eine perspektivische Ansicht eines Füllstücks;
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5 einen partiellen Längsschnitt des Schwellers mit dem darin durch ein Füllstück fixierten Verstärkungselement;
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6 eine perspektivische Ansicht des Verstärkungselements mit Füllstücken und einem Verschlussteil;
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7 eine perspektivische Ansicht des Verstärkungselements mit daran befestigten Säulenverstärkungen, gesehen vom Inneren der Fahrzeugkarosserie her; und
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8 eine partielle Außenansicht des Verstärkungselements und daran befestigter Säulenverstärkungen.
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1 zeigt in einer Seitenansicht eine Kraftfahrzeugkarosserie, an der die vorliegende Erfindung anwendbar ist. In an sich bekannter Weise erstreckt sich unterhalb von Türen 2, 3 ein Schweller 1 zwischen vorderen und hinteren Radkästen 4, 5. Um die Radkästen 4, 5 herum erstrecken sich Kotflügel 6, 7, die jeweils einen schmalen, mit seiner Spitze an einem Endabschnitt des Schwellers 1 befestigten Arm 8 aufweisen.
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2 zeigt ein zur Anbringung in dem Schweller 1 vorgesehenes Verstärkungselement 9 in perspektivischer Ansicht, und 3 zeigt einen Querschnitt durch den Schweller 1 und dessen Verstärkungselement 9. Der Schweller 1 setzt sich in an sich bekannter Weise zusammen aus einem der Außenseite der Karosserie zugewandten Außenblech 10 und einem der Fahrgastzelle zugewandten Innenblech 11 von jeweils in etwa hutförmigem Querschnitt, die entlang ihrer einander zugewandten oberen und unteren Ränder miteinander verschweißt sind, um einen Schwellerhohlraum 12 zu bilden. In diesem Hohlraum 12 erstreckt sich das hier als Extrusionsprofil aus Leichtmetall ausgebildete Verstärkungselement 9.
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Des Verstärkungselement 9 hat einen rohrförmigen, hier achteckigen Querschnitt, wobei ein innerer Hohlraum des Verstärkungselements 9 durch horizontale Stege 13, die an jeweils gegenüberliegenden Ecken 14 des Achtecks angreifen, in drei Kammern unterteilt ist. An einer oberen Flanke des Verstärkungselements sind großformatige Löcher 15 in Längrichtung des Verstärkungselements 9 verteilt. Gruppen von kleinen Bohrungen 16 befinden sich an einer zur Fahrzeugsaußenseite hin gewandten vertikalen Facette 17 des Verstärkungselements sowie an einer an die Facette 17 nach oben hin anschließenden, schrägen Facette 18.
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4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Füllstück 19 von im Wesentlichen ringartiger Gestallt, mit einem großformatigen zentralen Ringloch 20 und einer komplementär zum Querschnitt des Verstärkungselements 9 das Ringloch 20 achteckig begrenzenden Innenwand 21. Eine Außenwand 22 des Füllstücks 19 weist einen zum Querschnitt des Schwellers 1 komplementären Verlauf auf, um den Schwellerhohlraum 12 mit geringem Spiel auszufüllen. Innen- und Außenwand 21, 22 sind miteinander verbunden durch eine zur Längsrichtung von Schweller 1 und Verstärkungselement 9 senkrecht orientierte Stützwand 23 sowie im Wesentlichen radial zur Längsachse des Verstärkungselements 9 orientierte Streben 24. Das Füllstück 19 kann aus Leichtmetall im Druckguss gefertigt sein; vorzugsweise ist es aus Kunststoff, insbesondere Polyamid, gespritzt, Zur Erhöhung der Belastbarkeit kann ein Faseranteil, z. B. 20–50% Glasfaser, in dem Kunststoff des Füllstücks 19 enthalten sein.
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Ein an einer von dem Betrachter der 4 abgewandten Seite des Füllstücks 19 abstehender elastischer Arm 26 trägt einen einwärts gerichteten Vorsprung 27, der vorgesehen ist, um in eines der Löcher 15 des Verstärkungselements 9 einzugreifen und so das Füllstück 19 am Verstärkungselement 9 in dessen Längsrichtung zu fixieren.
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Die Umfangsfläche der Außenwand 22 weist eine umlaufende Nut 25 auf, die vorgesehen ist, um ein unter Wärmeeinfluss expansionsfähiges Kunststoffmaterial wie etwa PU-Schaum-Vorläufer aufzunehmen. Das gleiche Material kann auch in umlaufenden Aussparungen 28 der Innenwand 21 angebracht sein.
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5 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch den Schweller 1, das Verstärkungselement 9 und ein Füllstück 19 entlang der in 3 mit V-V bezeichneten Ebene. In dem hier dargestellten Stadium des Zusammenbaus der Fahrzeugskarosserie hat diese einen Lackierofen durchlaufen, und durch die darin herrschende Hitze ist das Kunststoffmaterial aus der Nut 25 und den Aussparungen 28 heraus expandiert und hat Schaumstoffstreifen 29 gebildet, die jeweils Fugen 30 zwischen den Füllstück 19 und dem Verstärkungselement 9 bzw. zwischen dem Füllstück 19 und den es umgebenden Blechen 10, 11 des Schwellers 1 dicht ausfüllen. Indem der Schaumstoff einander gegenüberliegende Innenflächen berührt, ist das Verstärkungselement 9 formschlüssig im Schweller 1 fixiert. Darüber hinaus kann der Schaumstoff 29, insbesondere Polyurethanschaum, auch eine Klebverbindung mit den Innenflächen des Schwellers 1 eingehen und so das Verstärkungselement 9 im Schweller 1 auch in axialer Richtung fixieren.
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Die Vielzahl der Löcher 15 erlaubt es, die Füllstücke 19 am Verstärkungselement 9 jeweils genau dort und in der Anzahl zu platzieren, wie sie bei einem gegebenen Fahrzeugmodell zur Erzielung eines gewünschten Deformationsverhaltens bzw. der benötigten Steifigkeit der Fahrzeugflanke erforderlich sind.
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6 zeigt in perspektivische Ansicht von der Fahrzeugaußenseite her das Verstärkungselement 9 mit einer Mehrzahl von daran montierten Füllstücken 19 und einem ein vorderes freies Ende des Verstärkungselements 9 überdeckenden Verschlussteil 31. Das aus ggf. faserverstärktem Kunststoff geformte Verschlussteil 31 umfasst einen auf das Verstärkungselement 9 formschlüssig aufgesteckten hohlen Schaftabschnitt 32, einen den Schwellerhohlraum 12 an dessen vorderem Ende ausfüllenden Flansch 33 sowie hier einen von dem Schaftabschnitt 32 nach oben abstehenden und in fertig zusammengebautem Zustand in eine A-Säule der Karosserie eingreifenden Vorsprung 34.
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7 zeigt die gleiche Anordnung wie 6 aus anderer Perspektive, vom Fahrzeuginneren her gesehen. An den hohlen, im Inneren durch fachwerkartige Streben versteiften Vorsprung 34 ist eine Verstärkung 35 der A-Säule angefügt, die, wenn die Karosserie fertig montiert ist, die A-Säule im Innern aussteift und Verankerungspunkte für Scharniere einer vorderen Tür bildet.
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Die zwei vorderen Füllstücke 19 versteifen den (in 7 nicht dargestellten) Schweller 1 in Höhe der vorderen Tür. Zwei weitere Füllstücke 19 sind in Höhe einer B-Säulenverstärkung 36 angeordnet, und noch zwei weitere in Höhe einer hinteren Türöffnung. Am hinteren Ende des Verstärkungselements 9 ist eine C-Säulenverstärkung 37 angefügt.
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8 zeigt den vorderen Teil der Anordnung der 7 in perspektivischer Ansicht von außen. Man erkennt hier, dass die Verstärkungen 35, 36 an ihren unteren Enden jeweils an das Verstärkungselement 9 und das Verschlussteil 31 bzw. die zwei mittleren Füllstücke 19 eng angeformt und am Verstärkungselement 9 durch eine Vielzahl von dessen Bohrungen 16 durchsetzenden Nieten 38 verankert sind. Vom Verstärkungselement 9 radial nach oben abstehende Rippen 39 der Verstärkungen 35, 36 kommen zwischen den einander zugewandten oberen Rändern vom Außen- und Innenblech 10, 11 des Schwellers zu liegen und werden beim Zusammenfügen der Bleche 10, 11 zwischen diesen eingeschweißt.
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Da kein unmittelbarer Kontakt zwischen dem Verstärkungselement 9 und den Blechen 10, 11 vorgesehen ist, braucht der Querschnitt des Verstärkungselements 9 nur in soweit an den des Schwellers 1 angepasst zu sein, als das Verstärkungselement 9 im Schwellerhohlraum 12 Platz finden muss. An den Querschnitt des Schwellerhohlraums 12 einigermaßen genau angepasst sein müssen lediglich die Füllstücke 19. Dies erlaubt es, ein und denselben Typ von Profil als Verstärkungselement 9 in einer Vielzahl unterschiedlicher Kraftfahrzeugmodelle mit unterschiedlichen Querschnitten des Schwellerhohlraums 12 einzusetzen. Das Verstärkungselement 9 kann daher preiswert in großen Mengen gefertigt werden. Da die Füllstücke 19 durch die Schaumstoffstreifen 29 exakt an die Querschnitte des Verstärkungselements 9 und des Schwellers 1 angepasst werden, können bei ihnen Fertigungstoleranzen ohne weiteres toleriert werden, sodass auch sie preiswert bereitgestellt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schweller
- 2
- Tür
- 3
- Tür
- 4
- Radkasten
- 5
- Radkasten
- 6
- Kotflügel
- 7
- Kotflügel
- 8
- Arm
- 9
- Verstärkungselement
- 10
- Außenblech
- 11
- Innenblech
- 12
- Schwellerhohlraum
- 13
- Stege
- 14
- Ecke
- 15
- Loch
- 16
- Bohrung
- 17
- Facette
- 18
- Facette
- 19
- Füllstück
- 20
- Ringloch
- 21
- Innenwand
- 22
- Außenwand
- 23
- Stützwand
- 24
- Strebe
- 25
- Nut
- 26
- Arm
- 27
- Vorsprung
- 28
- Aussparung
- 29
- Schaumstoffstreifen
- 30
- Fugen
- 31
- Verschlussteil
- 32
- Schaftabschnitt
- 33
- Flansch
- 34
- Vorsprung
- 35
- Verstärkung A
- 36
- Verstärkung B
- 37
- Verstärkung C
- 38
- Nieten
- 39
- Rippe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007032246 A1 [0002]
