DE102013000626A1

DE102013000626A1 - Karosseriestruktur für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013000626A1
Application number: DE201310000626
Authority: DE
Inventors: Dzemal Sjenar
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2014-07-17
Anticipated expiration: 2033-01-17
Also published as: DE102013000626B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug, mit einer Bodengruppe (1), die seitliche Karosserielängsträger (3), einen Mitteltunnel (5) sowie ein dazwischen liegendes Bodenblechteil (7) aufweist, durch welchen Mitteltunnel (5) in Abhängigkeit von der Motorisierung des Fahrzeugs eine Traktionsbatterie (21), eine Kardanwelle (37) und/oder eine Abgasanlage (33) oder dergleichen verlegbar sind. Erfindungsgemäß ist der Mitteltunnel (5) zumindest teilweise durch ein separates Blechbauteil (13) begrenzt und insbesondere das Blechbauteil (13) und die Bodengruppe (1) sind an korrespondierenden Fügestellen (14, 15) lösbar oder unlösbar miteinander verbindbar, insbesondere verschraubbar oder verschweißbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Montage eines solchen Fahrzeuges nach dem Patentanspruch 8.
Konventionelle Fahrzeuge weisen einen Vorderwagenbereich und einen Hinterwagenbereich auf, die über einen sich durch die mittlere Fahrgastzelle erstreckenden, in Längsrichtung verlaufenden Mitteltunnel verbunden sind. Im Vorderwagenbereich befindet sich der Motorraum zur Unterbringung der Brennkraftmaschine, während durch den Mitteltunnel hindurch die Abgasanlage bis zur Fahrzeug-Heckseite geführt ist. Gegebenenfalls kann bei einem Allradantrieb auch eine Kardanwelle vom im Vorderwagenbereich angeordneten Getriebe zum Hinterachs-Differenzial geführt sein.
Sowohl bei einem Vorderradantrieb als auch bei einem Allradantrieb ist eine Hybridisierung möglich. Das heißt, dass das Antriebsaggregat weist sowohl eine Brennkraftmaschine als auch eine Elektromaschine auf. Zur Realisierung des Hybridantriebes ist jedoch zusätzlich Bauraum zur Unterbringung der Traktionsbatterie bereitzustellen. Derzeitige Konzepte sehen meistens vor, die Traktionsbatterie im Hinterwagenbereich unterzubringen. Alternativ dazu kann die Traktionsbatterie zumindest teilweise auch im Mitteltunnel sowie unter den fondseitigen Fahrzeugsitzen positioniert sein.
Beispielhaft ist auf die DE 40 32 605 A1 verwiesen, aus der eine gattungsgemäße Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bekannt ist. Die Karosseriestruktur weist eine Bodengruppe auf, die aus seitlichen Karosserielängsträgern, einem Mitteltunnel sowie einem zwischen den beiden seitlichen Karosserielängsträgern liegenden Bodenblechteil aufgebaut ist. Das Fahrzeug wird ausschließlich über eine Elektromaschine betrieben, deren Traktionsbatterie im Mitteltunnel des Fahrzeuges angeordnet ist. Aus der US 7 836 999 B2 ist eine weitere Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bekannt, das nicht verbrennungsmotorisch betrieben wird, sondern vielmehr durch einen Wasserstoffantrieb, dessen Brennstoffzellen im Mitteltunnel der Karosseriestruktur angeordnet sind.
In der Großserienproduktion von Fahrzeugen können Fahrzeugvarianten eines Fahrzeugtyps jeweils mit unterschiedlichen Antriebskonzepten versehen sein, das heißt zum Beispiel einem rein verbrennungsmotorischen Antrieb, einem Hybridantrieb oder einem rein elektrischen Antrieb. Im Hinblick auf eine Reduzierung der Teilevarianz sowie der Logistik- und Einzelteilkosten ist es von großer Bedeutung, eine einheitliche Karosseriestruktur für die unterschiedlichen Antriebskonzepte bereitzustellen. Speziell bei einem zumindest teilweisen elektrischen Antrieb ist es jedoch erforderlich, die Karosseriestruktur, insbesondere aufgrund der bauraumintensiven Traktionsbatterie, umfangreich anzupassen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei dem ohne großen Aufwand nicht nur konventionelle Antriebe, sondern auch Hybridantriebe oder reine Elektroantriebe realisiert werden können.
Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 8 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass die erforderlichen Maßnahmen zur Anpassung der Karosseriestruktur an das jeweilige Antriebskonzept alleine auf die Geometrie des Mitteltunnels konzentriert werden sollen. Die anderen Bereiche der Karosseriestruktur bleiben dagegen weitgehend ohne Anpassung an das zu realisierende Antriebskonzept. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 der Mitteltunnel zumindest teilweise durch ein separates Blechbauteil begrenzt. Das separate Blechbauteil sowie die Bodengruppe der Karosseriestruktur sind an, miteinander korrespondierenden Fügestellen verschraubt oder verschweißt. Der Mitteltunnel ist somit im Baukastenprinzip modular aufgebaut.
Erfindungsgemäß verbleibt also die Karosseriestruktur – mit Ausnahme des separaten Blechbauteiles – für jedes der Antriebskonzepte unverändert, das heißt für einen vollständig verbrennungsmotorischen Antrieb, für einen Hybridantrieb sowie für einen vollständig elektrischen Antrieb. Es wird daher alleine die Geometrie des separaten Blechbauteiles an das im Fahrzeug realisierte Antriebskonzept angepasst. Entsprechend können für jede Fahrzeugvariante eines Fahrzeugtyps unterschiedliche separate Blechbauteile vorgehalten werden. In Abhängigkeit von der Motorisierung der jeweiligen Fahrzeugvariante wird jeweils das passende separate Blechbauteil ausgewählt und in der Karosseriestruktur verbaut.
Bevorzugt ist der Mitteltunnel durch einen einteilig mit dem Bodenblechteil verbundenen, den Mitteltunnel seitlich begrenzenden Tunnel-Fußabschnitt und einen, den Mitteltunnel nach oben begrenzenden Tunnel-Scheitelabschnitt aufgebaut. Der Tunnel-Scheitelabschnitt ist als separates Blechbauteil im Sinne der Erfindung ausgelegt. Das heißt, dass in Abhängigkeit von dem gewählten Antriebskonzept die Geometrie des Tunnel-Scheitelabschnittes angepasst wird, während der Tunnel-Fußabschnitt unverändert verbleibt.
Der Tunnel-Fußabschnitt kann bevorzugt zwei vom Bodenblechteil hochgezogene Fußraum-Seitenwände aufweisen. Die Seitenwände sind mit der oben genannten zumindest einen Fügestelle versehen, an der der Tunnel-Scheitelabschnitt mit seiner korrespondierenden Fügestelle anbindbar ist. Die Individualisierung der Karosseriestruktur, das heißt die Anpassung an das jeweils realisierte Antriebskonzept erfolgt erst mit dem Verbau des Tunnel-Scheitelabschnittes.
Jedem Antriebskonzept kann jeweils ein speziell angepasster Tunnel-Scheitelabschnitt zugeordnet sein. Die unterschiedlichen Tunnel-Scheitelabschnitte unterscheiden sich in ihrer Dimensionierung, insbesondere aber jedoch in ihrer Bauhöhe. Die Breite der vorgehaltenen Tunnel-Scheitelabschnitte kann dagegen unabhängig vom realisierten Antriebskonzept jeweils identisch sein. Auf diese Weise ist ein einfacher Verbau der unterschiedlichen separaten Blechbauteile an derselben Fügestelle der Bodengruppe gewährleistet.
Bevorzugt kann bei einem Fahrzeug mit zumindest teilweisem elektrischen Antrieb die Traktionsbatterie unmittelbar mit dem separaten Blechbauteil, das heißt dem Tunnel-Scheitelabschnitt, verbunden sein. Bevorzugt ist die Traktionsbatterie dabei ohne weitere Anbindung an die Bodengruppe ausschließlich mit dem separaten Blechbauteil in Verbindung. In diesem Fall kann die Traktionsbatterie und das separate Blechbauteil eine unabhängig von der Karosseriestruktur fertigbare Vormontageeinheit bilden. Die Vormontageeinheit kann in einem weiteren Montageschritt mit der Karosseriestruktur verbaut werden.
Beispielhaft können die folgenden unterschiedlichen Mitteltunnel-Varianten realisiert werden, und zwar

– ein Mitteltunnel für die Unterbringung einer Abgasanlage bei einem konventionellen Frontantrieb;
– ein Mitteltunnel für die Unterbringung der Abgasanlage und einer Kardanwelle für einen konventionellen Allradantrieb;
– ein Mitteltunnel für die Unterbringung einer Abgasanlage und einer kleineren Traktionsbatterie bei zum Beispiel einem Vollhybrid-Frontantrieb;
– ein Mitteltunnel für die Unterbringung der Abgasanlage und der Traktionsbatterie für einen Plug-In-Hybrid-Frontantrieb unter Beibehaltung einer Fünfsitzigkeit im Fahrzeuginnenraum; oder
– ein Mitteltunnel für die Unterbringung der Abgasanlage und einer großen Traktionsbatterie für einen Plug-In-Hybridantrieb.

Wie oben erwähnt, bilden die einander korrespondierenden Fügestellen der Bodengruppe und des separaten Blechbauteiles jeweils eine Schnittstelle, an der das separate Blechbauteil verschweißt oder verschraubt werden kann. Bei einer Verschraubung ist gewährleistet, das separate Blechbauteil in einfacher Weise auszutauschen, um gegebenenfalls das Antriebskonzept des Fahrzeuges zu verändern.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 in einer schematischen Schnittdarstellung die Karosseriestruktur eines Fahrzeuges, in dessen Mitteltunnel eine Traktionsbatterie sowie eine Abgasanlage verlegt ist;
2 in einer vergrößerten Schnittdarstellung den Mitteltunnel der in der 1 gezeigten Karosseriestruktur;
3 den Mitteltunnel in einer Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung der Montageschritte beim Zusammenbau des Mitteltunnels;
4 in einer Ansicht entsprechend der 2 einen Mitteltunnel mit im Vergleich zur 2 reduzierten Bauhöhe; und
5 in einer Ansicht entsprechend der 2 einen weiteren Mitteltunnel, in dem eine Abgasanlage sowie eine Kardanwelle für einen Allradantrieb verlegt ist.
In der 1 ist schematisch ein Schnitt durch eine Bodengruppe 1 eines Fahrzeugs mit Hybrid-Frontantrieb gezeigt. Die Bodengruppe 1 weist Karosserielängsträger 3, einen Mitteltunnel 5 sowie zwischen den Karosserielängsträgern 3 und dem Mitteltunnel 5 angeordnete, teilweise dargestellte Bodenblechteile 7 auf. Die Bodenblechteile 7 sind in der Fahrzeugquerrichtung y innen einteilig in Verbindung mit in der Fahrzeughochrichtung z ausgerichteten, hochgezogenen Fußraum-Seitenwänden 9 eines Tunnel-Fußabschnitts 10 und in der Fahrzeugquerrichtung y außen an die Karosserielängsträger 3 angebunden.
Aus der 2 geht der Aufbau des Mitteltunnels 5 hervor. Der Mitteltunnel 5 ist in der Fahrzeugquerrichtung y seitlich durch die Fußraum-Seitenwände 9 und durch Seitenwände 11 eines separaten, im Querschnitt U-förmigen Blechbauteils 13 begrenzt. Das U-förmige Blechbauteil 13 weist eine Bauhöhe h₁ auf und ist über Fügestellen 14 und Fügestellen 15 unter Bildung einer Verschraubung 16 lösbar mit den Fußraum-Seitenwänden 9 verbunden. In der Fahrzeughochrichtung z oben ist der Mitteltunnel 5 durch eine Deckwand 17 des Blechbauteils 13 begrenzt, sodass das Blechbauteil 13 einen oberen Scheitelabschnitt 18 des Mitteltunnels 5 bildet. Die Deckwand 17 des Blechbauteils 13 ist dabei mit einem Höhenversatz Δz₁ von den Bodenblechteilen 7 beabstandet. Durch die Fußraum-Seitenwände 9, die Seitenwände 11 und die Deckwand 17 wird ein Innenraum 19 des Mitteltunnels 5 begrenzt.
In den Innenraum 19 des Mitteltunnels 5 ist eine Traktionsbatterie 21 eingesetzt. Die Traktionsbatterie 21 ist an Verbindungsflansche 22 des Blechbauteils 13 angebunden und weist ein Batteriegehäuse 23 auf, das sich aus einer Gehäuseschale 25 und einem Gehäuseboden 27 zusammensetzt. In zwei übereinander angeordneten Reihen 29 innerhalb des Batteriegehäuses 23 sind zudem Batteriezellen 31 eingesetzt.
Des Weiteren ist in der Anordnung gemäß den 1 und 2 in der Fahrzeughochrichtung z unterhalb der Traktionsbatterie 21 eine Abgasanlage 33 mit gestrichelten Linien angedeutet, die ebenfalls im Innenraum 19 des Mitteltunnels 5 angeordnet ist. Die Bauhöhe h₁ des Blechbauteils 13 und der Höhenversatz Δz₁ zwischen der Deckwand 17 des Blechbauteils 13 und den Bodenblechteilen 7 ist so gewählt, dass der Innenraum 19 des Mitteltunnels 5 die Traktionsbatterie 21 und die Abgasanlage 33 vollständig aufnimmt.
Anhand der 3 wird nun im Folgenden die Montage des in den 1 und 2 gezeigten Mitteltunnels 5 erläutert. In einem ersten Montageschritt wird die Traktionsbatterie 21 zusammengesetzt und an das U-förmige Blechbauteil 13 angebunden, so dass die Traktionsbatterie 21 und das Blechbauteil 13 eine Vormontageeinheit 35 bilden. Anschließend wird die Vormontageeinheit 35 in der Fahrzeughochrichtung z von unten in den offenen Tunnel-Fußabschnitt 10 eingeschoben, bis die Deckwand 17 des Blechbauteils 13 mit dem Höhenversatz Δz₁ von den Bodenblechteilen 7 beabstandet ist. Im Anschluss daran wird die Vormontageeinheit 35 über die Fügestellen 14 und die Fügestellen 15 mit den Fußraum-Seitenwänden 9 verschraubt.
In den 4 und 5 sind weitere Ausführungsbeispiele für den Mitteltunnel 5 gezeigt, die der jeweiligen Antriebsart des Fahrzeuges entsprechend angepasst sind. In dem in der 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Fahrzeug wieder einen Hybrid-Frontantrieb auf, jedoch mit einer geringeren Batteriekapazität als der Hybridantrieb in der Ausführung der 1 bis 3. Aufgrund der geringeren Batteriekapazität weist die Traktionsbatterie 21 hier nicht zwei, sondern nur eine Reihe 29 zur Aufnahme von Batteriezellen 31 auf, wodurch die Bauhöhe h₂ des Blechbauteils 13 und der Höhenversatz Δz₂ zwischen der Deckwand 17 und den Bodenblechteilen 7 im Vergleich zu der Ausführung in den 1 bis 3 reduziert ist.
In dem in der 5 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Fahrzeug allein mit einem konventionellen Verbrennungsmotor angetrieben. Zudem weist das Fahrzeug Allradantrieb auf. Da es sich hier nicht um einen Hybridantrieb handelt, ist im Gegensatz zu den Ausführungen in den 1 bis 4 keine Traktionsbatterie 21 eingesetzt. Der Mitteltunnel 5 nimmt in der Ausführung gemäß der 5 die Abgasanlage 33 und aufgrund des Allradantriebs eine Kardanwelle 37 auf, wodurch die Bauhöhe h₃ des Blechbauteils 13 im Vergleich zu den in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungen wiederum reduziert ist. Auch der Höhenversatz Δz₃ zwischen der Deckwand 17 und den Bodenblechteilen 7 unterscheidet sich von den in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungen. Des Weiteren weist das Blechbauteil 13 bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen eine identische Breite b auf.
Aufgrund des separaten Blechbauteils 13, das als Scheitelabschnitt 18 des Mitteltunnels 5 ausgebildet ist, kann der Mitteltunnel 5 auf einfache Art und Weise an unterschiedliche Antriebsarten angepasst werden. Im Wesentlichen unterscheiden sich in den gezeigten Ausführungen lediglich die Bauhöhen h₁ bis h₃ des separaten Blechteils 13.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4032605 A1 [0004]
US 7836999 B2 [0004]

Claims

Karosseriestruktur für ein Fahrzeug, mit einer Bodengruppe (1), die seitliche Karosserielängsträger (3), einen Mitteltunnel (5) sowie ein dazwischen liegendes Bodenblechteil (7) aufweist, durch welchen Mitteltunnel (5) in Abhängigkeit von der Motorisierung des Fahrzeugs eine Traktionsbatterie (21), eine Kardanwelle (37) und/oder eine Abgasanlage (33) oder dergleichen verlegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitteltunnel (5) zumindest teilweise durch ein separates Blechbauteil (13) begrenzt ist, und dass insbesondere das Blechbauteil (13) und die Bodengruppe (1) an korrespondierenden Fügestellen (14, 15) lösbar oder unlösbar miteinander verbindbar sind, insbesondere verschraubbar oder verschweißbar sind.
Karosseriestruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitteltunnel (5) durch einen einteilig mit dem Bodenblechteil (7) verbundenen, den Mitteltunnel (5) seitlich begrenzenden Tunnel-Fußabschnitt (10) und einen den Mitteltunnel (5) nach oben begrenzenden Tunnel-Scheitelabschnitt (18) aufgebaut ist, und dass insbesondere der Tunnel-Scheitelabschnitt (18) das separate Blechbauteil (13) ist.
Karosseriestruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tunnel-Fußabschnitt (10) zwei vom Bodenblechteil (7) hochgezogene Fußraum-Seitenwände (9) aufweist, an deren Fügestelle (15) der Tunnel-Scheitelabschnitt (18) mit seiner Fügestelle (14) angebunden ist, der die beiden Fußraum-Seitenwände (9) miteinander verbindet.
Karosseriestruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosseriestruktur eine Reihe von separaten Blechbauteilen (13) zugeordnet sind, die in Abhängigkeit von der im Fahrzeug zu realisierenden Motorisierung unterschiedlich dimensioniert sind, und dass in Abhängigkeit von der Motorisierung eines der separaten Bauteile (13) mit passender Dimensionierung auswählbar ist und in der Karosseriestruktur verbaubar ist.
Karosseriestruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die separaten Blechbauteile (13) von unterschiedlicher Bauhöhe (h₁, h₂, h₃) sind, und dass insbesondere die separaten Blechbauteile (13) mit identischer Breite (b) ausgelegt sind.
Karosseriestruktur nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrzeug mit zumindest teilweisem elektrischen Antrieb die Traktionsbatterie (21) mit dem separaten Blechbauteil (13) verbindbar ist, und/oder dass die Traktionsbatterie (21) insbesondere ohne weitere Anbindung an die Bodengruppe (1) ausschließlich mit dem separaten Blechbauteil (13) verbindbar ist.
Karosseriestruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das separate Blechbauteil (13) und die Traktionsbatterie (21) eine Vormontageeinheit (35) bilden, die in der Karosseriestruktur verbaubar ist.
Verfahren zur Montage eines Fahrzeugs mit einer Karosseriestruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Verfahren insbesondere unterschiedlich dimensionierte separate Blechbauteile (13) vorgehalten werden, die in Abhängigkeit von der Motorisierung des Fahrzeugs ausgewählt und in der Karosseriestruktur verbaut werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die separaten Blechbauteile (13) unabhängig von ihrer Dimensionierung, insbesondere ihrer Bauhöhe (h₁, h₂, h₃), an der bodengruppenseitigen Fügestelle (15) angebunden werden können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrzeug mit zumindest teilweisem elektrischen Antrieb im Mitteltunnel (5) die Traktionsbatterie (21), die Abgasanlage (33) und gegebenenfalls bei einem Allradantrieb die Kardanwelle (37) verlegt ist, oder dass bei einem Fahrzeug ohne elektrischem Antrieb, sondern nur mit verbrennungsmotorischem Antrieb die Abgasanlage (33) und gegebenenfalls die Kardanwelle (37) im Mitteltunnel (5) verlegt ist.