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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 7.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus der
DE 28 48 593 A1 ist eine gattungsgemäße Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bekannt, bei der der Mitteltunnel durch ein separates Blechbauteil begrenzt ist. Aus der
DE 10 2007 001 721 A1 ist eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bekannt, bei der der Tunnel als ein Rollprofil ausgebildet ist. Aus der
DE 10 2009 006 990 A1 ist eine Karosseriestruktur bekannt, die die Funktion eines Batteriegehäuses übernimmt.
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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.
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Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 7 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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-Seheitelabschnitte 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.
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Erfindungsgemäß ist bei einem Fahrzeug mit zumindest teilweisem elektrischen Antrieb die Traktionsbatterie unmittelbar mit dem separaten Blechbauteil, das heißt dem Tunnel-Scheitelabschnitt, verbunden. Die Traktionsbatterie ist 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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
