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Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine Fahrzeug-Karosseriestruktur weist zwei in der Fahrzeugquerrichtung seitlich äußere sowie in der Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Karosserie-Längsträger auf. Diese können jeweils ein nach oben offenes U-Profil aufweisen und aus einem hochfesten Stahl, etwa warmgeformten Stahl, hergestellt sein. Derartige nach oben offene U-profilierte Längsträger können zur Bildung eines geschlossenen Hohlprofils mit einem Bodenblechteil überdeckt sein. Das Bodenblechteil kann im Unterschied zum U-profilierten Längsträger aus einem niederfesten Stahl, etwa kaltgeformtem Stahlblech, gefertigt sein. Das sich so ergebende geschlossene Hohlprofil ist daher teilweise von hochfestem Stahl (das heißt der Karosserielängsträger) und teilweise von niederfestem Stahl (das heißt das Bodenblechteil) begrenzt. Die aufgrund des niederfesten Bodenblechteils reduzierte Bauteilsteifigkeit wird in diesem Fall materialaufwändig zum Beispiel durch zusätzliche Schottbleche oder andere Verstärkungsmaßnahmen kompensiert.
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Demgegenüber sind auch Karosserie-Längsträger bekannt, die aus zwei schalenförmigen, aus hochfesten Stahlblech hergestellte Blechteile aufweist, die gemeinsam ein bauteilsteifes Hohlprofil ergeben. Aus der
DE 10 2008 050 418 A1 ist ein solcher Karosserie-Längsträger bekannt, der aus zwei schalenförmigen Blechteilen aufgebaut ist, die über Flanschverbindungen miteinander verbunden sind. Der so ausgebildete Karosserie-Längsträger ist in nicht dargestellter Weise an einer Fügestelle mit zumindest einem Beplankungsteil verbindbar.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei der mit wenig Materialaufwand und/oder bauteilsteif der Karosserie-Längsträger mit einem daran angrenzenden Beplankungsteil, das heißt zum Beispiel einem Bodenblechteil oder einem Radhausblechteil, verbunden ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass es bei einer Anbindung des Beplankungsteiles am Karosserie-Längsträger häufig zu Material-Doppelungen kommen kann, die insbesondere im Hinblick auf eine Gewichtsreduzierung der Karosseriestruktur nachteilig sind, aber auch im Hinblick auf eine bauteilsteife Ausbildung der Karosserie-Bodengruppe weitgehend ohne Wirkung sind. Vor diesem Hintergrund erfolgt die Ausbildung der Fügestelle zwischen dem Beplankungsteil und dem Karosserie-Längsträger speziell so, dass solche Material-Doppelungen vermieden sind. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 wird zur Ausbildung der Fügestelle speziell die Flanschverbindung des Karosserie-Längsträgers genutzt. Von dieser Flanschverbindung wird zumindest ein Verbindungsflansch bereitgestellt, an der unmittelbar das Beplankungsteil angebunden ist.
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Jedes der Blechteile des Karosserie-Längsträgers kann beispielhaft schalenförmig mit jeweils zwei Verbindungsflanschen ausgeführt sein. In der Zusammenbaulage sind die beiden schalenförmigen Blechteile unter Bildung des Hohlprofils aufeinander gesetzt, und zwar mit einander jeweils verbundenen Verbindungsflanschen.
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Der zumindest eine Verbindungsflansch, bevorzugt die beiden Verbindungsflansche einer solchen Flanschverbindung, ragen mit einem vorgegebenen Übermaß von einer Seitenwandung des Längsträgers vor. Das Übermaß ist so bemessen, dass ausreichend Blechmaterial zur Verbindung mit dem Beplankungsteil zur Verfügung gestellt ist. Das Beplankungsteil kann bevorzugt einen Randsteg aufweisen, der mit dem zumindest einen Verbindungsflansch der Flanschverbindung verschweißt oder vernietet oder auf andere Art damit verbunden ist.
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In einer Ausführungsvariante können die beiden Verbindungsflansche einer Flanschverbindung mit unterschiedlichen Übermaßen von der Seitenwand des Längsträgers abragen. Gegebenenfalls ist das anschließende Beplankungsteil lediglich an einem der beiden Verbindungsflansche befestigt.
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Bevorzugt ist der Randsteg des Beplankungsteiles mit dem Verbindungsflansch der Flanschverbindung überlappt. Auf diese Weise ergibt sich eine Knotenstelle mit einer Zweilagenstruktur, in der der Randsteg und der Verbindungsflansch einander überlappt sind. Besonders bevorzugt weist die Knotenstelle eine Dreilagenstruktur auf, in der der Randsteg des Beplankungsteiles sowie die beiden Verbindungsflansche der Flanschverbindung zusammengefügt sind, insbesondere durch Schweißung.
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Im normalen Fahrbetrieb oder auch im Crashfall bilden die Karosserie-Längsträger lasttragende Strukturen, entlang denen Lastpfade gebildet sind. Die beiden schalenförmigen Blechteile des Karosserie-Längsträgers können im Hinblick auf eine hohe Bauteilsteifigkeit jeweils aus hochfestem Stahlblech, insbesondere aus einem warmgeformten Stahlblech, hergestellt sein. Demgegenüber sind die Beplankungsteile nicht tragende Strukturen, die aus Kostengründen gegebenenfalls aus einem niederfesten Stahlblech, insbesondere kaltgeformtem Stahlblech oder aus Aluminiumblech gefertigt sein können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Beplankungsteil ein, in der Fahrzeugquerrichtung nach innen am Karosserie-Längsträger anschließendes Bodenblechteil sein. Um eine einfache sowie bauteilsteife Anbindung zu erzielen, kann der, die Fügestelle bereitstellende Verbindungsflansch in der Fahrzeugquerrichtung nach innen, insbesondere horizontal vom Längsträger abragen. Die Flanschhöhe, das heißt der Höhenversatz des Verbindungsflansches zum Längsträger-Boden, wird je nach baulichen Gegebenheiten eingestellt.
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Insbesondere im Heckteil eines Fahrzeuges kann im Bereich des heckseitigen Laderaums eine Reserveradmulde im Bodenblechteil ausgebildet sein. Bevorzugt kann die oben erwähnte Flanschhöhe des horizontalen Verbindungsflansches so bemessen sein, dass die innere Seitenwand des Längsträgers unmittelbar den Stauraum der Reserveradmulde begrenzt. Auf diese Weise kann gegebenenfalls eine Doppelung der Wand zwischen Längsträger und Reserveradmulde vermieden werden, wodurch sich das Gesamtgewicht des Fahrzeuges verringert.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Beplankungsteil alternativ und/oder zusätzlich ein in der Fahrzeugquerrichtung nach außen anschließendes Radhausblechteil sein. In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn der die Fügestelle bereitstellende Verbindungsflansch von einer Seitenwandung des Längsträgers vertikal nach oben abragt. In diesem Fall kann zudem eine äußere Seitenwand des Längsträgers zusammen mit dem nach oben anschließenden Radhausblechteil unmittelbarer Bestandteil des Radhauses sein. Das heißt, dass in diesem Fall die äußere Seitenwand des Längsträgers unmittelbar den Innenraum des Radhauses begrenzt, wodurch sich eine weitere Einsparung beim Fahrzeuggewicht ergibt.
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Durch die Verwendung von warmgeformten Längsträgern kann trotz reduziertem Materialeinsatz, das heißt trotz reduzierter Verstärkungsmaßnahmen, eine ausreichende Bauteilsteifigkeit sowie -festigkeit zur Verfügung stellen, und zwar im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Längsträgern.
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Erfindungsgemäß ist das Beplankungsteil, das heißt das Bodenblechteil, kein unmittelbarer Bestandteil des Karosserie-Längsträgers, sondern vielmehr separat an dem Verbindungsflansch angebunden. Bedingt durch das geschlossene Hohlprofil des Längsträgers aus warmgeformtem Stahlblech erhöht sich die Festigkeit beziehungsweise Steifigkeit der lasttragenden Struktur im Vergleich zu einer herkömmlichen Bauweise deutlich. Als Folge kann der Bauraum durch kleiner dimensionierte Profile im Vergleich zur herkömmlichen Bauweise optimiert werden (Package-Vorteile). Zusätzlich können Wanddicken reduziert werden und/oder Versteifungsmaßnahmen entfallen, wodurch das Fahrzeuggewicht sinkt.
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Eine Variation der Flanschhöhe kann erfolgen, ohne die Festigkeit beziehungsweise Steifigkeit des Karosserie-Längsträgers zu reduzieren. Zudem ist es durch die zweischalige Bauweise des Längsträgers möglich, die beiden Karosserie-Blechteile, das heißt zum Beispiel eine Oberschale und eine Unterschale, zusammen oder getrennt voneinander in der Fügefolge in den Zusammenbau des Längsträgers oder des Bodens einzubinden.
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Ausgehend von der zweischaligen Bauweise aus bevorzugt warmgeformten Stahlblechteil ergibt sich die Möglichkeit, den Längsträger vom Heckbereich oder Frontbereich über einen mit S-Schlag versehenen Übergangsbereich (das heißt Kurbelbereich) in den Schweller einzuleiten. Im Falle einer Heckkollision ist damit eine Durchgängigkeit der Lastaufnahme in hochfester Bauweise bis zur A-Säule ermöglicht.
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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:
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1 in einer perspektivischen Darstellung die Bodengruppe einer Karosseriestruktur;
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2 eine Teilschnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der 1; und
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3 in einer Ansicht entsprechend der 2 gemäß einem nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsbeispiel.
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In der 1 ist in einer perspektivischen Darstellung eine heckseitige Bodengruppe 1 einer Karosseriestruktur eines Fahrzeuges gezeigt. Die Karosseriestruktur weist eine tragende Struktur mit hochfesten und äußerst steifen Profilträgern und niederfesten Komponenten, wie zwischen den Profilträgern angeordnete Beplankungsteile 3 auf. In der 1 dargestellte Profilträger sind Längsträger 5, Schweller 7 sowie Querträger 8. Die Längsträger 5 sind in der Fahrzeuglängsrichtung x ausgerichtet, in der Fahrzeugquerrichtung y seitlich außen angeordnet und gehen mit einem S-Schlag in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne in die teilweise dargestellten Schweller 7 über. Die Schweller 7 erstrecken sich in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne bis zu einer in den Figuren nicht gezeigten A-Säule des Fahrzeuges. In der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten werden die Längsträger 5 von einer Rückwand 9 begrenzt. An die Längsträger 5 sind zudem zwei in der Fahrzeugquerrichtung y ausgerichtete, voneinander beabstandete Querträger 8 angebunden.
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Gemäß der 1 begrenzen innere Seitenwände 13 der Längsträger 5, innere Seitenwände 15 der Querträger 11 und ein in der Fahrzeughochrichtung z mit einem Versatz Δz unterhalb von Oberseiten 17 der Längsträger 5 und Oberseiten 19 der Querträger 8 angeordnetes, im Wesentlichen ebenflächiges Bodenblechteil 20 einen Stauraum 21 einer Reserveradmulde 22 des Fahrzeuges. Des Weiteren sind in der 1 in der Fahrzeugquerrichtung y außen an die Längsträger 5 anschließende, gewölbte Radhausblechteile 23 gezeigt, die jeweils einen Innenraum 25 eines Radhauses 27 begrenzen.
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In der 2 ist der Aufbau der Längsträger 5 gezeigt. Der Längsträger 5 ist als geschlossenes Hohlprofil ausgebildet, das sich aus zwei schalenförmigen, hochfesten sowie warmgeformten Profilteilen 29 aus Stahl zusammensetzt. Die Profilteile 29 sind an einer ersten Flanschverbindung 30 und an einer zweiten Flanschverbindung 31 mit Hilfe von korrespondierenden Verbindungsflanschen 33 der Profilteile 29 miteinander verschweißt. An der ersten Flanschverbindung 30 ragen Verbindungsflansche 33 der Profilteile 29 in der Fahrzeughochrichtung z mit einem Übermaß Δz vertikal nach oben von der Oberseite 17 des Längsträgers 5 ab. Einer der Verbindungsflansche 33 ist dabei ein oberer Abschnitt 34 einer äußeren Seitenwand 35 des Längsträgers 5. An der zweiten Flanschverbindung 31 ragen Verbindungsflansche 33 der Profilteile 29 in der Fahrzeugquerrichtung y mit einem Übermaß Δy horizontal nach innen von der inneren Seitenwand 13 des Längsträgers 5 ab. Die Verbindungsflansche 33 sind dabei mit einem Höhenversatz Δh in der Fahrzeughochrichtung z von einer Unterwand 37 des Längsträgers 5 beabstandet, und zwar so, dass die zweite Flanschverbindung 31 in der Fahrzeughochrichtung z mit dem Versatz Δz unterhalb der Oberseite 17 des Längsträgers 5 angeordnet ist.
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Des Weiteren sind gemäß der 2 die vertikalen Verbindungsflansche 33 der Profilteile 29 an der ersten Flanschverbindung 30 von einem Randsteg 39 des Radhausblechteils 23 überlappt. Die horizontalen Verbindungsflansche 33 der zweiten Flanschverbindung 31 sind von einem Randsteg 41 des Bodenblechteils 20 überlappt. Die Randstege 39 und 41 sind mit den vertikalen und horizontalen Verbindungsflanschen 33 unter Bildung von Fügestellen F1 und F2 verschweißt. Die Fügestellen F1 und F2 weisen eine bauteilsteife Dreilagenstruktur auf, wodurch sich bei einer betriebs- oder unfallbedingten Krafteinleitung besonders bauteilsteife Knotenpunkte I und II (2) ergeben, die eine deformationsfreie Kraftüberleitung gewährleisten. Das Radhausblechteil 23 und das Bodenblechteil 20 bestehen aus kaltgeformtem Stahl und weisen eine geringere Festigkeit auf als die Profilteile 29.
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Aufgrund der unmittelbaren Anbindung des Radhausblechteils 23 an die vertikalen Verbindungsflansche 33 der ersten Flanschverbindung 30 begrenzt weiterhin die äußere Seitenwand 35 des Längsträgers 5 den Innenraum 25 des Radhauses 27. Durch die Anbindung des Bodenblechteils 20 an die horizontalen Verbindungsflansche 33 der zweiten Flanschverbindung 31 begrenzt, wie bereits erwähnt, die innere Seitenwand 13 des Längsträgers 5 den Stauraum 21 der Reserveradmulde 22.
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In der 3 ist eine Schnittansicht gemäß der 2 für eine nicht von der Erfindung umfasste Karosseriestruktur eines Fahrzeuges gezeigt, die den Stand der Technik verdeutlichen soll. So ist hier der Längsträger 5 als nach oben offenes U-Profil ausgebildet und aus hochfestem, warmgeformtem Stahl gefertigt. Das nach oben offene U-Profil des Längsträgers 5 wird über das an Fügestellen F3 und F4 an den Längsträger 5 angeschweißte Bodenblechteil 20 aus niederfesten, kaltgeformten Stahl geschlossen, so dass sich ein geschlossenes Hohlprofilteil 43 ergibt. Da sich das Hohlprofilteil 43 aus hochfestem und niederfesten Stahl zusammensetzt, weist das Hohlprofilteil 43 eine geringere Festigkeit auf, als der allein aus hochfestem Stahl bestehende, erfindungsgemäße Längsträger 5.
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Des Weiteren ist in dem in der 3 gezeigten Bodenblechteil 20 die Reserveradmulde 22 ausgebildet, wobei nur das Bodenblechteil 20 den Stauraum 21 der Reserveradmulde 22 begrenzt. Aufgrund der in dem Bodenblechteil 20 ausgebildeten Reserveradmulde 22 weist das Bodenblechteil 20 einen Übergang 53 von einer Deckwand 55 des Bodenblechteils 20, die das offene U-Profil des Längsträgers 5 verschließt, zu einer Bodenwand 57 des Bodenblechteils 20 auf. Im Gegensatz dazu ist das Bodenblechteil 20 in der 1 im Wesentlichen ebenflächig ausgeführt und die Reserveradmulde 22 ist seitlich durch die innere Seitenwand 13 des Längsträgers 5 begrenzt. So kann auf den Übergang 53 verzichtet und eine Material-Doppelung aufgrund des zusätzlichen Übergangs 53 verhindert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008050418 A1 [0003]
