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Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Karosseriestruktur nach dem Patentanspruch 7, einen Profilträger nach dem Anspruch 8 sowie eine Rollformanlage nach dem Anspruch 9.
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Im Fahrzeug-Karosseriebau ist der Einsatz von Rollprofilteilen als tragende Elemente bekannt. Beim Rollprofilieren wird zunächst in einem Endlosfertigungsprozess ein Blechmaterialband profiliert und zugeschnitten sowie anschließend in einer Abkantbank und/oder Roll- bzw. Walzen-Profilierungsanlage zu langgestreckten Profilträgern abgekantet bzw. gefaltet. Die in einem solchen Endlosfertigungsprozess hergestellten Profilträger zeichnen sich durch einen in der Fertigungsrichtung betrachtet gleichbleibenden konstanten Querschnitt aus. Derartige Profilträger werden dann als tragende Elemente, zum Beispiel als Fahrzeug-Säulenelemente, in der Karosseriestruktur verbaut und mit einer Außenhaut verplankt. Die beim Rollprofilieren hergestellten Profilträger können einen offenen oder geschlossenen Querschnitt aufweisen, etwa in Schalenbauweise hergestellt sein.
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Alternativ zu solchen Rollprofilteilen ist auch der Einsatz von Tiefziehteilen bekannt. In Abgrenzung dazu kann bei Verwendung von Rollprofilteilen auf kostenintensiv herzustellende Halbzeuge, etwa Tiefziehplatinen, verzichtet werden. Beispielhaft ist aus der
DE 103 39 068 A1 ein Rollprofilierungsverfahren bekannt. Tiefziehteile können - im Unterschied zu Rollprofilteilen - geometrisch wesentlich komplexer gestaltet sein, beispielhaft zur Ausbildung von Anbindungsstellen mit rollprofilierten Profilträgern.
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Aus der
DE 43 00 398 A1 ist eine gattungsgemäße Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bekannt, die eine Bodengruppe aufweist, auf der eine, den Fahrzeuginnenraum begrenzende Aufbaustruktur angeordnet ist. Die Aufbaustruktur weist Profilträger auf, die durch Rollformen, das heißt in einem kontinuierlichen Endlosprozess aus abgelängten Rollformprofilen ausgebildet sind. Derartige Profilträger weisen in der Fertigungsrichtung bzw. Längsrichtung betrachtet jeweils ein konstantes Querschnittsprofil auf. Im Zusammenbauzustand sind die rollgeformten Profilträger an geeignete Knotenkonstruktionen der Aufbaustruktur, etwa im Tiefziehverfahren hergestellte Blech-Fahrzeugsäulenelemente, angebunden. Die Profilträger sind teilweise aus Rollprofilteilen oder aus Tiefziehteilen hergestellt. Die Herstellung von Tiefziehteilen ist mit hohem Investitionsaufwand verbunden, da aufwändige sowie kostenintensive Tiefziehwerkzeuge erforderlich sind. Insgesamt ergibt sich nach wie vor eine komplexe Karosseriestruktur, die insbesondere bei einer Kleinserienfertigung mit kleinen bis mittleren Fahrzeugstückzahlen kostenintensiv ist.
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Aus der
DE 10 2004 010 581 A1 ist ein geschlossenes Hohlprofil aus einem einzigen plastisch verformten, rollprofilierten Flachmaterialband bekannt. Dabei ist das Hohlprofil mit einem vollständig durchgreifenden Versteifungssteg versehen, der unterschiedlich ausgebildet sein kann. Zur Herstellung des geschlossenen Hohlprofils mit dem innenliegenden Versteifungssteg wird das Flachmaterialband von einer Spule abgerollt, und durch nachfolgendes mehrstufiges Umformen, bei dem Rollenpaare von der Außenseite auf das Flachmaterial drücken, wird das Flachmaterialband umgeformt. Der innenliegende Versteifungssteg ist mittels einer mechanischen Verbindung (Punktverschweißung oder Verklebung) mit der Außenwandung des Hohlprofils verbunden.
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Die
DE 10 2011 104 483 A1 zeigt eine Karosseriestruktur für ein Nutzfahrzeug mit einem Rahmenlängsträger bestehend aus einem L-förmigen Profil, einem L-förmiges Ergänzungsprofil, das mittels einer Klebeverbindung oder einer Schraubverbindung an dem Profil befestigt ist, und einem weiteren L-förmigen Ergänzungsprofil, das ebenfalls mittels einer Klebe- oder Schraubverbindung an dem Profil befestigt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, bereitzustellen, die im Vergleich zu bekannten Karosseriestrukturen fertigungstechnisch einfacher herstellbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die bereits aus dem Stand der Technik bekannten Rollprofil-Anwendungen bei Karosseriestrukturen verstärkt einzusetzen. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das Querschnittsprofil der in der Karosseriestruktur verwendeten Profilträger, bevorzugt sämtlicher Profilträger, aus jeweils einem für jeden Profilträger baugleichen Basis-Teilprofil und einem Zusatz-Teilprofil aufgebaut. Das Basis-Teilprofil ist für jeden der in der Karosseriestruktur eingebauten Profilträger geometrisch identisch. Demgegenüber kann das Zusatz-Teilprofil in Abhängigkeit vom Einbauort und/oder von der Funktion des jeweiligen Profilträgers angepasst sein. Erfindungsgemäß geht das Basis-Teilprofil und das Zusatz-Teilprofil des Querschnittsprofils des jeweiligen Profilträgers materialeinheitlich und einstückig ineinander über und sind vorzugsweise während eines Profiliervorganges in einer Profilieranlage im Endlosverfahren hergestellt. Die Variation des Zusatz-Teilprofils erfolgt mittels entsprechender Werkzeugwechsel in der Profilierungsanlage der Rollprofiliervorrichtung. Alternativ zum Rollprofilieren sind grundsätzlich auch andere Endlosfertigungsprozesse vorstellbar, etwa ein Abkantverfahren oder ein Strangpressverfahren.
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Erfindungsgemäß weist ein im Endlosfertigungsprozess hergestellter Profilträger in einer Grundausführung ein Basis-Teilprofil und ein Zusatz-Teilprofil auf, die mit Bezug auf eine Spiegelachse spiegelsymmetrisch gestaltet sind. Auf diese Weise ergibt sich ein U-förmiges bzw. schalenförmiges Gesamt-Querschnittsprofil mit einem Boden sowie hochgezogenen Seitenwänden mit Flanschen, und zwar gegebenenfalls mit von den Seitenwänden abgewinkelten Verbindungsflanschen.
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Im obigen Fall kann das Basis-Teilprofil der Profilträger einen Boden mit einer davon hochgezogenen Seitenwand, gegebenenfalls mit abgewinkeltem Flansch, aufweisen. Das Basisteilprofil wird in der Profilierungsanlage durch Werkzeuge gebildet, die für die unterschiedlichen Profilträger jeweils identisch sind. Demgegenüber werden die variierenden Zusatz-Teilprofile durch Werkzeuge gebildet, die je nach Anforderungsprofil des herzustellenden Profilträgers gewechselt werden.
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Dadurch wird erreicht, dass alle verschiedenen Profilarten in ein und demselben Grund-Werkzeug profiliert werden können. Zu der einmaligen Grundinvestition für das Basis-Werkzeug kommen dann für jede weitere benötigte Profilgeometrie keine oder nur geringe Zusatzinvestitionen für die Erweiterung/Modifikation des schon bestehenden Grund-Werkzeuges dazu.
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Beispielhaft kann ein Zusatz-Teilprofil mit einer, im Vergleich zum Basis-Teilprofil unterschiedlicher Profilhöhe und/oder unterschiedlicher Profilgeometrie ausgeführt sein. Alternativ und/oder zusätzlich können die Profilträger, insbesondere deren Basis-Teilprofil und/oder deren Zusatz-Teilprofil, unterschiedliche Blechdicken aufweisen. Die Blechstärke der Profilträger kann variiert werden, um bedarfsgerecht die Profilträger auf die lokalen BelastungsAnforderungen innerhalb der Karosseriestruktur anzupassen. Die Profilträger mit den unterschiedlichen Blechstärken, jedoch gleicher Profilgeometrie, können aus einem identischen Werkzeug gefertigt werden.
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Die oben erwähnte Knotenkonstruktion der Aufbaustruktur kann bevorzugt ein zwei- oder dreidimensional geformtes Tiefzieh-Blechteil sein, das insbesondere geometrisch komplexe Anbindungsstellen bereitstellt, und zwar zur Anbindung der Profilträger. Die Profilträger sind, wie oben mehrfach erwähnt, im Endlosverfahren hergestellt und weisen daher im Unterschied zum Tiefzieh-Blechteil über die Längserstreckungsrichtung betrachtet ein konstantes Querschnittsprofil auf. Beispielhaft kann das als Knotenkonstruktion wirkende Tiefziehblechteil ein in der Fahrzeughochrichtung verlaufendes Fahrzeugsäulenelement sein oder ein, zwei Profilträger miteinander verbindendes Übergangselement.
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Die Blechprofile können in unterschiedlichen Endlosfertigungsprozessen hergestellt werden, zum Beispiel Abkanten, Rollformen oder Strangpressen oder dergleichen. Zudem können die Profilträger auch in unterschiedlichen Metall-Werkstoffen hergestellt werden (zum Beispiel Stahl oder Aluminium) und so lokal an die vorliegenden Belastungen angepasst werden, ohne zusätzliche Investitionen zu verursachen.
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Die Profilträger können zusammen mit den Knotenkonstruktionen eine fachwerkartige Tragstruktur bilden, die mit einer Außenhaut der Fahrzeugkarosserie beplankt ist.
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Allgemein beruht der Grundgedanke der Erfindung darauf, die in der Karosseriestruktur verwendeten Profilträger aus einer Grundform abzuleiten. Der Investitionsaufwand insbesondere für die Werkzeuge wird dadurch signifikant reduziert, und zwar im Vergleich zu den gängigen Karosserien in der Blech-Schalenbauweisen, aber auch im Vergleich zu Karosserien, die aus verschiedenen Profilträger-Geometrien aufgebaut sind. Dies ist insbesondere für Fahrzeugprojekte mit geringeren Stückzahlen von Vorteil, bei denen die Investitionshöhe entscheidend für die Rentabilität des Gesamtprojektes ist.
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Zur Herstellung der Profilträger kann von einer Endlosspule ein Blechmaterialband durch ein Profilierwerkzeug einer Fertigungsanlage, etwa ein Rollwerkzeug einer Rollformanlage, geführt werden, in der das Blechmaterialband profiliert wird. Das Rollwerkzeug der Rollformanlage kann bevorzugt zweiteilig mit zwei nebeneinander angeordneten Werkzeugteilen ausgeführt sein. Jedes der beiden Werkzeugteile kann zwei zusammenwirkende Walzen aufweisen, die um Drehachsen drehbar sind. Die Walzen der beiden Werkzeugteile sind über einen Profilierspalt voneinander beabstandet, durch den das Blechmaterialband in Fertigungsrichtung geführt wird. Nach erfolgter Profilierung verlässt ein Endlosprofil das Rollwerkzeug, das anschließend mit vorgegebener Zuschnittlänge zu den Profilträgern abgelängt wird.
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Mit Hilfe des ersten Werkzeugteiles wird das Basis-Teilprofil der Profilträger profiliert. Das erste Werkzeugteil bleibt unabhängig vom zu profilierenden Profilträger ortsfest in der Rollformanlage. Demgegenüber ist das zweite Werkzeugteil zur Profilierung eines Zusatz-Teilprofils ausgelegt. Zur Bildung von Varianten der Profilträger kann das zweite Werkzeugteil unabhängig vom ersten Werkzeugteil ausgewechselt werden.
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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 perspektivischen Ansicht eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug, bei der die Profilträger sowie die Fahrzeugsäulen-Blechelemente hervorgehoben sind;
- 2 in einer Teilansicht von innen die Aufbaustruktur des Fahrzeuges;
- 3, 4 und 5 jeweils Schnittdarstellungen entlang der Schnittebenen I-I, der Schnittebene II-II und der Schnittebene III-III aus der 1; sowie
- 6 Rollierwalzen einer Rollformanlage zur Herstellung der Profilträger.
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In der 1 ist beispielhaft sowie grob schematisch eine Karosseriestruktur für ein als Kastenwagen ausgeführtes Nutzfahrzeug gezeigt. Die Karosseriestruktur des Nutzfahrzeuges weist demzufolge eine nur angedeutete Bodengruppe 1, die aus bodenseitigen Längs- und Querträgern sowie einem Bodenblechteil aufgebaut ist, und eine darauf angeordnete Aufbaustruktur 3 auf. Die Aufbaustruktur 3 weist eine gestrichelt angedeutete Tragrahmenkonstruktion 5 sowie eine Außenhaut 12 auf, die auf der Tragrahmenkonstruktion 5, ggf. unter Zwischenlage von Adapterteilen 14 (2), beplankt ist. Die Tragrahmenkonstruktion 5 setzt sich aus zwei in der Fahrzeugquerrichtung y einander gegenüberliegenden, vertikal aufgestellten Seitenrahmen, einem Frontscheibenrahmen, einem Dachrahmen sowie einem Rückwandrahmen zusammen. Jeder dieser Rahmen ist aus Profilträgern 13 aufgebaut, die in einem kontinuierlichen Endlosfertigungsprozess, insbesondere durch Rollformen, hergestellt sind. Die Profilträger 13 weisen daher in ihrer Längserstreckungsrichtung ein konstantes Querschnittsprofil 15 (3 bis 5) auf.
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Zusätzlich zu den linear profilierten Profilträgern 13 weist die Rahmenkonstruktion 5 gemäß den 1 oder 2 Fahrzeugsäulenelemente 17 sowie Übergangsprofile 19 auf. Die Fahrzeugsäulenelemente 17 und die Übergangsprofile 19 sind jeweils Knotenkonstruktionen, die geeignete Anbindungsstellen A (2) zur Anbindung der Profilträger 13 bereitstellen. Entsprechend sind die Fahrzeugsäulenelemente 17 und auch die Übergangsprofile 19 mit, im Vergleich zu den Profilträgern 13, wesentlich komplexerer Geometrie gestaltet, die üblicherweise im Tiefziehverfahren herstellbar ist.
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Die Profilträger 13 der Rahmenkonstruktion 5 sind allesamt in einem Rollformverfahren aus einem abgelängten Endlosprofil hergestellt. Das Querschnittsprofil 15 sämtlicher Profilträger 13 ist gemäß den 3 bis 5 zweiteilig aufgebaut, und zwar aus einem Basis-Teilprofil 21 und einem Zusatz-Teilprofil 23. Gemäß den 3 bis 5 weist das Basis-Teilprofil 21 eines jeden Profilträgers 13 einen Boden 25 sowie eine davon hochgezogene Seitenwand 27 mit nach außen abgewinkeltem Flansch 29 auf. In der, in der 3 gezeigten Grundausführung des Querschnittsprofils 15 ist das Basis-Teilprofil 21 mit einem Zusatz-Teilprofil 23 erweitert, das mit Bezug auf eine Spiegelachse 31 spiegelsymmetrisch zum Basis-Teilprofil ausgeführt ist. Auf diese Weise ergibt sich in der 3 ein U-förmiges bzw. schalenförmiges Gesamt-Querschnittsprofil 15 mit einem Boden 25 sowie seitlich davon hochgezogenen Seitenwänden 27.
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Demgegenüber sind in der 4 und 5 jeweils Abwandlungen gezeigt, die zwar identische Basis-Teilprofile 21 aufweisen, jedoch jeweils variierende Zusatz-Teilprofile 23, die im Vergleich zum Basis-Teilprofil 21 unterschiedliche Profilhöhen h1 bis h3 sowie unterschiedliche Profilgeometrien aufweisen. Das Basis-Teilprofil 21 und das Zusatz-Teilprofil 23 der jeweiligen Profilträger 13 gehen materialeinheitlich und einstückig ineinander über.
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Anhand der 6 ist grob schematisch das Rollwerkzeug 35 einer Rollformanlage gezeigt, mit der das Verfahren zur Herstellung der Profilträger 13 durchführbar ist. Demzufolge wird von einer nicht gezeigten Endlosspule ein Blechmaterialband 33 durch ein oder mehrere Rollwerkzeuge 35 der Profilieranlage geführt, in der das Blechmaterialband 33 profiliert wird (Normalerweise wird beim Rollprofilieren die Umformung des Blechbandes 33 in mehreren Stufen durchgeführt). Jedes Rollwerkzeug 35 der Rollformanlage ist zweiteilig mit nebeneinander angeordneten ersten Werkzeugteil 37 und zweiten Werkzeugteil 39 ausgeführt. Jedes der beiden Werkzeugteile 37, 39 weist zwei zusammenwirkende Walzen 40 auf, die um Drehachsen 41 drehbar sind. Die Walzen 40 der beiden Werkzeugteile 37, 39 sind über einen Profilierspalt voneinander beabstandet, durch den das Blechmaterialband 33 in Fertigungsrichtung geführt wird. Nach erfolgter Profilierung verlässt ein Endlosprofil das Rollwerkzeug 35, das anschließend mit vorgegebener Zuschnittlänge zu Profilträgern 13 abgelängt wird. Alternativ kann das Endlosprofil vor dem Ablängen auch noch gebogen, verprägt oder gelocht werden.
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Mit Hilfe des ersten Werkzeugteiles 37 wird das Basis-Teilprofil 21 der Profilträger 13 profiliert. Das erste Werkzeugteil 37 bleibt unabhängig vom zu profilierenden Profilträger 13 in der Rollformanlage. Demgegenüber ist das zweite Werkzeugteil 39 zur Profilierung eines Zusatz-Teilprofils 23 ausgelegt. Zur Bildung von beispielhaft in den 3 bis 5 gezeigten Varianten der Profilträger 13 wird das zweite Werkzeugteil 39 unabhängig vom ersten Werkzeugteil 37 ausgewechselt.
