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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugkarosserie nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 10 2005 043 698 A1 beschrieben, ein Seitenschweller einer Kraftwagenkarosserie bekannt. Der Seitenschweller weist ein aus wenigstens zwei Teilschalen zusammengesetztes Kastenprofil auf, welches im Bereich der Fahrgastzelle durch ein Strukturteil verstärkt ist, wobei das Strukturteil mit dem Kastenprofil fest verbunden ist. Das Strukturteil umfasst ein faserverstärktes Kunststoffbauteil, welches zumindest an einer der Teilschalen des Kastenprofils abgestützt ist.
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In der
DE 10 2009 005 760 A1 wird ein Längsträger, insbesondere Seitenschweller, für eine Karosserie eines Personenkraftwagens beschrieben. Der Längsträger weist im Querschnitt ein Mehrkammerprofil mit zumindest einer in Fahrzeughochrichtung und zumindest einer in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Versteifungsrippe auf. Das Mehrkammerprofil weist zumindest zwei mittels der in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Versteifungsrippe unterteilte Bereiche aufweist. Die Kammern des ersten Bereichs weisen einen größeren Querschnitt auf als die Kammern des zweiten Bereichs.
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Aus der
DE 195 28 874 A1 ist eine Tragstruktur für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, bekannt. Die Tragstruktur umfasst als Hohlprofilträger ausgebildete Trägerelemente. Innerhalb des Hohlprofils sind Verstärkungsmittel angeordnet, die das Profil in sich versteifen. Innerhalb wenigstens eines Trägerelementes werden Verstärkungsmittel so ausgebildet, dass sie zur Kraftübertragung von einer Außenseite des Fahrzeugs auf eine Innenseite geeignet sind. Dazu wird eine Profilanordnung verwendet, die sich im Wesentlichen von der Außenseite zur Innenseite des Trägerelementes hin erstreckt und darüber hinaus einen flächig gestalteten Krafteinleitungsbereich als Prallfläche aufweist. Die so ausgebildete Profilanordnung ist zumindest mittelbar an einer einem Fahrzeugwandteil zugeordneten Trägerstruktur abstützbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Fahrzeugkarosserie und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Fahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Fahrzeugkarosserie umfasst einen Karosserieboden und zumindest eine mit dem Karosserieboden verbundene Karosseriesäule.
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Erfindungsgemäß ist der Karosserieboden zumindest im Bereich der Karosseriesäule aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet, ein Karosserieschweller ist zumindest im Bereich der Karosseriesäule aus einer einem Fahrzeuginneren zugewandten inneren Schwellerschale aus einem faserverstärkten Kunststoff und einer einem Fahrzeugäußeren zugewandten äußeren Schwellerschale aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet, die Karosseriesäule ist zumindest im Bereich des Karosserieschwellers aus einer einem Fahrzeuginneren zugewandten inneren Säulenschale aus Metall und einer einem Fahrzeugäußeren zugewandten äußeren Säulenschale aus Metall ausgebildet und die äußere Säulenschale und die innere Säulenschale sind über Klebeflächen mit dem Karosserieschweller verbunden.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Fahrzeugkarosserie ist eine Anbindung der Karosseriesäule, welche ganz oder zumindest im Bereich des Karosserieschwellers aus Metall gefertigt ist, an den ganz oder zumindest im Bereich der Karosseriesäule aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildeten Karosserieschweller und über diesen an den ganz oder zumindest im Bereich der Karosseriesäule aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildeten Karosserieboden ohne eine Verwendung zusätzlicher Verschraubungen im Vergleich zu einer Ausbildung einer Stahlkarosserie ermöglicht, da über die Klebeflächen eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Karosseriesäule und dem Karosserieschweller realisiert ist. Dadurch ist eine gewichtsreduzierte Bauweise des Karosseriebodens im Bereich der Karosseriesäule ermöglicht. Daraus resultiert eine Gewichtsreduzierung eines mittels der Fahrzeugkarosserie ausgebildeten Fahrzeugs, wodurch eine Kraftstoffverbrauchsreduzierung und eine Reduzierung von Abgasemissionen, insbesondere von Kohlenstoffdioxidemissionen erreicht werden.
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Bei der Karosseriesäule handelt es sich beispielsweise um eine B-Säule der Fahrzeugkarosserie. Die Karosseriesäule ist beispielsweise aus Stahl gefertigt, ganz oder zumindest im Bereich des Karosserieschwellers. Der Karosserieschweller und/oder der Karosserieboden sind beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt, ganz oder zumindest im Bereich der Karosseriesäule.
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Ein Verformungsverhalten der Fahrzeugkarosserie im Bereich der Anbindung der Karosseriesäule aus Metall an den Karosserieschweller und den Karosserieboden aus dem faserverstärkten Kunststoff unterscheidet sich von dem bisher bekannten Verhalten einer rein metallischen Bauweise. Aufgrund der Ausbildung des Karosseriebodens und des Karosserieschwellers aus faserverstärktem Kunststoff findet bei einer Seitenkollision eine Verformung des Karosseriebodens und des Karosserieschwellers, welche bei einer Stahlkarosserie zu einem Eindrehen in Richtung des Fahrzeuginneren führt, nicht statt. Dadurch müssen hohe Kräfte und Momente durch die Karosseriesäule aufgenommen und abgeleitet werden. Dies wird durch die schalenförmige Ausbildung insbesondere der Karosseriesäule zumindest im Bereich des Karosserieschwellers und deren Anbindung an den Karosserieschweller und den Karosserieboden erreicht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 schematisch eine Explosionsdarstellung einer Fahrzeugkarosserie im Bereich einer Karosseriesäule,
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2 schematisch eine perspektivische Darstellung einer Fahrzeugkarosserie im Bereich einer Karosseriesäule, und
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3 schematisch eine Schnittdarstellung einer Fahrzeugkarosserie im Bereich einer Karosseriesäule.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 bis 3 zeigen schematisch eine Fahrzeugkarosserie 1 eines Fahrzeugs, wobei hier aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils lediglich ein Bereich der Fahrzeugkarosserie 1 dargestellt ist, in welchem ein Karosserieboden 2, ein Karosserieschweller 3 und eine Karosseriesäule 4 miteinander verbunden sind. Im hier dargestellten Beispiel handelt es sich bei der Karosseriesäule 4 um eine B-Säule. 1 zeigt diesen Bereich der Fahrzeugkarosserie 1 in einer Explosionsdarstellung, 2 in einer perspektivischen Darstellung und 3 in einer Schnittdarstellung.
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Die Karosseriesäule 4 ist aus einer einem Fahrzeuginneren zugewandten inneren Säulenschale 4.1 und einer einem Fahrzeugäußeren zugewandten äußeren Säulenschale 4.2 ausgebildet. Beide Säulenschalen 4.1, 4.2 sind aus Metall ausgebildet, beispielsweise aus Stahl. Der Karosserieboden 2 und der Karosserieschweller 3 sind jeweils aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet, beispielsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff. Dabei ist der Karosserieschweller 3 aus einer einem Fahrzeuginneren zugewandten inneren Schwellerschale 3.1 und einer einem Fahrzeugäußeren zugewandten äußeren Schwellerschale 3.2 ausgebildet.
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Ein Verformungsverhalten der Fahrzeugkarosserie 1 im Bereich der Anbindung der Karosseriesäule 4 aus Metall an den Karosserieschweller 3 und den Karosserieboden 2 aus dem faserverstärkten Kunststoff unterscheidet sich von dem bisher bekannten Verhalten einer Stahlkarosserie. Aufgrund der Ausbildung des Karosseriebodens 2 und des Karosserieschwellers 3 aus faserverstärktem Kunststoff findet bei einer Seitenkollision eine Verformung des Karosseriebodens 2 und des Karosserieschwellers 3, welche bei einer Stahlkarosserie zu einem Eindrehen in Richtung des Fahrzeuginneren führt, nicht statt. Dadurch müssen hohe Kräfte und Momente durch die Karosseriesäule 4 aufgenommen und abgeleitet werden. Bei der herkömmlichen Stahlkarosserie wird durch dieses Eindrehen und durch das Deformieren des Bodenbereichs, des Schwellerbereichs und des Säulenbereichs der Stahlkarosserie Energie abgebaut. Das Aufnehmen und Ableiten der Kräfte und Momente wird bei der hier dargestellten Fahrzeugkarosserie 1 durch die schalenförmige Ausbildung der Karosseriesäule 4 und des Karosserieschwellers 3 und durch die Anbindung der Karosseriesäule 4 an den Karosserieschweller 3 und den Karosserieboden 2 sowie vorteilhafterweise durch die Anordnung von Verbindungselementen 5, 6 in Hohlräumen 7, 8 zwischen den Säulenschalen 4.1, 4.2 und bevorzugt zwischen der äußeren Säulenschale 4.2 und der äußeren Schwellerschale 3.2 ermöglicht.
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Über diese speziell gestaltete Schalenbauweise insbesondere der Karosseriesäule 4 erfolgt eine Übertragung von Kräften und Momenten auf den Karosserieschweller 3 und über diesen auf den Karosserieboden 2. Um dies zu erreichen, sind die äußere Säulenschale 4.2 und die innere Säulenschale 4.1 über Klebeflächen mit dem Karosserieschweller 3 verbunden. Hierzu ist eine Innenseite der inneren Schwellerschale 3.1 im Wesentlichen korrespondierend zu einer Außenseite der inneren Säulenschale 4.1 ausgebildet, so dass die innere Schwellerschale 3.1 an der inneren Säulenschale 4.1 anliegt. Die Anlageflächen oder zumindest ein Teil der Anlageflächen bilden die Klebeflächen, über welche die innere Schwellerschale 3.1 mit der inneren Säulenschale 4.1 mittels eines Klebstoffs stoffschlüssig verbunden ist.
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Die äußere Schwellerschale 3.2 und die äußere Säulenschale 4.2 sind im oberen Bereich im Wesentlichen korrespondierend ausgebildet, so dass sie hier aneinander anliegen, wobei auch diese Anlageflächen oder zumindest ein Teil der Anlageflächen die Klebeflächen bilden, über welche die äußere Schwellerschale 3.2 und die äußere Säulenschale 4.2 mittels eines Klebstoffs stoffschlüssig verbunden sind. An einer Unterseite der Schwellerschalen 3.1, 3.2 und Säulenschalen 4.1, 4.2 ist eine zusätzliche Verbindungsplatte 9 angeordnet. Sie liegt an der Unterseite der Schwellerschalen 3.1, 3.2 und Säulenschalen 4.1, 4.2 an und ist zweckmäßigerweise mit diesen mittels Klebstoff stoffschlüssig verbunden, so dass auch im unteren Bereich ein festes Gefüge zwischen den Schwellerschalen 3.1, 3.2 und Säulenschalen 4.1, 4.2 ausgebildet ist.
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Die innere und die äußere Säulenschale 4.1, 4.2 sind im unteren Bereich derart ausgebildet, dass sich zwischen ihnen ein erster Hohlraum 7 ausbildet, und die äußere Säulenschale 4.2 und die äußere Schwellerschale 3.2 sind derart ausgebildet, dass sich zwischen ihnen ein zweiter Hohlraum 8 ausbildet. Um dies zu erreichen, sind die innere Schwellerschale 3.1 und die innere Säulenschale 4.1 in Richtung des Fahrzeuginneren gewölbt und die äußere Schwellerschale 3.2 und die äußere Säulenschale 4.2 sind in Richtung eines Fahrzeugäußeren gewölbt.
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Im ersten Hohlraum 7 sind im hier dargestellten Beispiel eine Mehrzahl erster Verbindungselemente 5 angeordnet, welche sich jeweils zwischen den Säulenschalen 4.1, 4.2 erstrecken, d. h. in Fahrzeugquerrichtung, und somit die Säulenschalen 4.1, 4.2 miteinander verbinden und gegeneinander abstützen. Diese ersten Verbindungselemente 5, auch als Schottbleche bezeichnet, sind vorzugsweise aus Metall ausgebildet, beispielsweise aus Stahl. Sie führen aufgrund ihrer speziell geometrisch gestalteten Form zum gewünschten Verformungsbild der Karosseriesäule 4. Die ersten Verbindungselemente 5 sind jeweils zweiteilig ausgebildet, d. h. jeweils aus einem unteren Teil 5.1 und einem oberen Teil 5.2, welche miteinander verbunden sind. Beispielsweise sind die aus Stahl ausgebildeten Teile 5.1, 5.2 miteinander verschweißt. Auf diese Weise ist auf Höhe der Verbindung der beiden Teile 5.1, 5.2 ein aussteifender Steg 5.3 ausgebildet. Dieser aussteifende Steg 5.3 verhindert bei einer Seitenkollision ein Kollabieren des Querschnitts des unteren Bereichs der Karosseriesäule 4. Dies führt, zusammen mit der geometrischen Form des oberen Teils 5.2 der ersten Verbindungselemente 5, zu einem Drehpunkt bei der Deformation der Karosseriesäule 4 oberhalb des aussteifenden Steges 5.3.
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Im zweiten Hohlraum 8 zwischen der äußeren Säulenschale 4.2 und der äußeren Schwellerschale 3.2 sind im hier dargestellten Beispiel eine Mehrzahl zweiter Verbindungselemente 6 angeordnet, welche sich jeweils zwischen der äußeren Säulenschale 4.2 und der äußeren Schwellerschale 3.2 erstrecken, d. h. in Fahrzeugquerrichtung, und somit die äußere Schwellerschale 3.2 mit der äußeren Säulenschale 4.2 verbindet und gegeneinander abstützt. Diese zweiten Verbindungselemente 6 können jeweils ebenfalls als derartige Schottbleche, d. h. aus Metall, zum Beispiel aus Stahl, oder als Energieabsorptionselemente aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet sein, beispielsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff. Diese zweiten Verbindungselemente 6 sorgen somit für eine Abstützung der Karosseriesäule 4 zur äußeren Schwellerschale 3.2. Dies verhindert bei einer Seitenkollision zusätzlich ein Ausdrehen des unteren Bereichs der Karosseriesäule 4 weg vom Karosserieboden 2. Bei einer Ausführung der zweiten Verbindungselemente 6 als Energieabsorptionselemente leisten diese einen zusätzlichen positiven Beitrag beispielsweise bei einer Seitenkollision mit einem pfahlartigen Hindernis.
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Die Lastübertragung vom Karosserieschweller 3 in den Karosserieboden 2 erfolgt im hier dargestellten Beispiel über zwei Laschen 10, 11 aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff. Die Laschen 10, 11 leiten die Kräfte und Momente in Decklagen 2.1, 2.2 des Karosseriebodens 2 aus faserverstärktem Kunststoff ein. Dabei ist die obere Lasche 10 mit der oberen Decklage 2.1 des Karosseriebodens 2 und mit einer dem Fahrzeuginneren zugewandten Außenseite der inneren Schwellerschale 3.1 stoffschlüssig verbunden, zweckmäßigerweise mittels eines Klebstoffs. Die untere Lasche 11 ist mit der unteren Decklage 2.2 des Karosseriebodens 2 und mit der zusätzlichen Verbindungsplatte 9 stoffschlüssig verbunden, zweckmäßigerweise mittels eines Klebstoffs. Auf diese Weise ist der Karosserieboden 2 über die obere Lasche 10 sowie über die untere Lasche 11 und die zusätzliche Verbindungsplatte 9 stoffschlüssig mit dem Karosserieschweller 3 verbunden.
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Die beschriebenen Bestandteile der Fahrzeugkarosserie 1 aus Metall, insbesondere die Säulenschalen 4.1, 4.2 sowie die Verbindungselemente 5, 6, können, alternativ zu Stahl, beispielsweise auch jeweils aus einem anderen Metall ausgebildet sein, zum Beispiel aus Aluminium. Bei den Verbindungselementen 5, 6 ist es beispielsweise auch möglich, ein oder mehrere erste und/oder zweite Verbindungselemente 5, 6 aus einem Metall und ein oder mehrere weitere Verbindungselemente 5, 6 aus einem anderen Metall auszubilden.
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Die beschriebenen Bestandteile der Fahrzeugkarosserie 1 aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere der Karosserieboden 2, die Schwellerschalen 3.1, 3.2, die Laschen 10, 11 und vorzugsweise auch die zusätzliche Verbindungsplatte 9 sowie die zweiten Verbindungselemente 6, wenn diese aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sind, können, alternativ zu kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, beispielsweise auch jeweils aus einem anderen faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sein, beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff. Auch eine Kombination verschiedener Verstärkungsfasern ist möglich. Im Falle der zweiten Verbindungselemente 6 ist es auch möglich, dass ein oder mehrere zweite Verbindungselemente 6 aus dem faserverstärkten Kunststoff und ein oder mehrere weitere zweite Verbindungselemente 6 aus Metall ausgebildet sind.
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In einem Verfahren zur Herstellung der Fahrzeugkarosserie 1 wird der Karosserieboden 2 zumindest im Bereich der Karosseriesäule 4 aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet, der Karosserieschweller 3 wird zumindest im Bereich der Karosseriesäule 4 aus der dem Fahrzeuginneren zugewandten inneren Schwellerschale 3.1 aus faserverstärktem Kunststoff und der dem Fahrzeugäußeren zugewandten äußeren Schwellerschale 3.2 aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet, die Karosseriesäule 4 wird zumindest im Bereich des Karosserieschwellers 3 aus der dem Fahrzeuginneren zugewandten inneren Säulenschale 4.1 aus Metall und der dem Fahrzeugäußeren zugewandten äußeren Säulenschale 4.2 aus Metall ausgebildet und die äußere Säulenschale 4.2 und die innere Säulenschale 4.1 werden über Klebeflächen mit dem Karosserieschweller 3 verbunden. Zweckmäßigerweise werden vor dem stoffschlüssigen Verbinden der Einzelteile die ersten Verbindungselemente 5 in den sich ausbildenden ersten Hohlraum 7 und die zweiten Verbindungselemente 6 in den sich ausbildenden zweiten Hohlraum 8 eingesetzt. Dann werden zweckmäßigerweise die Säulenschalen 4.1, 4.2 mit den Schwellerschalen 3.1, 3.2 und mit der zusätzlichen Verbindungsplatte 9 verklebt. Anschließend wird dieses Gebilde dann mittels der Laschen 10, 11 mit dem Karosserieboden 2 verklebt.
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Durch diese Ausbildung der Fahrzeugkarosserie 1 ist eine Anbindung der Karosseriesäule 4 aus Metall an den aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildeten Karosserieschweller 3 und über diesen an den aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildeten Karosserieboden 2 ohne eine Verwendung von Verschraubungen ermöglicht, da durch das Verkleben eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Karosseriesäule 4, dem Karosserieschweller 3 und dem Karosserieboden 2 realisiert ist. Dadurch ist eine gewichtsreduzierte Bauweise der Fahrzeugkarosserie 1 ermöglicht. Daraus resultiert eine Gewichtsreduzierung eines mittels der Fahrzeugkarosserie 1 ausgebildeten Fahrzeugs, wodurch eine Kraftstoffverbrauchsreduzierung und eine Reduzierung von Abgasemissionen, insbesondere von Kohlenstoffdioxidemissionen, erreicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugkarosserie
- 2
- Karosserieboden
- 2.1
- obere Decklage
- 2.2
- untere Decklage
- 3
- Karosserieschweller
- 3.1
- innere Schwellerschale
- 3.2
- äußere Schwellerschale
- 4
- Karosseriesäule
- 4.1
- innere Säulenschale
- 4.2
- äußere Säulenschale
- 5
- erstes Verbindungselement
- 5.1
- unterer Teil
- 5.2
- oberer Teil
- 5.3
- Steg
- 6
- zweites Verbindungselement
- 7
- erster Hohlraum
- 8
- zweiter Hohlraum
- 9
- Verbindungsplatte
- 10
- obere Lasche
- 11
- untere Lasche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005043698 A1 [0002]
- DE 102009005760 A1 [0003]
- DE 19528874 A1 [0004]
