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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Unterbau für ein Kraftfahrzeug, insbesondere den Aufbau eines vorderen, sich unter einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs erstreckenden Bereichs des Unterbaus.
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Die meisten Personenkraftwagen weisen einen Mitteltunnel auf, der sich am Boden der Fahrgastzelle in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. Bei Fahrzeugen mit Heck- oder Allradantrieb ist in dem Mitteltunnel eine Welle untergebracht, die den vor der Fahrgastzelle angeordneten Verbrennungsmotor mit einer angetriebenen Hinterachse verbindet. Frontangetriebene Fahrzeuge benötigen eine solche Welle nicht, haben aber meist dennoch einen Mitteltunnel, um die Karosserie in Längsrichtung zu versteifen. In Querrichtung der Karosserie bewirkt der Tunnel eher eine Verringerung der Steifigkeit. Um die Widerstandsfähigkeit der Karosserie gegen Seitenaufprall zu vergrößern, schlägt die
DE 100 05 245 A1 einen Unterbau vor, bei dem der Tunnel durch sich an seinen beiden Flanken erstreckende Konsolen und eine an den Konsolen befestigte Querbrücke ausgesteift ist. Diese herkömmliche Konstruktion ist zwar geeignet für ein Fahrzeug, bei dem eine Antriebswelle im Mitteltunnel untergebracht ist, eine anderweitige Nutzung des im Mitteltunnel verfügbaren Raums in dem Fall, dass eine solche Welle nicht erforderlich ist, ist nicht möglich.
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Es besteht Bedarf nach einem Unterbau für ein Kraftfahrzeug, der mit geringen Anpassungen für Fahrzeuge mit unterschiedlichen Antriebskonzepten eine sinnvolle Nutzung des im Mitteltunnel verfügbaren Raums ermöglicht und gleichzeitig hohe Steifigkeit im Kollisionsfall bietet.
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Dieser Bedarf wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge befriedigt durch einen Unterbau für ein Kraftfahrzeug, bei dem in einem Boden einer Fahrgastzelle eine Öffnung zur Aufnahme eines Tunnelmoduls von einem sich rings um die Öffnung erstreckenden und an den Boden angefügten Rahmen eingefasst ist. Die Öffnung kann in beliebigen Phasen des Zusammenbaus des Kraftfahrzeugs ausgefüllt werden, etwa durch eine noch während der Rohbaufertigung der Karosserie eingeschweißte Tunnelabdeckung oder durch ein erst in der Endmontage eingesetztes Tunnelmodul. Der umlaufende Rahmen erhöht die Steifigkeit des Unterbaus sowohl in Längs- als auch in Querrichtung.
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Der Rahmen kann einen im Querschnitt U-förmigen Schenkel umfassen, der an seinen beiden Längsrändern mit am Boden verschweißten Flanschen versehen ist. Wenn dieser Schenkel mit seinen beiden Längsrändern am Boden verschweißt ist, bildet er mit diesem zusammen ein Hohlprofil. Die umlaufende Form des Rahmens erlaubt es, stirnseitige Öffnungen, über die Umgebungsfeuchtigkeit ins Innere des Hohlprofils gelangen könnte, zu vermeiden.
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Der Boden kann durch einen an die Öffnung angrenzenden, nach oben abgewinkelten Flansch versteift sein. An diesem kann auch einer der Flansche des Schenkels verschweißt sein.
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Der Boden kann eine Bodenplatte und, zur Versteifung der Karosserie in Querrichtung, wenigstens einen sich unter der Bodenplatte erstreckenden Querträger umfassen. Ein solcher Querträger kann insbesondere einen vorderen Schenkel des Rahmens unterqueren. Ein solcher Querträger kann sich insbesondere einteilig über im Wesentlichen die gesamte Breite der Karosserie erstrecken. Ein Höchstmaß an Versteifungswirkung ist erreichbar, wenn dieser Querträger an seinen beiden Enden mit seitlichen Schwellern oder Längsträgern der Karosserie verbunden ist.
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Es kann auch ein Querträger mit zwei getrennten Ästen vorgesehen sein, die sich von zwei seitlichen Schenkeln des Rahmens aus in entgegengesetzte Richtungen, insbesondere jeweils ebenfalls bis zu einem seitlichen Längsträger oder Schweller, erstrecken.
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Die Äste können jeweils eine äußere Seitenwand eines der seitlichen Schenkel kreuzen, so dass ein Ende des Astes in einem Hohlraum des Schenkels liegt. So kann eine feste und auf Stauchung belastbare Verbindung zwischen den Ästen des Querträgers und dem Rahmen hergestellt werden, während gleichzeitig eventuelle Fertigungstoleranzen der Länge der Äste ausgeglichen werden können.
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Ein Bereich des Bodens, der sich unter vorderen Sitzen des Fahrzeugs erstreckt, sollte höher liegen als ein einen Fußraum bildender vorderer Bereich des Bodens, um unter dem höherliegenden Bereich Platz für weitere Einbauten, z. B. einen Schalldämpfer einer Abgasanlage, zu schaffen.
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Ein Tunnelansatzstück verläuft zwischen Fußräumen eines linken und eines rechten vorderen Sitzes des Fahrzeugs vorzugsweise auf der Höhe dieses höherliegenden Bereichs, um in Fahrzeuglängsrichtung wirkende Stauchungskräfte effizient in diesen einleiten zu können.
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Ein Fersenblech, das herkömmlicherweise einen hinteren Abschluss des Bodens der Fahrgastzelle bildet, weist in an sich bekannter Weise an seinem unteren Rand einen Ausschnitt zum Anschluss an einen Mitteltunnel auf. An einem solchen Ausschnitt kann ein hinterer Schenkel des Rahmens angreifen, um eine belastbare Verbindung des Rahmens auch zum Fersenblech herzustellen.
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Der Rahmen kann mit Schweißmuttern zur Befestigung des Tunnelmoduls mittels Schrauben versehen sein.
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Die Einbaulage eines Tunnelmoduls kann festgelegt sein durch einen Befestigungsflansch des Tunnelmoduls, der an einer Unterseite des Rahmens anliegt.
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Zwischen Rahmen und Tunnelmodul kann eine umlaufende Dichtung angeordnet sein, um Zugluft und eventuell von dieser mitgeführte Umgebungsfeuchtigkeit von der Fahrgastzelle fernzuhalten.
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Eine solche Dichtung kann insbesondere in einer Ecke angeordnet sein, die von dem Befestigungsflansch und einer von dem Befestigungsflansch aus ansteigenden Seitenwand des Tunnelmoduls gebildet ist. Eine solche Anordnung ermöglicht es der Dichtung, unter Druck in einen Spalt zwischen der Seitenwand des Tunnelmoduls und einem dieser Seitenwand gegenüberliegenden Rand der Öffnung einzudringen und so bei mäßiger Gesamtverformung einen hohen Anpressdruck und eine dementsprechend sichere Dichtwirkung am Rand der Öffnung zu erzielen.
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Das Tunnelmodul kann durch die Öffnung hindurch in die Fahrgastzelle eingreifen, um Platz zwischen den vorderen Sitzen nutzbar zu machen. Das Tunnelmodul kann, insbesondere aber nicht nur bei einem Fahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb, eine Batterie enthalten. Bei einem solchen Tunnelmodul kann der Einbau bis in die Endmontage aufgeschoben werden.
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Das Tunnelmodul kann auch als Träger eines Handbremshebels fungieren.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Draufsicht auf einen Karosserie-Unterbau gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine vergrößerte Ansicht eines Rahmens des Unterbaus aus 1;
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3 eine perspektivische Ansicht von unten eines zentralen Bereichs des Unterbaus;
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4 eine Ansicht eines zum Einbau in der Öffnung des Unterbaus vorgesehenen Tunnelmoduls;
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5 eine zweite Ansicht des Tunnelmoduls aus 4;
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6 den zentralen Bereich des Unterbaus mit eingefügtem Tunnelmodul;
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7 einen Querschnitt durch einen Randbereich der Öffnung des Unterbaus mit eingefügtem Tunnelmodul in einer ersten Schnittebene;
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8 einen zu 7 analogen Schnitt in einer zweiten Schnittebene;
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9 einen Schnitt in Fahrzeugquerrichtung durch einen hinteren Schenkel des Rahmens und einen sich darunter erstreckenden Teil des Tunnelmoduls;
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10 einen Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung entlang der Ebene X-X aus 9;
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11 eine zu 4 analoge Ansicht eines Tunnelmoduls gemäß einer ersten alternativen Ausgestaltung;
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12 eine Ansicht eines Tunnelmoduls gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung.
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1. zeigt in einer perspektivischen Draufsicht den Unterbau einer Kraftfahrzeugkarosserie. An einen Motorraum 1 schließt sich jenseits einer Stirnwand 2 zunächst ein Boden 3 einer Fahrgastzelle, dann ein Boden 4 eines Laderaums an. Ein mittlerer Bereich 5 des Bodens 3 ist vorgesehen, um einen linken und rechten vorderen Sitz zu tragen und liegt auf einem höheren Niveau als sich zwischen ihm und der Stirnwand 2 erstreckende Fußräume 6 für Fahrer und Beifahrer sowie ein hinter den mittleren Bereich 5 liegender Fußraum 7 für Fondpassagiere.
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Die vorderen Fußräume 6 sind hier von zwei einzeln gefertigten Bodenplatten gebildet, die miteinander über ein Tunnelansatzstück 8 von hutförmigem Querschnitt verbunden sind. Ein vorderes Ende des Tunnelansatzstücks 8 schließt an eine in der 1 nicht sichtbare Aussparung am unteren Rand der Stirnwand 2 an. Eine Scheitelfläche 12 des Tunnelansatzstücks 8 erstreckt sich auf der Höhe des mittleren Bereichs 5.
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Der mittlere Bereich 5 ist hier einteilig mit zwei in etwa vertikal orientierten Wänden 10 gebildet, die von der Vorderkante des mittleren Bereichs 5 abwärts gebogen sind und an ihrem unteren Rand Flansche 11 zum Verschweißen an den Bodenplatten des Fußraums 6 aufweisen. Eine das hintere Ende des Tunnelansatzstücks 8 aufnehmende Aussparung 9 (s. 3) ist zwischen den Wänden 10 gebildet.
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Ein Fersenblech 13, das den hinteren Fußraum 7 mit dem Boden 4 des Laderaums verbindet, ist an seiner Unterkante, ähnlich der Aussparung 9, mit einer nach unten offenen, von einem nach vorn vorspringenden Kragen 33 umgebenen Aussparung 14 versehen. Ausgehend von dieser Aussparung 14 erstreckt sich eine Öffnung 15 im Boden 3 der Fahrgastzelle durch den hinteren Fußraum 7 und einen Großteil des mittleren Bereichs 5. Der Rand der Öffnung 15 ist von vom Fußraum 6 bzw. dem mittleren Bereich 5 aus steil ansteigenden Flanschen 16 gebildet.
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2 zeigt in einer perspektivischen Draufsicht einen Rahmen 17, der vorgesehen ist, um zur Versteifung des Bodens 3 von unten an der Öffnung 15 des Unterbaus der 1 platziert zu werden. Der Rahmen 17 ist hier aus zwei Bauteilen zusammengefügt, einem in der Draufsicht U-förmigen Tiefziehteil 18, welches sich an seitlichen Rändern und am vorderen Rand der Öffnung 15 erstreckende Schenkel 19, 20 des Rahmens 17 bildet, und einem aus einem Blechstreifen geformten, im Querschnitt hutförmigen Element 21, das einen hinteren Schenkel des Rahmens 17 bildet. Die seitlichen und vorderen Schenkel 19, 20 haben jeweils einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt mit einer Bodenfläche 22, einer von einem der Öffnung 15 zugewandten Rand der Bodenfläche 22 aufsteigenden inneren Seitenwand 23 und einer von der Öffnung 15 abgewandten äußeren Seitenwand 24 bzw. 25. Während sich die inneren Seitenwände 23 durchgehend um die Öffnung 15 herumziehen, ist zwischen den äußeren Seitenwänden 24, 25 eine Lücke 26 vorgesehen, um, wie in 3 gezeigt, einen Querträger 27 aufzunehmen, der sich einteilig über die gesamte Breite des Bodens 3 erstreckt und entlang seiner Ränder an dem mittleren Bereich 5 unter Ausbildung eines geschlossenen Querschnitts verschweißt ist.
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An den oberen Kanten der äußeren Seitenwände 24, 25 des Rahmens 17 sind Flansche 28, 29 abgewinkelt. Der Flansch 29 ist auf seiner ganzen Länge zum Verschweißen an der Unterseite des Bodens 3 vorgesehen, genauso wie die Flansche 28 jeweils beiderseits einer Ausnehmung 30. Wenn der Rahmen wie in 3 gezeigt am Boden 3 montiert ist, ist in den Ausnehmungen 30 jeweils ein Ast 31 eines zweiteiligen Querträgers verschweißt, der sich vom Rahmen 17 bis zu den seitlichen Rändern des Bodens 3 erstreckt.
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Die inneren Seitenwände 23 greifen von unten durch die Öffnung 15 hindurch und sind entlang ihrer oberen Ränder 56 mit den die Öffnung 15 umgebenden Flanschen 16 verschweißt. Der Boden 3 wird nach Einfügen des Rahmens 17 von oben in den Unterbau der 1 eingesetzt, so dass seine seitlichen Ränder sich zunächst auf Längsträgern 32 des Unterbaus abstützen und das den hinteren Schenkel des Rahmens 17 bildende Element 21 auf dem die Aussparung 14 umgebenden Kragen 33 des Fersenblechs 13 zu liegen kommt. Anschließend werden der Boden 3, die Querträger 27, 31 und das Element 21 an den Längsträgern 32, an der Stirnwand 2 und dem Fersenblech 13 verschweißt.
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4 und 5 zeigen in perspektivischen Ansichten schräg von oben bzw. von unten ein Tunnelmodul 34, das zum Einbau in die von dem Rahmen 17 versteifte Öffnung 15 vorgesehen ist. Das Tunnelmodul 34 umfasst zwei Gehäuseteile, ein Oberteil 35 und ein Unterteil 36, die aneinander entlang umlaufender Flansche 37, 38 befestigt sind. Eine Batterie 39 ist in dem Tunnelmodul 34 untergebracht und über einen abnehmbaren Deckel 40 nach Zusammenbau des Fahrzeugs von der Fahrgastzelle aus zugänglich.
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Wie in 7 gezeigt, sind in den Flansch 37 des Oberteils 35 die Köpfe von Schrauben 41 eingegossen. Die Schäfte der Schrauben 41 erstrecken sich durch Bohrungen 42 des Flansches 38 des Unterteils 36, und durch von unten aufgeschraubte Muttern 43 sind Ober- und Unterteil 35, 36 fest zusammengehalten. Zwischen je zwei solchen eingegossenen Schrauben 41 sind, wie in 8 gezeigt, durchgehende Bohrungen 44, 45 in beiden Flanschen 37, 38 vorgesehen, die mit Schweißmuttern 46 an den Bodenflächen 22 der Schenkel 19, 20 des Rahmens 17 fluchten und die Befestigung des Tunnelmoduls 34 am Rahmen 17 mittels von unten eingeschraubter Schrauben 47 ermöglichen.
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Eine rings um die Öffnung 15 umlaufende elastische Dichtung 48 liegt am Flansch 37 und einer sich von dem Flansch 37 aus aufwärts erstreckenden Außenwand 49 des Oberteils 35 an. Indem sie zwischen den Oberteil 35 und den Schenkeln 19, 20 des Rahmens 17 gestaucht ist, sorgt die Dichtung 48 für einen zug- und feuchtigkeitsdichten Anschluss des Tunnelmoduls 34 an den Boden 3.
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6 zeigt den mittleren Bereich 5 und den Fußraum 7 des Bodens 3 zusammen mit dem die Öffnung 15 ausfüllenden Tunnelmodul 34. Ein niedriger hinterer Bereich 50 des Tunnelmoduls 34 erstreckt sich bis unter dem Element 21 her, so dass die Dichtung 48, wie in 9 anhand eines Schnitts in Längsrichtung des Elements 21, entsprechend der Ebene IX-IX in 10, zu erkennen, auch zwischen den Element 21 und der Oberseite des hinteren Bereichs 50 des Tunnelmoduls dichtend gestaucht ist.
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10 zeigt einen Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung entlang der Ebene X-X der 9; hier ist deutlich zu sehen, wie einerseits die Dichtung 48 zwischen dem Element 21 und dem Oberteil 35 des Tunnelmoduls geklemmt ist und andererseits der Vorsprung 33 des Fersenblechs 13 zwischen das Element 21 und das Oberteil 35 des Tunnelmoduls 34 eingreift.
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Es liegt auf der Hand, dass das exemplarisch in 4 und 5 gezeigte Tunnelmodul 34 je nach Fahrzeugmodell und dort eingesetztem Antriebskonzept durch alternative Formen von Tunnelmodulen, wie z. B. in 11 bzw. 12 gezeigt, ersetzt werden kann. Das Tunnelmodul 51 der 11 unterscheidet sich von dem oben betrachteten Tunnelmodul 34 im Wesentlichen nur durch die Form seines Deckels 52, der nicht wie der Deckel 40 der 4 im Wesentlichen flach ist, sondern schalenförmig hochgezogen, um eine Batterie mit größerer Bauhöhe und entsprechend größerer Speicherkapazität, z. B. für einen Hybridantrieb, aufnehmen zu können. Alternativ und wie in 12 gezeigt, kann ein Tunnelmodul 53 auch ein die Öffnung 15 dicht ausfüllendes einwandiges Einsatzelement 54, hier in Form einer lang gestreckten, nach unten offenen Schale, aufweisen, das hier als Träger eines Handbremshebels 55 fungiert.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motorraum
- 2
- Stirnwand
- 3
- Boden Fahrgastzelle
- 4
- Boden Laderaum
- 5
- mittlerer Bereich
- 6
- Fußraum
- 7
- Fußraum
- 8
- Tunnelansatzstück
- 9
- Aussparung
- 10
- Wand
- 11
- Flansche
- 12
- Scheitelfläche
- 13
- Fersenblech
- 14
- Aussparung
- 15
- Öffnung
- 16
- Flansch
- 17
- Rahmen
- 18
- Tiefziehteil
- 19
- Schenkel
- 20
- Schenkel
- 21
- Element
- 22
- Bodenfläche
- 23
- innere Seitenwand
- 24
- äußere Seitenwand
- 25
- äußere Seitenwand
- 26
- Lücke 26
- 27
- Querträger
- 28
- Flansche
- 29
- Flansche
- 30
- Ausnehmung
- 31
- Ast
- 32
- Längsträger
- 33
- Kragen
- 34
- Tunnelmodul
- 35
- Oberteil
- 36
- Unterteil
- 37
- Flansche
- 38
- Flansche
- 39
- Batterie
- 40
- Deckel
- 41
- Schraube
- 42
- Bohrung
- 43
- Mutter
- 44
- Bohrung
- 45
- Bohrung
- 46
- Schweißmutter
- 47
- Schraube
- 48
- Dichtung
- 49
- Außenwand
- 50
- hinterer Bereich
- 51
- Tunnelmodul
- 52
- Deckel
- 53
- Tunnelmodul
- 54
- Einsatzelement
- 55
- Handbremshebel
- 56
- Flansch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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