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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug mit einer Stirnwand und einem Querträger, der an einem oberen Endabschnitt der Stirnwand angeordnet ist.
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Es ist bekannt in einer Kraftfahrzeugkarosserie zwischen einem Vorderwagen und einer Fahrgastzelle eine Stirnwand vorzusehen, die die Fahrgastzelle und den Vorderwagen unterhalb einer Frontscheibe voneinander trennen. Diese Stirnwand hat eine Funktion zu Erhöhung einer Steifigkeit der Karosserie. Ferner hat die Stirnwand eine Funktion zur Erhöhung einer Crashfestigkeit der Karosserie. Darüber hinaus hat die Stirnwand eine Funktion zur Anbindung von verschiedenen Bauteilen sowohl im Fahrgastzellenbereich als auch im Vorderwagenbereich.
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Zur Verbesserung der Steifigkeit und Crashfestigkeit ist es ferner bekannt, an einem oberen Endabschnitt der Stirnwand einen Querträger vorzusehen, der zwischen einer linken A-Säule und einer rechten A-Säule der Fahrzeugkarosserie verläuft. Dieser Querträger liegt üblicherweise einem unteren Ende einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs gegenüber und dient als Auflagefläche für die Frontscheibe. Der Querträger ist ferner als Profil ausgebildet.
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In herkömmlicher Stahlbauweise einer Karosserie ist der Querträger zumindest aus zwei Schalen aufgebaut und mit der Stirnwand verbunden. Alternativ ist es möglich, den Querträger einteilig als geschlossenes Profil, beispielsweise als Strangpressprofil mit einem konstanten Querschnitt oder durch Innenhochdruckumformen mit wechselndem Querschnitt, auszuführen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug mit einer Stirnwand und einem Querträger zu schaffen, die bei geringer Teilezahl und geringeren Gewicht eine erhöhte Flexibilität in einer Bauteilgeometrie bei hohen Steifigkeits- und Festigkeitsanforderungen ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug mit einer Stirnwand und einem Querträger gelöst, die die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
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Die erfindungsgemäße Karosserie für ein Kraftfahrzeug hat die Stirnwand und den Querträger. Der Querträger ist an einem oberen Endabschnitt der Stirnwand angeordnet, insbesondere angebracht. Der Querträger bildet zusammen mit dem oberen Endabschnitt der Stirnwand ein Hohlprofil aus. Bevorzugt ist das Hohlprofil ein geschlossenes Hohlprofil. Dabei ist der Querträger einteilig bzw. einstückig aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere einem Faserkunststoffverbundwerkstoff, hergestellt.
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Hierdurch besteht eine Baugruppe aus Stirnwand und Querträger aus lediglich zwei Teilen, wobei durch die Herstellung des Querträgers aus einem Faserverbundwerkstoff im Vergleich zu einer metallischen Bauweise, die in der Regel aus umgeformten Teilen oder gezogen Teilen erfolgt, eine sehr große Flexibilität hinsichtlich der Geometrie des Querträgers gegeben ist. Insbesondere können bei dem Querträger aus Faserverbundwerkstoff deutlich engere Radien, Winkel und Entformschrägen im Vergleich zu einem Querträger in Blechschalenbauweise bei einer hohen Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität verwirklicht werden. Flächen- und Flanschübergänge können damit schärfer bzw. kantiger ausgeführt werden. Darüber hinaus kann der Querträger trotz Einteiligkeit über seine Länge eine sich verändernde geometrische Form haben, was beispielsweise bei einem Querträger aus einem metallischen Strangpressprofil nicht möglich ist. Des Weiteren ermöglicht der Faserverbundwerkstoff bei einem geringen Gewicht eine verhältnismäßig hohe Steifigkeit und Festigkeit.
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Bevorzugt besteht das Hohlprofil aus genau zwei Teilen, dem Querträger und dem oberen Endabschnitt der Stirnwand. Mit anderen Worten bestehen die das geschlossene Hohlprofil bildenden Elemente nur aus zwei Teilen, die aneinander gefügt sind. Dies schließt nicht aus, dass zusätzliche Elemente an der Stirnwand und/oder dem Querträger angebracht sind
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Durch die geringe Teilezahl sind weniger Fügestellen und damit weniger Fertigungsschritte möglich. Eine Herstellung der Karosserie ist damit vereinfacht.
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Die Stirnwand gemäß der vorliegenden Erfindung kann ebenso wie der Querträger aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere einem Faserkunststoffverbundwerkstoff, hergestellt sein. Bevorzugt ist ein mit Kohlenstofffaser verstärkter Kunststoff, es sind jedoch auch andere Fasern und Kombinationen von unterschiedlichen Fasern möglich. Alternativ kann die Stirnwand auch aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein. Ferner kann die Stirnwand ein sogenanntes Hybridbauteil bestehend aus einem Faserverbundwerkstoff und einem metallischen Werkstoff sein.
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Bevorzugt ist die Stirnwand, sofern sie aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, in einem Harzinjektionsverfahren, beispielsweise einem sogenannten Resin-Transfer-Moulding-Verfahren (RTM-Verfahren), hergestellt. Alternativ kann die Stirnwand auch in einem Nasspressverfahren hergestellt sein. Es sind auch jegliche andere Verfahren möglich, mit denen ein im Wesentlichen flächiges Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt werden kann.
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Der Querträger ist bevorzugt aus einem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff hergestellt. Kohlenstofffasern ermöglichen bei einem geringen Gewicht besonders hohe Festigkeiten.
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Der Querträger ist bevorzugt in einem Harzinjektionsverfahren hergestellt oder kann in einem Nasspressverfahren hergestellt sein. Diese Verfahren ermöglichen eine sehr flexible Gestaltung der Geometrie des Querträgers.
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Bevorzugt ist eine Querschnittsgeometrie des Hohlprofils über eine Länge des Hohlprofils mit unterschiedlichen Formen ausgebildet. Mit anderen Worten ist eine Hohlprofilgeometrie über die Länge des Querträgers nicht konstant bzw. unstetig.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Karosserie weist der Querträger zwei Verbindungsflansche auf. Die Verbindungsflansche sind mit einsprechenden dafür bestimmten Verbindungsabschnitten des oberen Endabschnitts der Stirnwand verbunden. Insbesondere ist der Querträger mit der Stirnwand stoffschlüssig und/oder reibschlüssig verbunden. Beispielsweise ist der Querträger an die Stirnwand geklebt und/oder geschraubt und/oder genietet.
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Bevorzugt ist die Stirnwand eine Wand, die eine Fahrgastzelle von einem Vorderwagen trennt. Die Stirnwand ist bevorzugt mit einer linken A-Säule und einer rechten A-Säule der Karosserie verbunden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung können in dem Hohlprofil Verstärkungselemente angeordnet sein. Derartige Verstärkungselemente können Schottwände sein. Schottwände erstrecken sich dabei insbesondere quer zu einer Längserstreckung des Hohlprofils bzw. des Querträgers.
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Hierdurch kann eine besonders hohe Steifigkeit und Festigkeit – sowohl lokal als auch gesamthaft – des Verbundes aus dem Querträger und der Stirnwand erzielt werden.
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Die Verstärkungselemente können beispielsweise in den Querträger eingeklebt sein. Insbesondere können die Verstärkungselemente mit den Wänden des Querträgers umlaufend verbunden bzw. verklebt sein. Ebenso können die Verstärkungselemente mit der Stirnwand verklebt sein.
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Insgesamt können die Verstärkungselemente umlaufend mit allen Wänden des Hohlprofils verbunden sein.
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Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figuren.
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1 ist eine schematische perspektivische Vorderansicht einer Stirnwandquerträgerbaugruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine schematische perspektivische Hinteransicht der Stirnwandquerträgerbaugruppe gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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3 ist eine schematische perspektivische Vorderansicht eines Querträgers gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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4 ist eine schematische perspektivische Vorderansicht einer Stirnwand gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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5 ist eine schematische Schnittansicht der Stirnwandquerträgerbaugruppe in einem mittleren Bereich gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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6 ist eine schematische Schnittansicht der Stirnwandquerträgerbaugruppe in einem seitlichen Bereich gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Es folgt eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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1 zeigt eine Stirnwandquerträgerbaugruppe einer Karosserie eines Kraftahrzeugs, die zwischen einem Vorderwagen und einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs verläuft. Die Stirnwandquerträgerbaugruppe weist eine Stirnwand 1 und einen Querträger 3 auf. Die Stirnwand 1 verläuft zwischen einem Vorderwagen und einer Fahrgastzelle. Der Querträger 3 ist an einem oberen Endabschnitt 11 (siehe 4, 5 und 6) der Stirnwand 1 angeordnet und mit dieser verbunden.
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Im Einbauzustand der in 1 gezeigten Stirnwandquerträgerbaugruppe liegt der Querträger 3 einem unteren Ende einer nicht gezeigten Frontscheibe gegenüber, wobei die Frontscheibe auf dem Querträger 3 aufliegt. Ein linkes Ende bzw. rechtes Ende der Stirnwand 1 bzw. des Querträgers 3 stehen in Verbindung mit einer linken A-Säule bzw. einer rechten A-Säule der Karosserie des Kraftfahrzeugs. In einem unteren mittleren Bereich ist ein Abschnitt 7 der Stirnwand 1 zur Anbindung an einen nicht gezeigten Mitteltunnel der Karosserie ausgebildet. Ferner ist die Stirnwand 1 mit einem nicht gezeigten Boden der Fahrgastzelle verbunden. Die Stirnwand 1 weist ferner mehrere Öffnungen zum Durchlass verschiedener Bauteile, wie beispielswiese einer Lenksäule und Kabelbäume, auf.
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In 2 ist die Stirnwandquerträgerbaugruppe in einer perspektivischen Ansicht von hinten gezeigt, wobei in dieser Ansicht der Querträger 3 teilweise durch die Stirnwand 1 verdeckt ist.
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In 3 ist der Querträger 3 ohne Stirnwand in einer Vorderansicht gezeigt. Der Querträger 3 des Ausführungsbeispiels ist beispielsweise in einem sogenannten RTM-Verfahren (Resin-Transfer-Moulding) aus einem Kohlenstofffaserkunststoffmatrixverbund von Kohlenstofffasern und einem duroplastischen Kunststoff ausgebildet.
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In 4 ist die Stirnwand 1 ohne Querträger in einer Vorderansicht gezeigt. Die Stirnwand 1 des Ausführungsbeispiels ist ebenso mittels des RTM-Verfahrens (Resin-Transfer-Moulding) aus Kohlenstofffaserkunststoffmatrixverbund Kohlenstofffasern und einem duroplastischen Kunststoff hergestellt.
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Es sind grundsätzlich sowohl für den Querträger 3 als auch für die Stirnwand 1 andere Materialien und Herstellverfahren denkbar, wobei der Querträger 3 gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.
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5 zeigt einen Schnitt durch einen oberen mittleren Abschnitt der Stirnwandquerträgerbaugruppe. Der Querträger 3 weist Verbindungsflansche 33, 35 auf, die mit entsprechenden Verbindungsabschnitten 13 und 15 des oberen Endabschnitts 11 der Stirnwand 1 verklebt sind.
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Der Verbund aus dem oberen Endabschnitt 11 der Stirnwand 1 und dem Querträger 3 bildet somit ein geschlossenes Hohlprofil.
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6 ist eine Schnittansicht an einer Position eines oberen seitlichen Bereichs der Stirnwandquerträgerbaugruppe. Insbesondere ist zu sehen, dass an dieser Position das Hohlprofil insgesamt eine andere Form als auch die Stirnwand 1 sowie der Querträger 3 eine andere Form wie an der in 3 gezeigten mittleren Position aufweisen.
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Wie in den 5 und 6 zu sehen ist, ermöglicht die Erfindung eine geometrisch äußerst flexible Bauweise der Stirnwandquerträgergruppe mit einer sehr geringen Anzahl von Teilen und einem geringen Gewicht, wobei unterschiedlichste Anforderungen an eine Karosseriekonstruktion erfüllt werden können. Insbesondere kann der Querträger über seine Länge unterschiedliche Geometrien aufweisen und kann sehr enge Radien und Winkel zwischen einzelnen Flächen verwirklicht haben.
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Damit ist eine geometrisch äußerst flexible Bauteilgestaltung mit einer geringen Anzahl von Teilen bei einem geringem Gewicht und trotzdem hohen Steifigkeits- und Festigkeitswerten möglich.
