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Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Im Fahrzeug-Karosseriebau werden Blech-Profilträger als tragende Elemente, zum Beispiel für Fahrzeug-Säulen, verbaut und mit der Außenhaut verplankt. Die Profilträger können zum Beispiel Rollprofilteile mit offenem Querschnitt sein, die in der Schalenbauweise zu Hohlträger mit geschlossenem Querschnitt zusammengefügt werden.
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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, ausgebildet sind. Im Zusammenbauzustand sind die rollgeformten Profilträger an geeignete Knotenkonstruktionen der Aufbaustruktur angebunden. Die Profilträger sind teilweise aus Rollprofilteilen oder aus Tiefziehteilen hergestellt, die aufwendige und kostenintensive Werkzeuge erforderlich machen. Die Herstellung solcher Profilteile ist daher mit einem hohen Investitionsaufwand verbunden, da aufwändige sowie kostenintensive Tiefzieh- und Rollprofil-Werkzeuge erforderlich sind. Insgesamt ergibt sich daher eine komplexe Karosseriestruktur, die insbesondere bei einer Kleinserienfertigung mit kleinen bis mittleren Fahrzeugstückzahlen kostenintensiv ist. Aus der
DE 196 53 509 B4 ist eine weitere Rahmenstruktur einer Fahrzeugkarosserie bekannt, die Knotenelemente und daran angeschlossene vorprofilierte Trägerelemente aufweist.
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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 des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Karosseriestruktur aus handelsüblichen Standardbauteilen aufzubauen, die als Meterware kostengünstig zu beschaffen ist und dann individuell abgelängt werden kann. Vor diesem Hintergrund sind gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 die Profilträger der Traggerüstkonstruktion bevorzugt ausschließlich aus einer Kombination von Blechprofilteilen aufgebaut, die nicht mehr als Hohlträger mit geschlossenem Querschnitt, sondern vielmehr mit einem offenen Querschnitt, insbesondere einem U-förmigen Querschnitt aufgebaut sind. Die Blechprofilteile bilden in Kombination mit den Querrohren, die einen vollständig geschlossenen Querschnitt aufweisen, die in der Traggerüstkonstruktion verwendeten Profilträger.
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Die Blechprofilteile können mit den unterschiedlichsten Herstellverfahren gefertigt sein, wie etwa Kanten, Rollformen, Strangpressen, Tiefziehen oder dergleichen. Die Querrohre weisen einen beliebigen Rohrquerschnitt, etwa quadratisch, rechteckig, rund oder dergleichen. Als Rohr-Materialien sind Metallwerkstoffe, etwa Stahl oder Aluminium oder auch Kunststoffe einsetzbar. Im Unterschied zu einem geschlossenen Hohlprofil-Träger sind die erfindungsgemäß verwendeten Blechprofilteile mit offenem Querschnitt von wesentlich einfacherer Geometrie. Dies hat den Vorteil, dass auf unterschiedlichste Herstellverfahren, wie etwa Kanten, Rollformen, Strangpressen, Tiefziehen, zurückgegriffen werden kann, und zwar in Abhängigkeit davon, welche Kombination aus Werkzeuginvest und Teilepreis den optimalen Kompromiss für das jeweilige Fahrzeugprojekt darstellt. Die Blechprofilteile können in unterschiedlichen Blechdicken und unterschiedlichen Metall-Werkstoffen bereitgestellt werden und so lokal an die vorliegenden Belastungen angepasst werden, ohne zusätzliche Investitionen zu verursachen.
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Nachfolgend sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Traggerüstkonstruktion beschrieben: So können die Blechprofilteile und die Querrohre nicht bauteilaufwändig über separate Knotenelemente miteinander in Verbindung sein, sondern vielmehr an den Knotenstellen direkt miteinander verschweißt, gelötet, geklebt und/oder verschraubt sein.
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Um eine crashsichere Fahrzeugaufbaustruktur zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn die Blechprofilteile mit offenem Querschnitt an den Fahrzeugseiten vertikal angeordnet sind und die Querrohre horizontal dazu verlaufen. Zudem können die Blechprofilteile am Fahrzeugboden und am Fahrzeugdach jeweils horizontal als Querträger angeordnet sein. Die bodenseitigen und dachseitigen Querträger können zudem mit den Vertikal-Blechprofilteilen an den Fahrzeugseiten jeweils umlaufende Rahmenkonstruktionen bilden, deren Rahmenebene jeweils quer zur Fahrzeuglängsrichtung liegt.
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Die obige Ausführungsvariante ist zwar die Vorzugsrichtung der Technik. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen vertikalen Verlauf der Blechprofilteile beschränkt. Vielmehr können in einer alternativen Ausführungsform an den Fahrzeugseiten die Querrohre mit geschlossenem Querschnitt vertikal angeordnet sein und die Blechprofilteile mit offenem Querschnitt horizontal verlaufen.
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Zudem ist darauf hinzuweisen, dass in der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff Blechprofilteil mit offenem Querschnitt nicht auf U-förmige oder C-förmige Profile beschränkt ist, sondern allgemein zu verstehen und zum Beispiel auch I-Profile oder T-Profile mitumfassen soll.
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Der Querschnitt der Blechprofilteile kann bevorzugt nicht nach innen, sondern nach außen offen gestaltet sein. Zudem können die Außenhautteile bevorzugt nicht unmittelbar in Anlage mit der Tragkonstruktion sein, sondern über einen Freigang von den Blechprofilteilen und den Querrohren der Traggerüstkonstruktion beabstandet sein. Der Abstand ist dabei derart bemessen, dass gegebenenfalls Sicken in der Außenhaut oder eine Führungsschiene für eine Schiebetür berührungsfrei gegenüber den Blechprofilteilen angeordnet ist. Die hierzu erforderlichen Abstandhalter können als separate Bauteile zwischen der Traggerüstkonstruktion und den Außenhautteilen geschaltet sein oder alternativ Materialeinheitlich und/oder einstückig an der Außenhaut angeformt, etwa als ein abgewinkelter Randflansch eines Außenhautteiles.
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Für eine bauteilsteife Karosseriestruktur ist es von Bedeutung, wenn die Knotenstellen zwischen den Blechprofilteilen und den Querrohren mit hoher Verbindungssteifigkeit ausgeführt sind. Vor diesem Hintergrund kann das jeweilige Blechprofilteil zumindest eine Rohr-Durchführung aufweisen, durch die ein Querrohr formschlüssig geführt ist. Das Querrohr kann zusätzlich stoff- oder kraftschlüssig mit dem Blechprofilteil verbunden sein, etwa durch Schweißen, Löten, Kleben oder Schrauben. Besonders bevorzugt kann ein in der Traggerüstkonstruktion verwendetes Blechprofilteil in etwa U-profilförmig mit einem Profilboden sowie davon hochgezogenen Seitenflanken ausgeführt sein. Zur Bereitstellung der oben erwähnten Rohr-Durchführung können in den Seitenflanken zueinander fluchtend angeordnete Durchführungsöffnungen eingearbeitet sein, durch die ein Querrohr geführt werden kann.
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Wie bereits weiter oben angedeutet, können die Blechprofilteile und die Querrohre in einem kontinuierlichen Endlosfertigungsprozess aus einem abgelenkten Endlosprofil hergestellt sein. Derartige Endlosprofile weisen in der Längserstreckung konstante Querschnitte auf. Zusätzlich dazu kann die erfindungsgemäße Traggerüstkonstruktion Übergangsprofile aufweisen, die die an der Fahrzeugseite angeordneten vertikalen Blechprofilteile mit den, in der Bodengruppe oder Dachgruppe angeordneten horizontalen Blechprofilteile kraftübertragend miteinander verbinden.
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Die Bodengruppe der Karosseriestruktur kann neben den Blechprofilteilen sowie den Querrohren eine Bodenplatte zur Begrenzung des Fahrzeuginnenraums aufweisen. Die Bodenplatte kann vertikal von oben auf die bodenseitige Traggerüstkonstruktion aufgelegt und befestigt sein. Die Befestigung erfolgt dabei insbesondere durch Schraubstellen. Zur Verstärkung der Schraubstellen kann die Bodenplatte nicht unmittelbar an der Traggerüstkonstruktion, sondern vielmehr unter Zwischenlage einer zusätzlichen Verstärkungsplatte angebunden werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Schraubstelle zusätzlich auch zur Anbindung von Verzurrösen bzw. zur Ausbildung von Sitzbefestigungspunkten dient.
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Das untere Ende des jeweiligen vertikalen Blechprofilteiles kann beispielhaft über ein zusätzliches Fußprofilteil an der Bodengruppe, das heißt der Bodenplatte angebunden sein. Das Fußprofilteil kann beispielhaft über Schweißpunkte am Blechprofilteil und an der Bodengruppe verschweißt sein. Alternativ dazu kann das untere Ende des vertikalen Blechprofilteiles auch durch eine Aussparung der Bodenplatte hindurch zur Fahrzeug-Unterseite geführt sein.
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Mit der erfindungsgemäßen Kombination von Blechprofilteilen mit offenem Querschnitt und Querrohren mit vollständig geschlossenem Querschnitt werden stark vereinfachte Tragelemente zur Ausbildung der Karosseriestruktur verwendet. Der Investitionsaufwand für Herstellungswerkzeuge wird daher signifikant reduziert, und zwar im Vergleich zu Karosseriestrukturen, die in der Blech-Schalenbauweise hergestellt sind. Zudem sind die Fertigungs- oder Montagetoleranzen bei der Karosseriestruktur gut beherrschbar, da kein signifikanter Verzug der Karosseriestruktur durch die nur stark reduziert eingesetzte Fügetechnik zu erwarten ist. Desweiteren ist die aus den Blechprofilteilen und den Querrohren aufgebaute Karosseriestruktur im Hinblick auf Längentoleranzen in einfacher Weise einstellbar und damit klar im Vorteil gegenüber Karosseriestrukturen mit Rohrrahmen oder Hohlträgern, die in schalenbauweise hergestellt sind.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegeben 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 Ansicht ein Nutzfahrzeug, bei dem die Blechprofilteile und die Querrohre mit gestrichelten Linien angedeutet sind;
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2 in einer perspektivischen Teilansicht von innen die Aufbaustruktur am Übergang zwischen einer Fahrzeugseite und dem Fahrzeugdach;
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3 eine Teilschnittdarstellung der Traggerüstkonstruktion;
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4 eine im Vergleich zur 2 alternative Anbindung der Außenhautteile an dem Blechprofilteil der Traggerüstkonstruktion;
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5 in einer perspektivischen Teilansicht den Übergang eines Vertikal-Blechprofilteils zu einem als Querträger ausgeführten Horizontalblechprofilteil, das in der Bodengruppe angeordnet ist;
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6 in einer weiteren perspektivischen Teilansicht eine Schraubstelle zur Befestigung einer Bodenplatte an einem Boden-Blechprofilteil; und
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7 in einer Ansicht von innen die Anbindung eines vertikalen Blechprofilteiles an einer Bodenplatte der Karosseriestruktur.
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In der 1 ist beispielhaft ein als Kastenwagen ausgeführtes Nutzfahrzeug gezeigt. Die Karosseriestruktur des Nutzfahrzeugs weist eine nur angedeutete Bodengruppe 1 und eine darauf angeordnete Aufbaustruktur 3 auf. Die Aufbaustruktur 3 weist die in der 1 gestrichelt angedeuteten Blechprofilteile 5 und Querrohre 7 auf. Die Blechprofilteile 5 sowie die Querrohre 7 bilden eine Traggerüstkonstruktion für die Beplankung mit den Außenhautteilen 9. Wie aus der 1 weiter hervorgeht, sind die Blechprofilteile 7 an der dargestellten Fahrzeugseite sowie an der Fahrzeugrückseite jeweils vertikal angeordnet, während die Querrohre 7 horizontal dazu verlaufen und an später beschriebenen Knotenstellen K1, K2, K3 mit den Blechprofilteilen 7 bauteilsteif miteinander verbunden sind.
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In der 2 ist in einer Ansicht von innen der Übergang zwischen der Fahrzeugseite und dem Fahrzeugdach dargestellt. Demzufolge weist das gezeigte Vertikal-Blechprofilteil 5 einen U-profilförmigen, nach außen offenen Querschnitt auf, und zwar mit einem Profilboden 11 sowie davon hochgezogenen Seitenflanken 13. Das U-förmige Blechprofilteil 5 ist an seinem oberen Ende mit einem winkelförmigen Übergangsprofil 15 verlängert, an das sich wiederum ein horizontal in Querrichtung y verlaufendes Blechprofilteil 5 anschließt, das sich als Dachrahmen-Querträger über das Fahrzeugdach erstreckt.
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In der 2 ist außerdem die Ausbildung der Knotenstelle K1 zwischen dem Vertikal-Blechprofilteil 5 und dem Querrohr 7 gezeigt. Demzufolge weisen die beiden Seitenflanken 13 (in der 2 ist lediglich eine Seitenflanke dargestellt) jeweils zueinander in der Fahrzeuglängsrichtung x fluchtende Durchführungsöffnungen 17 auf, durch die das Querrohr 7 geführt ist. Das Querrohr 7 ist zur weiteren Versteifung der Knotenstelle K1 an den Rändern der Durchführungsöffnungen 17 mit dem Vertikal-Blechprofilteil 5 verschweißt, wie es in der 3 bei Bezugsziffer 19 gezeigt ist. Zudem ist das Querrohr 7 über weitere Schweißpunkte 21 mit dem Profilboden 11 des Vertikal-Blechprofilteiles 5 verschweißt, wie es auch in der 3 angedeutet ist.
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In gleicher Weise kann das Vertikal-Blechprofilteil 5 bodenseitig auch mit einem Übergangsprofil 15 in einen Querträger der Bodengruppe 1 übergehen. Auf diese Weise ergibt sich insgesamt eine umlaufende Rahmenkonstruktion (in der 2 oder 5 angedeutet), und zwar mit einer Rahmenebene quer zur Fahrzeuglängsrichtung x.
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Wie aus der 2 und 3 weiter hervorgeht, sind die Außenhautteile 9 nicht unmittelbar in Anlage mit den Querrohren 7 und den Blechprofilteilen 5, sondern vielmehr über einen Freiraum f davon beabstandet, um gegebenenfalls Sicken oder andere Anbauteile (in der 3 mit der Bezugsziffer 10 angedeutet), wie etwa eine Führungsschiene einer Schiebetür, berührungsfrei gegenüber der Tragkonstruktion zu halten. Zur Festlegung des Freiganges f sind in den 2 und 3 jeweils Abstandhalter 23 vorgesehen. In der 2 ist der Abstandhalter 23 ein randseitig am Außenhautteil 9 abgewinkelter, horizontal verlaufender Befestigungsflansch, der zum Beispiel durch Schweißpunkte 24 am Querrohr 7 befestigt ist. Alternativ dazu ist in der 3 der Abstandhalter 23 nicht als materialeinheitlicher sowie einstückiger Bestandteil der Außenhaut ausgeführt, sondern vielmehr als ein separates Bauteil, das zum Beispiel über eine Klebschicht 25 innenseitig mit dem Außenhautteil 9 verklebt ist und formschlüssig auf das Querrohr 7 aufgeschoben ist.
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In der 4 ist im Unterschied zu den vorangegangenen 2 und 3 die Anbindung der Außenhautteile 9 nicht unmittelbar am Querohr 7 erfolgt, sondern an einer Seitenflanke 13 des Blechprofilteiles 5. An der gegenüberliegenden Seitenflanke 13 ist in der 4 eine Durchführungsöffnung 17 gezeigt, durch die in der Zusammenbaulage ein Querrohr 7 geführt ist.
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In der 5 ist in einem besonderen Ausführungsbeispiel der Übergang zwischen dem Vertikal-Blechprofilteil 5 und einem Horizontal-Blechprofilteil 5 gezeigt, das als Querträger Bestandteil der Bodengruppe 1 ist. Der Übergang zwischen den beiden Blechprofilteilen erfolgt nicht über ein zusätzliches Übergangsprofilteil (wie in der 2 dargestellt), sondern vielmehr unter Zwischenschaltung des in der Längsrichtung x verlaufenden Querrohres 7. Das Querrohr 7 ist einerseits durch die Durchführungsöffnungen 17 des Vertikal-Blechprofilteiles 5 geführt, und zwar unter Bildung einer Knotenstelle K2, und andererseits durch die Durchführungsöffnungen 17 des Horizontal-Blechprofilteiles 5 geführt, und zwar unter Bildung einer weiteren Knotenstelle K3. Die beiden Blechprofilteile 5 sind dabei um einen geringen Längsversatz Δx zueinander versetzt.
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In der 5 ist zudem eine Bodenplatte 27 angedeutet, die als Bestandteil der Bodengruppe 1 den Fahrzeuginnenraum begrenzt. Die Bodenplatte 27 ist in der 5 vertikal von oben auf die bodenseitigen Blechprofilteile 5 aufgelegt und über Schraubstellen 29 damit verschraubt. In der 6 ist eine spezielle Schraubstelle 29 in Schnittdarstellung angedeutet. Demzufolge ist die Bodenplatte 27 nicht unmittelbar mit dem Boden-Blechprofilteil 5 verschraubt, sondern vielmehr unter Zwischenlage einer zusätzlichen Verstärkungsplatte 31. Auf der, der Verstärkungsplatte 31 gegenüberliegenden Seite des Profilbodens 11 des Blechprofilteiles 5 ist zudem eine Gewindeplatte 33 zur weiteren Verstärkung vorgesehen. Zusätzlich ist in der 6 ein Klammerelement 35 gezeigt, das außenseitig die Seitenflanken 13 des Blechprofilteiles 5 umgreift und dessen offenes Profil überbrückt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass beim Verschrauben aufgrund der entstehenden Schraubkräfte die beiden Seitenflanken 13 nicht auseinandergespreizt werden, sondern vielmehr formstabil verbleiben.
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In der 7 ist in einer weiteren Ausführung ein unteres Ende 35 des Vertikal-Blechprofilteiles 5 gezeigt. Demzufolge ist dessen unteres Ende 35 über ein zusätzliches Winkelprofilteil 37 mit der Bodenplatte 27 verbunden. Hierzu sind die vertikalen Schenkel 39 des Winkelprofil 37 mit dem Vertikal-Blechprofilteil 5 verschweißt, während die Horizontalschenkel 41 des Winkelprofilteiles 37 mit der Bodenplatte 27 verschweißt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4300398 A1 [0003]
- DE 19653509 B4 [0003]
