DE102014113403A1

DE102014113403A1 - Aufbau eines Seitenschwellers und Verfahren zum Aufbauen einer Fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102014113403A1
Application number: DE102014113403.6A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Stanislaw Klimek; Philipp Knothe; Florian Dahm
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: DE102014113403B4

Abstract

Die Erfindung stellt den Aufbau eines Seitenschwellers (10) einer Fahrzeugkarosserie mit einem großen längsverlaufenden Aluminium-Strangpressaußenprofil (20) bereit, wobei zwischen dem Aluminium-Strangpressaußenprofil (20) und einem Fahrzeugboden (14), bestehend zumindest aus einem Bodenblech (16) und/oder einem oder mehreren Sitzquerträgern (26), ein längsverlaufender innerer Schweller (12) angeordnet ist, der zumindest teilweise aus einem längsverlaufenden Aluminium-Strangpressinnenprofil (22) sowie zumindest einem Blechbauteil (24) besteht und direkt oder indirekt mit dem Aluminium-Strangpressaußenprofil (20) sowie mit dem Fahrzeugboden (14) verbunden ist. Die Erfindung stellt ferner ein entsprechendes Verfahren zum Aufbauen einer Fahrzeugkarosserie bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau eines Seitenschwellers einer Fahrzeugkarosserie. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein entsprechendes Verfahren zum Aufbauen einer Fahrzeugkarosserie.
Ein Schweller aus einem Aluminium-Strangpressprofil besitzt bekanntermaßen ein hohes Leichtbaupotenzial bei niedrigen Leichtbau-Mehrkosten gegenüber einer konventionellen Stahl-Blechschalenkonstruktion. Im Falle eines seitlichen Pfahlcrashs ist für eine robuste Abstützung des Schwellers am Sitzquerträger eine möglichst große Überdeckung in z-Richtung des Fahrzeugkoordinatensystems sowie eine stabile, vorzugsweise formschlüssige Verbindungstechnik erforderlich. Eine geeignete Fügeverbindung kann nach dem Stand der Technik mittels Schmelzschweißen zwischen dem Sitzquerträger und dem Schweller erreicht werden. Dies hat jedoch wesentliche Nachteile hinsichtlich Toleranzen und Maßhaltigkeit und führt bei höheren Stückzahlen zu sehr hohen Kosten.
Neben dem seitlichen Pfahlcrash führt ein möglicher Frontalcrash mit geringer Überdeckung, wie er im Testszenario „Small Overlap“ des amerikanischen Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) normiert ist, zu sehr hohen Belastungen der Innenseite des Schwellers sowie der Verbindung zwischen Schweller und Boden. Herstellungstechnisch darf ein Aluminium-Strangpressprofil für einen Schweller jedoch auf dessen Innenseite nicht deutlich dicker ausgeführt werden als auf der Außenseite. Generell müssen der notwendige Toleranzausgleich zwischen den Baugruppen und die Zugänglichkeit der Fügewerkzeuge beim Fügen berücksichtigt werden.
Ziel der Erfindung ist es daher, die beschriebenen fertigungspraktischen Erwägungen mit den hohen Steifigkeitsanforderungen insbesondere an ein offenes Fahrzeug in Einklang zu bringen.
Die Erfindung stellt den Aufbau eines Seitenschwellers einer Fahrzeugkarosserie sowie ein entsprechendes Verfahren zum Aufbauen einer Fahrzeugkarosserie gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der ungehinderten Entfaltung des hohen Leichtbaupotenzials der entsprechend aufgebauten Fahrzeugkarosserie. Das Schwellerkonzept ermöglicht eine hohe Torsionssteifigkeit und gleichzeitig eine Erfüllung des erwähnten „Small Overlap“-Lastfalls ohne hohes Mehrgewicht. Dieser Vorteil wird nicht zuletzt durch eine sehr gute Abstützung des Aluminium-Schwellers auf dem oder den Sitzquerträger(n) ermöglicht. Auch unter fertigungspraktischen Gesichtspunkten verleihen der erzielte Toleranzausgleich sowie die Zugänglichkeit der vorgeschlagenen Fügetechnik einem erfindungsgemäßen Verfahren uneingeschränkte Großserientauglichkeit.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann zumindest ein Teil des längsverlaufenden inneren Schwellers, vorzugsweise ein oberhalb des längsverlaufenden inneren Schwellers angeordnetes und mit diesem mechanisch verbundenes Blechbauteil, unter den Fahrzeugboden greifen und mit diesem verbunden sein. Der somit vollendete Formschluss zwischen Schweller und Fahrzeugboden verhindert, dass der Sitzquerträger im Falle eines Pfahlcrashs unter den Schweller rutschen kann.
Hinsichtlich der Fügeverbindung des Aluminium-Strangpressinnenprofils mit dem Blechbauteil kommt etwa ein Stanznietverfahren in Betracht. Die Herstellung der Verbindung kann auf diese Weise bei hoher Zugfestigkeit der resultierenden Fügeverbindung in einem einstufigen Setzvorgang ohne das beim Vollnieten oder Blindnieten erforderliche Vorlochen erfolgen. Selbst bei unterschiedlichen Blechdicken und Werkstoffen des Aluminium-Strangpressinnenprofils und des Blechbauteils lässt sich so ein beidseitig fast bündiger Abschluss erzielen. Durch die Verwendung eines geeigneten Halbhohlnietes wird dabei ein hochfester, spaltfreier und somit besonders dichter Formschluss zwischen Aluminium-Strangpressinnenprofil und Blechbauteil erreicht, der durch das axiale und radiale Verspannen des Halbhohlnietes um einen Kraftschluss ergänzt wird.
Ferner mag das mit dem Aluminium-Strangpressaußenprofil sowie mit dem Fahrzeugboden verbundene Aluminium-Strangpressinnenprofil einen typischen Skid-Pin aufnehmen, während die Fahrzeugkarosserie ihre Lackierung durchläuft. Die zweifache Funktion des Schwellers und der Skidaufnahme werden auf diesem Wege in einem einzigen Bauteil integriert.
Schließlich verleiht eine auf fließlochformenden sogenannten FDS-Schrauben basierende Fügetechnik der Verbindung des Aluminium-Strangpressinnenprofils mit dem Aluminium-Strangpressaußenprofil des Schwellers eine besonders hohe Festigkeit. Diese Fügeverbindung lässt sich ohne nennenswerte Gewichtszunahme der Karosserie durch ein zusätzliches Verkleben der Aluminium-Strangpressprofile stoffschlüssig verstärken.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
1 ist ein perspektivischer Schnitt des Aufbaus eines Seitenschwellers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einer Explosionsdarstellung.
2 ist ein Schnitt des zusammenhängenden Aufbaus aus einer der Fahrtrichtung entgegengesetzten, leicht erhöhten Perspektive.
3 ist ein detaillierter Schnitt des Aufbaus aus einer seitlich versetzten Perspektive.
1 illustriert den Aufbau des zweiteiligen Seitenschwellers 10 einer Fahrzeugkarosserie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die explosionsgrafische Darstellung gemäß 1 gibt dabei zugleich die bevorzugte Zusammenbaufolge der Fahrzeugkarosserie an, deren Fahrzeugboden 14 aus einem Bodenblech 16 und mehreren Sitzquerträgern 26 besteht, wobei 1 aus Gründen der Vereinfachung lediglich einen dieser Sitzquerträger 26 zeichnerisch wiedergibt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Fahrzeugkarosserie nun aufgebaut, indem ein längs zur Wankachse des aufzubauenden Fahrzeugs angeordneter innerer Schweller 12 einerseits mit dem Fahrzeugboden 14 verbunden wird. Der innere Schweller 12 setzt sich dabei aus einem längsverlaufenden, mindestens eine Kammer bildenden Aluminium-Strangpressinnenprofil 22 und einem oberhalb und/oder auf der Innenseite dessen angeordneten, unter den Fahrzeugboden 14 greifenden Aluminium- oder Stahl-Blechbauteil 24 zusammen.
Andererseits wird der innere Schweller 12 mit einem großen längsverlaufenden Aluminium-Strangpressaußenprofil 20 des Seitenschwellers 10 derart verbunden, dass die beschriebene Kammer unterhalb der innenliegenden Hälfte des Aluminium-Strangpressaußenprofils 20 verläuft, sodass der innere Schweller 12 längs zwischen dem Aluminium-Strangpressaußenprofil 20 und dem Fahrzeugboden 14 verläuft. 2 zeigt den resultierenden Aufbau des Seitenschwellers 10 in einer zusammenhängenden Darstellung.
3 lenkt die Aufmerksamkeit des Betrachters auf die an dem beschriebenen Aufbau beteiligten, hier im Einzelnen beleuchteten Fügeverbindungen. So ist zunächst das Blechbauteil 24 mit dem Sitzquerträger 26 zweifach über ein Knotenblech 34 verbunden. Abbildungsgemäß unterhalb des Knotenblechs 34 sind die durch Halbhohlstanznieten und Kleben bewirkten zweifachen mechanischen Verbindungen 28 des Blechbauteils 24 mit dem Aluminium-Strangpressinnenprofil 22 sowie seine entsprechende Verbindung 32 mit dem Fahrzeugboden 14 erkennbar. Schließlich lässt 3 die Verbindung 30 des inneren Schwellers 12 mit dem großen längsverlaufenden Aluminium-Strangpressaußenprofil 20 des Seitenschwellers 10 durch FDS-Schrauben und Kleben erahnen. Es versteht sich, dass sich eine alternative Ausführungsform abweichender Fügetechniken bedienen mag, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Während des fakultativen Lackdurchlaufs der Fahrzeugkarosserie nimmt das Aluminium-Strangpressinnenprofil 22 zusätzlich mindestens ein Skid auf.

Claims

Aufbau eines Seitenschwellers (10) einer Fahrzeugkarosserie mit einem großen längsverlaufenden Aluminium-Strangpressaußenprofil (20), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aluminium-Strangpressaußenprofil (20) und einem Fahrzeugboden (14), bestehend zumindest aus einem Bodenblech (16) und/oder einem oder mehreren Sitzquerträgern (26), ein längsverlaufender innerer Schweller (12) angeordnet ist, der zumindest teilweise aus einem längsverlaufenden Aluminium-Strangpressinnenprofil (22) sowie zumindest einem Blechbauteil (24) besteht und direkt oder indirekt mit dem Aluminium-Strangpressaußenprofil (20) sowie mit dem Fahrzeugboden (14) verbunden ist.
Aufbau eines Seitenschwellers (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (24) des längsverlaufenden inneren Schwellers (12) im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt und vorzugsweise oberhalb und/oder auf der Innenseite des längsverlaufenden Aluminium-Strangpressinnenprofils (22) angeordnet und mit diesem mechanisch verbunden ist.
Aufbau eines Seitenschwellers (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechbauteil (24) des längsverlaufenden inneren Schwellers (12) aus Aluminium- und/oder Stahlblech, vorzugsweise aus Aluminiumblech, besteht.
Aufbau eines Seitenschwellers (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des längsverlaufenden inneren Schwellers (12), vorzugsweise das Blechbauteil (24), unter den Fahrzeugboden (14) greift und mit diesem verbunden ist.
Aufbau eines Seitenschwellers (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium-Strangpressinnenprofil (22) zumindest eine Kammer bildet, die zumindest teilweise unterhalb einer innenliegenden Hälfte des Aluminium-Strangpressaußenprofils (20) verläuft.
Aufbau eines Seitenschwellers (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium-Strangpressinnenprofil (22) mit dem Aluminium-Strangpressaußenprofil (20) verschraubt und/oder verklebt ist.
Verfahren zum Aufbauen einer Fahrzeugkarosserie, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem großen längsverlaufenden Aluminium-Strangpressaußenprofil (20) für einen Seitenschweller (10) und einem Fahrzeugboden (14), bestehend zumindest aus einem Bodenblech (16) und/oder einem oder mehreren Sitzquerträgern (26), ein zumindest teilweise aus einem längsverlaufenden Aluminium-Strangpressinnenprofil (22) bestehender innerer Schweller (12) längs zu dem Aluminium-Strangpressaußenprofil (20) angeordnet und direkt oder indirekt mit dem Aluminium-Strangpressaußenprofil (20) sowie mit dem Fahrzeugboden (14) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium-Strangpressinnenprofil (22) durch Halbhohlstanznieten und Kleben mit zumindest einem Blechbauteil (24) zu dem längsverlaufenden inneren Schweller (12) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium-Strangpressinnenprofil (22) mit dem Aluminium-Strangpressaußenprofil (20) durch Schrauben und/oder Kleben verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Aluminium-Strangpressaußenprofil (20) sowie mit dem Fahrzeugboden (14) verbundene Aluminium-Strangpressinnenprofil (22) zumindest ein Skid aufnimmt, während die Fahrzeugkarosserie eine Lackierung durchläuft.