DE102015100968A1

DE102015100968A1 - Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie in Mischbauweise

Info

Publication number: DE102015100968A1
Application number: DE102015100968.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Ortmann; Holger HAHLWEG; Thomas Christiansen; Julian Schöpfer; Jan Niklas Prange
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-07-28
Also published as: FR3031951A1; US10094036B2; CN105818870B; US20160214666A1; CN105818870A; FR3031951B1; KR101905944B1; KR20160091269A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie in Mischbauweise, wobei die Kraftfahrzeugkarosserie (2) eine Rohbaustruktur (1) und ein Bodenmodul (4) aufweist, und wobei die Rohbaustruktur (1) einen Strukturrahmen (3) aufweist, und wobei das Bodenmodul (4) ein Faserverbundbauteil ist. Erfindungsgemäß wird das Bodenmodul (4) mit dem Strukturrahmen (3) verbunden, nachdem dieser einen KTL-Prozess durchlaufen hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie in Mischbauweise gemäß Patentanspruch 1.
Kraftfahrzeugkarosserien aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) in einer Metall-Mischbauweise sind bekannt. Unter Mischbauweise ist die Verwendung verschiedener Materialen für verschiedene Karosseriekomponenten zu verstehen. Insbesondere zur Realisierung einer Leichtbaukarosserie werden neben verschiedenen Metallen weitere unterschiedliche Materialien, wie bspw. Magnesium, eingesetzt.
Bevorzugt wird ein so genanntes Monocoque aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt. Das Monocoque umfasst eine Fahrzeugzelle der Kraftfahrzeugkarosserie mit einer als Rückwand ausgebildeten ersten Wandung, einer als Stirnwand der ersten Wandung gegenüberliegend ausgebildeten zweiten Wandung, einem zwischen den beiden Wandungen aufgenommenen Boden, welcher einen sich in Längsrichtung der Kraftfahrzeugkarosserie erstreckenden Tunnel umfasst, sowie üblicherweise am Boden in Längsrichtung ausgebildete Schweller. Bei geschlossenen Kraftfahrzeugkarosserien weist das Monocoque zusätzlich Säulen und ein Dach auf.
Die Offenlegungsschrift EP 2 615 013 A1 offenbart ein aus einem faserverstärkten Harz ausgebildetes Monocoque für eine Kraftfahrzeugkarosserie, welches ein wesentlicher Bestandteil einer Rohbaustruktur ist. Das Monocoque umfasst einen Strukturrahmen der Rohbaustruktur und ein Bodenmodul der Rohbaustruktur.
Aus der Druckschrift DE 10 2010 037 963 A1 geht eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Monocoque hervor, welches aus einem Thermoplast hergestellt ist. Dieser Werkstoff ist spritzgießtechnisch verarbeitbar und somit in einer Serienfertigung einzusetzen.
Der Patentschrift DE 10 2010 014 574 B4 ist eine Rohbaustruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie zu entnehmen, welche ein als Faserverbundbauteil hergestelltes Bodenbauteil aufweist. Das Bodenbauteil umfasst zusätzlich zu einem Bodenmodul in Längsrichtung ausgebildete Schweller.
Eine Rohbaustruktur, welche ein Bodenmodul aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff aufweist geht darüber hinaus aus den Druckschriften DE 60 2005 003 588 T2 , DE 101 64 675 A1 und EP 1 224 111 B hervor.
Nun ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie in Mischbauweise anzugeben, welches einer kostengünstigen Herstellung der Kraftfahrzeugkarosserie dient.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie in Mischbauweise mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte, zweckmäßige und nicht-triviale Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie in Mischbauweise zeichnet sich dadurch aus, dass die Kraftfahrzeugkarosserie eine Rohbaustruktur mit einem Strukturrahmen und ein als Faserverbundbauteil ausgebildetes Bodenmodul aufweist, wobei das Bodenmodul wird mit dem Strukturrahmen verbunden wird, nachdem dieser einen KTL-Prozess durchlaufen hat.
Grundsätzlich problematisch ist die Verbindung von einem Faserverbundbauteil mit einem metallischen Bauteil, da es hier zur Korrosion aufgrund der Korrosionsneigung des Faserverbundbauteils kommen kann. Faserverbundwerkstoffe haben unter bestimmten Umständen eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit. Anfällig werden sie erst in Kontakt mit anderen Werkstoffen, sofern der Faserverbundwerkstoff kohlefaserverstärkt ist. Hier kann eine so genannte elektrochemische Korrosion eintreten, die als Kontakt- oder Spaltkorrosion auftreten kann. Neben einer mittels des KTL-Prozesses ausgebildeten Schicht auf dem metallischen Bauteil, könnten zusätzliche Isolationsschichten vor der Verbindung der Rohbaustruktur mit dem Bodenmodul auf die Rohbaustruktur aufgetragen werden, so dass auch bei dem Einsatz eines kohlefaserverstärkten Materials das Bodenmodul korrosionsbeständig ist.
Zusätzlich problematisch sind hohe Temperaturen, die während eines Fertigungs- bzw. Beschichtungsprozesses von Metallen auftreten. Sofern das Faserverbundbauteil mit dem metallischen Bauteil verbunden ist, ergeben sich im Fertigungs- bzw. Beschichtungsprozess aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten verschiedene thermische Ausdehnungen. Des Weiteren kann ein entsprechender Wärmeeinfluss zu Steifigkeitsänderungen einer Matrix des Faserverbundbauteils führen.
Somit ist es vorteilhaft, dass der insbesondere metallisch ausgebildete Strukturrahmen der Rohbaustruktur vor einer Verbindung mit dem aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellten Bodenmodul den KTL-Prozess – die kathodische Tauchlackierung – durchläuft und daran anschließend mit dem Bodenmodul verbunden wird. Somit kann die Gefahr der Änderung der Steifigkeit des Bodenmoduls und die Gefahr der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen mit der Folge von Spalten oder Rissen vermieden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dadurch vorteilhaft ergänzt werden, indem das Bodenmodul ausgehend von einer Unterseite der Rohbaustruktur in die Rohbaustruktur eingebracht wird, wobei das Bodenmodul und/oder die Rohbaustruktur entlang einer Fügeachse bewegt werden. Sofern der Strukturrahmen der Rohbaubaustruktur weitere wesentliche Elemente der Kraftfahrzeugkarosserie, wie bspw. Dach, Kotflügel, Türen, etc. aufweist, welche im montierten Zustand den KTL-Prozess gemeinsam durchlaufen haben, muss die Rohbaustruktur nicht mehr auseinandergebaut werden, da das Bodenmodul von der Unterseite an einer Stelle eingefügt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Verfahrensgestaltung weist das Bodenmodul an einer Innenfläche des Bodenmoduls eine Umfangsfläche auf, welche über einen vollständigen Umfang des Bodenmoduls ausgebildet ist. Die Umfangsfläche wird mit einer Fügefläche der Rohbaustruktur verbunden, welche bevorzugt umfänglich geschlossen ausgebildet ist. Dadurch besteht die Möglichkeit einen geschlossenen Überlappungsbereich zwischen der Rohbaustruktur und dem Bodenmodul zu erzielen, welcher eine gesicherte Abdichtung gegenüber eindringender Feuchtigkeit realisiert.
Dies wird dadurch zusätzlich verbessert, indem das Bodenmodul die Rohbaustruktur tragend aufnimmt. Dadurch ist auf einfache Weise erzielt, dass das Bodenmodul von der Unterseite der Rohbaustruktur in diese eingefügt werden kann, wobei zugleich eine zumindest an der Unterseite ausgebildete Überlappung des Bodenmoduls zur weiteren gesicherten Abdichtung erreicht ist. Zur vereinfachten Einpassung von der Unterseite nehmen an einem Bodenelement des Bodenmoduls ausgebildete Bodenumfangsflächen der Umfangsfläche die Rohbaustruktur tragend auf, und/oder es nehmen an einer Rückwand des Bodenmoduls ausgebildete Rückumfangsflächen der Umfangsfläche die Rohbaustruktur teilweise tragend auf.
Bevorzugt ist zur verbesserten Abdichtung das einen Innenraum aufweisende Bodenmodul so in die Rohbaustruktur einzubringen, dass es die Rohbaustruktur im Bereich der Fügefläche der Rohbaustruktur gegenüber einem vom Innenraum des Bodenmoduls abgewandt ausgebildeten Außenraum abdichtet.
Sofern das erfindungsgemäße Verfahren eine stoffschlüssige Verbindung des Bodenmoduls mit der Rohbaustruktur aufweist, kann zum einen eine einfach herzustellende Verbindung zwischen der Rohbaustruktur und dem Bodenmodul erzielt werden und zum anderen dient die stoffschlüssige Verbindung, bspw. als Klebverbindung ausgeführt, als zusätzlich Abdichtung gegenüber Feuchtigkeit.
Eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Bodenmodul und der Rohbaustruktur erzielt eine zusätzlich gesicherte Verbindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren verfügt vorteilhaft über einen verbesserten Toleranzausgleich durch einen individuellen Ausgleich, sofern vor der Verbindung des Bodenmoduls mit der Rohbaustruktur das Bodenmodul mehrteilig ausgebildet ist, wobei Einzelteile des Bodenmoduls vor der Verbindung mit der Rohbaustruktur

– in einem ersten Schritt lose zu einem Bodenmodulmodell gefügt werden, und
– in einem zweiten Schritt das Bodenmodulmodell in die Rohbaustruktur eingelegt wird und während des Einlegens eine Ausrichtung der Einzelteile gegeneinander zur Einpassung in die Rohbaustruktur erfolgt, und
– in einem dritten Schritt die Einzelteile mit der Rohbaustruktur verbunden werden, und
– in einem vierten Schritt die Einzelteile miteinander stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden werden.

Alternativ zum vorstehend genannten Verfahren werden die Einzelteile, des vor der Verbindung mit der Rohbaustruktur mehrteilig ausgebildeten Bodenmoduls unabhängig voneinander einzeln mit der Rohbaustruktur verbunden, wobei nach Verbindung jedes Einzelteils mit der Rohbaustruktur die Einzelteile miteinander stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden werden. Besonders bevorzugt wird in einem ersten Schritt die Rückwand in die Rohbaustruktur eingefügt und anschließend mit dieser stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden, in einem zweiten Schritt das Bodenelement in die Rohbaustruktur eingefügt und anschließend mit dieser stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden wird, und in einem dritten Schritt die Stirnwand in die Rohbaustruktur eingefügt und anschließend mit dieser stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden wird. Abschließend werden in einem vierten Schritt die Einzelteile miteinander stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden.
Auch hier ist es vorteilhaft, wenn die Einzelteile ausgehend von der Unterseite der Rohbaustruktur in die Rohbaustruktur eingebracht werden, wobei die Einzelteile und/oder die Rohbaustruktur entlang einer Fügeachse bewegt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren. Es zeigen:
1 in einer perspektivischen Ansicht eine Rohbaustruktur mit einem Bodenmodul einer Kraftfahrzeugkarosserie gemäß dem Stand der Technik,
2 in einer perspektivischen Ansicht eine Explosionsdarstellung des Bodenmoduls gem. 1,
3 in einer perspektivischen Ansicht das Bodenmodul gem. 1 in einem Zusammenbau unter Darstellung von Querschnitten verschiedener Bauteilkomponenten,
4 in einer perspektivischen Ansicht eine Explosionsdarstellung eines als Faserverbundbauteil hergestellten Bodenmoduls,
5 in einer perspektivischen Ansicht eine Explosionsdarstellung einer erweiterten Rohbaustruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie,
6 in einer perspektivischen Ansicht die erweiterte Rohbaustruktur im Zusammenbau,
7 in einer perspektivischen Darstellung die Rohbaustruktur gem. 1 mit einem Bodenmodul gem. 4 unter Darstellung verschiedener Fügungsbereiche, und
8 in einer Draufsicht auf eine Unterseite die Rohbaustruktur und das Bodenmodul in einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Eine Rohbaustruktur 1 einer Kraftfahrzeugkarosserie 2 in Mischbauweise des Standes der Technik ist gemäß 1 aufgebaut. 1 zeigt die Rohbaustruktur 1 aufweisend einen Strukturrahmen 3 und ein Bodenmodul 4. Das Bodenmodul 4 ist aus zahlreichen Einzelkomponenten 5 zusammengesetzt, wie in 2 in einer Explosionsdarstellung des Bodenmoduls 4 gem. des Standes der Technik dargestellt, welche in unterschiedlichen Herstellungsverfahren, bspw. im Strangpressverfahren, als Blech und/oder als Gussbauteil hergestellt sind.
3 zeigt das Bodenmodul 4 gem. des Standes der Technik im zusammengebauten Zustand. Des Weiteren sind Querschnitte 6 verschiedener Einzelkomponenten 5 dargestellt. Die unterschiedlichen Querschnitte 6 der Einzelkomponenten 5, welche angepasst an das entsprechend eingesetzte Material und Form der Einzelkomponente sind, sind festigkeitsbedingt erforderlich, so dass das Bodenmodul 4 in Leichtbauweise hergestellt werden kann und gleichzeitig eine hohe Festigkeit und Steifigkeit besitzt. Aufgrund dieser unterschiedlichen Querschnitte 6 sind die zahlreichen Einzelkomponenten 5 erforderlich, wodurch aufgrund des hohen Fügeaufwands, welcher erforderlich ist die zahlreichen Einzelkomponenten 5 zu einem Modul zusammenzusetzen, hohe Kosten entstehen.
Im Hinblick auf eine weitere Gewichtsreduzierung der Leichtbaukonstruktion der Kraftfahrzeugkarosserie 2 besteht die Möglichkeit das Bodenmodul 4 als Faserverbundteil herzustellen, wie in 4 dargestellt. Das in 4 dargestellte Bodenmodul 4 ist aus einem Bodenelement 7, einer rückwärtigen ersten Wandung 8, im Weiteren als Rückwand bezeichnet, einer frontseitigen zweiten Wandung 9, im Weiteren als Stirnwand bezeichnet, sowie einer Tunnelschale 28 zusammengesetzt. Diese vier Elemente 7, 8, 9, 28 werden an den ihnen jeweils zugewandt ausgebildeten Fügestellen 10 der Elemente 7, 8, 9, 28 miteinander verbunden, bevorzugt verklebt, so dass nach dem Fügungsvorgang das komplette Bodenmodul 4 ausgebildet ist.
Das Bodenelement 7, das Rückwand 8, das Stirnwand 9 und die Tunnelschale 28 sind, im Vergleich zum kompletten Bodenmodul 4, relativ flach und kompakt ausgestaltet.
Der Vorteil dieses Herstellungsprozesses des Bodenmoduls 4 ist unter anderem darin zu sehen, dass die zur Herstellung der Faserverbundbauteile notwendigen Matrizen und Maschinen geringere Ausmaße haben, als Maschinen und Matrizen mittels derer das Bodenmodul 4 einstückig hergestellt wird.
Ebenso kann das Bodenmodul 4 auch nur aus dem Bodenelement 7, der Rückwand 8 und der Stirnwand 9 ausgebildet werden. Allerdings verbleibt dann ein üblicherweise aus Schaum hergestellter Kern zu Modellierung des Tunnels, im Tunnel. Dies führt einerseits zu einer erhöhten Steifigkeit, andererseits zu einem erhöhten Gewicht. Der Vorteil hierbei besteht in der Nutzung nur eines Werkzeugs zur Herstellung des Bodenelements 7 sowie in einer Reduzierung von Prozessschritten.
Zur Herstellung des Bodenmoduls 4 aus den vier Elementen Bodenelement 7, Rückwand 8, Stirnwand 9 und Tunnelschale 28 wird bevorzugt zuerst die Tunnelschale 28 auf das Bodenelement 7 platziert und mit diesem verbunden. Daran anschließend wird die Rückwand 8 gefolgt von der Stirnwand 9 auf das Bodenelement 7 gesetzt.
Die Fügestellen 10 sind so positioniert, dass am Ende der Zusammenfügung der Elemente 7, 8, 9, 28 nicht näher dargestellte Hohlräume und/oder Kanäle 30 der Elemente 7, 8, 9, 28, welche an den jeweiligen Rändern der Elemente 7, 8, 9, 28 ausgebildet sind, geschlossen sind. Sofern zur Herstellung des Bodenmoduls 4 auf die Tunnelschale 28 verzichtet wird, entfällt der Fügungsvorgang der Tunnelschale 28.
In 5 ist eine Rohbaustruktur 1 mit einem Bodenmodul 4 in einer partiellen Explosionsdarstellung dargestellt. Die Rohbaustruktur 1 weist des Weiteren ein Dach 11, eine Fronthaube 12 und Türen 13 auf. In 6 ist das Bodenmodul 4 mit dem Strukturrahmen 3 verbunden, wobei hier aus Gründen der Übersichtlichkeit das Dach 11 nicht dargestellt ist.
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Kraftfahrzeugkarosserie 2 werden die vorrangig metallischen Karosseriebaugruppen 1, 11, 12, 13 einzeln oder gemeinsam mittels eines KTL-Verfahrens (kathodische Tauchlackierung) beschichtet und/oder lackiert und danach mit dem vorrangig aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff hergestellten Bodenmodul 4 verbunden. Es ist selbstredend, dass die Rohbaustruktur 1 zusätzlich zu den dargestellten Karosseriebaugruppen 11, 12, 13 weitere Karosseriebaugruppen bzw. Karosseriebauteile umfassen kann, bevor sie mit dem Bodenmodul 4 verbunden wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich weiter dadurch aus, dass das Bodenmodul 4 ausgehend von einer Unterseite 14 der Rohbaustruktur 1 in die Rohbaustruktur 1, insbesondere in den Strukturrahmen 3, eingebracht wird, wobei das Bodenmodul 4 zur Verbindung entlang einer Fügeachse 15 bewegt wird, s. 7. Die Bewegung endet, wenn das Bodenmodul 4 und die Rohbaustruktur 1 an entsprechend vorgesehenen Kontaktpunkten und/oder -flächen miteinander stoffschlüssig und/oder kraft- und/oder formschlüssig verbindbar positioniert sind.
Die Fügeachse 15 ist in diesem dargestellten Beispiel senkrecht zu einer Karosserielängsachse 16 der Kraftfahrzeugkarosserie 2 ausgebildet. Ebenso könnte auch die Rohbaustruktur 1 entlang der Fügeachse 15 bewegt werden oder es könnten die beiden Teile, Rohbaustruktur 1 und Bodenmodul 4, entlang der Fügeachse 15 bewegt werden.
Das Bodenmodul 4 weist an einer Innenfläche 17 eine als Kontaktfläche ausgebildete Umfangsfläche 18 auf. Diese Umfangsfläche 18 wird mit einer Fügefläche 19 der Rohbaustruktur 1 verbunden. Die Umfangsfläche 18 ist über einem Umfang 20 des Bodenmoduls 4 ausgebildet, wobei sie zur Abdichtung eines Innenraums 21 des Bodenmoduls 4, welcher einem Innenraum der Kraftfahrzeugkarosserie 2 entspricht, vollständig über den Umfang 20 ausgestaltet ist. Die Innenfläche 17 ist dem Innenraum 21 zugewandt ausgebildet, wobei eine von der Innenfläche 17 abgewandte Außenfläche 31 des Bodenmoduls 4 einem Außenraum 29 zugewandt angeordnet ist.
Die Fügefläche 19 ist ebenfalls vollständig über einem Innenumfang 22 des Strukturrahmens 3 ausgebildet, wobei dieser Innenumfang 22 in seiner Ausdehnung komplementär zum Umfang 20 ausgestaltet ist. Somit ist ein über den Umfang 20 geschlossener Überlappungsbereich 23 zwischen der Rohbaustruktur 1 bzw. dem Strukturrahmen 3 und dem Bodenmodul 4 ausgestaltet, so dass die Abdichtung des Innenraums 21 gesichert ist.
Das Bodenmodul 4 nimmt die Rohbaustruktur 1 zumindest teilweise tragend auf, wobei die tragende Aufnahme an waagerecht zu einer nicht näher dargestellten Fahrbahnebene ausgebildeten Teilflächen der Umfangsfläche 18 und Fügefläche 19 vorliegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel nehmen am Bodenelement 7 ausgeführte Bodenumfangsflächen 24 der Umfangsfläche 18 sowie an der Rückwand 8 ausgebildete Rückumfangsflächen 25 der Umfangsfläche 18, welche von dem Bodenelement 7 abgewandt ausgebildet sind, die Rohbaustruktur 1 tragend auf.
Die Umfangsfläche 18 und Fügefläche 19 sind einander gegenüberliegend ausgebildet. Zur gesicherten Abdichtung sind die Umfangsfläche 18 und die Fügefläche 19 plan ausgestaltet, damit ein zwischen der Umfangsfläche 18 und der Fügefläche 19 ausgebildeter Kontakt vollständig über den Umfang 20 hergestellt werden kann.
Das Bodenmodul 4 wird mit der Rohbaustruktur 1 in einem weiteren Verfahrensschritt stoffschlüssig verbunden. Diesem weiteren Verfahrensschritt kann eine kraft- und formschlüssige Verbindung, bspw. mittels Schrauben, zwischen der Rohbaustruktur 1 und dem Bodenmodul 4 im Füge- bzw. Überlappungsbereich 23 angeschlossen werden. Auch könnte das Bodenmodul 4 mit der Rohbaustruktur 1 nur kraft- und formschlüssige verbunden werden. Hier wäre dann zur Sicherung der Abdichtung eine Anbringung eines nicht näher dargestellten Dichtelementes im Überlappungsbereich 23 vorteilhaft.
Das Bodenmodul 4 ist aus einem kohlenstofffaserverstärkten bzw. carbonfaserverstärkten Kunststoff hergestellt und bildet zusammen mit einem Teil des Strukturrahmens 3 ein so genanntes Monocoque.
Das Bodenmodul 4 kann vor der Verbindung mit der Rohbaustruktur 1 mehrteilig ausgeführt sein, bevorzugt bestehend aus den drei Teilen Bodenelement 7, Rückwand 8 und Stirnwand 9. Sofern das Bodenmodul 4 zusätzlich die Tunnelschale 28 aufweist, wird diese am Bodenelement 7 befestigt. Die drei Elemente Bodenelement 7, Rückwand 8 und Stirnwand 9 werden in einem ersten Schritt lose, mit anderen Worten gegeneinander bewegbar zu einem nicht näher dargestellten Bodenmodulmodell zusammengefügt, so dass eine in Richtung der drei kartesischen Koordinaten veränderbare Umfangskontur 26 des Umfangs 20 hergestellt ist.
In einem zweiten Schritt wird das Bodenmodulmodell in die Rohbaustruktur 1 eingelegt. Während des Einlegens werden die Elemente 7, 8, 9 zur Einpassung des Bodenmoduls 4 in die Rohbaustruktur 1 gegeneinander ausgerichtet.
In einem dritten Schritt werden die Elemente 7, 8, 9 mit der Rohbaustruktur 1 stoffschlüssig verbunden. Ebenfalls unter Herbeiführung eines Stoffschlusses, werden anschließend in einem vierten Schritt die Elemente 7, 8, 9 bevorzugt mit einem für den kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, aus dem die Elemente 7, 8, 9 hergestellt sind, geeigneten Klebstoff, verbunden.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Elemente 7, 8, 9 einzeln in die Rohbaustruktur 1 eingebunden werden. Dabei wird in einem ersten Schritt die Rückwand 8 in die Rohbaustruktur 1 eingefügt und mit dieser stoffschlüssig verbunden. In einem zweiten Schritt wird das Bodenelement 7 in die Rohbaustruktur 1 eingefügt und ebenfalls mit dieser stoffschlüssig verbunden. In einem folgenden dritten Schritt wird die Stirnwand 9 in die Rohbaustruktur 1 eingefügt und ebenfalls mit dieser stoffschlüssig verbunden. Daran anschließend in einem vierten Schritt, werden die Elemente 7, 8, 9 miteinander stoffschlüssig verbunden.
In 7 sind neben der Kraftfahrzeugkarosserie 2, umfassend die Rohbaustruktur 1 und das Bodenmodul 4, unterschiedliche Schnittbilder 27 im Füge- bzw. Überlappungsbereich 23 dargestellt. An dieser Stelle soll erwähnt werden, dass im Gegensatz zu den im Stand der Technik gezeigten Monocoques, Schweller 32 der Kraftfahrzeugkarosserie 2 am Strukturrahmen 3 ausgebildet sind und somit mit diesem den KTL-Prozess vor der Verbindung mit dem Bodenmodul 4 durchlaufen.
Der Schweller hat zwei Funktionen zu erfüllen. Zum einen muss er ausreichend steif sein, damit die Rohbaustruktur 1 ohne das Boden-Modul 4 durch den KTL-Prozess und eine restliche Produktionsstraße bewegt werden kann. Zum anderen ist im Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkarosserie 2 sicherzustellen, dass das Bodenmodul 4, welches aus dem Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, nicht beschädigt wird. Daher weist der Schweller 32 im Bereich des Bodenmoduls 4 insbesondere im Bereich der Überlappung der Umfangsfläche 18 und der Fügefläche 19 eine erhöhte Steifigkeit durch Einbringung von Diagonalstreben 33 in ein Querschnittsprofil des Schwellers 32.
8 zeigt in einer Draufsicht auf die Unterseite 14 die Rohbaustruktur 1 und das Bodenmodul 4 in einer Variante, hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass der Überlappungsbereich 23 über den vollständigen Umfang 20 des Bodenmoduls 4 ausgebildet ist, so dass eine Abdichtung des Innenraums 21 gegenüber dem Außenraum 29 realisiert ist.
Bezugszeichenliste

1: Rohbaustruktur
2: Kraftfahrzeugkarosserie
3: Strukturrahmen
4: Bodenmodul
5: Einzelkomponente
6: Querschnitt
7: Bodenelement
8: Rückwand
9: Stirnwand
10: Fügestelle
11: Dach
12: Fronthaube
13: Tür
14: Unterseite
15: Fügeachse
16: Karosserielängsachse
17: Innenfläche
18: Umfangsfläche
19: Fügefläche
20: Umfang
21: Innenraum
22: Innenumfang
23: Überlappungsbereich
24: Bodenumfangsfläche
25: Rückumfangsfläche
26: Umfangskontur
27: Schnittbild
28: Tunnelschale
29: Außenraum
30: Hohlraum
31: Außenfläche
32: Schweller
33: Diagonalstrebe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2615013 A1 [0004]
DE 102010037963 A1 [0005]
DE 102010014574 B4 [0006]
DE 602005003588 T2 [0007]
DE 10164675 A1 [0007]
EP 1224111 B [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Kraftfahrzeugkarosserie in Mischbauweise, wobei die Kraftfahrzeugkarosserie (2) eine Rohbaustruktur (1) und ein Bodenmodul (4) aufweist, und wobei die Rohbaustruktur (1) einen Strukturrahmen (3) aufweist, und wobei das Bodenmodul (4) ein Faserverbundbauteil ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenmodul (4) mit dem Strukturrahmen (3) verbunden wird, nachdem dieser einen KTL-Prozess durchlaufen hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenmodul (4) ausgehend von einer Unterseite (14) der Rohbaustruktur (1) in die Rohbaustruktur (1) eingebracht wird, wobei das Bodenmodul (4) und/oder die Rohbaustruktur (1) entlang einer Fügeachse (15) bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenmodul (4) eine an einer Innenfläche (17) des Bodenmoduls (4) ausgebildete Umfangsfläche (18) aufweist, welche mit einer Fügefläche (19) der Rohbaustruktur (1) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenmodul (4) die Rohbaustruktur (1) tragend aufnimmt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einen Innenraum (21) aufweisende Bodenmodul (4) die Rohbaustruktur (1) im Bereich einer Fügefläche (19) der Rohbaustruktur (1) gegenüber einem von einem Innenraum (21) des Bodenmoduls (4) abgewandt ausgebildeten Außenraum (29) abdichtet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Bodenelement (7) des Bodenmoduls (4) ausgebildete Bodenumfangsflächen (24) der Umfangsfläche (18) die Rohbaustruktur (1) tragend aufnehmen, und/oder an einer Rückwand (8) des Bodenmoduls (4) ausgebildete Rückumfangsflächen (25) der Umfangsfläche (18) teilweise tragend aufnehmen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenmodul (4) mit der Rohbaustruktur (1) stoffschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenmodul (4) mit der Rohbaustruktur (1) kraft- und/oder formschlüssig verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Verbindung des Bodenmoduls (4) mit der Rohbaustruktur (1) das Bodenmodul (4) mehrteilig ausgebildet ist, wobei Einzelteile (7, 8, 9) des Bodenmoduls (4) vor der Verbindung mit der Rohbaustruktur (1) – in einem ersten Schritt lose zu einem Bodenmodulmodell gefügt werden, und – in einem zweiten Schritt das Bodenmodulmodell in die Rohbaustruktur (1) eingelegt wird und während des Einlegens eine Ausrichtung der Einzelteile (7, 8, 9) gegeneinander zur Einpassung in die Rohbaustruktur (1) erfolgt, und – in einem dritten Schritt die Einzelteile (7, 8, 9) mit der Rohbaustruktur (1) verbunden werden, und – in einem vierten Schritt die Einzelteile (7, 8, 9) miteinander stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Verbindung des Bodenmoduls (4) mit der Rohbaustruktur (1) das Bodenmodul (4) mehrteilig ausgebildet ist, wobei Einzelteile (7, 8, 9) des Bodenmoduls (4) vor der Verbindung mit der Rohbaustruktur (1) – in einem ersten Schritt zum Bodenmodul (4) gefügt werden, und – in einem zweiten Schritt die Verbindung des Bodenmoduls (4) mit der Rohbaustruktur (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Verbindung des Bodenmoduls (4) mit der Rohbaustruktur (1) das Bodenmodul (4) mehrteilig ausgebildet ist, wobei zuerst die Einzelteile (7, 8, 9) unabhängig voneinander einzeln mit der Rohbaustruktur (1) verbunden werden, und nach Verbindung jedes Einzelteils (7; 8; 9) mit der Rohbaustruktur (1) die Einzelteile (7, 8, 9) miteinander stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Schritt die Rückwand (8) in die Rohbaustruktur (1) eingefügt und anschließend mit dieser stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden wird, – in einem zweiten Schritt das Bodenelement (7) in die Rohbaustruktur (1) eingefügt und anschließend mit dieser stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden wird, – in einem dritten Schritt die Stirnwand (9) in die Rohbaustruktur (1) eingefügt und anschließend mit dieser stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden wird, und – in einem vierten Schritt die Einzelteile (7, 8, 9) miteinander stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelteile (7, 8, 9) ausgehend von einer Unterseite (14) der Rohbaustruktur (1) in die Rohbaustruktur (1) eingebracht werden, wobei die Einzelteile (7, 8, 9) und/oder die Rohbaustruktur (1) entlang einer Fügeachse (15) bewegt werden.