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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Abschnitts einer Tragstruktur sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Tragstruktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 7.
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Tragstrukturen von Karosserien von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, setzen sich üblicherweise aus einer Mehrzahl von Blechbauteilen zusammen, wobei die Blechbauteile im Karosserie-Rohbau vorwiegend durch Punktschweißen zu einem stabilen Verbund gefügt werden. Dabei kann es jedoch durch den Ablauf der Herstellung dazu kommen, dass nicht alle Verbindungen von beiden Seiten zugänglich sind.
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Aufgabe der Erfindung ist, die Fertigung einer Karosserie für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zu erleichtern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 erfüllt.
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Kerngedanke der Erfindung nach Anspruch 1 ist, einen Verbindungsbereich, der nach dem Fügen der ersten beiden Bauteile durch ein Punktschweißerfahren nur noch von einer Seite zugänglich ist, nicht im Rohbau zu fügen, sondern erst in der Endmontage des Kraftfahrzeugs. Da im weiteren Verlauf des Rohbaus und in den sich an den Rohbau anschließenden Fertigungsschritten eine deutlich geringere Steifigkeit der Tragstruktur erforderlich ist als im späteren Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs, ist es kein Nachteil, wenn das nachträgliche Fügen des zunächst ausgesparten Verbindungsbereichs erst im Verlauf der Endmontage erfolgt. Die Herstellung der Verbindung in der Endmontage hat den Vorteil, dass hier sowieso eine Vielzahl manueller Tätigkeiten erfolgt, so dass die nachträgliche Verbindung ohne großen Zusatzaufwand durch einen Werker vorgenommen werden kann.
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Für die nachträgliche Verbindung bietet sich vor allem eine Verschraubung an. Grundsätzlich kommen hierfür aber auch andere „einseitige” Fügeverfahren in Frage, wie zum Beispiel Nieten, Löten, Lichtbogenschweißen etc.
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Beispielsweise kann sich das Problem der Zugänglichkeit von nur einer Seite dann ergeben, wenn die maßgenaue Positionierung eines der Bauteile Vorrang vor der Zugänglichkeit hat. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Fügeschritte, die die Steifigkeit der Tragstruktur erhöhen, zeitlich nach hinten verschoben werden, um für das Positionieren eines Bauteils vor dessen Fügen noch eine größere Verformbarkeit der Tragstruktur zur Verfügung zu haben. Beispielsweise kann die exakte Positionierung dann entscheidend sein, wenn ein möglichst gleichmäßiges Fugenbild mit kleinen Spaltmaßen bei solchen Bauteilen angestrebt wird, die die sichtbare Außenhaut des Kraftfahrzeugs bilden. Die Fugen bestehen dabei nicht nur zwischen benachbarten Außenhautbauteilen, sondern auch zwischen Außenhautbauteilen und Anbauteilen an die Karosserie. Mit dem gleichmäßigen Fugenbild mit kleinen Spaltmaßen soll ein ansprechendes äußeres Erscheinungsbild des Kraftfahrzeugs erreicht werden.
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In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Verbindung des dritten Bauteils nur mit dem ersten oder nur mit dem zweiten Bauteil. Dementsprechend erfolgt dann im dritten Schritt die abschließende Verbindung des dritten Bauteils nur mit dem zweiten oder mit dem ersten Bauteil.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist an dem dritten Bauteil, im Verbindungsbereich zu den beiden anderen Bauteilen, ein Halter vorgesehen, der zum einen die Verbindung zwischen den Bauteilen herstellt und der andererseits der Aufnahme eines Anbauteils dient.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist das Anbauteil ein Element, das der Fixierung einer beweglich an die Tragstruktur angebundenen Komponente dient, beispielsweise einer Tür oder einer Klappe. So kann in vorteilhafter Weise nach der Fertigstellung der Tragstruktur im Rohbau anschließend die Karosserie mit in ihrer Offenstellung gehaltenen Türe und/oder Klappe etc. beispielsweise eine Lackieranlage durchlaufen.
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Gemäß Anspruch 7 handelt es sich bei der Tragstruktur um einen Heckbereich des Kraftfahrzeugs. Der Heckbereich weist wenigstens ein sichtbares Außenhautbauteil auf, beispielsweise eine Heckverkleidung und einen äußeren Seitenrahmen.
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Die in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe „innerer, mittlerer, äußerer Seitenrahmen” sowie „Heckverkleidung” erklären sich aus der Zeichnung und der zugehörigen Figurenbeschreibung. Der „äußere Seitenrahmen” wird im allgemeinen Sprachgebrauch auch als „hinterer Kotflügel” bezeichnet.
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Da das Fugenbild einer in den Heckbereich eingesetzten Heckleuchte in Zusammenspiel mit den umgebenden Bauteilen für das äußere Erscheinungsbild des Kraftfahrzeugs entscheidend ist, spielen gleichmäßige und/oder möglichst kleine Fugen in diesem Bereich eine wichtige Rolle.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist der an dem dritten Bauteil, im Verbindungsbereich zu den beiden anderen Bauteilen, vorgesehene Halter zur Aufnahme einer Einheit ausgebildet, die einen Gepäckraumdeckel gegenüber dem Heckbereich des Kraftfahrzeugs abstützt. Die Einheit ist beispielsweise als hydraulische Feder-Dämpfer-Einheit oder als motorische Verstelleinheit zum Öffnen und Schließen des Gepäckraumdeckels ausgebildet.
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Die Erfindung ist exemplarisch für einen Heckbereich eines Kraftfahrzeugs beansprucht. Selbstverständlich kann die Erfindung auch an einem beliebigen anderen Abschnitt der Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs Anwendung finden.
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Bauteile im Sinn der vorliegenden Erfindung sind einteilige oder aus mehreren Einzelbauteilen zusammengesetzte Bestandteile der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs. Weit verbreitet ist die Schalenbauweise aus metallischen tiefgezogenen Blechbauteilen. Selbstverständlich können die Bauteile beispielsweise auch aus einem (gegebenenfalls faserverstärkten) Kunststoffmaterial bestehen. Anstelle von tiefgezogenen Bauteilen können auch gespritzte oder gegossene Bauteile eingesetzt werden.
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Mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht auf den Heckbereich eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, mit einer Heckverkleidung sowie einem mittleren und einem äußeren Seitenrahmen,
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2 eine der 1 entsprechende Darstellung, wobei der äußere Seitenrahmen transparent dargestellt ist,
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3 eine perspektivische Ansicht auf den Heckbereich von 1, aus einem anderen Blickwinkel,
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4 eine vergrößerte Darstellung des Heckbereichs von 3, unter etwas anderem Blickwinkel als in 3, und
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5 ein Schnitt entlang der Schnittverlaufslinie V-V in 4.
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Ein in seiner Gesamtheit mit 2 bezeichneter Heckbereich eines Kraftfahrzeugs in selbsttragender Schalenbauweise setzt sich unter anderem aus folgenden Bauteilen zusammen: Heckverkleidung 4, innerer Seitenrahmen 6, mittlerer Seitenrahmen 8 und äußerer Seitenrahmen 10, wobei von den Seitenrahmen-Bauteilen jeweils nur die linken Bauteile dargestellt sind. Der Heckbereich 2 ist ein Abschnitt der Tragstruktur der nicht weiter dargestellten Karosserie des Kraftfahrzeugs und wird im Fertigungsbetrieb des Herstellers der Kraftfahrzeuge im so genannten Rohbau aus den Bauteilen 4 bis 10 durch ein Punktschweißverfahren gefügt.
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Die Heckverkleidung 4 erstreckt sich im zusammengebauten Zustand des Kraftfahrzeugs zwischen dem linken und dem rechten äußeren Seitenrahmen 10 und bildet den rückseitigen Abschluss eines Gepäckraums des Kraftfahrzeugs. Die Heckverkleidung 4 ist vor dem Fügen mit dem äußeren Seitenrahmen 10 bereits mit einer nicht dargestellten Bodengruppe des Kraftfahrzeugs gefügt.
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Ebenso ist der mittlere Seitenrahmen 8 bereits mit dem inneren Seitenrahmen 6 gefügt. In seinem rückwärtigen Abschnitt wird der mittlere Seitenrahmen 8 im Wesentlichen von einem trägerartigen Abschnitt 20 gebildet. Am freien Endabschnitt des Abschnitts 20 ist ein Halter 22 angeordnet. Der Halter 22 dient einerseits der Verbindung des mittleren Seitenrahmens 8 zur Heckverkleidung 4 und zum äußeren Seitenrahmen 10, andererseits zur Aufnahme einer nicht dargestellten Abstützung eines Gepäckraumdeckels gegenüber dem Heckbereich 2. Die Abstützung ist beispielsweise als hydraulische Feder-Dämpfer-Einheit oder als motorische Verstelleinheit zum Öffnen und Schließen des Gepäckraumdeckels ausgebildet.
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Der Halter 22 besteht im Wesentlichen aus einem Befestigungsabschnitt 24 zur Verbindung mit dem Abschnitt 20 des mittleren Seitenrahmens 8, einem Flansch 26 zur Verbindung mit dem äußeren Seitenrahmen 10 sowie einem vom Befestigungsabschnitt 24 etwa rechtwinklig abstehenden Befestigungswinkel 28 zur Verbindung mit der Heckverkleidung 4. Am Befestigungsabschnitt 24 ist eine Durchgangsöffnung 25 zur Aufnahme der oben erwähnten Feder-Dämpfer-Einheit oder der motorischen Verstelleinheit vorgesehen. Außerdem ist am Befestigungswinkel 28 eine Durchgangsöffnung 29 zur Aufnahme einer Schraube 42 vorgesehen.
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Der äußere Seitenrahmen 10 bildet den seitlichen und teilweise den hinteren Abschluss des Heckbereichs 2 des Kraftfahrzeugs und wird im allgemeinen Sprachgebrauch als „hinterer Kotflügel” bezeichnet. Der äußere Seitenrahmen 10 weist in seinem Abschnitt 12, der im zusammengebauten Zustand der Tragstruktur die Heckverkleidung 4 teilweise überdeckt, eine Aussparung 50 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Heckleuchte auf.
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Zur Herstellung des Heckbereichs 2 der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs wird in einem ersten Schritt der äußere Seitenrahmen 10 mit der Heckverkleidung 4 durch Punktverschweißung gefügt. In demselben Schritt wird der äußere Seitenrahmen 10 mit dem inneren Seitenrahmen 6 und mit weiteren nicht dargestellten Bauteilen gefügt.
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Vor der Punktverschweißung in diesem ersten Schritt wird der äußere Seitenrahmen 10 in der Schweißvorrichtung so positioniert, dass das exakte Maß zur Heckverkleidung 4 und zu anderen benachbarten Bauteilen eingehalten ist. Die exakte Positionierung des äußeren Seitenrahmens 10 ist von entscheidender Bedeutung für das äußere Erscheinungsbild des Kraftfahrzeugs in dessen fertig montiertem Zustand, insbesondere hinsichtlich des Fugenbildes zur Heckverkleidung 4 und zum Gepäckraumdeckel. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang das Fugenbild der in den äußeren Seitenrahmen 10 eingesetzten Heckleuchte in Relation zu den umgebenden Bauteilen. Mit der Positionierung des äußeren Seitenrahmens 10 wird das Breitenmaß der Karosserie des Kraftfahrzeugs festgelegt.
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Entscheidend ist hierbei, dass bei der Positionierung des äußeren Seitenrahmens 10 die bis dahin gefügte Tragstruktur noch eine begrenzte Einstellbarkeit aufweist, so dass die Tragstruktur unter Krafteinwirkung durch die zum Fixieren der Bauteile eingesetzten Spannwerkzeuge und/oder unter Krafteinwirkung durch die Punktschweißzangen in geringem Maß eingestellt werden kann, so dass die Soll-Position des äußeren Seitenrahmens 10 erreicht werden kann. Eine derartige geringe Anpassung ist in diesem Stadium des Herstellprozesses möglich, da der bisher gefügte Verbund noch nicht die Endsteifigkeit hat, die er später an der vollständig zusammengebauten Tragstruktur des Kraftfahrzeugs haben wird.
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Im zweiten Schritt wird dann der mittlere Seitenrahmen 8 über den seinerseits durch vier Schweißpunkte 30 mit dem Abschnitt 20 verschweißten Halter 22 über drei Schweißpunkte 32 mit einem Flansch 34 des äußeren Seitenrahmens 10 verbunden. Ein Fügen des Befestigungswinkels 28 des Halters 22 an die Heckverkleidung 4 mittels Punktschweißen in dem durch die Bezugszahl 40 gekennzeichneten Verbindungsbereich ist jedoch nicht möglich, da der Verbindungsbereich 40 nur von einer Seite (Gepäckraum innenseitig) zugänglich ist, da die Heckverkleidung 4 in diesem Verbindungsbereich von dem bereits gefügten äußeren Seitenrahmen 10 mit dessen Abschnitt 12 überdeckt wird. Der Abschnitt 12 bildet die Aufnahme 50 für die Heckleuchte.
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Nach der Fertigstellung der Tragstruktur im Rohbau wird die Tragstruktur lackiert und in der Endmontage mit Einbau- und Anbauteilen vervollständigt. Während des Durchlaufs der Karosserie durch die Lackieranlage und durch Teile der Endmontage ist der Gepäckraumdeckel bereits an die Karosserie angebaut und wird durch die oben beschriebene Einheit in seiner Offenstellung gehalten. Für diesen Zweck ist die Stabilität des noch nicht vollständig an die Tragstruktur angebundenen Halters 22 ausreichend.
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Im dritten Schritt wird in der Endmontage des Kraftfahrzeugs der zunächst ausgesparte Verbindungsbereich 40 gefügt, also die Verbindung zwischen mittlerem Seitenrahmen 8 und Heckverkleidung 4 hergestellt, indem der Befestigungswinkel 28 mittels der Schraube 42 mit der Heckverkleidung 4 verbunden und somit die endgültige Steifigkeit der Tragstruktur hergestellt wird. Dieser letzte Schritt kann ohne großen Zusatzaufwand im Rahmen der Endmontage, beispielsweise bei Einbauten in den Gepäckraum oder bei der Montage der Heckleuchten, erfolgen. Die Verschraubung erfolgt in vorteilhafter Weise beispielsweise durch einen Werker, der die Endmontage durchführt, im Rahmen der übrigen Montagearbeiten, ohne großen Zusatzaufwand.
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Der mit der Erfindung erzielte Vorteil lässt sich anschaulich durch den Vergleich mit einer abgewandelten Reihenfolge der Fügeschritte erläutern. Würden im ersten Schritt der mittlere Seitenrahmen 8 und die Heckverkleidung 4 im Verbindungsbereich 40 miteinander verbunden, so könnte zwar diese Verbindung durch ein Punktschweißverfahren erfolgen. Allerdings wäre dann der Verbund aus mittlerem Seitenrahmen 8 und Heckverkleidung 4 schon so steif, dass die nachfolgende Positionierung des äußeren Seitenrahmens 10 infolge der reduzierten Verformbarkeit der Tragstruktur wesentlich erschwert würde. Durch die Steifigkeit des Verbunds wäre auch die Einhaltung eines gleichmäßigen Fugenbildes, insbesondere mit kleinen Spaltmaßen, stark erschwert oder nahezu unmöglich.
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Die Erfindung lässt sich wie folgt zusammenfassen: Ein Abschnitt einer Tragstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie setzt sich aus wenigstens drei Bauteilen 4, 8 und 10 zusammen. Nach dem Fügen der ersten beiden Bauteile 4 und 10 wird zunächst nicht der gesamte für die Verbindung mit dem dritten Bauteil 8 vorgesehene Bereich gefügt, sondern ein Verbindungsbereich 40, der nur von einer Seite zugänglich ist, vorläufig ausgespart. Das Fügen dieses Verbindungsbereichs 40 erfolgt erst in der Endmontage, bevorzugt durch Verschraubung.
