-
Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein zweispuriges Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Die Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs kann beispielhaft unter einer Rücksitzbank des Fahrzeugs positioniert sein und sich im Bereich des Fahrzeugbodens in der Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden seitlichen Karosserieschwellern des Fahrzeugs erstrecken. Die Traktionsbatterie sollte als ein crashsensibles Funktionselement in einem Seitencrashfall weitgehend beschädigungsfrei bleiben. Um im Stand der Technik die Crashsicherheit zu erhöhen, ist bekannt, die seitlichen Schweller mit Schottblechteilen auszusteifen. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Blechstärke der Blechaußenschalen der Karosserieschweller erhöht werden und diese aus höchstfestem warmumgeformtem Stahl hergestellt werden. Dadurch wird jedoch das Schweller-Bauteilgewicht sowie das Schweller-Bauvolumen erhöht, was mit Komforteinschränkungen einhergeht.
-
Aus der
DE 10 2014 200 598 B3 ist eine gattungsgemäße Karosseriestruktur für ein zweispuriges Fahrzeug bekannt, dessen Karosserieschweller ein im Querschnitt geschlossenes Hohlprofil aufweist. Das Schweller-Hohlprofil ist von zwei Stahlblechschalen begrenzt, die an ihren abgewinkelten Randflanschen fest über Punktschweißverbindungen miteinander verbunden sind. Zur Aussteifung des Schwellers in der Fahrzeugquer- und/oder -hochrichtung ist im Schweller-Hohlprofil eine Verstärkungseinlage verbaut. Die Verstärkungseinlage ist an gegenüberliegenden Schweller-Wandabschnitten spielfrei in Anlage und mit diesen an Punktschweißstellen verschweißt. Weiterhin ist aus der
DE 10 2005 043 698 A1 ein Seitenschweller für eine Karosseriestruktur bekannt, der eine innenliegende Verstärkung als Hybridbauteil aufweist, wobei das Hybridbauteil aus Kunststoff und Metallblech besteht. Das Metallblech ist einer Stahlblechschale des Schwellers zugewandt und mit diesem verschweißt. Die
DE 10 2011 115 040 A1 zeigt eine Schwellerverstärkung aus Aluminium, die in einen Stahlschweller eingebracht ist und aufgrund der unterschiedlichen Materialien verklebt oder verschraubt ist.
-
Aus der
DE 27 12 366 C2 ist ein stranggepresstes Verbundprofil bekannt, das einen Leichtmetall-Basiskörper aufweist, der mit einem Stahl-Profilband verbunden ist. Das Stahl-Profilband kann durch Bördelung oder durch einen thermischen Fügevorgang mit dem Leichtmetall-Basiskörper verbunden werden. Abschließend ist aus der
DE 10 2010 024 704 A1 ein Dachblech aus Aluminium für eine Karosserie bekannt. An das Dachblech aus Aluminium wird ein Stahlstreifen über einen Stumpfstoß und einer entsprechenden Verbindungstechnik angefügt. Der Stahlstreifen dient dabei als Randflansch, sodass das Dachblech über den Stahlstreifen als Randflansch an die Karosserie gefügt werden kann.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bereitzustellen, deren Schweller eine im Crashfall erhöhte Bauteilfestigkeit aufweist sowie im Vergleich zum Stand der Technik ein reduziertes Bauteilgewicht sowie ein reduziertes Bauteilvolumen aufweist.
-
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Karosserieschwellers erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen Karosserieschweller beschränkt. Grundsätzlich ist die Erfindung auch auf andere Hohlprofil-Trägerteile im Fahrzeug anwendbar, etwa auf Längsträger, auf eine Stirnwand, einen Dachrahmen oder eine Hutablage.
-
So wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 als Verstärkungseinlage ein kostengünstig herstellbares Verbundprofilteil aus einem Leichtmetall-Basiskörper und aus Stahl-Profilteilen verwendet. Das Verbundprofilteil ist speziell auf die Einbausituation im Trägerteil-Hohlprofil angepasst. Vor diesem Hintergrund weist der Leichtmetall-Basiskörper an seinen zwei in der Fahrzeugquer- oder -hochrichtung gegenüberliegenden Seiten jeweils zumindest ein Schweißkupplungsprofilteil aus Stahl auf, das an den Punktschweißstellen mit den Wandabschnitten der zumindest einen Stahlblechschale verschweißt ist.
-
In einem bevorzugten Fügeverfahren wird ein Synchronschweißvorgang beim Verbau der Verstärkungseinlage im Schweller-Hohlprofil (allgemein Trägerteil-Hohlprofil) genutzt, um den Fertigungsaufwand zu reduzieren. In einem solchen Synchronschweißvorgang greifen beidseitig des Schwellers die Schweißelektroden einer Punktschweißzange mit einer vordefinierten Klemmkraft an. Beim Schweißprozess fließt der Schweißstrom zwischen den beiden Schweißelektronen über die zwischengeklemmten Wandabschnitte der Blechschale sowie der Verstärkungseinlage, und zwar unter gleichzeitiger Bildung zweier gegenüberliegender Punktschweißstellen zwischen der Verstärkungseinlage und dem Schweller (allgemein Trägerteil).
-
Der Leichtmetall-Basiskörper des Verbundprofilteils kann im Hinblick auf eine im Seitencrashfall bevorzugte Lastaufnahme optimiert sein. Vor diesem Hintergrund kann der Leichtmetall-Basiskörper ein im Querschnitt offenes oder insbesondere geschlossenes, rechteckförmiges Hohlprofil aufweisen. Zudem kann innerhalb des Basiskörper-Hohlprofils eine fachwerkartige Verstärkungsstruktur ausgebildet sein. Der Querschnitt des Leichtmetall-Basiskörpers kann in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeugaußen zum Beispiel keilförmig reduziert werden.
-
Um eine einwandfreie Punktschweißstelle zu gewährleisten, ist es bevorzugt, wenn das jeweilige Schweißkupplungsprofilteil um einen Seitenversatz erhaben von dem Leichtmetall-Basiskörper vorragt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schweißkupplungsprofilteile aus Stahl als Stahlleisten ausgeführt, die sich in der Schweller-Längsrichtung durchgängig entlang der gesamten Schwellerlänge erstrecken.
-
Das Schweller-Hohlprofil kann in einer ersten Ausführungsvariante mittels der beiden einander gegenüberliegenden Stahlblechschalen komplett geschlossen sein. Alternativ dazu können die beiden Stahlblechschalen lediglich an ihren, in der Fahrzeughochrichtung oberen Randflanschen fest miteinander verbunden sein und ein bodenseitig offenes Hohlprofil begrenzen. In diesem Fall kann die Verstärkungseinlage als ein Schwellerboden wirken, der das bodenseitig offene Hohlprofil nach unten abschließt. Das Schweller-Hohlprofil ist daher von den beiden Stahlblechschalen und von der Verstärkungseinlage begrenzt.
-
In einer technischen Umsetzung kann die als Schwellerboden wirkende Verstärkungseinlage zumindest einen in der Fahrzeugquerrichtung abragenden Randsteg aufweisen. Der Randsteg untergreift in der Zusammenbaulage eine der Stahlblechschalen an ihrer bodenseitigen Randkante. Beim Zusammenbauvorgang kann die als Schwellerboden wirkende Verstärkungseinlage in das Schweller-Hohlprofil eingefahren werden, bis deren Randsteg gegen die bodenseitige Randkante der Stahlblechschale anschlägt.
-
In einer weiteren Ausführungsvariante kann an der als Schwellerboden wirkenden Verstärkungseinlage zumindest eine Tragkonsole ausgebildet sein, an der ein Funktionselement, insbesondere eine Traktionsbatterie des Fahrzeugs, befestigbar ist. Der Randsteg und/oder die Tragkonsole sind bevorzugt materialeinheitlicher sowie einstückiger Bestandteil des Leichtmetall-Basiskörpers der Verstärkungseinlage.
-
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen 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.
-
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1 in einer Seitenansicht mit teilweisem Aufriss ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug;
- 2 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der 1;
- 3a bis 3d jeweils unterschiedlich ausgeführte Verstärkungseinlagen jeweils in Alleinstellung;
- 4 in einer Ansicht entsprechend der 2 ein zweites Ausführungsbeispiel;
- 5 bis 7 Ansichten, die eine Fügefolge zum Zusammenbau der in der 4 gezeigten Anordnung veranschaulichen;
- 8 in einer Ansicht entsprechend der 4 ein drittes Ausführungsbeispiel.
-
In der 1 ist ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug in Seitenansicht gezeigt. Das Kraftfahrzeug weist eine Karosserie-Bodenstruktur mit zwei seitlichen Karosserieschwellern 1 auf, von denen einer in dem teilweisen Aufriss der 1 gezeigt ist, der sich in der Fahrzeuglängsrichtung x zwischen der B-Säule und der C-Säule erstreckt. Zwischen den beiden seitlichen Karosserieschwellern 1 ist eine Traktionsbatterie 3 im Bereich unterhalb einer Rücksitzbank 5 des Fahrzeugs angeordnet. Um im Seitencrashfall eine Beschädigung der Traktionsbatterie 3 zu vermeiden, weist der Karosserieschweller 1 eine hohe Quer-Bauteilsteifigkeit auf.
-
Der Aufbau des Karosserieschwellers 1 ist nachfolgend anhand der 2 erläutert: Demzufolge ist der Karosserieschweller 1 aus einer fahrzeuginneren hutförmigen Stahlblechschale 7, einer fahrzeugäußeren hutförmigen Stahlblechschale 9 sowie einer Verstärkungseinlage 11 zusammengesetzt, die sich im geschlossenen Schweller-Hohlprofil 13 befindet, das von den beiden Stahlblechschalen 7, 9 begrenzt ist. Die beiden Stahlblechschalen 7, 9 sind mit ihren in der Fahrzeughochrichtung z oberen und unteren abgewinkelten Randflanschen an Punktschweißstellen P in Punktschweißverbindung. Ebenso ist auch die Verstärkungseinlage 11 an Punktschweißstellen P mit den beiden Stahlblechschalen 7, 9 verschweißt.
-
Die fahrzeuginnere Stahlblechschale 7 in der 2 an einer nicht näher gezeigten Bodengruppe 15 des Fahrzeugs angeschlossen. In der 2 ist die Verstärkungseinlage 11 als ein Verbundprofilteil realisiert, das aus einem Leichtmetall-Basiskörper 17 und aus zwei Schweißkupplungsprofilen 19 aufgebaut ist. Der Leichtmetall-Basiskörper 17 ist beispielhaft ein Aluminium-Strangpressprofilteil, und zwar mit einem rechtwinkligen Querschnitt sowie einem geschlossenen Hohlraum 20, in dem eine zusätzliche fachwerkartige Verstärkungsstruktur 21 ausgebildet ist. Der Basiskörper 17 weist ein Flachprofil mit seitlichen schmalen Vertikalwänden 23 sowie boden- und deckseitigen großflächigen Horizontalwänden 25 auf. In der 1 sind die beiden Vertikalwände 23 spielfrei in Anlage mit den Schalenböden 27, 29 der beiden Stahlblechschalen 7, 9. Die beiden Schalenböden 27, 29 sind vertikal in der Fahrzeughochrichtung z ausgerichtet und verlaufen zueinander in etwa planparallel. An jeder der beiden seitlichen Vertikalwände 23 des Basiskörpers 17 ist ein Schweißkopplungsprofilteil 19 angebunden. Das Schweißkopplungsprofilteil 19 ist als eine Stahlleiste realisiert, die zum Beispiel mittels einer Bördelung oder eines thermischen Fügevorgangs mit dem Leichtmetall-Basiskörper 17 verbunden worden ist.
-
Die Stahlleisten 19 sind mit einem geringen Überstand a (2) seitlich erhaben von den Vertikalwänden 23 des Basiskörpers 17 positioniert, um eine einwandfreie Punktschweißstelle P bereitzustellen, bei der die Stahlleisten 19 der Verstärkungseinlage 11 innenseitig mit den beiden Schalenböden 27, 29 der Stahlblechschalen 7, 9 verbunden sind. Die in der 2 gezeigte Verstärkungseinlage 11 ist in einem Synchronschweißvorgang mit den gegenüberliegenden Schalenböden 27, 29 der Blechschalen 7, 9 verschweißt. In dem Synchronschweißvorgang greifen (wie in der 2 angedeutet) beidseitig des Schwellers 1 die Schweißelektroden 30 einer Punktschweißzange 32 an. Im Schweißprozess sind die Stahlblechschalen 7, 9 zusammen mit der zwischengeordneten Verstärkungseinlage 11 zwischen den beiden Schweißelektroden 30 eingeklemmt. Der Schweißstrom fließt zwischen den beiden Schweißelektroden 30 über die Verstärkungseinlage 11, und zwar unter gleichzeitiger Bildung zweier gegenüberliegender Punktschweißstellen P, über die die Verstärkungseinlage 11 mit dem Schweller 1 verbunden ist.
-
In den 3a bis 3d sind alternative Geometrien der in der 2 gezeigten, als Verbundprofilteiles realisierten Verstärkungseinlage 11 veranschaulicht. So betrifft die 3a eine Verstärkungseinlage 11, deren Basiskörper 17 im Querschnitt ebenfalls rechtwinklig gestaltet ist, jedoch ohne zusätzliche Verstärkungsstruktur 21 im Hohlraum 20 des Basiskörpers 17. Die 3b betrifft eine Verstärkungseinlage 11, deren Basiskörper 17 doppellagig ausgeführt ist, und zwar mit zwei übereinander angeordneten, voneinander getrennten Teil-Hohlräumen 20, wodurch die Bauhöhe der beiden Vertikalwände 23 (im Vergleich zur 3a) in etwa verdoppelt ist. Auf diese Weise ergibt sich ausreichend Platz zur Anordnung von jeweils zwei voneinander separaten Stahlleisten 19 an jeder der Basiskörper-Vertikalwände 23.
-
Die in der 3c gezeigte Verstärkungseinlage 11 ist im Wesentlichen baugleich mit der in der 3b gezeigten Verstärkungseinlage 11, mit der Ausnahme, dass in jedem der Teil-Hohlräume 20 zusätzliche Verstärkungsstrukturen 21 vorgesehen sind.
-
Die Verstärkungseinlagen 11 der 3a bis 3c sind in ihrer Einbaulage sowie bei einem Seitencrashfall linearlastaufnehmend ausgelegt. Demgegenüber ist die in der 3d gezeigte Verstärkungseinlage 11 bei einem Seitencrashfall nicht mehr linearlastaufnehmend ausgelegt, sondern vielmehr progressivlastaufnehmend ausgelegt. Dies ist dadurch realisiert, dass der Basiskörper 17 nach fahrzeugaußen keilförmig zuläuft, und zwar mit einem sich nach fahrzeugaußen reduzierenden Querschnitt. Der Hohlraum des Basiskörpers 17 ist in der 3d ebenfalls mit einer fachwerkartigen Verstärkungsstruktur 21 ausgebildet.
-
In dem in der 2 gezeigten Karosserieschweller 1 kann die Karosserieschweller-Bauhöhe nach unten nicht beliebig erhöht werden. Vielmehr ist bei der Auslegung der Karosserieschweller-Bauhöhe (das heißt des Schweller-Profilquerschnitts) eine konstruktiv vorgegebene Bodengrenzlinie zu berücksichtigen, die von den unteren Randflanschen des Karosserieschwellers 1 nicht unterschritten werden darf. Im Unterschied dazu ist in der 4 ein Karosserieschweller 1 gezeigt, bei dem die unteren Randflansche des Karosserieschwellers weggelassen sind. Entsprechend kann der Schweller-Profilquerschnitt um die Länge der weggelassenen Randflansche nach unten bis unmittelbar an die Bodenbegrenzungslinie verlängert werden.
-
Wie aus der 4 hervorgeht, weist der Schweller 1 ebenfalls zwei einander gegenüberliegende Stahlblechschalen 7, 9 auf. Diese sind jedoch lediglich an ihren oberen Randflanschen fest miteinander verbunden, während die unteren Randflansche weggelassen sind, so dass die beiden Stahlblechschalen 7, 9 ein bodenseitig offenes Hohlprofil begrenzen. Das bodenseitig offene Hohlprofil ist von der Verstärkungseinlage 11 abgeschlossen, das als Schwellerboden die beiden unteren freien Enden der Stahlblechschalen 7, 9 verbindet.
-
In den 5 bis 7 ist die Fügeabfolge beim Zusammenbau des in der 4 gezeigten Karosserieschwellers 1 skizziert: Demzufolge wird zunächst an der fahrzeuginneren Stahlblechschale 7 die Bodengruppe 15 angeschweißt sowie ein Querschottelement 31 innenseitig angeschweißt (5). Anschließend erfolgt ein Fügeschritt, bei dem die fahrzeugäußere Stahlblechschale 9 auf die innere Stahlblechschale 7 aufgesetzt wird, und zwar unter Flanschverbindung der beiden oberen Randflanschen der Stahlblechschalen 7, 9, wobei sich die fahrzeugäußere Stahlblechschale 9 mit ihrem Profilboden 29 auf den freien Ende des Querschottelementes 31 abstützt und mit diesem verschweißt wird (6). Anschließend wird gemäß der 7 die Verstärkungseinlage 11 von unten in das noch offene Hohlprofil eingeschoben und diesem nach unten hin abgeschlossen. Die Verstärkungseinlage 11 wird in dem bereits oben erwähnten Synchronschweißvorgang mit den unteren freien Rändern der Stahlblechschalen 7, 9 punktverschweißt.
-
In der 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Karosserieschwellers 1 in einer Ansicht entsprechend der 4 gezeigt. Demzufolge weist die als Schwellerboden wirkende Verstärkungseinlage 11 an seiner Unterseite Randstege 33 auf, die in der Fahrzeugquerrichtung y beidseitig horizontal abragen. In der gezeigten Zusammenbaulage (8) untergreifen die beiden Randstege 33 die unteren freien Randkanten 35 der fahrzeuginneren und fahrzeugäußeren Stahlblechschalen 7, 9.
-
In der 8 ist der fahrzeuginnere Randsteg 33 in der Fahrzeugquerrichtung y nach innen verlängert, und zwar unter Bildung einer Tragkonsole 37, auf der beispielhaft die Traktionsbatterie 3 montiert ist.
-
Erfindungsgemäß kann je nach Fahrzeugtyp und Fahrzeugausstattung eine jeweils angepasste Verstärkungseinlage 11 eingeschoben und gefügt werden. Dem Fahrzeuggewicht angepasst kann die Festigkeit des Schwellers 1 durch unterschiedliche Einschübe gesteuert werden. Auf diese Weise ergibt sich ein preisgünstiger Aluminium-Stahl-Leichtbau, wobei die Bauweise für die Großserie einsetzbar ist. Bei einer Plattformstrategie kann auf einer Kombilinie je nach Fahrzeugtyp der geeignete Hybrideinleger (das heißt Verstärkungseinlage 11) zugefügt legen. Die Steuerung in der neuen Aufbau-Fügefolge ist sehr einfach. Zudem ergibt sich eine flexible Reaktionsmöglichkeit auf sich ändernde Crashanforderungen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Karosserieschweller
- 3
- Traktionsbatterie
- 5
- Rücksitzbank
- 7
- fahrzeuginnere Stahlblechschale
- 9
- fahrzeugäußere Stahlblechschale
- 11
- Verstärkungseinlage
- 13
- Schweller-Hohlprofil
- 15
- Bodengruppe
- 17
- Basiskörper
- 19
- Schweißkupplungsprofilteil
- 20
- Basiskörper-Hohlraum
- 21
- Verstärkungsstruktur
- 23
- Vertikalwand
- 25
- Horizontalwand
- 27, 29
- Schalenböden
- 30
- Schweißelektroden
- 32
- Schweißzange
- 31
- Querschottelement
- 33
- Randstege
- 35
- untere Randkanten
- 37
- Tragkonsole
- P
- Punktschweißstelle
- a
- Überstand
