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Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein zweispuriges Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Karosseriestruktur nach dem Anspruch 8.
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Die Bodengruppe einer Fahrzeugkarosserie weist unter anderem zwei seitliche Schweller auf. Zwischen diesen erstreckt sich in der Fahrzeugquerrichtung ein Fahrzeugbodenblechteil. Bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug kann zwischen den beiden Schwellern eine Traktionsbatterie unterhalb des Bodenblechteils positioniert sein. Die Traktionsbatterie muss als crashsensibles Funktionselement im Seitencrashfall, insbesondere bei einem Seitenpfahlcrash, weitgehend beschädigungsfrei bleiben.
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In einer gattungsgemäßen Karosseriestruktur ist jeder der seitlichen Schweller als Hohlträger mit einem Schweller-Hohlraum ausgebildet und begrenzt in der Fahrzeughochrichtung bodenseitig eine Fahrzeug-Seitentüröffnung. Der Schweller weist ein im Profilquerschnitt geschlossenen Schweller-Hohlraum auf und ist zusätzlich mit einer Seitencrash-Verstärkung ausgebildet, die den Schweller im Seitencrashfall aussteift. In der Karosseriestruktur kann die Seitencrash-Verstärkung exemplarisch als ein Aluminium-Strangpressprofilteil realisiert sein, das als ein Einlegerteil im Schweller-Hohlraum positioniert ist. Alternativ dazu kann die Seitencrash-Verstärkung auch als Stahlprofil oder als Composite realisiert sein. Die Seitencrash-Verstärkung kann ferner in einer Rollprofilierung (Stahl) oder mittels Wickel-Webtechnologie (Composite) hergestellt werden.
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In einer Prozesskette zur Herstellung des Fahrzeugs wird zunächst die obige Karosseriestruktur zusammengebaut. Anschließend erfolgt ein KTL-Prozess, bei dem in einem ersten Prozessschritt eine Tauchlackierung auf die Karosseriestruktur aufgebracht wird. In einem zweiten Prozessschritt wird die Karosseriestruktur in einen KTL-Ofen transferiert, in dem die Tauchlackierung thermisch ausgehärtet wird.
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Der Verbau der obigen Seitencrash-Verstärkung in den Schweller-Hohlraum bedeutet eine massive Bauteilanhäufung sowie einen sehr hohen Masse-Eintrag in den Schwellerbereich der Karosseriestruktur. Durch den hohen Masse-Eintrag kann die Trocknung und Aushärtung der Karosseriestruktur im KTL-Ofen nicht mehr prozesssicher gewährleistet werden, da gegebenenfalls Prozesszeiten sowie Trocknungsofen-Längen nicht mehr ausreichen.
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DE 20 2011 104 492 U1 betrifft einen Sicherheitsschweller für eine Fahrzeugkarosserie bei dem wenigstens zwei formschlüssig miteinander verbundene Formteile einen Karosserieträger bilden. Das erste tragende Formteil ist ein Trägerelement mit einer Innenseite und einer Außenseite und das zweite tragende Formteil ist ein Schwellerelement. Die Außenseite des Trägerelements ist dem Schwellerelement zugewandt und entweder das Trägerelement oder das Schwellerelement ist rohbaufest und das jeweils andere tragende Formteil ist an das rohbaufeste Formteil montierbar.
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Aus
DE 10 2017 010 670 A1 ist eine Seitenschwelleranordnung einer Karosserie eines elektrisch betreibbaren Kraftwagens bekannt. Die jeweiligen Seitenschwellern weisen zumindest in einem jeweiligen Längenbereich ein Hohlprofil auf und an welchen ein Batterietragrahmen mittels jeweiliger Befestigungselemente an jeweils zugehörigen Befestigungsstellen der Seitenschweller festlegbar ist, wobei innerhalb des jeweiligen Hohlraums des entsprechenden Seitenschwellers ein zugeordnetes Verstärkungselement vorgesehen ist, welches sich zumindest über die annähernd gesamte Breite des zugeordneten Seitenschwellers zwischen jeweiligen Seitenschwellerwänden erstreckt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Karosseriestruktur bereitzustellen, bei der ein KTL-Prozess prozesssicher durchführbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruche 1 oder des Anspruches 8 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung geht von dem Sachverhalt aus, dass bei einer herkömmlichen, für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug ausgelegten Karosseriestruktur es im Schwellerbereich zu einer massiven Bauteil-Anhäufung sowie zu einem sehr hohen Masse-Eintrag kommt, wodurch der KTL-Prozess nicht mehr einwandfrei durchführbar ist. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die Seitencrashverstärkung (nachfolgend Verstärkungselement) nicht schon vor dem KTL-Prozess an den Schweller anbindbar, sondern erst nach dem KTL-Prozess an den bereits lackierten Schweller bzw. die bereits lackierte Fahrzeugkarosserie anbindbar. Dabei ist der Schweller aus einem fahrzeugäußeren Schwelleraußenteil und einem fahrzeuginneren Schwellerinnenteil aufgebaut. Diese sind an zumindest einer Flanschverbindung miteinander verbunden. Zudem weist der Schweller ein fahrzeugunteres Schließblechteil auf, das den Schweller-Hohlraum nach fahrzeugunten begrenzt und die Schwellerinnen- und -außenteile miteinander verbindet. Das Schließblechteil bildet den Schwellerboden, an dem das Verstärkungselement unter Bildung einer ersten Anbindungsstelle anbindbar (zum Beispiel anschraubbar) ist.
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Der Kerngedanke der Erfindung besteht also allgemein darin, das Verstärkungselement erst nach erfolgtem KTL-Prozess am Schweller zu verbauen, wobei der Einbauort des Verstärkungselements am Schweller frei wählbar ist. Von daher kann das Verstärkungselement in einer ersten Ausführungsvariante nach erfolgtem KTL-Prozess außenseitig am Schweller angebunden werden. Alternativ dazu kann in einer zweiten Ausführungsvariante das Verstärkungselement nach dem KTL-Prozess in der Fahrzeuglängsrichtung in den Schweller-Hohlraum eingeführt werden und darin fixiert werden
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Wie oben erwähnt, kann in der zweiten Ausführungsform das erfindungsgemäße Verstärkungselement nicht mehr im Schweller-Hohlraum positioniert sein, sondern vielmehr an einer Anbindungsstelle außenseitig am Schweller angebunden sein. Das am Schweller angebundene Verstärkungselement bildet wiederum eine Anbindungsbasis zur Anbindung der Traktionsbatterie von fahrzeugunten. Im Unterschied zum obigen Stand der Technik bildet nicht ein Schwellerboden die Anschraubbasis zur Anbindung der Traktionsbatterie von fahrzeugunten. Vielmehr wird die Traktionsbatterie nicht mehr unmittelbar am Schwellerboden angebunden (das heißt verschraubt), sondern unter Zwischenschaltung des Verstärkungselementes am Schweller angebunden.
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Die Erfindung betrifft insbesondere ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einer am Fahrzeugboden verbauten Traktionsbatterie, die in einer Fahrzeugquerrichtung beidseitig von jeweils einem karosserieseitigen Schweller begrenzt ist.
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Der obige Bauteilverbund im Schwellerbereich ermöglicht vorteilhaft die folgende Prozesskette zur Fahrzeugherstellung: So wird zunächst die Karosseriestruktur mit noch demontiertem Verstärkungselement bereitgestellt und einem KTL-Prozess unterworfen. Im KTL-Prozess wird in einem ersten Prozessschritt eine Tauchlackierung auf die Karosseriestruktur aufgebracht. Im nachfolgenden zweiten Prozessschritt wird die Karosseriestruktur in den KTL-Ofen transferiert, in dem die Tauchlackierung thermisch ausgehärtet wird. Erst nach erfolgtem KTL-Prozess wird das Verstärkungselement im oder am Schweller montiert. Auf diese Weise kann der Masse-Eintrag auf die zu lackierende Karosseriestruktur reduziert werden, wodurch der KTL-Prozess auch in aktuellen Lackier-Anlagen prozesssicher möglich ist, die für Karosseriestrukturen ohne eine für das elektrisch betriebene Fahrzeug erforderliche Seitencrash-Verstärkung ausgelegt sind. Insgesamt können somit zusätzliche Prozesszeiten im KTL-Prozess eingespart werden und ergibt sich ein geringerer Aufwand bei der Reparatur von Unfallschäden.
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Nachfolgend sind weitere Erfindungsaspekte beschrieben: So kann bevorzugt das Verstärkungselement in der Fahrzeughochrichtung in Flucht unterhalb des Schwellers angeordnet sein. Das Verstärkungselement und die Traktionsbatterie können im Hinblick auf einen wirkungsvollen Abbau von Seitencrash-Energie bevorzugt in der Fahrzeughochrichtung auf gleicher Höhe angeordnet sein.
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Wie oben erwähnt, wird die Traktionsbatterie direkt am Verstärkungselement angebunden. Hierzu kann die Traktionsbatterie zumindest einen Gehäuseflansch aufweisen, der das Verstärkungselement untergreift und von fahrzeugunten an einen Profilboden des Verstärkungselementes anbindbar ist (insbesondere durch Schraubverbindung).
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Im Hinblick auf eine einfache, verbindungssteife Montage des Verstärkungselementes am Schweller ist die folgende Schwellergeometrie von Vorteil: So kann das Schwelleraußenteil in der Fahrzeughochrichtung nach fahrzeugunten über das Schließblechteil hinaus mit einer Montagewand verlängert sein. An der bevorzugt vertikalen Montagewand kann unter Bildung einer zweiten Anbindungsstelle das Verstärkungselement an der Montagewand des Schwellers angebunden werden. Zwischen dem Schließblechteil und der nach fahrzeugunten darüber hinaus ragende Montagewand ergibt sich ein Inneneckbereich, der einen Montageraum aufspannt, in den das Verstärkungselement zur Montage lagerichtig vorpositionierbar ist.
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Im Hinblick auf eine verbindungssteife Anbindung des Verstärkungselementes am Schweller ist eine Ausführungsvariante von Vorteil, bei der das Schwellerinnenteil einen horizontal in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeuginnen abragenden Schweller-Fügeflansch aufweist. An dem Schweller-Fügeflansch kann unter Bildung einer Flanschverbindung ein Schließblechteil-Fügeflansch angebunden sein. An die obige Flanschverbindung kann im Dreilagenaufbau, an einer dritten Anbindungsstelle, ein Verstärkungselement-Fügeflansch angebunden werden.
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In einer konkreten Ausführungsform kann die vom Schweller bodenseitig begrenzte Fahrzeug-Seitentüröffnung von einer in Fahrzeuglängsrichtung verstellbaren Schiebetür verschließbar sein. In diesem Fall kann der Schweller-Hohlraum als Stauraum verwendet werden, in dem Kinematik-Komponenten zur Längsverstellung der Schiebetür bauraumgünstig positionierbar sind.
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Zur Vergrößerung des für das Verstärkungselement verfügbaren Bauraums kann das Blechschließteil nicht als eine horizontale ebenflächige Platte ausgeführt sein, sondern vielmehr ein nach fahrzeugunten offenes, U-förmiges (hutförmiges) Querschnittsprofil aufweisen. Das U-förmige Querschnittsprofil des Blechschließteils kann in den Schweller-Hohlraum verschachtelt einragen. Gleichzeitig kann auch das Verstärkungselement mit in der Fahrzeughochrichtung vergrößertem Querschnitt in das U-förmige Querschnittsprofil einragen.
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In einer Weiterbildung kann das Verstärkungselement materialeinheitlich und/oder einstückig am Batteriegehäuse der Traktionsbatterie angeformt sein. In diesem Fall kann das Verstärkungselement zusammen mit der Traktionsbatterie eine separat vorgehaltene Vormontageeinheit bilden. In diesem Fall wird nach erfolgtem KTL-Prozess die Vormontageeinheit (bestehend aus der Traktionsbatterie und dem Verstärkungselement) fahrzeugunten direkt am Schwellerboden der Karosseriestruktur montiert.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in einer Seitenansicht ein Fahrzeug;
- 2 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung entlang der Schnittebene B-B aus der 1;
- 3 ein Blockschaltdiagramm, in dem eine Prozesskette zur Fahrzeugherstellung angedeutet ist;
- 4 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der 1;
- 5 eine Ansicht entsprechend der 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
- 6 eine Ansicht entsprechend der 2 gemäß dem Stand der Technik.
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In der 1 ist ein elektrisch betriebenes Fahrzeug gezeigt. In der Bodengruppe der Karosseriestruktur des Fahrzeuges ist eine Traktionsbatterie 1 (2) positioniert, die sich in der Fahrzeugquerrichtung y zwischen seitlichen Schwellern 3 erstreckt. Die Schweller 3 begrenzen in der Fahrzeuglängsrichtung x zwischen einer A-Säule 5 und einer B-Säule 7 bodenseitig eine vordere Seitentüröffnung. Diese ist in der 1 mittels einer schwenkbar angelegten Fahrzeugtür 9 schließbar. Zwischen der B-Säule 7 und der C-Säule 11 begrenzt der Schweller 3 bodenseitig eine hintere Seitentüröffnung, die mittels einer in Fahrzeuglängsrichtung x verstellbaren Schiebetür 13 schließbar ist.
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Der in der 2 und in der 4 gezeigte Schweller 3 ist als ein Hohlträger ausgebildet, und zwar mit einem in der Fahrzeugquerrichtung y fahrzeugäußeren Schwelleraußenteil 14 und einem in der Fahrzeugquerrichtung y fahrzeuginneren Schwellerinnenteil 15. Diese definieren zusammen einen Schweller-Hohlraum 16.
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Nachfolgend ist zum einfacheren Verständnis der Erfindung zunächst eine nicht von der Erfindung umfasste Vergleichsform anhand der 6 beschrieben:
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In der 6 (Stand der Technik) ist im Schweller-Hohlraum 16 eine als Aluminium-Strangpressprofil ausgebildete Seitencrash-Verstärkung bzw. ein Verstärkungselement 19 angeordnet, das bereits vor dem KTL-Prozess im noch nicht lackierten Rohbau integriert ist. Der Schweller 3 weist in der 6 einen Profilboden 21 auf, der eine Anschraubbasis AB für die Traktionsbatterie 1 bildet. Die Anschraubbasis AB ist in der 6 aus einem Gehäuseflansch 23 gebildet, der von einem Batteriegehäuse 22 der Traktionsbatterie 1 in einer Horizontalebene abragt. Der Gehäuseflansch 23 weist ein Schraubloch 25 auf. In der, in der 6 gezeigten Zusammenbaulage ist das Gehäuseflansch-Schraubloch 25 in Flucht mit einem korrespondierenden Schwellerboden-Schraubloch 27 angeordnet. Die beiden Schraublöcher 25, 27 sind von einem Schraubbolzen 29 durchsetzt, der mit einer am Schwellerboden 21 verschweißten Schweißmutter 28 verschraubt ist. Beim Zusammenbauvorgang wird zunächst die Traktionsbatterie 1 in einer Fügerichtung I (6) von fahrzeugunten in einen Montageraum 31 eingesetzt, der in der Fahrzeughochrichtung z von einem Bodenblechteil 33 begrenzt ist. Anschließend wird der Gehäuseflansch 23 der Traktionsbatterie 1 am Schwellerboden 21 verschraubt.
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Im Unterschied zur obigen Vergleichsform gemäß der 6 ist erfindungsgemäß das Verstärkungselement 19 in der 2 nicht mehr innerhalb des Schweller-Hohlraums 16 positioniert, sondern vielmehr außenseitig am Schwellerboden 37 unter Bildung einer ersten Anbindungsstelle A1 angeschraubt. Das am Schweller 3 angebundene Verstärkungselement 19 bildet in der 2 wiederum eine Anschraubbasis AB zur Anbindung der Traktionsbatterie 1 von fahrzeugunten.
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Analog zur 6 ist auch in der 2 die Traktionsbatterie 1 über deren Gehäuseflansch 23 in Schraubverbindung, und zwar direkt an einem Profilboden 35 des Verstärkungselementes 19. Der Profilboden 35 des Verstärkungselements 19 ist dagegen in der 6 (Stand der Technik) funktionslos für die Anbindung der Batterie. Zudem ist in der 2 ein fahrzeugunterer Gehäusedeckel 24 am Batteriegehäuse 22 montiert, der in der 6 (Stand der Technik) nicht dargestellt ist.
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Das Verstärkungselement 19 ist in der 2 im Unterschied zur 6 (Stand der Technik) in der Fahrzeughochrichtung z in Flucht unterhalb des Schwellers 3 positioniert. Im Hinblick auf eine einwandfreie Seitencrash-Sicherheit ist das Verstärkungselement 19 und die Traktionsbatterie 1 in der Fahrzeughochrichtung z in etwa auf gleicher Höhe angeordnet.
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In der 2 weist der Schweller 3 zusätzlich zu dem fahrzeugäußeren Schwelleraußenteil 14 und dem fahrzeuginneren Schwellerinnenteil 15 ein fahrzeugunteres Schließblechteil 37 auf, das den Schwellerboden bildet. Das Schließblechteil 37 begrenzt den Schweller-Hohlraum 16 nach fahrzeugunten und verbindet die beiden Schwellerinnen- und -außenteile 14, 15. Am Schließblechteil 37 ist zudem, unter Bildung der oben genannten ersten Anbindungsstelle A1, das Verstärkungselement 19 angebunden.
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Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist das Schwelleraußenteil 14 in der Fahrzeughochrichtung z nach fahrzeugunten über das horizontale Schließblechteil 37 hinaus mit einer Montagewand 39 verlängert. An der Montagewand 39 ist unter Bildung einer zweiten Anbindungsstelle A2 das Verstärkungselement 19 angebunden. Die Montagewand 39 spannt zusammen mit dem Schließblechteil 37 einen Inneneckbereich auf, in dem das Verstärkungselement 19 beim Zusammenbau lagerichtig vorpositionierbar ist.
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In der 2 weist das Schwellerinnenteil 15 einen horizontal in der Fahrzeugquerrichtung y nach fahrzeuginnen abragenden Schweller-Fügeflansch 41 auf. An dem Schweller-Fügeflansch 41 ist unter Bildung einer Flanschverbindung F ein Fügeflansch 43 des Schließblechteils 37 angebunden. Die Flanschverbindung F stellt eine dritte Anbindungsstelle A3 bereit, an der ein Fügeflansch 45 des Verstärkungselements 19 anbindbar ist.
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Mit dem in der 2 oder 4 gezeigten Schweller-Aufbau wird die nachfolgende Prozesskette zur Fahrzeugherstellung ermöglicht, wie sie in dem Blockschaltdiagramm der 3 angedeutet ist: So wird die Karosseriestruktur mit noch nicht daran montiertem Verstärkungselement 19 bereitgestellt und einem KTL-Prozess unterworfen. Im KTL-Prozess wird in einem ersten Prozessschritt eine Tauchlackierung auf die Karosseriestruktur aufgebracht. Anschließend wird in einem zweiten Prozessschritt die Karosseriestruktur in einen KTL-Ofen transferiert, in dem die Tauchlackierung thermisch ausgehärtet wird. Nach erfolgtem KTL-Prozess wird das Verstärkungselement 19 am Schweller 3 montiert. Am montierten Verstärkungselement 19 wird dann die Traktionsbatterie 1 befestigt.
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In der 2 bildet der Schweller-Hohlraum 16 des Schwellers 3 einen gestrichelt angedeuteten Stauraum 47, in dem Kinematik-Komponenten zur Längsverstellung der Schiebetür 13 angeordnet sind.
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Gemäß der 2 verläuft das Schließblechteil 37 des Schwellers 3 im Wesentlichen horizontal und ist dieses ebenflächig ausgebildet. Im Unterschied dazu ist in der 4 das Blechschließteil 37 im Hinblick auf eine Vergrößerung des für das Verstärkungselement 19 verfügbaren Bauraums gestaltet: So weist in der 4 das Blechschließteil 37 ein nach fahrzeugunten offenes, U-förmiges Querschnittsprofil 38 auf. Das U-förmige Querschnittsprofil 38 ragt in den Schweller-Hohlraum 16 verschachtelt ein. In gleicher Weise ist auch das Verstärkungselement 19 verschachtelt in dem U-förmigen Querschnittsprofil 38 des Blechschließteils 37 positioniert. Der in der 2 gezeigte Aufbau ist darüber hinaus auch bei Fahrzeugen denkbar, die keine Schiebetür zwischen der A-Säule und der C-Säule haben.
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In der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, das im Wesentlichen dieselben Merkmale wie die vorangegangenen Ausführungsbeispiele aufweist. Von daher wird auf die Vorbeschreibung verwiesen. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist in der 5 das Verstärkungselement 19 materialeinheitlich und/oder einstückig am Batteriegehäuse 22 der Traktionsbatterie 1 angeformt. Dadurch kann im Fertigungsprozess das Verstärkungselement 19 zusammen mit der Traktionsbatterie 1 als eine separate Vormontageeinheit vorgehalten werden. Von daher wird nach erfolgtem KTL-Prozess die Vormontageeinheit (bestehend aus der Traktionsbatterie 1 und dem Verstärkungselement 19) von fahrzeugunten direkt am Schweller 3, das heißt an dessen Schließblechteil 37, montiert.
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Wie aus der Vorbeschreibung hervorgeht, besteht der Kerngedanke der Erfindung allgemein darin, das Verstärkungselement 19 erst nach dem KTL-Prozess am Schweller 3 zu verbauen. Der Einbauort am Schweller 3 ist dabei von nachrangiger Bedeutung. Von daher ist die Erfindung nicht auf das vorangegangene Ausführungsbeispiel beschränkt, wonach das Verstärkungselement 19 nach erfolgtem KTL-Prozess außenseitig am Schweller 3 angebunden wird. Vielmehr kann in einem alternativen Ausführungsbeispiel das Verstärkungselement 19 nach dem KTL-Prozess in der Fahrzeuglängsrichtung x in den Schweller-Hohlraum 16 einführbar sein. In diesem Fall ist daher die Fügerichtung I in Flucht zur Fahrzeuglängsrichtung x.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Traktionsbatterie
- 3
- Schweller
- 5
- A-Säule
- 7
- B-Säule
- 9
- schwenkbare Fahrzeugtür
- 11
- C-Säule
- 13
- Schiebetür
- 14
- Schwelleraußenteil
- 15
- Schwellerinnenteil
- 16
- Schweller-Hohlraum
- 19
- Verstärkungselement
- 21
- Schwellerboden
- 22
- Batteriegehäuse
- 23
- Gehäuseflansch
- 24
- Gehäusedeckel
- 25
- Gehäuseflansch-Schraubloch
- 27
- Schwellerboden-Schraubloch
- 28
- Schweißmutter
- 29
- Bolzen
- 31
- Montageraum
- 33
- Bodenblechteil
- 35
- Verstärkungselement-Profilboden
- 37
- Schließblechteil
- 38
- U-förmiges Querschnittsprofil
- 39
- Montagewand
- 41
- Schweller-Fügeflansch
- 43
- Schließblechteil-Fügeflansch
- 45
- Verstärkungselement-Fügeflansch
- 47
- Bauraum
- A1, A2, A3
- Anbindungsstellen
- F
- Flanschverbindung
- I
- Fügerichtung
- AB
- Anschraubbasis
