DE102020104757A1

DE102020104757A1 - Method for producing a vehicle body and vehicle body and body theory

Info

Publication number: DE102020104757A1
Application number: DE102020104757.6A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-02-24
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugkarosserie (1), wobei wenigstens eine Karosseriegroßstruktur (2) der Fahrzeugkarosserie (1) bionisch ausgelegt und durch bionisch dimensionierte und angeordnete Strukturelemente (3) gebildet wird. Die Karosseriegroßstruktur (2) wird dazu mittels wenigstens eines Formgussverfahrens in wenigstens einer Gießform gegossen, sodass die Karosseriegroßstruktur (2) einstückig mit den Strukturelementen (3) hergestellt wird.Method for producing a vehicle body (1), wherein at least one large body structure (2) of the vehicle body (1) is designed bionically and is formed by bionically dimensioned and arranged structural elements (3). For this purpose, the large body structure (2) is cast in at least one casting mold by means of at least one molding process, so that the large body structure (2) is produced in one piece with the structural elements (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugkarosserie und wenigstens eine Fahrzeugkarosserie, insbesondere eine Karosseriegroßstruktur sowie eine Karosserielehre für die Herstellung einer Fahrzeugkarosserie.The present invention relates to a method for producing a vehicle body and at least one vehicle body, in particular a large body structure and a body gauge for producing a vehicle body.

Die Entwicklung moderner Fahrzeuge zeigt trotz großer Anstrengungen zur Gewichtsreduzierung (z. B. Aluminiumaußenhaut, Einsatz von Carbon und Mischbauweise im Karosseriebau etc.) immer weiter steigende Fahrzeuggewichte durch das Hinzukommen neuer Technologien, Assistenzsysteme und Geräte im Fahrzeug. Hinzukommend bedeutet der Einsatz verschiedener Materialien sowie der Einsatz vieler Einzelteile eine hohe Komplexität des Herstellungsprozesses und insbesondere des Fügeprozesses. Es werden zahlreiche Karosseriebauanlagen und somit große Flächen und damit verbunden viele Lieferanten benötigt, um eine Karosse nach heutigem Standard herzustellen.The development of modern vehicles shows, despite great efforts to reduce weight (e.g. aluminum outer skin, use of carbon and composite construction in body construction, etc.) ever increasing vehicle weights due to the addition of new technologies, assistance systems and devices in the vehicle. In addition, the use of different materials and the use of many individual parts means a high level of complexity in the manufacturing process and, in particular, in the joining process. Numerous body construction systems and thus large areas and associated many suppliers are required in order to manufacture a body according to today's standard.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine unaufwendig und wirtschaftlich herstellbare und zugleich gewichtsoptimierte und auch besonders sichere Fahrzeugkarosserie zu ermöglichen. Insbesondere sollen der Aufwand und der Flächenbedarf für die Fertigung reduziert werden. Zugleich soll aber auch das Fahrzeuggewicht bei gleichbleibender oder besserer Stabilität und Crashsicherheit gesenkt werden.It is therefore the object of the present invention to enable a vehicle body that is inexpensive and economical to manufacture and at the same time weight-optimized and also particularly safe. In particular, the effort and the space required for production should be reduced. At the same time, however, the vehicle weight should also be reduced while maintaining or improving stability and crash safety.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 12. Eine erfindungsgemäße Karosserielehre ist Gegenstand des Anspruchs 13. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele.This object is achieved by a method with the features of claim 1 and a vehicle body according to claim 12. A body teaching according to the invention is the subject matter of claim 13. Preferred developments are the subject matter of the subclaims. Further advantages and features of the present invention emerge from the general description and the description of the exemplary embodiments.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer Fahrzeugkarosserie für ein Kraftfahrzeug und insbesondere für einen Personenkraftwagen. Dabei wird wenigstens eine Karosseriegroßstruktur der Fahrzeugkarosserie bionisch ausgelegt. Die Karosseriegroßstruktur wird durch bionisch dimensionierte und insbesondere geformte und bionisch angeordnete Strukturelemente gebildet. Die Karosseriegroßstruktur wird dazu mittels wenigstens eines Formgussverfahrens in wenigstens einer (die Strukturelemente formenden) Gießform gegossen, sodass die Karosseriegroßstruktur einstückig, vorzugsweise werkstoffeinstückig, mit den Strukturelementen hergestellt wird.The method according to the invention is used to produce a vehicle body for a motor vehicle and in particular for a passenger car. In this case, at least one large body structure of the vehicle body is designed bionically. The large body structure is formed by bionically dimensioned and in particular shaped and bionically arranged structural elements. For this purpose, the large body structure is cast by means of at least one molding process in at least one casting mold (which forms the structural elements) so that the large body structure is produced in one piece, preferably in one piece, with the structural elements.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet das Gießen der bionischen einstückigen Karosseriegroßstruktur. Die Erfindung bietet somit die Möglichkeit, deutlich größere Karosseriesegmente als bisher üblich einteilig und belastungsoptimiert herzustellen. Dadurch wird das Fahrzeuggewicht bei gleichbleibender oder sogar verbesserter Stabilität und Crashsicherheit gesenkt. So können mit einem erheblich reduzierten Fertigungsaufwand und auf erheblich geringerer Fertigungsfläche besonders leichtgewichtige und zugleich stabile und sichere Karosserien bzw. Fahrzeuge hergestellt werden.The method according to the invention offers many advantages. The casting of the bionic one-piece large body structure offers a considerable advantage. The invention thus offers the possibility of producing significantly larger body segments than previously usual in one piece and in a load-optimized manner. As a result, the vehicle weight is reduced with the same or even improved stability and crash safety. In this way, particularly lightweight and at the same time stable and safe bodies or vehicles can be manufactured with a considerably reduced production effort and on a considerably smaller production area.

Insbesondere ist die Karosseriegroßstruktur einstückig hergestellt und ausgebildet. Insbesondere ist die Karosseriegroßstruktur ein einstückiges Gussbauteil und vorzugsweise Druckgussbauteil. Insbesondere wird die Karosseriegroßstruktur in einem einzigen Gießvorgang hergestellt. Insbesondere ist auch die Gießform bionisch ausgelegt. Insbesondere besteht die Karosseriegroßstruktur aus einem Gusswerkstoff und insbesondere einer Gusslegierung, vorzugsweise Druckgusslegierung.In particular, the large body structure is manufactured and designed in one piece. In particular, the large body structure is a one-piece cast component and preferably a die-cast component. In particular, the large body structure is produced in a single casting process. In particular, the casting mold is also designed bionically. In particular, the large body structure consists of a cast material and in particular a cast alloy, preferably a die-cast alloy.

Besonders bevorzugt wird die Karosseriegroßstruktur mittels wenigstens eines Druckgussverfahrens in wenigstens einer Druckgusswerkzeugeinheit gegossen. Insbesondere wird die Karosseriegroßstruktur in einem einzigen Druckgussvorgang hergestellt. Ein Druckgussverfahren bietet eine besonders vorteilhafte Umsetzung für das Gießen von bionischen Strukturen oder sogar ganzen Karosserien. Insbesondere ist das Formgussverfahren ein Druckgussverfahren und die Gießform eine Druckgusswerkzeugeinheit. Möglich sind auch andere Formgussverfahren.The large body structure is particularly preferably cast by means of at least one die-casting process in at least one die-casting tool unit. In particular, the large body structure is produced in a single die-casting process. A die-casting process offers a particularly advantageous implementation for the casting of bionic structures or even entire bodies. In particular, the molding process is a die-casting process and the casting mold is a die-casting tool unit. Other molding processes are also possible.

Insbesondere weist die Karosseriegroßstruktur eine formgussfähige und vorzugsweise druckgussfähige Geometrie auf. Insbesondere weist die Karosseriegroßstruktur keine Hinterschneidungen auf, welche eine Entformung aus der Gießform blockieren. Die Gießform und insbesondere die Druckgusswerkzeugeinheit sind insbesondere mehrteilig ausgeführt.In particular, the large body structure has a moldable and preferably die-castable geometry. In particular, the large body structure does not have any undercuts that block removal from the mold. The casting mold and in particular the die-casting tool unit are in particular designed in several parts.

Insbesondere wird für das Druckgussverfahren wenigstens eine Druckgusslegierung und vorzugsweise eine Metalllegierung und beispielsweise eine Aluminiumlegierung oder Magnesiumlegierung eingesetzt. Möglich ist auch der Einsatz von Kunststoffwerkstoffen. Für das Formgussverfahren können auch andere geeignete gießfähige Leichtbauwerkstoffe eingesetzt werden.In particular, at least one die-cast alloy and preferably a metal alloy and, for example, an aluminum alloy or magnesium alloy is used for the die-casting process. The use of plastic materials is also possible. Other suitable castable lightweight construction materials can also be used for the molding process.

In einer besonders vorteilhaften und bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Karosseriegroßstruktur wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung für wenigstens eine Traktionsbatterie oder ist als eine solche ausgebildet. Die Aufnahmeeinrichtung ist insbesondere als eine Batterierahmeneinheit ausgebildet oder umfasst wenigstens eine solche. Insbesondere ist die Aufnahmeeinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, im Unterbodenbereich der Fahrzeugkarosserie angeordnet zu werden oder stellt wenigstens einen Unterbodenbereich bereit. Insbesondere dient die Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme wenigstens einer Unterbodenbatterie. Insbesondere ist die Fahrzeugkarosserie für ein wenigstens teilweise und vorzugsweise vollständig elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Traktionsbatterie ist für insbesondere für einen Fahrantrieb eines solchen Fahrzeugs vorgesehen. Das bietet eine erheblich unaufwendigere und wirtschaftlichere Fertigung der Aufnahmeeinrichtung. Zugleich trägt die Aufnahmeeinrichtung erheblich zur Sicherheit des Fahrzeugs und zur Stabilität der Karosserie bei.In a particularly advantageous and preferred embodiment, the large body structure comprises at least one receiving device for at least one traction battery or is designed as such. The receiving device is in particular designed as a battery frame unit formed or comprises at least one such. In particular, the receiving device is suitable and designed to be arranged in the underbody area of the vehicle body or provides at least one underbody area. In particular, the receiving device serves to receive at least one underbody battery. In particular, the vehicle body is intended for an at least partially and preferably completely electrically operated motor vehicle. The traction battery is intended in particular for driving such a vehicle. This offers a considerably less complex and more economical production of the receiving device. At the same time, the receiving device makes a significant contribution to the safety of the vehicle and the stability of the body.

Die Karosseriegroßstruktur umfasst vorzugsweise einen Vorderwagen und/oder einen Hinterwagen und/oder eine Fahrgastzelle und/oder eine Bodengruppe. Die Karosseriegroßstruktur ist bevorzugt als ein Vorderwagen oder Hinterwagen oder als eine Fahrgastzelle oder eine Bodengruppe ausgebildet. Möglich und bevorzugt ist auch, dass die Karosseriegroßstruktur eine Gesamtkarosserie bereitstellt. Die Karosseriegroßstruktur ist insbesondere kompletter Karosserieaufbau. Die Karosseriegroßstruktur kann wenigstens ein Verstärkungsteil und/oder wenigstens ein Anbauteil umfassen oder als ein solches ausgebildet sein. Durch die Herstellung solcher besonders großen Strukturen bietet die Erfindung besonders viele Vorteile. The large body structure preferably comprises a front end and / or a rear end and / or a passenger cell and / or an underbody. The large body structure is preferably designed as a front or rear car or as a passenger cell or a floor assembly. It is also possible and preferred that the large body structure provides an overall body. The large body structure is, in particular, a complete body structure. The large body structure can comprise at least one reinforcement part and / or at least one add-on part or be designed as such. By producing such particularly large structures, the invention offers a particularly large number of advantages.

Es ist möglich und vorteilhaft, dass sich die Karosseriegroßstruktur über wenigstens ein Viertel und besonders bevorzugt über wenigstens ein Drittel der Gesamtlänge und/oder Gesamtbreite der Fahrzeugkarosserie erstreckt. Möglich und vorteilhaft ist auch, dass sich die Karosseriegroßstruktur über wenigstens die Hälfte oder wenigstens drei Viertel der Gesamtlänge und/oder Gesamtbreite der Fahrzeugkarosserie erstreckt. Möglich und vorteilhaft ist ebenfalls, dass sich die Karosseriegroßstruktur über die gesamte Länge und/oder die gesamte Breite der Fahrzeugkarosserie erstreckt. Dazu ist insbesondere eine an die Größe der Karosseriegroßstruktur angepasste Gussmaschine und vorzugsweise Druckgussmaschine vorgesehen. Insbesondere sie Druckgussmaschine dazu geeignet und ausgebildet, eine derart dimensionierte bionische Karosseriegroßstruktur einstückig zu gießen.It is possible and advantageous for the large body structure to extend over at least a quarter and particularly preferably over at least a third of the total length and / or total width of the vehicle body. It is also possible and advantageous for the large body structure to extend over at least half or at least three quarters of the overall length and / or overall width of the vehicle body. It is also possible and advantageous for the large body structure to extend over the entire length and / or the entire width of the vehicle body. For this purpose, a casting machine and preferably a die-casting machine adapted to the size of the large body structure is provided in particular. In particular, the die-casting machine is suitable and designed to cast a large bionic body structure dimensioned in this way in one piece.

Die Karosseriegroßstruktur umfasst vorzugsweise skelettartig angeordnete Strukturelemente. Dabei ist die Karosseriegroßstruktur vorzugsweise ein gegossenes und insbesondere lastoptimiertes Leichtbauskelett oder umfasst wenigstens ein solches. Dadurch kann besonders hohe Stabilität bei sehr geringem Materialeinsatz erreicht werden. Erfindungsgemäß wird unter der skelettartigen Anordnung der Strukturelemente auch eine gitterartige Anordnung der Strukturelemente verstanden. Möglich sind auch andere geeignete räumliche bionische Anordnungsstrukturen. Der Füllgrad des Leichtbauskeletts mit den Strukturelementen und/oder der Verlauf der Strukturelemente im Leichtbauskelett ist insbesondere an den zu erwartenden Kraftfluss angepasst. Insbesondere sind die Strukturelemente kraftflussgerecht dimensioniert und/oder angeordnet.The large body structure preferably comprises structural elements arranged in the manner of a skeleton. The large body structure is preferably a cast and, in particular, load-optimized lightweight skeleton or comprises at least one such. In this way, particularly high stability can be achieved with very little use of material. According to the invention, the skeletal arrangement of the structural elements is also understood to mean a grid-like arrangement of the structural elements. Other suitable spatial bionic arrangement structures are also possible. The degree of filling of the lightweight skeleton with the structural elements and / or the course of the structural elements in the lightweight skeleton is adapted in particular to the force flow to be expected. In particular, the structural elements are dimensioned and / or arranged in accordance with the force flow.

Insbesondere ist die Dimensionierung und/oder Anordnung der Strukturelemente bionisch berechnet. Insbesondere wird dort mehr Werkstoff angeordnet, wo die zu erwartenden Belastungen größer sind. Insbesondere wird dort weniger Werkstoff angeordnet, wo die erwartenden Belastungen geringer sind. Insbesondere ist die Karosseriegroßstruktur auf Gewicht und Stabilität optimiert. Insbesondere werden Konstruktionsparadigmen für Tragstrukturen der belebten Natur auf die Karosseriegroßstruktur angewandt. Insbesondere ist die Karosseriegroßstruktur strukturbionisch ausgelegt. Insbesondere umfasst die Karosseriegroßstruktur einen bionischen Gradientenaufbau und/oder Verbundaufbau.In particular, the dimensioning and / or arrangement of the structural elements is calculated bionically. In particular, more material is arranged where the loads to be expected are greater. In particular, less material is placed where the expected loads are lower. In particular, the large body structure is optimized for weight and stability. In particular, construction paradigms for supporting structures of living nature are applied to the large body structure. In particular, the large body structure is designed structurally bionically. In particular, the large body structure comprises a bionic gradient structure and / or composite structure.

Die Strukturelemente werden vorzugsweise derart dimensioniert und/oder angeordnet, dass bei betriebsgemäß zu erwartender Belastung innerhalb der Karosseriegroßstruktur eine wenigstens näherungsweise gleichmäßige Zugbeanspruchung auf die Strukturelemente einwirkt. Dabei ist bevorzugt, dass die betriebsgemäße Zugbeanspruchung um ein Vielfaches größer ist als eine Druckbeanspruchung und/oder Biegebeanspruchung und/oder Torsionsbeanspruchung der Strukturelemente. Das Vielfache beträgt hierbei insbesondere wenigstens 100 oder wenigstens 1000 oder wenigstens 10.000 oder mehr. Zur Erzielung der wenigstens näherungsweise gleichmäßigen Zugbeanspruchung ist insbesondere ein Faktor für die Abweichung der Zugbeanspruchung vorgesehen, wobei der Faktor insbesondere nicht mehr als 100 oder vorzugsweise nicht mehr als zehn oder besonders bevorzugt nicht mehr als fünf beträgt. Möglich und vorteilhaft ist auch ein Faktor von nicht mehr als eins oder nicht mehr als 0,5 oder darunter. Solche Ausgestaltungen ermöglichen ein besonders Material sparendes Abfangen der Zugkräfte, wodurch eine besonders leichte und zugleich besonders sichere Fahrzeugkarosserie erreicht wird.The structural elements are preferably dimensioned and / or arranged in such a way that in the event of an operationally expected load within the large body structure, an at least approximately uniform tensile stress acts on the structural elements. It is preferred here that the operational tensile stress is many times greater than a compressive stress and / or bending stress and / or torsional stress on the structural elements. The multiple is in particular at least 100 or at least 1000 or at least 10,000 or more. In order to achieve the at least approximately uniform tensile stress, a factor for the deviation of the tensile stress is provided in particular, the factor being in particular not more than 100 or preferably not more than ten or particularly preferably not more than five. A factor of not more than one or not more than 0.5 or less is also possible and advantageous. Such configurations enable the tensile forces to be intercepted in a particularly material-saving manner, as a result of which a particularly light and at the same time particularly safe vehicle body is achieved.

Besonders bevorzugt sind die Strukturelemente derart dimensioniert und/oder angeordnet, dass die betriebsgemäße Druckbeanspruchung der Strukturelemente größer als eine Biegebeanspruchung und/oder Torsionsbeanspruchung der Strukturelemente ist. Durch eine solche Ausgestaltung kann besonders leicht gebaut werden, da die Aufnahme solcher Beanspruchungen ansonsten besonders viel Materialaufwand erfordern würde.The structural elements are particularly preferably dimensioned and / or arranged in such a way that the operational compressive stress on the structural elements is greater than a bending stress and / or torsional stress on the structural elements. Such a configuration makes it particularly easy to build, since the absorption of such stresses would otherwise require a particularly large amount of material.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung werden die Strukturelemente dort, wo bei betriebsgemäß zu erwartender Belastung innerhalb der Karosseriegroßstruktur Druckbeanspruchungen und/oder Biegebeanspruchungen und/oder Torsionsbeanspruchungen auftreten, mit Knotenverstärkungen und/oder mit Profilierungen und/oder mit kurvenartigen und vorzugsweise parabelartigen Verbindungsübergängen ausgestattet werden. Das ermöglicht eine besonders gezielte und wirksame Optimierung von Gewicht und Stabilität.In a particularly advantageous development, the structural elements are equipped with knot reinforcements and / or profiles and / or with curve-like and preferably parabolic connecting transitions where compressive stresses and / or bending stresses and / or torsional stresses occur within the large body structure when the load is expected during operation. This enables a particularly targeted and effective optimization of weight and stability.

In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass die Positionen und/oder die Anzahl und/oder der Verlauf und/oder die Querschnittsflächen der Strukturelemente bionisch ausgelegt werden. Auch das bietet eine vorteilhafte Optimierung von Gewicht und Stabilität. Vorzugsweise werden auch die Verbindungen der Strukturelemente bzw. die Knotenpunkte der Karosseriegroßstruktur bionisch ausgelegt.In all configurations, it is particularly preferred that the positions and / or the number and / or the course and / or the cross-sectional areas of the structural elements are designed bionically. This also offers an advantageous optimization of weight and stability. The connections of the structural elements or the nodes of the large body structure are preferably also designed bionically.

Besonders bevorzugt ist auch, dass die Anzahl und/oder die Positionen von Knotenpunkten, an denen die Strukturelemente miteinander verbunden sind, bionisch ausgelegt werden. Insbesondere ist die Formgebung bzw. Geometrie der Knotenpunkte bionisch ausgelegt. Beispielsweise wird dazu wenigstens ein Algorithmus herangezogen, welcher auf einem Optimierungsmodell aus der belebten Natur basiert.It is also particularly preferred that the number and / or the positions of nodes at which the structural elements are connected to one another are designed bionically. In particular, the shape or geometry of the nodes is designed bionically. For example, at least one algorithm based on an optimization model from living nature is used for this purpose.

Die erfindungsgemäße Fahrzeugkarosserie umfasst wenigstens eine bionisch ausgelegte und durch bionisch dimensionierte und bionisch angeordnete Strukturelemente gebildete Karosseriegroßstruktur. Die Karosseriegroßstruktur ist dabei einstückig gegossen. Auch die erfindungsgemäße Fahrzeugkarosserie löst die zuvor gestellte Aufgabe besonders vorteilhaft und bietet die für das Verfahren genannten Vorteile. Die Karosseriegroßstruktur und insbesondere die Strukturelemente sind vorzugsweise wie zuvor beschrieben ausgebildet. Die Fahrzeugkarosserie ist insbesondere nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt.The vehicle body according to the invention comprises at least one bionically designed body structure formed by bionically dimensioned and bionically arranged structural elements. The large body structure is cast in one piece. The vehicle body according to the invention also solves the problem set above in a particularly advantageous manner and offers the advantages mentioned for the method. The large body structure and in particular the structural elements are preferably designed as described above. The vehicle body is produced in particular according to the method described above.

Die erfindungsgemäße Karosserielehre ist für die Herstellung einer Fahrzeugkarosserie geeignet und ausgebildet. Die Karosserielehre ist vorzugsweise eine Ringlehre. Möglich sind auch andere Arten von Karosserielehren. Die Karosserielehre umfasst wenigstens einen bionisch ausgelegten und durch bionisch dimensionierte und bionisch angeordnete Strukturelemente gebildeten und einstückig gegossenen Karosserielehrenkörper.The body theory according to the invention is suitable and designed for the production of a vehicle body. The body gauge is preferably a ring gauge. Other types of body gauges are also possible. The body gauge comprises at least one bionically designed body gauge body formed by bionically dimensioned and bionically arranged structural elements and cast in one piece.

Die erfindungsgemäße Karosserielehre löst die zuvor genannte Aufgabe ebenfalls besonders vorteilhaft und bietet beispielsweise einen erheblich geringeren Flächen- und Logistikbedarf. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Karosserielehre bei gleichbleibender Stabilität eine Gewichtseinsparung von 50 % oder mehr bieten. Der Karosserielehrenkörper und insbesondere die Strukturelemente sind vorzugsweise wie zuvor für das Verfahren beschrieben ausgebildet. Insbesondere wird die Karosserielehre, soweit technisch möglich und sinnvoll, derart hergestellt, wie es zuvor für die Karosseriegroßstruktur beschrieben wurde.The body theory according to the invention also solves the aforementioned problem in a particularly advantageous manner and offers, for example, a considerably lower space and logistics requirement. For example, the body gauge according to the invention can offer a weight saving of 50% or more while maintaining the same stability. The body gauge body and in particular the structural elements are preferably designed as described above for the method. In particular, as far as technically possible and sensible, the body gauge is produced in the manner described above for the large body structure.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche mit Bezug auf die beiliegende Figur im Folgenden erläutert werden.Further advantages and features of the present invention emerge from the exemplary embodiments, which are explained below with reference to the accompanying figure.

Darin zeigen

1 eine stark schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosserie in einer perspektivischen Ansicht; und
2 eine stark schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Karosserielehre in einer perspektivischen Ansicht.

Show in it

1 a highly schematic representation of a vehicle body according to the invention in a perspective view; and
2 a highly schematic representation of a body gauge according to the invention in a perspective view.

Die 1 zeigt eine stark schematisiert dargestellte Fahrzeugkarosserie 1, welche hier nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Die Fahrzeugkarosserie 1 wird hier durch mehrere Karosseriegroßstrukturen 2 gebildet, nämlich einen Vorderwagen 5, einen Hinterwagen 6, eine Fahrgastzelle 7 und eine Bodengruppe 8 sowie eine Aufnahmeeinrichtung 4 für eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs. Die Aufnahmeeinrichtung 4 ist hier als eine Batterierahmeneinheit 14 für eine Unterbodenbatterie ausgebildet und ist im Unterbodenbereich der Fahrzeugkarosserie 1 angeordnet.the 1 shows a vehicle body shown in a highly schematic manner 1 which was produced here by the method according to the invention. The vehicle body 1 is here by several large body structures 2 formed, namely a front end 5 , a rear end 6th , a passenger compartment 7th and a floor pan 8th as well as a receiving device 4th for a traction battery of an electric vehicle. The receiving facility 4th is here as a battery frame unit 14th designed for an underbody battery and is in the underbody area of the vehicle body 1 arranged.

Dabei sind die Karosseriegroßstrukturen 2 bionisch ausgelegt. Dazu werden die Karosseriegroßstrukturen 2 durch hier nicht näher dargestellte bionisch dimensionierte und bionisch angeordnete Strukturelemente 3 gebildet. Die Karosseriegroßstrukturen 2 werden mittels eines Druckgussverfahrens in einer entsprechend dimensionierten Druckgusswerkzeugeinheit gegossen. Die Karosseriegroßstrukturen 2 sind somit jeweils einstückige Bauteile. Anschließend werden die Karosseriegroßstrukturen 2 zur Gesamtkarosserie 10 zusammengesetzt.The body structures are large 2 bionically designed. The large body structures are used for this purpose 2 by bionically dimensioned and bionically arranged structural elements not shown here 3 educated. The large body structures 2 are cast using a die-casting process in a correspondingly dimensioned die-casting tool unit. The large body structures 2 are therefore each one-piece components. Then the body structures are large 2 to the overall body 10 composed.

Dabei sind die Strukturelemente 3 skelettartig angeordnet, sodass die Karosseriegroßstrukturen 2 jeweils ein gegossenes bionisch ausgelegtes Leichtbauskelett 12 sind. Für ein beispielhaftes Prinzip eines solchen Leichtbauskeletts 12 und eine beispielhafte Anordnung der Strukturelemente 3 wird auf die 2 verwiesen, wo die erfindungsgemäße Karosserielehre 100 gezeigt ist.Here are the structural elements 3 Arranged like a skeleton, so that the large body structures 2 each a cast bionically designed lightweight skeleton 12th are. For an exemplary principle of such a lightweight skeleton 12th and an exemplary arrangement of the structural elements 3 is on the 2 referenced where the body theory according to the invention 100 is shown.

In einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auch die Gesamtkarosserie 10 insgesamt durch bionisch dimensionierte und angeordnete Strukturelemente gebildet werden. Dann wird die Gesamtkarosserie 10 mittels des Druckgussverfahrens in der Druckgusswerkzeugeinheit als ein einstückiges Bauteil gegossen. Die gesamte Fahrzeugkarosserie 1 wird dann durch eine einzige Karosseriegroßstruktur 2 gebildet.In an advantageous variant of the method according to the invention, the entire body 10 are formed overall by bionically dimensioned and arranged structural elements. Then the whole body 10 Cast by means of the die-casting process in the die-casting tool unit as a one-piece component. The entire vehicle body 1 is then made up of a single large body structure 2 educated.

In der 2 ist eine erfindungsgemäße Karosserielehre 100 gezeigt, welche hier als eine Ringlehre 101 ausgebildet ist. Die Karosserielehre 100 weist hier einen Karosserielehrenkörper 102 auf, welcher bionisch ausgelegt und durch bionisch dimensionierte und angeordnete Strukturelemente 3 gebildet wird. Dabei ist der Karosserielehrenkörper 102 einstückig beispielsweise mittels eines Druckgussverfahrens gegossen. Für die Vermessung bzw. Ausrichtung von Karosserieteilen ist der Karosserielehrenkörper 102 hier mit Hilfsrahmen 103 und weiteren nicht näher dargestellten Befestigungselementen ausgestattet. Der hier gezeigte Karosserielehrenkörper 102 bietet eine Gewichtseinsparung von 50% bei gleichbleibender Stabilität.In the 2 is a body teaching according to the invention 100 shown here as a ring gauge 101 is trained. The body theory 100 shows here a body gauge body 102 on which bionically designed and through bionically dimensioned and arranged structural elements 3 is formed. Here is the body gauge body 102 cast in one piece, for example by means of a die-casting process. The body gauge body is used for measuring or aligning body parts 102 here with subframe 103 and other fasteners not shown. The body gauge body shown here 102 offers a weight saving of 50% with constant stability.

Durch die bionische Auslegung und Anordnung der Strukturelemente 3 ergibt sich hier ein gegossenes Leichtbauskelett 12. Um die Knotenpunkte im Karosserielehrenkörper 102 besonders kraftflussgerecht zu gestalten, sind die Verbindungsübergänge 13 zwischen den Strukturelementen 3 hier parabelartig ausgestattet.Due to the bionic design and arrangement of the structural elements 3 the result is a cast lightweight skeleton 12th . Around the nodes in the body gauge body 102 The connection transitions are to be designed particularly in accordance with the flow of forces 13th between the structural elements 3 here equipped like a parabolic.

Für die bionische Auslegung der Strukturelemente 3 im Leichtbauskelett 12 kann ein Algorithmus eingesetzt werden, welcher ein Optimierungsmodell beispielsweise von Bäumen zur gezielten Ausbildung von Zugholz und Druckholz berücksichtigt. Durch ein solches Modell können sich Bäume zu einem Körper mit besonders gleichmäßigen Zugspannungen optimieren. Alternativ oder zusätzlich können auch andere bionische Ansätze und beispielsweise strukturbionische Algorithmen herangezogen werden.For the bionic design of the structural elements 3 in the lightweight skeleton 12th An algorithm can be used which takes into account an optimization model of trees, for example, for the targeted formation of tensile timber and pressure timber. With such a model, trees can optimize themselves to form a body with particularly uniform tensile stresses. Alternatively or additionally, other bionic approaches and, for example, structural bionic algorithms can also be used.

Die hier vorgestellte Erfindung betrifft die Herstellung einer bionisch ausgelegten und gegossenen Fahrzeugkarosserie 1. Die Gussteile können z. B. einzelne Strukturteile des Vorder-, Hinterwagens oder des Bodens aber auch komplette Karosserieaufbauten sowie Verstärkungsteile sein, zum Beispiel in Anbauteilen oder im Bereich des Batterierahmens. Dafür werden mitunter eine entsprechend große Druckgussmaschine sowie die entsprechenden Druckgusswerkzeuge benötigt. Dies bietet die Möglichkeit, deutlich größere Segmente als heute üblich einteilig und belastungsoptimiert herzustellen.The invention presented here relates to the production of a bionically designed and cast vehicle body 1 . The castings can, for. B. individual structural parts of the front, rear or floor but also complete body structures and reinforcement parts, for example in add-on parts or in the area of the battery frame. A correspondingly large die-casting machine and the corresponding die-casting tools are sometimes required for this. This offers the possibility of producing significantly larger segments than is common today in one piece and in a load-optimized manner.

Die hier gezeigte bionisch gestaltete Karosserie 1 bietet die Lösung, das Fahrzeuggewicht bei gleichbleibender Stabilität und Crashsicherheit zu senken. Das Gießen großer Segmente 2 oder sogar ganzer Karosserien 10 bietet Potenziale, die Komplexität des Handlings- und Betreuungsaufwands vieler verschiedener Einzelteile deutlich zu reduzieren und Fertigungsflächen intern sowie beim Lieferanten einzusparen. Bionisch ausgelegte Karosseriesegmente können durch definierte Annahmen der Krafteinleitung in die Bauteile, wie die Batterie eines BEV, bei niedrigerem Gewicht schützen und die Zugänglichkeit erhöhen.The bionically designed body shown here 1 offers the solution to reduce the vehicle weight while maintaining stability and crash safety. The casting of large segments 2 or even entire bodies 10 offers the potential to significantly reduce the complexity of the handling and support effort of many different individual parts and to save internal production space as well as at the supplier. Bionically designed body segments can protect the components, such as the battery of a BEV, with a lower weight and increase accessibility through defined assumptions about the introduction of forces.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: FahrzeugkarosserieVehicle body
22: KarosseriegroßstrukturLarge body structure
33: StrukturelementeStructural elements
44th: AufnahmeeinrichtungReceiving facility
55: VorderwagenFront end
66th: HinterwagenRear end
77th: FahrgastzellePassenger compartment
88th: BodengruppeFloor pan
1010: GesamtkarosserieTotal body
1212th: LeichtbauskelettLightweight skeleton
1313th: VerbindungsübergängeConnection transitions
1414th: BatterierahmeneinheitBattery frame unit
100100: KarosserielehreBody theory
101101: RinglehreRing gauge
102102: KarosserielehrenkörperBody gauge body
103103: HilfsrahmenSubframe

Claims

A method for manufacturing a vehicle body (1), wherein at least one large body structure (2) of the vehicle body (1) is designed bionically and formed by bionically dimensioned and arranged structural elements (3) and the large body structure (2) for this purpose by means of at least one molding process in at least one Casting mold is poured so that the large body structure (2) is made in one piece with the structural elements (3).

Method according to the preceding claim, wherein the large body structure (2) is cast by means of at least one die-casting process in at least one die-casting tool unit.

Method according to one of the preceding claims, wherein the large body structure (2) comprises a receiving device (4) for at least one traction battery or is designed as such and wherein the receiving device (4) is preferably a battery frame unit (14).

Method according to one of the preceding claims, wherein the large body structure (2) comprises a front end (5) and / or a rear end (6) and / or a passenger cell (7) and / or a floor assembly (8) or is designed in this way or an overall body (10) provides.

Method according to one of the preceding claims, wherein the large body structure (2) extends over at least a quarter and preferably at least a third of the total length and / or total width of the vehicle body (1).

Method according to one of the preceding claims, wherein the large body structure (2) has structural elements (3) arranged like a skeleton, so that the large body structure (2) is a cast, load-optimized lightweight skeleton (12).

The method according to any one of the preceding claims, wherein the structural elements (3) are dimensioned and arranged in such a way that when operationally expected load within the large body structure (2), an at least approximately uniform tensile stress acts on the structural elements (3) and that the operational tensile stress by a Is many times greater than a compressive and / or bending and / or torsional stress on the structural elements (3).

Method according to the preceding claim, wherein the structural elements (3) are dimensioned and arranged in such a way that the operational compressive stress is greater than a bending and / or torsional stress on the structural elements (3).

The method according to any one of the preceding claims, wherein the structural elements (3) with knot reinforcements and / or with profiling and / or where there are compressive and / or bending and / or torsional stresses within the large body structure (2) during operation to be expected Parabolic connecting transitions (13) are equipped.

Method according to one of the preceding claims, wherein the positions and / or the number and / or the course and / or the cross-sectional areas of the structural elements (3) are designed bionically.

Method according to one of the preceding claims, wherein the number and / or the positions of nodes at which the structural elements (3) are connected to one another are designed bionically.

Vehicle body (1) with at least one large body structure (2) which is bionically designed and formed by bionically dimensioned and arranged structural elements (3) and is cast in one piece.

Body gauge (100), preferably ring gauge (101), for the production of a vehicle body (1), comprising at least one body gauge body (102) which is bionically designed and formed by bionically dimensioned and arranged structural elements (3) and cast in one piece.