DE10256608A1

DE10256608A1 - Seitenwandmodul für ein Kraftfahrzeug und Herstellungsverfahren für eine Kraftfahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE10256608A1
Application number: DE2002156608
Authority: DE
Inventors: Robert Schulz
Original assignee: Wilhelm Karmann GmbH
Current assignee: Wilhelm Karmann GmbH
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2004-07-01
Also published as: EP1569838A1; AU2003291950A1; WO2004050459A1

Abstract

Seitenwandmodul für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Cabriolet- oder CoupE-Fahrzeug, wobei das Seitenwandmodul als selbsttragende Spaceframe-Struktur aus vorgefertigten Hohlprofilen gebildet ist und als Hohlprofile mindestens eine A-Säule (2), eine B-Säule (4, 4') und einen diese verbindenden Schweller (6) umfaßt, wobei A- und/oder B-Säule (2, 4, 4') mit ihrem (jeweiligen) unteren Endabschnitt (2a, 4a) formschlüssig in (jeweils) zwei den (jeweiligen) Endabschnitt (2a, 4a) formschlüssig umschließende Aufnahmeöffnungen (12, 14, 16, 18) des Schwellers (6) eingesetzt und zusätzlich kraftschlüssig damit verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Seitenwandmodul für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Cabriolet- oder Coupé-Fahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeugkarosserie unter Verwendung eines derartigen Seitenwandmoduls.
Aus der US 6241310 B1 ist eine Spaceframe-Rahmenstruktur für ein Kraftfahrzeug bekannt, die aus Hohlprofilen gebildet ist, welche an ihren Verbindungsstellen durch Hydroforming gebildete Knotenstellen aufweisen.
Aus der DE 19653509 A1 ist eine Rahmenstruktur einer Fahrzeugkarosserie bekannt, bei der vorprofilierte Trägerelemente durch Knotenelemente miteinander verbunden sind.
Aus der DE 19538459 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Spaceframe-Rahmenstruktur aus Hohlprofilen bekannt, die leiterförmig aus zwei parallel zur Fahrtrichtung verlaufenden Holmen und diesen verbindenden Sprossen aufgebaut ist. Die Sprossen werden in bestimmter Weise in Aufnahmeöffnungen der Holme eingesteckt, um die Montage zu erleichtern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Seitenwandmodul anzugeben, das sich durch ko stengünstige Fertigung, günstige Anpaßbarkeit an Fahrzeugplattformen unterschiedlicher Abmessungen sowie durch eine große Stabilität auszeichnet. Außerdem soll ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeugkarosserie unter Verwendung eines solchen Seitenwandmoduls angegeben werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Seitenwandmodul für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Cabriolet- oder Coupé-Fahrzeug gelöst, wobei das Seitenwandmodul als selbstragende Spaceframe-Struktur aus vorgefertigten Hohlprofilen gebildet ist, das als Hohlprofile mindestens eine A-Säule, eine B-Säule und einen diese verbindenden Schweller umfaßt, wobei A- und B-Säule mit ihren unteren Endabschnitten formschlüssig in jeweils zwei im wesentlichen miteinander fluchtende, den jeweiligen Endabschnitt formschlüssig umschließende Aufnahmeöffnungen des Schwellers eingesetzt und zusätzlich kraftschlüssig damit verbunden sind.
Im Gegensatz zu bekannten Ausführungen werden demzufolge die Hohlprofile nicht nur einseitig ineinander gesteckt bzw. aneinander angesetzt, sondern durch den vollen Profilquerschnitt des aufnehmenden Teils hindurchgesteckt und beiderseits des aufnehmenden Teils zusätzlich durch Kleben, Schweißen o.ä. verbunden. Dies ergibt eine große Steifigkeit und hohe Belastbarkeit in allen Richtungen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß mindestens eines der Hohlprofile durch Innenhochdruckumformen, insbesondere Hydroforming, oder als Rollprofil hergestellt. Eine Herstellung als Rollprofile ergibt Kostenvorteile, während beim Innenhochdruckumformen eine erhöhte Materialfestigkeit durch Kaltverfestigung beim Umformen erzielt wird. Dadurch können auch kostengünstigere Werkstoffe verwendet werden.
Bevorzugt ist weiter vorgesehen, daß A- und B-Säule durch Innenhochdruckumformen und der Schweller als Rollprofil hergestellt sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß alle Hohlprofile aus Stahl bestehen.
Ferner ist zweckmäßigerweise vorgesehen, daß alle Hohlprofile geschlossene Querschnittsformen aufweisen.
A- und B-Säulen können durch Schweißen, Kleben oder Clinchen mit dem Schweller verbunden sein.
Die Erfindung sieht bevorzugt vor, daß die Aufnahmeöffnungen in dem Schweller durch Laserschneiden mit hoher Präzision hergestellt sind.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß ein als Hohlprofil ausgebildeter hinterer Längsträger mit seinem vorderen Endabschnitt formschlüssig in zwei im wesentlichen miteinander fluchtenden, den Endabschnitt des Längsträgers formschlüssig umschließenden Aufnahmeöffnungen der B-Säule eingesetzt und zu sätzlich kraftschlüssig damit verbunden ist. Der Längsträger kann durch Innenhochdruckumformen, insbesondere Hydroforming, oder als Rollprofil hergestellt sein. Der Längsträger kann durch Schweißen, Kleben oder Clinchen mit der B-Säule verbunden sein.
Weiterhin sieht die Erfindung bevorzugt vor, daß unterschiedliche Abmessungen des Seitenwandmoduls für unterschiedliche Fahrzeugtypen durch Anpassung von Länge und/oder Wandstärke und/oder Querschnittsabmessung der Hohlprofile realisierbar sind.
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere für ein Cabriolet- oder Coupé-Fahrzeug, gelöst, welches sich dadurch auszeichnet, daß zwei erfindungsgemäße Seitenwandmodule in eine vorhandene, keine Seitenwandelemente aufweisende Plattform eingefügt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen ist, in der
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Seitenwandmoduls mit A-Säule, B-Säule, Schweller und hinterem Längsträger zeigt;
2 schematisch eine Plattform ohne Seitenwandelemente für ein Cabriolet-Fahrzeug zeigt;
3 eine Querschnittsansicht entlang Linie III-III in 1 zeigt;
4 eine Schnittansicht entlang Linie IV-IV in 1 zeigt; und
5 eine Schnittansicht entlang Linie V-V in 1 zeigt, und
6 eine Schnittansicht entsprechend 5 in einer anderen Ausführungsform zeigt.
2 zeigt in einer perspektivischen, schematischen Ansicht eine teilweise fertiggestellte Fahrzeugkarosserie, die als Plattform für ein darauf aufzubauendes Cabriolet-Fahrzeug dienen kann. Wie man erkennt, fehlen in der Plattform 1 nach 2 noch tragende Elemente wie A-Säule, B-Säule und unterer Schweller, die der Karosserie Stabilität und Schutz gegen Seitenaufprall geben.
Herkömmlicherweise werden Seitenwandrahmen von Fahrzeugen aus einem großen gepreßten Blechteil durch z.B. Tiefziehen hergestellt. Hierzu werden aus großen Blechtafeln mittels die Form fest vorgebenden Preßwerkzeugen Teile erstellt. Eine Anpassung ist nur durch aufwendige Werkzeugänderung bzw. Neuerstellung möglich.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit, speziell für Cabriolet- bzw. Coupé-Fahrzeuge eine integrierte Space frame-Struktur zu schaffen, die an vorhandene oder zu entwickelnde Plattformen mit oder ohne integriertem Seitenaufprallschutz anpaßbar ist.
Unter Bezugnahme auf 1 wird erfindungsgemäß ein Seitenwandmodul bereitgestellt, das eine A-Säule 2, eine B-Säule 4, einen Schweller 6 sowie einen hinteren Längsträger 8 aufweist. Die genannten Komponenten sind vorgefertigte Hohlprofile mit geschlossener Querschnittsform, die durch Innenhochdruckumformung, insbesondere Hydroforming, oder im Roll- bzw. Knetverfahren hergestellt sind. Der Schweller 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Rollprofil, das durch einen seitlich aufgeschweißten, im Querschnitt in etwa C-förmigen Außenschweller 10 verstärkt ist. Im Gegensatz zu dem Schweller 6 sind A-Säule 2, B-Säule 4 und Längsträger 8 als IHU-Teile (durch Innenhochdruckumformen) hergestellt. Hierbei besteht der Vorteil, daß auch bei Verwendung von kostengünstigem Ausgangsmaterial (durchschnittliche Stahlsorten) aufgrund der Kaltverfestigung des Materials hohe Materialfestigkeiten in den fertigen Teilen erzielt werden können.
Wie in 1 angedeutet ist, sind A- und B-Säulen 2, 4 mit ihren unteren Endabschnitten 2a, 4a vollständig durch das Profil des Schwellers 6 hindurchgesteckt, wobei der Schweller zu diesem Zwecke die Endabschnitte 2a, 4a formschlüssig umschließende Aufnahmeöffnungen 12, 14 und 16, 18 aufweist.
3 zeigt beispielhaft das Querschnittsprofil eines oberen Bereichs der B-Säule 4, während 4 die Befestigung des hinteren Längsträgers 8 an der B-Säule 4 zeigt. Ebenso wie die A- und B-Säulen ist der hintere Längsträger 8 mit seinem vorderen Endabschnitt 8a vollständig durch die B-Säule 4 hindurchgesteckt und auf diese Weise mit dieser zusammengefügt, wobei die B-Säule zwei Aufnahmeöffnungen 20, 22 aufweist, in die der Längsträger 8 eingesteckt und eingeschweißt ist.
Sämtliche Aufnahmeöffnungen 12, 14, 16, 18, 20, 22 sind vorzugsweise gelasert, wodurch sich eine hohe Präzision und formschlüssige Passung der einzelnen Teile ergibt, so daß sich eine große Steifigkeit des Seitenwandmoduls und hohe Belastbarkeit in sämtlichen Richtungen ergibt.
Obwohl die Erfindung bevorzugt vorsieht, daß sämtliche Verbindungen zwischen A- und B-Säulen, Schweller und Längsträger in der erläuterten Weise durch vollständiges Einstecken eines jeweiligen Endabschnitts eines der miteinander zu verbindenden Teile in das andere gebildet ist, kann auch vorgesehen sein, daß lediglich eine oder einige ausgewählte Verbindungen in der beschriebenen Art und Weise hergestellt sind, während zumindest eine der Verbindungen in an sich bekannter Weise dadurch gebildet ist, daß zwei aneinanderstoßende Teile stumpf aneinandergefügt sind. Bei einer solchen Verbindung kann, insbesondere wenn eines der Teile durch Innenhochdruckumformen hergestellt ist, vorgesehen sein, daß eine verbindungsknotenartige Ausformung an dem IHU-Teil ausgebildet ist, wie dies z . B. aus der US 6241310 bekannt ist. 6 zeigt schematisch und beispielhaft eine solche Verbindung im Bereich der B-Säule, wobei anstelle eines durchgehenden, mit zwei Aufnahmeöffnungen versehenen Schwellerprofils 6 ein mittleres Schwellerteil 24 und ein hinteres Schwellerteil 26 vorgesehen sind, die beiderseits (von vorn und hinten) an eine mit Ausformungen 28 versehene B-Säule 4' angesetzt und angeschweißt sind.

1: Plattform
2: A-Säule
2a: unterer Endabschnitt
4, 4': B-Säule
4a: unterer Endabschnitt
6: Schweller
8: Längsträger
8a: vorderer Endabschnitt
10: Außenschweller
12, 14,: Aufnahmeöffnung
16, 18, 20, 22: Aufnahmeöffnung
24: mittleres Schwellerteil
26: hinteres Schwellerteil
28: Ausformung

Claims

Seitenwandmodul für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Cabriolet- oder Coupé-Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß das Seitenwandmodul als selbstragende Spaceframe-Struktur aus vorgefertigten Hohlprofilen gebildet ist und als Hohlprofile mindestens eine A-Säule (2) , eine B-Säule (4, 4') und einen diese verbindenden Schweller (6) umfaßt, wobei A- und/oder B-Säule (2, 4, 4') mit ihrem (jeweiligen) unteren Endabschnitt (2a, 4a) formschlüssig in (jeweils) zwei den (jeweiligen) Endabschnitt (2a, 4a) formschlüssig umschließende Aufnahmeöffnungen (12, 14, 16, 18) des Schwellers (6) eingesetzt und zusätzlich kraftschlüssig damit verbunden sind.
Seitenwandmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Hohlprofile durch Innenhochdruckumformen, insbesondere Hydroforming, oder als Rollprofil hergestellt ist.
Seitenwandmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß A-Säule (2) und B-Säule (4, 4') durch Innenhochdruckumformen und der Schweller (6) als Rollprofil hergestellt sind.
Seitenwandmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Hohlprofile aus Stahl bestehen.
Seitenwandmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Hohlprofile geschlossene Querschnittsformen aufweisen.
Seitenwandmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß A-Säule (2) und B-Säule (4, 4') durch Schweißen, Kleben oder Clinchen mit dem Schweller (6) verbunden sind.
Seitenwandmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnungen (12, 14, 16, 18) in dem Schweller (6) durch Laserschneiden mit hoher Präzision hergestellt sind.
Seitenwandmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Hohlprofil ausgebildeter hinterer Längsträger (8) mit seinem vorderen Endabschnitt (8a) formschlüssig in zwei den Endabschnitt (8a) formschlüssig umschließende Aufnahmeöffnungen (20, 22) der B-Säule (4, 4') eingesetzt und zusätzlich kraftschlüssig damit verbunden ist.
Seitenwandmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsträger (8) durch Innenhochdruckumformen, insbesondere Hydroforming, oder als Rollprofil hergestellt ist.
Seitenwandmodul nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsträger (8) durch Schweißen, Kleben oder Clinchen mit der B-Säule (4, 4') verbunden ist.
Seitenwandmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Abmessungen des Seitenwandmoduls für unterschiedliche Fahrzeugtypen durch Anpassung von Länge und/oder Wandstärke und/oder Querschnittsabmessungen der Hohlprofile realisierbar sind.
Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere für ein Cabriolet- oder Coupé-Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Seitenwandmodule nach einem der vorangehenden Ansprüche in eine vorhandene, keine Seitenwandelemente aufweisende Plattform (1) eingefügt werden.