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Die
Erfindung betrifft einen Karosserieaufbau eines Personenkraftwagens
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Karosserieaufbauten
von Personenkraftwagen haben eine Vielzahl von Anforderungen zu
erfüllen.
Insbesondere muß die
für Einbauten
und den Fahrbetrieb erforderliche Steifigkeit bei einem ausreichenden
und möglichst
komfortablen Platzangebot für
Fahrzeuginsassen zur Verfügung
gestellt werden. Zudem sollen vorzugsweise frontseitig und heckseitig
der Fahrgastzelle Energieabsorptionsbereiche und Elemente vorgesehen
sein, die bei einem Fahrzeugaufprall bei geeigneter Krafteinleitung
Aufprallenergie absorbieren. Die Karosseriesteifigkeit und die Aufprallenergieabsorption
werden wesentlich durch den Aufbau des Karosseriebodens bestimmt.
Weiter soll eine Karosserie einfach und kostengünstig herstellbar sein und
für einen
insgesamt geringen Kraftstoffverbrauch möglichst leicht aufgebaut sein.
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Herkömmliche
Fahrzeugkarosserien weisen in der Bodengruppe einen Trägerverbund
auf, der zwei Frontlängsträger und
zwei Hecklängsträger umfaßt. Die
Frontlängsträger und
Hecklängsträger sind dabei
jeweils etwa parallel ausgerichtet und liegen zwischen und angrenzend
an vorderen bzw. hinteren Radhäusern.
An den zur Insassenzelle hin gerichteten Trägerenden erfolgt jeweils eine
Verzweigung, wobei ein Trägerzweig
jeweils zu einem Mitteltunnel hin und der andere Trägerzweig
zu einem zugeordneten, seitlichen Schweller führt. Die Trägerstruktur im Bodenbereich
der Insassenzelle besteht somit aus zwei Trägerringstrukturen, die als
gemeinsamen Träger
den Mitteltunnel aufweisen, seitlich den zugeordneten Schweller
und als Verbindungsträgerteile die
vorgenannten Trägerverzweigungen
umfassen. An diesen Ringstrukturen ist dann jeweils front- und heckseitig
der zugeordnete Frontlängsträger und Hecklängsträger angeschlossen.
Der Grund für
diese Trägergeometrie
besteht darin, daß in
einer Draufsicht Fahrzeugkarosserien etwa rechteckig ausgeführt sind,
die Radhäuser
innerhalb dieser Rechteckform liegen und die Bodenträger um diese
Radhäuser
herum zu den seitlichen Schwellern geführt sind.
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Karosserieaufbauten
moderner Personenkraftwagen bestehen besonders bei Großserien üblicherweise
aus Stahlblech. Dabei ist der vorstehend beschriebene Trägerverbund
mit Blechen verbunden, die zusätzlich
zu den Trägern
Trag- und Versteifungsfunktionen übernehmen können. Zudem sind Karosserieaufbauten
bekannt mit einem Tragrahmen, der aus Leichtmetallstrangprofilen
und Leichtmetall-Gussknotenelementen
besteht und mit flächigen
Beplankungen versehen ist (
DE
42 34 463 A1 ). Beide unterschiedliche Aufbauarten haben
jedoch prinzipiell den vorbeschriebenen Bodenträgeraufbau. An diesen Bodenaufbau
schließen
sich in an sich bekannter Weise die Seitenwandbereiche mit vertikalen Säulen und
Tür- und
Fensterausschnitten sowie der Dachaufbau, der Motorraumaufbau und
Laderaumaufbau an.
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Die
vorbeschriebenen Bodenträgerverzweigungen
sind hinsichtlich der Crashstabilität immer kritisch, da an Verzweigungspunkten
eine Knickgefahr besteht und bei einem Ausknicken schlagartig die
erforderliche Stabilität
erheblich reduziert ist. Um dem entgegenzuwirken, sind aufwendige,
stabile und damit relativ schwere Trägerausführungen erforderlich.
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Ferner
ist aus der
EP 0 608
558 A2 eine Fahrgastzelle mit Verstärkungselementen in jeder Seitentür in Form
eines kraftübertragenden
Längsträgers bekannt.
Zwischen den beiden Längsträgern ist ein
kraftübertragender
Sitzquerträger
längsverschiebbar
gelagert, an dem wenigstens ein Sitz befestigt ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen gewichtsgünstigen Karosserieaufbau mit
guter Crashstabilität
zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß Anspruch
1 sind zwei etwa parallel und gerade vom Frontbereich bis zum Heckbereich
durchlaufende Bodenlängsträger vorgesehen.
Ein linker Bodenlängsträger ist
dabei in einem Bereich zur Fahrzeuglängsmitte hin neben den linken Radhäusern und
ein rechter Bodenlängsträger neben
den rechten Radhäusern
angeordnet. Des Weiteren verlaufen die Bodenlängsträger dann in einer Höhe etwa über den
Achsbereichen durch die Insassenzelle, indem dieselben im Fußraumbereich
der Insassenzelle auf einer Bodenplatte angebracht sind und sich
mit ihrem Querschnitt in die Insassenzelle erstrecken. Bei einem
solchen Aufbau wird ein gerade durchgehender Kraftfluss an den Bodenlängsträgern erreicht.
Dies führt
bei einem einfachen Aufbau insbesondere in Verbindung mit Querträgern zu
einer hochfesten Bodenkonstruktion mit gewichtsgünstig dimensionierbaren Trägern. Zudem
wird insbesondere bei Front- und Heckkollisionen ein hoher Sicherheitsstandard
erreicht, da Aufprallkräfte über die
geraden Bodenlängsträger gerade
durchgehend in den Karosserieverbund eingeleitet und abgestützt werden.
Damit steht hier ein Aufbaukonzept für eine Karosserie eines Ultraleichtfahrzeugs
zur Verfügung
mit dem in Verbindung mit Leichtbaumaterialien und Energiesparantrieben
extrem niedere Verbrauchswerte realisiert werden können.
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Diese
Bodenlängsträger können als
gerade durchgehende Balken ausgeführt sein. An der Unterseite
dieser Längsträger sind
Bodenplattenteile befestigt. An der Oberseite sind bevorzugt in
Sitzführungen
für eine
Längsverstellung
die Fahrzeugsitze angebracht. Dadurch ergibt sich eine Sitzposition,
bei der der jeweilige Bodenlängsträger zwischen
den Beinen eines Insassen verläuft
und dessen Füße beidseitig
des Bodenlängsträgers auf
die tiefer liegende Bodenplatte aufgesetzt wird. Die Sitzposition ist
dabei durch einen relativ schmal ausführbaren Bodenlängsträger nicht
eingeengt und komfortabel.
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Beim
Ein- und Aussteigen muss allerdings ein Bein über den entsprechenden Bodenlängsträger bewegt
werden. Um hier eine Komfortverbesserung zu erhalten, werden in
einer bevorzugten Ausführungsform
die Bodenlängsträger in einer
Seitenansicht im Bereich der Insassenzelle tiefer gelegt und gehen
jeweils durch eine S-Biegung
in höher
liegende, frontseitige und heckseitige horizontale Abschnitte über, die
dann über
dem Achsniveau liegen. In einer Draufsicht laufen jedoch auch hier
die Bodenlängsträger von
der Frontseite bis zur Heckseite geradlinig durch. Die S-Biegungen zur Niveauabsenkung
der Bodenlängsträger in der
Insassenzelle können
flach ausgeführt
sein und beeinflussen den gerade durchgehenden Kraftfluss nur wenig,
so dass auch hier eine hohe Steifigkeit mit hoher Crashstabilität vorliegt.
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In
an sich bekannter Weise können
die Frontträgerabschnitte
und Heckträgerabschnitte
für eine
verbesserte Aufprallenergieabsorption als Faltenbeulrohre ausgebildet
sein.
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Die
Bodenlängsträger sind
bevorzugt hohl mit durchgehenden Längskammern, insbesondere als
Leichtmetall-Strangprofile ausgeführt. Damit sind sie ggf. mit
Ausnehmungen besonders geeignet zur Aufnahme von Funktionselementen
wie von Heiz-/Kühlkanälen, von
Bordnetzleitungen und von Betätigungselementen.
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Zum
Aufbau der gesamten Bodenplatte sind wenigstens im Bereich der Insassenzelle
an die Bodenlängsträger seitlich
Beplankungen angeschlossen, die als Schweller und/oder Türbrüstungen
ausgeführt
sein können
und über
angeschlossene, vertikale Säulen
in den oberen Karosserieaufbau übergehen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
wird die Bodenplatte in Verbindung mit den Bodenlängsträgern als
Wabenprofil-Sandwich ausgebildet und wird bei einem Fahrzeugaufprall
in eine Aufprallenergieabsorption einbezogen. Für einen Seitenaufprallschutz
sind bevorzugt bei einer solchen Sandwich-Bodenstruktur dort und
an die Bodenlängsträger keilförmige Seitenabstützteile
angeschlossen. Für
einen Front- und Heckaufprallschutz werden ein geschlossener Frontquerträger und
geschlossener Heckquerträger
vorgeschlagen, die jeweils mit den Bodenlängsträgerenden verbunden sind.
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In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein in einer
vertikalen Fahrzeugquerebene angeordneter Ringrahmen vorgesehen, der
mit Vertikalbereichen die B-Säulen bildet.
Mit einem unteren, horizontalen Querträgerbereich ist der Ringrahmen
mit den Bodenlängsträgern verbunden und
bildet mit einem oberen, horizontalen Querträgerbereich ein Dachrahmenteil.
Dieser Ringrahmen trägt
zu einem insgesamt einfachen und kostengünstigen Aufbau mit hoher Karosseriesteifigkeit
und gutem Seitenaufprallschutz bei.
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Die
vorstehend angegebenen Strukturen und Ausführungsformen können sowohl
in Stahlblechkonstruktionen als auch in Leichtmetall-Rahmenkonstruktionen
mit Strangprofilen und Gußknotenelementen
realisiert werden.
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Anhand
einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Karosserieaufbaus,
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2 eine
Draufsicht auf den Karosserieaufbau nach 1,
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3 einen
Querschnitt durch eine konkrete erste Ausführungsform eines Karosserieaufbaus
mit einer perspektivischen Ansicht in den vorderen Teil einer Insassenzelle,
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4 einen
teilweisen Schnitt einer zweiten Ausführungsform eines Karosserieaufbaus
mit einem Blick in die Insassenzelle, und
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5 einen
teilweisen Schnitt einer dritten Ausführungsform eines Karosserieaufbaus,
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6 eine
schematische Seitenansicht einer vierten Ausführungsform,
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7 eine
Querschnittansicht für
die vierte Ausführungsform.
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In
den 1 und 2 ist schematisch ein Karosserieaufbau 1 eines
Personenkraftwagens dargestellt mit einer Insassenzelle 2,
einem frontseitigen Motorraum 3 und einem heckseitigen
Laderaum 4. Im Bodenbereich sind zwei parallel und in der
Draufsicht nach der 2 gerade vom Frontbereich 5 bis
zum Heckbereich 6 durchlaufende Bodenlängsträger 7, 8 vorgesehen.
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Der
Karosserieaufbau 1 umfaßt weiter vier Räder 9, 10, 11, 12,
die in (nicht explizit dargestellten) Radhäusern enthalten sind. Die Bodenlängsträger 7, 8 sind
jeweils zwischen der Fahrzeuglängsmitte
(Mittellinie 13) und den linksseitigen bzw. rechtsseitigen Radhäusern der
Räder 9 bis 12 angeordnet.
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Auf
den Bodenlängsträger 7, 8 sind
hintereinander jeweils längsverschiebbar
zwei Sitzteile von Fahrzeugsitzen 14, 15, 16, 17 angebracht,
wobei die hinteren Fahrzeugsitze 15, 17 auch als
durchgehende Sitzbank ausgebildet sein können. Wie aus 2 ersichtlich,
verlaufen die Bodenlängsträger 7, 8 zwischen
den Beinen 18, 19 von strichliert eingezeichneten
Insassen 20.
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Aus
der Seitenansicht der 1 ist ersichtlich, daß jeder
Bodenlängsträger 7, 8 einen
tiefer liegenden horizontalen Trägermittenabschnitt 21 im
Bereich der Insassenzelle 2 aufweist, der jeweils durch eine
S-Biegung 22, 23 in einen horizontalen Frontlängsträger 24 und
Hecklängsträger 25 übergeht.
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In
der konkreten ersten Ausführungsform nach 3 entspricht
der Verlauf der Bodenlängsträger 7, 8 der
schematischen Darstellung nach den 1 und 2.
Die Bodenlängsträger 7, 8 sind
hier als hochkant stehende, schmale Hohlprofile, insbesondere als Leichtmetallstrangpreßprofile
ausgebildet. Ein oberer Kammerbereich 26 ist jeweils im Querschnitt
kreisrund ausgebildet, an den sich beidseitig nach unten Seitenwände 27, 28 anschließen, die
zu horizontal verlaufenden Flanschen 29, 30 abgewinkelt
sind. Zwischen den Seitenwänden 27, 28 verläuft zur
weiteren Aussteifung eine Querwand 31. Durch diesen Aufbau
ergeben sich längsverlaufende Kammern,
die als Heiz-/Kühlkanäle oder
Kabelschächte
genutzt werden können.
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Die
Bodenlängsträger 7, 8 ragen
mit ihrem gesamten Querschnitt in die Insassenzelle und sind über die
Flansche 29, 30 mit einer Bodenplatte 32 verbunden.
Die Verbindung ist durch Klebung und/oder über Nieten 33 hergestellt.
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Die
Bodenplatte 32 ist als Wabenprofil-Sandwich ausgeführt und
mit in eine Energieabsorption bei einem Fahrzeugaufprall einbezogen.
In den Seitenbereichen der Bodenplatte 32 sind dazu für eine Schwellerausbildung
weitere Strangpreßprofile 34 angeordnet,
deren Profil auch eine untere Türbrüstung mit
Halterungen für
Gummidichtungen bildet.
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Auch
der Türrahmen 35 ist
hier aus Strangpreßprofilen 36 gebildet
und mit einer Wabenprofil-Sandwichplatte beplankt. Als Seitenaufprallschutz ist
zwischen einer Außenhaut 38 und
dieser Platte 37 noch ein horizontal durchgehendes Strangprofil 39 eingesetzt.
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Der
Fahrzeugsitz 14 ist hier schematisch strichliert eingezeichnet
und auf dem Bodenlängsträger 7 mittels
(nicht dargestellten) Längsführungen verschiebbar
gehalten. Aus dieser Anordnung ist deutlich die Sitzposition für den Fahrzeuglenker
erkennbar, wobei der Bodenlängsträger 7 zwischen den
Beinen des Fahrzeuglenkers verläuft
und dessen Füße beidseits
des Bodenlängsträgers 7 auf
der Bodenplatte 32 bzw. einem Gaspedal 40, einem Bremspedal 41 oder
einem Kupplungspedal 42 aufgesetzt werden.
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In 4 ist
eine zweite konkrete Ausführungsform
dargestellt, die im wesentlichen hinsichtlich des Verlaufs der Bodenlängsträger 7, 8,
der Sitzanordnung, der Türrahmen 35 und
der Bodenplatte 32 der Ausführungsform nach 3 entspricht.
Der Querschnitt der Bodenlängsträger 7, 8 ist
jedoch hier insgesamt rechteckig gewählt mit ebenfalls drei Längskammern.
Zudem ist zwischen den Bodenlängsträgern 7, 8 im
Bereich der Frontsitze ein Bodenquerträger 43 angeordnet,
der die Bodenlängsträger 7, 8 verbindet
und der zur Seite hin jeweils mit einem Keil 44 bis zum
Schweller geführt
ist.
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Die
Darstellung nach 4 zeigt unter anderem auch den
Bereich um die B-Säule.
Hier ist ein vertikal in einer Fahrzeugquerebene stehender Ringrahmen 45 angebracht,
der sich ausgehend von einem Bodenquerträger 46 zwischen den
Längsbodenträgern 7, 8 zur
Fahrzeugaußenseite
hin mit unteren Seitenbereichen 47, 48 erstreckt
und in Vertikalabschnitte als B-Säulen 49, 50 übergeht,
die durch ein Dachrahmenteil 51 verbunden sind. Die Trägerelemente,
z. B. 52, sind hier als Leichtmetallstrangprofile hergestellt,
die über
Leichtmetall-Gußknotenelmente,
z. B. 53, zu einer tragenden Rahmenstruktur verbunden sind.
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In 5 ist
eine der 4 prinzipiell ähnliche
dritte Ausführungsform
eines Karosserieaufbaus dargestellt. Der Karosserieaufbau ist hier
unter Verwendung der dargestellten Anordnung der Bodenlängsträger 7 in
herkömmlicher
Weise mit Stahlblechen hergestellt. Auch hier ist eine Bodenplatte 32 mit
einer Sandwich-Wabenstruktur verwendet. Für einen Seitenaufprallschutz
sind keilförmige
Seitenabstützteile 44 an
die Bodenlängsträger 7, 8 und
an die Bodenplatte 32 angeschlossen, wodurch auch die Bodenplatte 32 für eine Aufprallenergieabsorption herangezogen
wird. Auch in dieser Ausführungsform kann
ein Ringrahmen 45 (strichliert eingezeichnet) verwendet
werden.
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Die
Frontlängsträger 24 und
Hecklängsträger 25 sind
zur Verbesserung der Energieabsorption bei einem Aufprall in an
sich bekannter Weise als Faltenbeulrohre ausgeführt und endseitig jeweils mit
einem geschlossenen Frontquerträger 54 und
Heckquerträger 55 verbunden.
Die hier verwendeten Faltenbeulrohre und geschlossenen Frontquerträger und
Heckquerträger
können
auch bei den anderen vorbeschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden.
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Bei
der in 6 dargestellten Ausführungsform sind die durchlaufenden
Bodenlängsträger 7, 8 weitestgehend
geradlinig konturiert, weisen also weder Knickungen noch Kröpfungen
auf. Durch diese Gestaltung kann gegenüber herkömmlichen Konzepten bei gleichem
Materialeinsatz eine deutlich höhere Crash-Stabilität erreicht
werden. Zugleich sind die nach oben gerichteten Wandungen als Gleitführungselemente
für Sitzschalen 56, 57 nutzbar
(siehe 7). Die Bodenlängsträger 7, 8 sind
bevorzugt aus einem Aluminium-Strangprofil gebildet, in das endseitig
beispielsweise Dampfelement oder Pralltöpfer 58, 59 einsteckbar
sind.