WO2015044076A1 - Karosseriefrontmodul für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Karosseriefrontmodul für ein kraftfahrzeug Download PDF

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WO2015044076A1
WO2015044076A1 PCT/EP2014/070101 EP2014070101W WO2015044076A1 WO 2015044076 A1 WO2015044076 A1 WO 2015044076A1 EP 2014070101 W EP2014070101 W EP 2014070101W WO 2015044076 A1 WO2015044076 A1 WO 2015044076A1
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body front
front module
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pillar
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PCT/EP2014/070101
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Uwe Wolf
Jan Kurt Walter Sandler
Alex HORISBERGER
Tobias Nachtigäller
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Basf Se
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Definitions

  • the invention relates to body front module for a motor vehicle, comprising a windshield frame with a left A-pillar, a right A-pillar and a roof pillar connecting the A-pillars, an end wall below the windshield frame, wherein the end wall defines a passenger compartment of the motor vehicle forward, and an instrument panel carrier.
  • a vehicle body usually comprises a front module in which, for example, the motor of the motor vehicle is accommodated, a center module with the passenger seats and a rear module, for example in a sedan of the trunk or in a combination the loading surface.
  • vehicle bodies are made of steel, wherein the vehicle body has a load-bearing floor structure, which is made in the region of the body center module as a bottom plate. Later, the seats for the driver and front passenger as well as possibly a rear seat are mounted on the base plate.
  • the side modules of the motor vehicle such as fenders, A-, B-, and C-pillars are attached.
  • the A-, B-, and C-pillars are connected by cross beams and carry the vehicle roof.
  • roof pillars are usually located between the A and B pillars and further between the B and C pillars.
  • the individual components of the vehicle body are usually welded together and must then, in order to obtain a sufficient corrosion resistance, be provided in a complex process with a coating.
  • cavities must be sealed so that no water and in particular no corrosion-supporting salt can penetrate.
  • weight of the vehicle In order to save energy for moving the motor vehicle, there are currently efforts to reduce the weight of the vehicle. This is possible, for example, by using materials of lower density than steel, for example plastics. In particular, non-structural components are currently being manufactured from plastics.
  • Another disadvantage of the current structure of motor vehicle bodies is that to achieve sufficient stability large amounts of material are required, which also lead to a higher weight.
  • a body front module for a motor vehicle, comprising a windshield frame with a left A-pillar, a right A-pillar and a roof pillar connecting the A-pillars, an end wall below the windshield frame, wherein the end wall of a passenger compartment of the motor vehicle forward limited, and an instrument panel support, wherein the right A-pillar, the left A-pillar, the roof pillars connecting the A-pillars, the end wall and the instrument panel support are integrated in the body front module.
  • the A-pillars, the roof spar connecting the A-pillars, the front wall and the instrument carrier can be integrated in one piece or in several parts in the body front module.
  • A-pillars, roof rail, bulkhead and instrument panel support additional reinforcement of the body front module, so that additional material for reinforcing elements on the front module can be saved.
  • a stable body front module can be created in this way, which can then be easily connected to a center module.
  • This allows the separate production of body front module, body center module and rear body module.
  • a modular construction of the vehicle body is possible, so that any front modules, center modules and rear modules can be combined with each other, as long as the dimensions at the junctions from front module to center module and from center module to rear module match.
  • polymer materials include, in addition to unreinforced polymers, also reinforced polymers and composite materials which contain a polymer matrix.
  • the body front module may further include a receptacle for a drive unit for the motor vehicle.
  • Corresponding drive units are, for example, internal combustion engines or else a central electric motor.
  • the body front module may also include a luggage or, for example, recordings for batteries.
  • a bottom plate and fenders and a correspondingly movable lid which is usually referred to as a bonnet to provide.
  • the body front module represents the front end of the passenger compartment of the motor vehicle. It is preferred, however, if the body-mounted front module comprises all supporting parts for the bodywork stem. Non-load-bearing parts, such as fenders placed on corresponding carriers or the bonnet, can then be mounted correspondingly modularly and, for example, by corresponding chende mounting, for example by clips, are also mounted interchangeable, so that in this way a simple transformation of the motor vehicle is possible.
  • suitable spars can be provided. These may be integrally connected to the body front module or alternatively be releasably connected thereto. However, an integral, positive connection, for example by gluing or welding, is preferred. Alternatively, a frictional connection, for example by riveting or screwing would also be possible.
  • the A-pillars and the roof spar are formed as a hollow body, and in the A-pillars and the roof spar each have a channel for air duct and a cable harness is integrated.
  • This channel can be introduced as a separate component, for example in the A-pillars and the roof spar, but it is preferred to manufacture the A-pillars and the roof spar as a hollow body, so that they can serve directly as a channel.
  • additional components can be avoided, and also this can be, for example, by simply guiding the cables in the A-pillars and the roof spar connect electrical components. It is also possible to realize any ventilation concept in which the ventilation outlets can be installed anywhere in the area of the A-pillars and the roof spar. This allows, for example, a draft-free air supply into the passenger compartment.
  • supply channels for fresh air are formed below the windshield frame in the end wall. Through the supply channels, the fresh air can then pass through suitable ventilation outlets in the passenger compartment.
  • the fresh air supply ducts are preferably connected to the ducts in the A-pillars and the roof rail, so that the fresh air into the ducts in the A -Stains and the roof rail arrives.
  • openings in the A-pillars through which the fresh air can flow from the duct for ducting into the passenger compartment.
  • the openings can be made in any desired shape. For example, it is possible to provide a large number of small openings or even some larger openings. Any design is possible here.
  • it is possible to design the outlet openings for fresh air for example in the context of additive manufacturing.
  • a mirror carrier for a rearview mirror is formed on the roof rail. This is preferably also integral with the roof rail connected.
  • the mirror support may additionally include a channel for air duct and have openings through which fresh air can escape from a channel for air duct in the roof rail. With the openings for fresh air in the mirror carrier, it is possible, for example, to supply warm air, with which in winter a quick defrosting of the windscreen can be realized.
  • a further adaptation of the ventilation zones in the motor vehicle is possible through the ventilation openings in the mirror base.
  • the A-pillars, the roof spar, the end wall and the instrument panel are made of a plastic-containing material.
  • Suitable plastic-containing materials are in particular fiber-reinforced plastics, organic sheets or sandwich structures.
  • Corresponding sandwich structures include, for example, two plates made of a fiber-reinforced plastic or a metal, between which a foam is introduced.
  • a fiber-reinforced plastic is used for the production of A-pillars, roof spar, end wall and instrument panel support, it is particularly preferred to use a fiber-reinforced plastic based on thermoplastic as a matrix material.
  • the fibers used may be short fibers, long fibers or continuous fibers. If the fibers are used in the form of continuous fibers, it is possible to use them as scrims, knits, fabrics or even disorderly. If the continuous fibers are used in the form of loops, woven fabrics or knitted fabrics, it is possible to place several layers of fibers one above the other. In fiber layers, the fibers of the individual layers can be twisted against each other. Most preferably, the fibers are used in the form of mantles.
  • Suitable materials for the fibers are, for example, glass fibers, carbon fibers, potassium titanate fibers, basalt fibers or aramid fibers.
  • Polyamide (PA), polyurethane (PU), polypropylene (PP) or polybutylene terephthalate (PBT) are particularly suitable as polymer material for the matrix of such fiber-reinforced plastics. Particularly preferred here are polyamides or polyurethane.
  • An additional reinforcement can be achieved by introducing a wire mesh into the individual components, in particular into the A-pillars, the roof spar and the end wall.
  • the wire of the wire mesh is preferably made of a metal. Suitable metals for this purpose are, for example, steel, aluminum or magnesium. Particularly preferred as metal steel is used.
  • the A-pillars, the roof spar, the end wall and / or instrument panel are made of a sandwich structure, in particular in the form of a bivalve structure with a foam introduced therebetween or alternatively also made entirely of a metal
  • the metal is preferably selected from steel , Aluminum or magnesium.
  • fiber-reinforced polymers are also preferred for the bivalve structure.
  • the foam used in a two-shell construction i. a sandwich structure, between the two shells made of fiber-reinforced plastic or metal is introduced, is preferably a polymer foam.
  • Suitable polymer foams are, for example, closed-cell or open-cell foams based on polyurethane (PU), polyethersulfone (PES), polyamide (PA), polybutylene terephthalate (PBT) or polyester.
  • PU polyurethane
  • PES polyethersulfone
  • PA polyamide
  • PBT polybutylene terephthalate
  • polyester polyester.
  • the A-pillars, roof spar, end wall and instrument panel support they are preferably positively connected to each other.
  • the A-pillars, the roof spar, the end wall and the instrument panel are welded together.
  • glue the individual parts together Alternatively, these can also be non-positively connected, for example by riveting or screwing together.
  • the instrument panel carrier has a coating of an open-pored plastic material.
  • an open-pored plastic material is available, for example, under the trade name Steron® from BASF SE.
  • Steron® is a surface coating technology that can be applied to a PU skin, for example.
  • Such an open-pore structure makes it possible to position capacitive switches and / or illuminated display elements under the coating of the open-pored plastic material. This allows a completely closed instrument panel without the need for visible joints or separations.
  • the position of switches under the coating of the open-pored plastic material can be realized for example by appropriate appropriate lighting.
  • capacitive switches it is also possible to operate them by a simple touch. It is not necessary to provide visible elevations that need to be pressed.
  • a padding of a suitable polymer foam for example, apply a polyurethane foam and then to provide them with a suitable surface coating.
  • a suitable polymer foam for example, apply a polyurethane foam and then to provide them with a suitable surface coating.
  • the surface for example of a foamed soft polymeric material or from an open-cell polymer, for example Steron ®.
  • the body front module is then connected to a center module and a rear module.
  • the body front module is designed so that the body center module can be positively connected to the body front module can, for example, by welding or gluing.
  • a non-positive connection of body front module and body center module, for example by screwing or riveting would be possible.
  • a positive connection of body front module and body center module it is particularly preferred if they are glued together.
  • Figure 4 is a view of the front module of the vehicle interior.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional representation of a body front module designed according to the invention.
  • a body front module 1 comprises a windshield frame 3 with a left A-pillar 5 and a right A-pillar 7 and a roof pillar 9 connecting the A-pillars 5, 7. Furthermore, an end wall 1 1 and one in FIG. 1 are underneath the windshield frame 3 schematically illustrated instrument panel carrier 13 includes.
  • the body front module is further preferably designed so that it can be connected to a correspondingly formed body center module.
  • the connection of the body front module 1 with a body center module is preferably carried out by welding or gluing. Additionally or alternatively, it is also possible to bolt or rivet body front module 1 and body center module.
  • the material used for the front body module 1 is preferably a plastic-containing material is used, for example - as described above - a fiber-reinforced plastic, an organic sheet or a sandwich structure.
  • the carrier 15 is formed on the front wall module in the region of the end wall 1 1.
  • the cross members 15 can attach, for example, front fenders.
  • the cross members 15 of the front portion of the vehicle for example, to model a space for a drive unit or alternatively also for receiving goods to be transported.
  • the cross member 15 are designed as a hollow body, as shown in Figure 1. In this case, it is possible that the cross member may serve as an opening for fresh air supply at the same time.
  • the A-pillars 5, 7 and the roof spar 9 are hollow bodies, which can then be formed as a channel through which the fresh air flows and can reach the interior of the motor vehicle via suitable ventilation openings.
  • 9 can be laid in the formed as a hollow body A-pillars 5, 7 and the roof rail electrical lines that are needed for operation and control of the motor vehicle.
  • a recess 17 is formed on the windshield frame 3, which is designed such that it can receive the windshield, not shown here, wherein the windshield is usually glued in the recess 17. By gluing the windshield in the windshield frame 3, the front body module 1 is additionally reinforced.
  • FIGS. 2.1 to 2.4 show different embodiments of ventilation openings in the A-pillars.
  • the representation is made in FIGS. 2.1 to 2.4 in each case by way of example with reference to the right-hand A-pillar 7.
  • the left-hand A pillar 5 is then preferably designed mirror-symmetrically to the right-hand A pillar 7 shown here.
  • ventilation openings 19 are formed in a different design. Any shapes and designs of the ventilation openings 19 are possible here. For example, these may include holes of different sizes, with which different structures and designs can be represented. Also, the openings can be chosen so small that a porous surface is formed and the vents 19 are almost invisible. In addition to holes, it is also possible to make the ventilation openings 19 slot-shaped and to arrange the slots in arbitrary arrangements relative to each other. Also, a combination of slots and circular holes is possible. The slots can also describe curves or angles. This allows a varied design of the ventilation openings 19. Another advantage of the free design of the ventilation openings 19 in the A-pillars is that this also allows a substantially draft-free ventilation of the vehicle interior. It is also possible to form different ventilation zones, for example by varying the size or number of the ventilation openings over the length of the A-pillars 5, 7.
  • the shape of the ventilation openings 19 is preferably realized by an additive manufacturing, also referred to as "rapid prototyping".
  • additive manufacturing a component is built up by layer-wise material application.
  • Corresponding methods with which this can be realized are, for example, 3D printing, stereolithography or laser sintering.
  • Additive manufacturing allows the formation of complex three-dimensional structures that enable diffuse aeration.
  • the ventilation openings in the A-pillars 5, 7, as shown in Figures 2.1 to 2.4 it is of course also possible to provide corresponding ventilation openings in the roof rail 9 or in the instrument panel support 13.
  • the arrangement of the ventilation openings 19 at any position in the body front module 1 also allows the implementation of various ventilation concepts and in particular a diffuse ventilation and thus draft-free air supply into the passenger compartment.
  • a mirror base 21 is preferably attached at the roof rail 9 of the body front module 1. Such a mirror is exemplified in Figure 3.
  • the body front module made of a plastic-containing material
  • the mirror base 21 is designed as a hollow body. This can then be connected to a likewise hollow roof rail 9, so that roof rail 9 and mirror 21 also serve for ventilation.
  • roof rail 9 and mirror 21 also serve for ventilation.
  • FIG. 3 it is possible, for example, to integrate additional air vents 23 on the mirror base.
  • the Luftausströmer 23 are directed in the embodiment shown here down and can be used for example for fast defrosting of the windscreen or even fogged windscreen for aerating the windscreen to quickly allow a clear view to the front.
  • FIG. 4 shows, for example, a body front module in a view from the vehicle interior.
  • an instrument panel 25 is used in this case.
  • the instrument panel 25 is preferably coated with an open-pored plastic material.
  • an open-pore plastic material has a pleasant haptic effect.
  • display elements 27 or switches below the coating of the open-pored plastic material, whereby the display elements shine through the open-pored plastic material. This allows for a consistent, closed, smooth surface and eliminates the need for visible joints or separations. If switches are accommodated below the coating of the open-pore plastic material, then these are preferably capacitive, ie there is no visible switch, but the switches are actuated by simple contact. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Karosseriefrontmodul (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Windschutzscheibenrahmen (3)mit einer linken A-Säule (5), einer rechten A-Säule (7) und einem die A-Säulen (5, 7) verbindenden Dachholm (9),eine Stirnwand (11) unterhalb des Wind- schutzscheibenrahmens (3), wobei die Stirnwand (11) einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs nach vorne begrenzt, und einen Instrumententafelträger (13), wobei die rechte A-Säule (7), die linke A-Säule (5), der die A-Säulen (5, 7) verbindende Dachholm (9), die Stirnwand (11) und der Instrumententafelträger (13) im Karosseriefrontmodul (1) integriert sind.

Description

Karosseriefrontmodul für ein Kraftfahrzeug
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Karosseriefrontmodul für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Windschutzscheibenrahmen mit einer linken A-Säule, einer rechten A-Säule und einem die A-Säulen verbindenden Dachholm, eine Stirnwand unterhalb des Windschutzscheibenrahmens, wobei die Stirnwand einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs nach vorne begrenzt, und einen Instrumen- tentafelträger.
Eine Fahrzeugkarosserie umfasst üblicherweise ein vorderes Modul, in dem zum Beispiel der Motor des Kraftfahrzeugs untergebracht ist, ein Mittelmodul mit den Passagierplätzen und ein Heckmodul, beispielsweise bei einer Limousine der Kofferraum oder bei einem Kombi die Lade- fläche.
Üblicherweise werden Fahrzeugkarosserien aus Stahl gefertigt, wobei die Fahrzeugkarosserie eine tragende Bodenstruktur aufweist, die im Bereich des Karosseriemittelmoduls als Bodenplatte gefertigt ist. Auf der Bodenplatte werden dann später die Sitze für Fahrer und Beifahrer sowie gegebenenfalls eine Rückbank montiert. Bei derzeitigen Kraftfahrzeugen werden seitlich an die Trägerstruktur die Seitenmodule des Kraftfahrzeugs, beispielsweise Kotflügel, A-, B-, und C-Säulen angebracht. Die A-, B-, und C-Säulen werden durch Querträger miteinander verbunden und tragen das Fahrzeugdach. Des Weiteren befinden sich üblicherweise zwischen A- und B-Säule und des Weiteren zwischen B- und C-Säule jeweils Dachholme. Die einzelnen Bauteile der Fahrzeugkarosserie werden üblicherweise miteinander verschweißt und müssen anschließend, um eine hinreichende Korrosionsfestigkeit zu erhalten, in einem aufwändigen Verfahren mit einer Beschichtung versehen werden. Zudem müssen Hohlräume versiegelt werden, damit kein Wasser und insbesondere kein die Korrosion unterstützendes Salz eindringen kann. Um Energie zum Bewegen des Kraftfahrzeugs einzusparen, bestehen derzeit Bestrebungen, das Gewicht des Fahrzeugs zu reduzieren. Dies ist zum Beispiel durch Verwendung von Materialien mit geringerer Dichte als Stahl, beispielsweise Kunststoffen möglich. Insbesondere nichttragende Bauteile werden derzeit bereits aus Kunststoffen gefertigt. Ein weiterer Nachteil der derzeitigen Struktur von Kraftfahrzeugkarosserien ist, dass zum Erreichen einer ausreichenden Stabilität große Werkstoffmengen erforderlich sind, die ebenfalls zu einem höheren Gewicht führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Karosseriefrontmodul bereitzustellen, das so gestaltet ist, dass aufgrund von Materialeinsparungen und der Materialwahl ein geringeres Gewicht erreicht werden kann als bei herkömmlichen Karosseriemittelmodulen, und das auf einfache Weise mit einem Karosseriemittelmodul verbunden werden kann. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Karosseriefrontmodul für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Windschutzscheibenrahmen mit einer linken A-Säule, einer rechten A-Säule und einem die A- Säulen verbindenden Dachholm, eine Stirnwand unterhalb des Windschutzscheibenrahmens, wobei die Stirnwand einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs nach vorne begrenzt, und einen Instrumententafeltrager, wobei die rechte A-Säule, die linke A-Säule, der die A-Säulen verbindende Dachholm, die Stirnwand und der Instrumententafelträger im Karosseriefrontmodul integriert sind.
Die A-Säulen, der die A-Säulen verbindende Dachholm, die Stirnwand und der Instrumententa- feiträger können dabei einstückig oder mehrteilig im Karosseriefrontmodul integriert sein.
Durch die Integration von A-Säulen, Dachholm, Stirnwand und Instrumententafelträger wird eine zusätzliche Versteifung des Karosseriefrontmoduls erzielt, so dass zusätzliches Material für Verstärkungselemente am Frontmodul eingespart werden kann. Zudem lässt sich auf diese Weise ein stabiles Karosseriefrontmodul erstellen, das dann auf einfache Weise mit einem Mittelmodul verbunden werden kann. Dies erlaubt die separate Herstellung von Karosseriefrontmodul, Karosseriemittelmodul und Karosserieheckmodul. Hierdurch wird ein modularer Aufbau der Fahrzeugkarosserie ermöglicht, so dass beliebige Frontmodule, Mittelmodule und Heckmodule miteinander kombiniert werden können, so lange die Maße an den Verbindungsstellen von Frontmodul zu Mittelmodul und von Mittelmodul zu Heckmodul übereinstimmen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass neben der Materialeinsparung auch alternative Werkstoffe genutzt werden können. Entsprechende alternative Werkstoffe sind zum Beispiel Polymerwerkstoffe. Diese erlauben eine weitere Gewichtsreduzierung des Frontmoduls. Im Rahmen der vorliegen- den Erfindung umfassen Polymerwerkstoffe dabei neben unverstärkten Polymeren auch verstärkte Polymere und Verbundwerkstoffe, die eine Polymermatrix enthalten.
Je nach Fahrzeugkonzept kann das Karosseriefrontmodul weiterhin eine Aufnahme für eine Antriebseinheit für das Kraftfahrzeug enthalten. Entsprechende Antriebseinheiten sind zum Bei- spiel Verbrennungskraftmaschinen oder auch ein zentraler Elektromotor. Bei Kraftfahrzeugen, die beispielsweise mit Radnabenmotoren angetrieben werden oder bei denen das Antriebsmodul im Heck positioniert ist, kann das Karosseriefrontmodul auch eine Gepäckaufnahme oder beispielsweise auch Aufnahmen für Batterien umfassen. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, am Karosseriefrontmodul eine Bodenplatte und Kotflügel sowie einen entsprechend beweglichen Deckel, der üblicherweise als Motorhaube bezeichnet wird, vorzusehen. Diese können ebenfalls einstückig mit den A-Säulen, dem Dachholm und der Stirnwand verbunden werden. Alternativ ist es auch möglich, hier separate Anbauteile vorzusehen. Wenn die Bodenplatte, Kotflügel und Motorhaube als separate Teile vorgesehen sind, stellt das Karosseriefrontmodul den vorderen Abschluss der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs dar. Bevorzugt ist es jedoch, wenn das Ka- rosseriefrontmodul sämtliche tragenden Teile für den Karosserievorbau umfasst. Nicht tragende Teile, beispielsweise auf entsprechende Träger aufgesetzte Kotflügel oder die Motorhaube, können dann entsprechend modular angebracht werden und beispielsweise durch entspre- chende Montage, beispielsweise durch Clipsen, auch austauschbar montiert werden, so dass auf diese Weise eine einfache Umgestaltung des Kraftfahrzeugs möglich ist.
Als Träger für Antriebseinheit oder Kofferraum und zur Befestigung von Kotflügeln können zum Beispiel geeignete Holme vorgesehen sein. Diese können integral mit dem Karosseriefrontmodul verbunden sein oder alternativ lösbar mit diesem verbunden werden. Bevorzugt ist jedoch eine integrale, formschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen. Alternativ wäre auch eine kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Vernieten oder Ver- schrauben möglich.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die A-Säulen und der Dachholm als Hohlkörper ausgebildet, und in den A-Säulen und dem Dachholm ist jeweils ein Kanal für Luftführung und einen Kabelbaum integriert. Dieser Kanal kann als separates Bauteil beispielsweise in die A- Säulen und den Dachholm eingeführt werden, bevorzugt ist es jedoch, die A-Säulen und den Dachholm als Hohlkörper zu fertigen, so dass diese direkt als Kanal dienen können. Durch die Integration des Kanals für die Luftführung bzw. den Kabelbaum in die A-Säulen und in den Dachholm können zusätzliche Bauteile vermieden werden, und zudem lassen sich hierdurch zum Beispiel auf einfache Weise durch die Führung der Kabel in den A-Säulen und dem Dachholm elektrische Komponenten anschließen. Auch lässt sich ein beliebiges Lüftungskonzept realisieren, bei dem die Belüftungsauslässe an beliebigen Stellen im Bereich der A-Säulen und dem Dachholm angebracht werden können. Dies erlaubt zum Beispiel eine zugluftfreie Luftzufuhr in den Fahrgastraum.
Um den Fahrgastraum mit Frischluft zu versorgen, ist es weiterhin bevorzugt, wenn unterhalb des Windschutzscheibenrahmens in der Stirnwand Zufuhrkanäle für Frischluft ausgebildet sind. Durch die Zufuhrkanäle kann die Frischluft dann über geeignete Lüftungsauslässe in den Fahrgastraum gelangen. Wenn Kanäle zur Frischluftzufuhr in den A-Säulen und dem Dachholm vorgesehen sind, so sind die Zufuhrkanäle für Frischluft vorzugsweise mit den Kanälen in den A- Säulen und dem Dachholm verbunden, so dass über die Zufuhrkanäle die Frischluft in die Ka- näle in den A-Säulen und dem Dachholm gelangt.
Wenn Frischluft durch die A-Säulen in den Fahrgastraum gelangen kann, so ist es zum Beispiel möglich, in den A-Säulen Öffnungen auszubilden, durch die die Frischluft aus dem Kanal für Luftführung in den Fahrgastraum strömen kann. Die Öffnungen können dabei in jeder beliebi- gen Gestalt ausgeführt sein. So ist es zum Beispiel möglich, eine große Anzahl an kleinen Öffnungen vorzusehen oder auch einige größere Öffnungen. Hier ist jede beliebige Gestaltung möglich. Insbesondere ist es möglich, beispielsweise im Rahmen einer additiven Fertigung die Auslassöffnungen für Frischluft zu gestalten. Hierdurch ist es auch möglich, beispielsweise komplexe 3D-Gitterstrukturen zu realisieren, die eine diffuse Belüftung ermöglichen oder durch die verschiedenen Belüftungszonen im Fahrgastinnenraum umgesetzt werden können.
In einer Ausführungsform des Karosseriefrontmoduls ist am Dachholm ein Spiegelträger für einen Rückspiegel ausgebildet. Dieser ist vorzugsweise ebenfalls einstückig mit dem Dachholm verbunden. Der Spiegelträger kann zusätzlich einen Kanal für Luftführung enthalten und Öffnungen aufweisen, durch die Frischluft aus einem Kanal für Luftführung im Dachholm austreten kann. Mit den Öffnungen für Frischluft im Spiegelträger ist es zum Beispiel möglich, Warmluft zuzuführen, mit der im Winter ein schnelles Enteisen der Frontscheibe realisiert werden kann. Zusätzlich ist durch die Lüftungsöffnungen im Spiegelfuß auch eine weitere Anpassung der Belüftungszonen im Kraftfahrzeug möglich.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die A-Säulen, der Dachholm, die Stirnwand und der Instrumententafelträger aus einem Kunststoff enthaltenden Material gefertigt. Geeignete Kunststoff enthaltende Materialien sind insbesondere faserverstärkte Kunststoffe, Organobleche oder Sandwichstrukturen.
Entsprechende Sandwichstrukturen umfassen zum Beispiel zwei Platten aus einem faserverstärkten Kunststoff oder einem Metall, zwischen denen ein Schaum eingebracht ist.
Wenn zur Herstellung von A-Säulen, Dachholm, Stirnwand und Instrumententafelträger ein faserverstärkter Kunststoff genutzt wird, wird besonders bevorzugt ein faserverstärkter Kunststoff auf thermoplastischer Basis als Matrixmaterial eingesetzt. Die Fasern, die eingesetzt werden, können Kurzfasern, Langfasern oder Endlosfasern sein. Wenn die Fasern in Form von Endlos- fasern eingesetzt werden, ist es möglich, diese als Gelege, Gestricke, Gewebe oder auch ungeordnet einzusetzen. Wenn die Endlosfasern in Form von Gelegen, Geweben oder Gestricken eingesetzt werden, ist es möglich, mehrere Schichten Fasern übereinander zu positionieren. Bei Fasergelegen können die Fasern der einzelnen Lagen gegeneinander verdreht sein. Besonders bevorzugt werden die Fasern in Form von Gelegen eingesetzt.
Als Material für die Fasern eignen sich zum Beispiel Glasfasern, Kohlenstofffasern, Kalium- titanatfasern, Basaltfasern oder Aramidfasern. Als Polymermaterial für die Matrix solch faserverstärkter Kunststoffe eignen sich insbesondere Polyamide (PA), Polyurethan (PU), Polypropy- len (PP) oder Polybutylenterephthalat (PBT). Besonders bevorzugt hierbei sind Polyamide oder Polyurethan.
Eine zusätzliche Verstärkung kann dadurch erzielt werden, dass ein Drahtgeflecht in die einzelnen Bauteile, insbesondere in die A-Säulen, den Dachholm und die Stirnwand eingebracht wird. Der Draht des Drahtgeflechts ist dabei vorzugsweise aus einem Metall gefertigt. Geeignete Metalle hierzu sind beispielsweise Stahl, Aluminium oder Magnesium. Besonders bevorzugt als Metall wird Stahl verwendet.
Wenn die A-Säulen, der Dachholm, die Stirnwand und/oder Instrumententafelträger aus einer Sandwichstruktur gefertigt werden, insbesondere in Form eines zweischaligen Aufbaus mit einem dazwischen eingebrachten Schaum oder alternativ auch vollständig aus einem Metall gefertigt werden, so ist das Metall vorzugsweise ausgewählt aus Stahl, Aluminium oder Magnesium. Bevorzugt sind jedoch faserverstärkte Polymere auch für den zweischaligen Aufbau.
Der Schaum, der bei einem zweischaligen Aufbau, d.h. einer Sandwichstruktur, zwischen den beiden Schalen aus faserverstärktem Kunststoff bzw. Metall eingebracht wird, ist vorzugsweise ein Polymerschaum. Geeignete Polymerschäume sind zum Beispiel geschlossenzellige oder offenzellige Schäume auf Basis von Polyurethan (PU), Polyethersulfon (PES), Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polyester. Um einen einstückigen Aufbau von A-Säulen, Dachholm, Stirnwand und Instrumententafelträger zu erhalten, sind diese vorzugsweise formschlüssig miteinander verbunden. Besonders bevorzugt werden die A-Säulen, der Dachholm, die Stirnwand und der Instrumententafelträger miteinander verschweißt. Neben Schweißverbindungen ist es jedoch alternativ auch möglich, die einzelnen Teile miteinander zu verkleben. Alternativ können diese auch kraftschlüssig, zum Beispiel durch Vernieten oder Verschrauben miteinander verbunden werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Instrumententafelträger eine Beschichtung aus einem offenporigen Kunststoffmaterial auf. Eine solche Beschichtung ist zum Beispiel unter dem Handelsnamen Steron® der BASF SE erhältlich. Hierbei han- delt es sich um eine Oberflächenbeschichtungstechnologie, die zum Beispiel auf eine PU-Haut appliziert werden kann. Eine solche offenporige Struktur erlaubt es, kapazitive Schalter und/oder beleuchtete Anzeigeelemente unter der Beschichtung aus dem offenporigen Kunststoffmaterial zu positionieren. Hierdurch wird eine komplett geschlossene Instrumententafel ermöglicht, ohne dass sichtbare Fugen oder Trennungen erforderlich sind. Die Position von Schaltern unter der Beschichtung aus dem offenporigen Kunststoffmaterial kann beispielsweise durch entsprechende geeignete Beleuchtung realisiert werden. Bei Einsatz von kapazitiven Schaltern ist es zudem möglich, diese durch einfache Berührung zu betätigen. Es ist nicht notwendig, sichtbare Erhebungen vorzusehen, die gedrückt werden müssen. Um den haptischen Anforderungen für den Fahrgastinnenraum zu genügen, ist es weiterhin möglich, insbesondere auf den Instrumententafelträger eine Polsterung aus einem geeigneten Polymerschaum, beispielsweise einem Polyurethanschaum aufzubringen und diese anschließend mit einer geeigneten Oberflächenbeschichtung zu versehen. Hierzu ist es auch möglich, die Oberfläche beispielsweise aus einem ungeschäumten weichen Polymermaterial oder auch aus einem offenporigen Polymer, beispielsweise Steron® zu fertigen.
Zur Herstellung eines gesamten Fahrzeugs wird das Karosseriefrontmodul dann mit einem Mittelmodul und einem Heckmodul verbunden. Hierbei ist das Karosseriefrontmodul so gestaltet, dass das Karosseriemittelmodul formschlüssig mit dem Karosseriefrontmodul verbunden wer- den kann, zum Beispiel durch Verschweißen oder Verkleben. Auch eine kraftschlüssige Verbindung von Karosseriefrontmodul und Karosseriemittelmodul beispielsweise durch Verschrauben oder Vernieten wäre möglich. Bei einer formschlüssigen Verbindung von Karosseriefrontmodul und Karosseriemittelmodul ist es insbesondere bevorzugt, wenn diese miteinander verklebt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfol- genden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine dreidimensionale Darstellung eines Karosseriefrontmoduls,
Figuren
2.1 -2.4 verschiedene Gestaltungen für Lüftungsöffnungen in A-Säulen, Figur 3 einen Spiegelfuß,
Figur 4 eine Ansicht des Frontmoduls vom Fahrzeuginnenraum.
Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Karosseriefrontmoduls.
Ein Karosseriefrontmodul 1 umfasst einen Windschutzscheibenrahmen 3 mit einer linken A- Säule 5 und einer rechten A-Säule 7 sowie einem die A-Säulen 5, 7 verbindenden Dachholm 9. Weiterhin ist unterhalb des Windschutzscheibenrahmens 3 eine Stirnwand 1 1 und ein in Figur 1 nur schematisch dargestellter Instrumententafelträger 13 umfasst.
Das Karosseriefrontmodul ist weiterhin vorzugsweise so gestaltet, dass dieses mit einem entsprechend ausgebildeten Karosseriemittelmodul verbunden werden kann. Die Verbindung des Karosseriefrontmoduls 1 mit einem Karosseriemittelmodul erfolgt vorzugsweise durch Verschweißen oder Verkleben. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, Karosseriefrontmodul 1 und Karosseriemittelmodul zu verschrauben oder zu vernieten.
Als Material für das Karosseriefrontmodul 1 wird vorzugsweise ein Kunststoff enthaltendes Material eingesetzt, beispielsweise - wie vorstehend beschrieben - ein faserverstärkter Kunststoff, ein Organoblech oder eine Sandwichstruktur.
Zur Gestaltung des Frontbereichs des Kraftfahrzeuges ist es weiterhin vorteilhaft, wenn am Karosseriefrontmodul im Bereich der Stirnwand 1 1 der Träger 15 ausgebildet ist. An den Querträgern 15 lassen sich zum Beispiel vordere Kotflügel anbringen. Zudem lässt sich mit den Querträgern 15 der Frontbereich des Fahrzeugs gestalten, beispielsweise zur Modellierung eines Raumes für eine Antriebseinheit oder alternativ auch zur Aufnahme von zu transportierenden Gütern. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Querträger 15 als Hohlkörper gestaltet sind, wie in Figur 1 dargestellt. In diesem Fall ist es möglich, dass die Querträger gleichzeitig als Öffnung zur Frischluftzufuhr dienen können. Weiterhin bevorzugt ist es auch, die A-Säulen 5, 7 und den Dachholm 9 als Hohlkörper zu gestalten, wobei diese dann als Kanal ausgebildet werden kön- nen, durch den die Frischluft strömt und über geeignete Lüftungsöffnungen in den Innenraum des Kraftfahrzeugs gelangen kann. Zusätzlich können in die als Hohlkörper ausgebildeten A- Säulen 5, 7 und den Dachholm 9 elektrische Leitungen verlegt werden, die zum Betrieb und zur Steuerung des Kraftfahrzeugs benötigt werden. Weiterhin ist in der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform am Windschutzscheibenrahmen 3 eine Vertiefung 17 ausgebildet, die so gestaltet ist, dass diese die hier nicht dargestellte Windschutzscheibe aufnehmen kann, wobei üblicherweise die Windschutzscheibe in der Vertiefung 17 verklebt wird. Durch das Verkleben der Windschutzscheibe in den Windschutzscheibenrahmen 3 wird das Karosseriefrontmodul 1 zusätzlich verstärkt.
In den Figuren 2.1 bis 2.4 sind verschiedene Ausführungsformen für Lüftungsöffnungen in den A-Säulen dargestellt. Die Darstellung erfolgt in den Figuren 2.1 bis 2.4 jeweils beispielhaft anhand der rechten A-Säule 7. Die linke A-Säule 5 wird dann vorzugsweise spiegelsymmetrisch zur hier dargestellten rechten A-Säule 7 gestaltet.
In den A-Säulen sind in den hier dargestellten Ausführungsformen Lüftungsöffnungen 19 in unterschiedlicher Gestaltung ausgebildet. Hierbei sind beliebige Formen und Gestaltungen der Lüftungsöffnungen 19 möglich. So können diese zum Beispiel Löcher in unterschiedlichen Größen umfassen, mit denen verschiedene Strukturen und Gestaltungen dargestellt werden kön- nen. Auch können die Öffnungen so klein gewählt werden, dass eine poröse Oberfläche entsteht und die Lüftungsöffnungen 19 nahezu nicht zu erkennen sind. Neben Löchern ist es auch möglich, die Lüftungsöffnungen 19 schlitzförmig zu gestalten und die Schlitze in beliebigen Anordnungen zueinander anzuordnen. Auch ist eine Kombination aus Schlitzen und kreisförmigen Löchern möglich. Die Schlitze können dabei auch Kurven oder Winkel beschreiben. Dies er- laubt eine vielfältige Gestaltung der Lüftungsöffnungen 19. Ein weiterer Vorteil der freien Gestaltung der Lüftungsöffnungen 19 in den A-Säulen ist, dass hierdurch auch eine im Wesentlichen zugluftfreie Belüftung des Fahrzeuginnenraums ermöglicht wird. Auch ist es möglich, verschiedene Lüftungszonen auszubilden, indem zum Beispiel die Größe oder Anzahl der Lüftungsöffnungen über die Länge der A-Säulen 5, 7 variiert wird.
Die Form der Lüftungsöffnungen 19 wird vorzugsweise durch eine additive Fertigung, auch als "Rapid Prototyping" bezeichnet, realisiert. Bei der additiven Fertigung wird ein Bauteil durch schichtweisen Materialauftrag aufgebaut. Entsprechende Verfahren, mit denen dies realisierbar ist, sind zum Beispiel 3D-Drucken, Stereolithographie oder Lasersintern.
Durch die additive Fertigung lassen sich komplexe dreidimensionale Strukturen ausbilden, die eine diffuse Belüftung ermöglichen. Neben den Lüftungsöffnungen in den A-Säulen 5, 7, wie in den Figuren 2.1 bis 2.4 dargestellt, ist es selbstverständlich auch möglich, entsprechende Lüftungsöffnungen im Dachholm 9 oder auch im Instrumententafelträger 13 vorzusehen. Die Anordnung der Lüftungsöffnungen 19 an beliebiger Position im Karosseriefrontmodul 1 erlaubt ebenfalls die Umsetzung verschiedener Lüftungskonzepte und insbesondere auch eine diffuse Belüftung und damit zugluftfreie Luftzufuhr in den Fahrgastinnenraum.
Am Dachholm 9 des Karosseriefrontmoduls 1 wird vorzugsweise ein Spiegelfuß 21 angebracht. Ein solcher Spiegelfuß ist beispielhaft in Figur 3 dargestellt.
Bei einer Ausbildung des Karosseriefrontmoduls aus einem Kunststoff enthaltenden Material ist es ebenfalls möglich, den Spiegelfuß 21 in beliebiger Gestaltung auszuführen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Spiegelfuß 21 als Hohlkörper gestaltet ist. Dieser kann dann mit einem ebenfalls hohl gestalteten Dachholm 9 verbunden werden, so dass Dachholm 9 und Spiegelfuß 21 ebenfalls zur Belüftung dienen. In diesem Fall ist es, wie in Figur 3 dargestellt, zum Beispiel möglich, zusätzliche Luftausströmer 23 am Spiegelfuß zu integrieren. Die Luftausströmer 23 sind in der hier dargestellten Ausführungsform nach unten gerichtet und können so zum Beispiel zum schnellen Enteisen der Frontscheibe oder auch bei beschlagener Frontscheibe zum Belüften der Frontscheibe dienen, um schnell eine klare Sicht nach vorne zu ermöglichen.
Die Luftausströmer 23 am Spiegelfuß 21 werden, wie vorstehend für die Lüftungsöffnungen 19 in den A-Säulen 5, 7 beschrieben, vorzugsweise ebenfalls durch Rapid Prototyping gestaltet, so dass individuell angepasst an die Fahrzeugform die Öffnungen des Luftausströmers 23 gestaltet werden können. Neben einer Ausrichtung derart, dass die Frontscheibe beströmt wird, um ein schnelleres Freimachen einer beschlagenen oder vereisten Scheibe zu erzielen, ist es selbstverständlich auch möglich, die Öffnungen des Luftausströmers 23 so in den Innenraum zu richten, dass diese zur zusätzlichen Belüftung des Innenraums genutzt werden können.
In Figur 4 ist beispielsweise ein Karosseriefrontmodul in einer Ansicht vom Fahrzeuginnenraum aus dargestellt.
In den Instrumententafelträger 13 ist in diesem Fall eine Instrumententafel 25 eingesetzt. Die Instrumententafel 25 wird vorzugsweise mit einem offenporigen Kunststoffmaterial beschichtet. Ein solches offenporiges Kunststoffmaterial hat zum einen eine angenehme haptische Be- Schaffung, zum anderen ist es möglich, beispielsweise Anzeigeelemente 27 oder auch Schalter unterhalb der Beschichtung aus dem offenporigen Kunststoffmaterial zu positionieren, wobei die Anzeigeelemente durch das offenporige Kunststoffmaterial hindurchscheinen. Dies erlaubt eine einheitliche, geschlossene glatte Oberfläche, und es werden keine sichtbaren Fugen oder Trennungen benötigt. Wenn unterhalb der Beschichtung aus dem offenporigen Kunststoff- material Schalter aufgenommen sind, so sind diese vorzugsweise kapazitiv, d.h. es ist kein sichtbarer Schalter vorhanden, sondern die Schalter werden durch einfache Berührung betätigt. Bezugszeichenliste
1 Karosseriefrontmodul
3 Windschutzscheibenrahmen
5 linke A-Säule
7 rechte A-Säule
9 Dachholm
1 1 Stirnwand
13 Instrumententafeltrager
15 Querträger
17 Vertiefungen
19 Lüftungsöffnung
21 Spiegelfuß
23 Luftausströmer
25 Instrumententafel
27 Anzeigeelemente

Claims

Patentansprüche
Karosseriefrontmodul (1 ) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Windschutzscheibenrahmen (3) mit einer linken A-Säule (5), einer rechten A-Säule (7) und einem die A-Säulen (5, 7) verbindenden Dachholm (9), eine Stirnwand (1 1 ) unterhalb des Windschutzscheibenrahmens (3), wobei die Stirnwand (1 1 ) einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs nach vorne begrenzt, und einen Instrumententafelträger (13), wobei die rechte A-Säule (7), die linke A-Säule (5), der die A-Säulen (5, 7) verbindende Dachholm (9), die Stirnwand (1 1 ) und der Instrumententafelträger (13) im Karosseriefrontmodul (1 ) integriert sind.
Karosseriefrontmodul (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die A-Säulen (5, 7) und der Dachholm (9) als Hohlkörper ausgebildet sind und in den A-Säulen (5, 7) und im Dachholm (9) ein Kanal für Luftführung und einen Kabelbaum integriert sind.
Karosseriefrontmodul gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Windschutzscheibenrahmens (3) in der Stirnwand (1 1 ) Zufuhrkanäle für Frischluft ausgebildet sind.
Karosseriefrontmodul gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den A- Säulen (5, 7) Öffnungen ausgebildet sind, durch die Frischluft aus dem Kanal für Luftführung in den Fahrgastraum strömen kann.
Karosseriefrontmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die A-Säulen (5, 7), der Dachholm (9), die Stirnwand (1 1 ) und der Instrumententafelträger (13) aus einem Kunststoff enthaltenden Material gefertigt sind.
Karosseriefrontmodul gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff enthaltende Material ein faserverstärkter Kunststoff, ein Organoblech oder eine Sandwichstruktur ist.
Karosseriefrontmodul gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichstruktur aus einer oberen und einer unteren Platte sowie einem zwischen den Platten aufgenommenen Polymerschaum aufgebaut ist.
Karosseriefrontmodul gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die obere und die untere Platte jeweils ein Organoblech ist.
Karosseriefrontmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Dachholm (9) ein Spiegelfuß (21 ) für einen Rückspiegel ausgebildet ist
10. Karosseriefrontmodul gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegelfuß (21 ) einen Kanal für Luftführung enthält und Öffnungen (23) aufweist, durch die Frischluft aus dem Kanal für Luftführung austreten kann.
1 1 . Karosseriefrontmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Instrumententafeltrager (13) eine Beschichtung aus einem offenporigen Kunststoffmaterial aufweist.
12. Karosseriefrontmodul gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass unter der Beschichtung aus dem offenporigen Kunststoffmaterial kapazitive Schalter und/oder beleuchtete Anzeigeelemente (27) positioniert sind.
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