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Die Erfindung betrifft ein Karosseriemodul für eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen bzw. von Verbundwerkstoffen ist aus dem Stand der Technik das so genannte RTM-Verfahren (RTM: Resin Transfer Moulding bzw. Harz-Injektionsverfahren) bekannt. Ein RTM-Prozess beginnt mit dem Einlegen von Verstärkungsfasern bzw. von Armierungsmaterialien in eine Werkzeugform. Die Verstärkungsfasern können beispielsweise als Gewebe, Gewirke, Vliese, Gitter Matten usw. ausgeführt sein, die beispielsweise aus Glas-, Kunststoff-, Natur- und/oder Kohlefasern hergestellt sind. Für Sandwich-Konstruktionen können Kernwerkstoffe wie Polyurethanschaum, PVC-Schaum, Balsaholz usw. verwendet werden. Nach dem Einlegen der Verstärkungsfasern wird die Werkzeugform geschlossen und ein Harz-Härtergemisch wird über einen oder mehrere Injektoren in die Werkzeugform eingespritzt. Zuvor kann auch ein Vakuum in der Werkzeugform erzeugt werden, um den Fluss des Harz-Härtergemisches zu verbessern. Die Aushärtung des Harz-Härtergemisches kann durch Beheizen der Werkzeugformen beschleunigt werden. Neben den verschiedenen Verstärkungsfaserwerkstoffen und Sandwichwerkstoffen können beim RTM-Verfahren auch unterschiedliche Harzsysteme, wie z. B. Polyester-, Venylester-, Epoxid- oder Phenol-Harze, verwendet werden. Das RTM-Verfahren ermöglicht insbesondere die Herstellung von Teilen mit komplexer Geometrie.
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In der Gebrauchsmusterschrift
DE 299 24 726 U1 wird ein Verbundbauteil für Fahrzeugkarosserien beschrieben. Das beschriebene Verbundbauteil definiert abschnittsweise die Außenfläche des Fahrzeugs und ist insbesondere als großflächiges Verbundbauteil in Form eines Fahrzeugdachs, einer Tür, einer Klappe oder eines Deckels ausgeführt. Das beschriebene Verbundbauteil umfasst eine vor dem Schäumen separat tiefgezogene Außenhaut und eine auf der Innenseite der Außenhaut aufgeschäumte Kunststoffschicht. Die tiefgezogene Außenhaut ist an den Rändern rahmenlos ausgebildet und mit einer umlaufenden Aufkantung versehen. Zudem ist über den gesamten Flächenbereich der Außenhaut eine an sich nicht steife Armierung aus ungeordneten Fasern, insbesondere Glasfasern, vorgesehen, mit denen der Kunststoff beladen ist, wobei die ungeordneten Fasern den Elastizitätsmodul der geschäumten Kunststoffschicht erhöhen. Die Armierung umfasst beispielsweise nichteigensteife bzw. biegeschlaffe Gewebe, Gewirke, Vliese, Gitter Matten usw., die beispielsweise aus Glas-, Kunststoff- und/oder Kohlefasern hergestellt sind.
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Aus der
US 2003/0230443 A1 und der
EP 0670 257 A1 ist jeweils eine Karosserie für ein Leichtbaufahrzeug bekannt, welche aus verschiedenen Unterbaugruppen aufgebaut ist.
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Aus der
EP 1 052 164 A1 ist eine Wandgruppe, insbesondere eine Seitenwandgruppe, für Personenkraftwagen bekannt. Die Wandgruppe umfasst mindestens zwei Rahmenteile, welche als Vor-Formteile aus einem Verstärkungswerkstoff aufgebaut sind, durch einen RTM-Prozess durchgeharzt und zu einer einstückigen Unterbaugruppe verbunden sind. Die mindestens zwei Rahmenteile werden zur Durchführung des RTM-Prozesses in ein Werkzeug eingelegt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Karosseriemodul für eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs mit einem geringen Gewicht anzugeben, das schnell und einfach hergestellt werden kann.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung eines Karosseriemoduls für eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen der Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Hierbei sind mindestens zwei Rahmenteile eines Karosseriemoduls für eine Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs als Vor-Formteile aus einem Verstärkungswerkstoff aufgebaut, durch einen RTM-Prozess durchgeharzt und zu einer einstückigen Unterbaugruppe des Karosseriemoduls verbunden. Die mindestens zwei Rahmenteile werden zur Durchführung des RTM-Prozesses in ein Werkzeug eingelegt. Durch die Verwendung des RTM-Prozesses können in vorteilhafter Weise verschiedene Karosseriemodule mit einem geringen Gewicht schnell und einfach hergestellt werden.
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Erfindungsgemäß ist eine erste Unterbaugruppe als u-förmiger einstückiger Scheibenrahmen ausgeführt, der einen ersten seitlichen Dachrahmen und einen zweiten seitlichen Dachrahmen umfasst, die über einen Scheibenquerträger miteinander verbunden sind. Die Anbindung des Scheibenquerträgers an die beiden seitlichen Dachrahmen erfolgt an entsprechenden Verbindungsstellen in einem unteren Bereich der beiden seitlichen Dachrahmen. Durch die Verwendung des Scheibenquerträgers wird in vorteilhafter Weise eine Abstützbasis der seitlichen Dachrahmen auf einer unteren Karosseriestruktur vergrößert, so dass auf die seitlichen Dachrahmen wirkende Kräfte besser auf die untere Karosseriestruktur übertragen werden können. Solche Kräfte können beispielsweise bei einem Überschlag des Fahrzeugs durch eine korrespondierende Dacheindrückung hervorgerufen werden.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Karosseriemoduls können an entsprechenden Verbindungsstellen zwischen mindestens zwei Rahmenteilen zusätzliche Verstärkungselemente in die mindestens zwei Rahmenteile eingelegt werden, welche die korrespondierende Verbindungsstelle überlappen. Die Vor-Formteile und/oder die Verstärkungselemente sind beispielsweise als Kohlefasern und/oder Glasfasern ausgeführt. Zudem können die Vor-Formteile und/oder die Verstärkungselemente als Flecht- und/oder Winkelprofile ausgeführt werden.
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Alternativ kann eine zweite Unterbaugruppe als geschlossener einstückiger Scheibenrahmen ausgeführt werden, der zusätzlich zur ersten Unterbaugruppe einen vorderen Dachquerträger umfasst, der in einem oberen Bereich der beiden seitlichen Dachrahmen an entsprechenden Verbindungsstellen an die beiden seitlichen Dachrahmen angebunden ist. Die zweite Unterbaugruppe kann beispielsweise als Scheibenrahmenmodul bei einem Cabriolet verwendet werden.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Karosseriemoduls ist eine dritte Unterbaugruppe als einstückige Dachstruktur ausgeführt, die den ersten seitlichen Dachrahmen und den zweiten seitlichen Dachrahmen umfasst, die über den vorderen Dachquerträger und über einen hinteren Dachquerträger miteinander verbunden sind. Die Anbindung des vorderen Dachquerträgers an die beiden seitlichen Dachrahmen kann an entsprechenden Verbindungsstellen in einem oberen vorderen Bereich der beiden seitlichen Dachrahmen erfolgen. Die Anbindung des hinteren Dachquerträgers an die beiden seitlichen Dachrahmen kann an entsprechenden Verbindungsstellen in einem oberen hinteren Bereich der beiden seitlichen Dachrahmen erfolgen. Zudem kann die dritte Unterbaugruppe ein Verstärkungselement umfassen, das den vorderen Dachquerträger und den hinteren Dachquerträger miteinander verbindet. Das Verstärkungselement verläuft im Wesentlichen parallel zu den beiden seitlichen Dachrahmen und ist an entsprechenden Verbindungsstellen an den vorderen Dachquerträger und den hinteren Dachquerträger angebunden ist. Das Verstärkungselement erhöht in vorteilhafter Weise die Steifigkeit und Stabilität der Dachstruktur. Zudem umfasst die dritte Unterbaugruppe zur Vergrößerung der Abstützbasis der seitlichen Dachrahmen auf der unteren Karosseriestruktur den Scheibenquerträger, der an entsprechenden Verbindungsstellen in einem unteren Bereich an die beiden seitlichen Dachrahmen angebunden ist.
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In weiterer Ausgestaltung der dritten Unterbaugruppe wird eine Dachaußenhaut als Formteil aus einem Verbundwerkstoff hergestellt. Die Dachaußenhaut kann beispielsweise in einem RTM-Prozess gemeinsam mit der dritten Unterbaugruppe durchgeharzt und zu einem einstückigen Dachmodul verbunden werden. Alternativ kann die Dachaußenhaut mit der dritten Unterbaugruppe verklebt werden, um ein einstückiges Dachmodul zu bilden. Durch die getrennte Fertigung der Dachaußenhaut und dem anschließenden Verkleben der Dachaußenhaut mit der dritten Unterbaugruppe, kann die Dachaußenhaut mit einer hohen Oberflächenqualität hergestellt werden, die durch den Klebeprozess nicht negativ beeinflusst wird.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Perspektivdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Karosseriemoduls,
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2 eine schematische Querschnittdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels des Karosseriemoduls aus 1,
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3 eine schematische Perspektivdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Karosseriemoduls, und
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4 eine schematische Perspektivdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Karosseriemoduls.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Karoseriemoduls als u-förmiger einstückiger Scheibenrahmen 1 ausgeführt, der einen ersten seitlichen Dachrahmen 2.1 und einen zweiten seitlichen Dachrahmen 2.2 umfasst, die über einen Scheibenquerträger 3 miteinander verbunden sind. Die Anbindung des Scheibenquerträgers 3 an den ersten seitlichen Dachrahmen 2.1 erfolgt an einer ersten Verbindungsstelle 3.1 in einem unteren Bereich des ersten seitlichen Dachrahmens 2.1. Die Anbindung des Scheibenquerträgers 3 an den zweiten seitlichen Dachrahmen 2.2 erfolgt an einer zweiten Verbindungsstelle 3.2 in einem unteren Bereich des zweiten seitlichen Dachrahmens 2.2. Die drei Rahmenteile 2.1, 2.2 und 3 werden bei der Herstellung des Karosseriemoduls als Vor-Formteile aus einem Verstärkungswerkstoff in eine entsprechende Werkzeugform eingelegt, durch einen RTM-Prozess durchgeharzt und zum u-förmigen einstückigen Scheibenrahmen 1 verbunden. Zur Verstärkung der beiden Verbindungsstellen 3.1, 3.2 des Scheibenquerträgers 3 mit den beiden seitlichen Dachrahmen 2,1 und 2.2 werden an der ersten bzw. zweiten Verbindungsstelle 3.1 bzw. 3.2 zusätzliche Verstärkungselemente so in die Rahmenteile 2.1 und 3 bzw. 2.2 und 3 eingelegt, dass sie die Verbindungsstellen 3.1 bzw. 3.2 überlappen. Die Vor-Formteile und/oder die Verstärkungselemente sind beispielsweise als Flecht- und/oder Winkelprofile aus Kohlefasern und/oder Glasfasern ausgeführt. Wie weiter aus 1 und 2 ersichtlich ist, können die beiden seitlichen Dachrahmen 2.1 bzw. 2.2 über korrespondierende Verankerungen 6.1 bzw. 6.2 mit einer unteren Karosseriestruktur 5 verankert werden. Wie aus 2 ersichtlich ist, wird eine wirksame Abstützbasis A1 des ersten seitlichen Dachrahmens 2.1 auf der unteren Karosseriestruktur 5 durch den Scheibenquerträger 3 auf eine Abstützbasis A2 vergrößert, die neben der Breite des ersten seitlichen Dachrahmens 2.1 auch die Breite des Scheibenquerträgers 3 umfasst. Diese Ausführungen gelten analog für den zweiten seitlichen Dachrahmen 2.2. Durch die breitere Abstützbasis A2 der seitlichen Dachrahmen 2.1, 2.2 auf der unteren Karosseriestruktur 5 können auf die seitlichen Dachrahmen wirkende Kräfte besser auf die untere Karosseriestruktur 5 übertragen werden. Solche Kräfte können beispielsweise bei einem Überschlag des Fahrzeugs durch eine korrespondierende Dacheindrückung hervorgerufen werden.
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Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, kann der u-förmige Scheibenrahmen 1 zur Erhöhung der Stabilität und Steifigkeit durch einen vorderen Dachquerträger 4 geschlossen werden. Die Anbindung des vorderen Dachquerträgers 4 an den ersten seitlichen Dachrahmen 2.1 erfolgt an einer ersten Verbindungsstelle 4.1 in einem oberen vorderen Bereich des ersten seitlichen Dachrahmens 2.1. Die Anbindung des vorderen Dachquerträgers 4 an den zweiten seitlichen Dachrahmen 2.2 erfolgt an einer zweiten Verbindungsstelle 4.2 in einem oberen vorderen Bereich des zweiten seitlichen Dachrahmens 2.2.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Karoseriemoduls als Dachmodul 10 ausgeführt, das neben dem u-förmigen einstückigen Scheibenrahmen 1 mit dem ersten seitlichen Dachrahmen 2.1, dem zweiten seitlichen Dachrahmen 2.2 und dem Scheibenquerträger 3, den vorderen Dachquerträger 4 und einen hinteren Dachquerträger 7 umfasst. Die Anbindung des vorderen Dachquerträgers 4 an die beiden seitlichen Dachrahmen 2.1, 2.2 erfolgt analog zur Ausführungsform gemäß 1 an den entsprechenden Verbindungsstellen 4.1 bzw. 4.2 in einem oberen vorderen Bereich der beiden seitlichen Dachrahmen 2.1 bzw. 2.2. Die Anbindung des hinteren Dachquerträgers 7 an den ersten seitlichen Dachrahmen 2.1 erfolgt an einer ersten Verbindungsstelle 7.1 in einem oberen hinteren Bereich des ersten seitlichen Dachrahmens 2.1. Die Anbindung des hinteren Dachquerträgers 7 an den zweiten seitlichen Dachrahmen 2.2 erfolgt an einer zweiten Verbindungsstelle 7.2 in einem oberen hinteren Bereich des zweiten seitlichen Dachrahmens 2.2. Der hintere Dachquerträger 7 ist vorzugsweise als Überrollbügel ausgeführt. Durch den Scheibenquerträger 3 kann, analog zu den Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1, die wirksame Abstützbasis des ersten seitlichen Dachrahmens 2.1 bzw. des zweiten seitlichen Dachrahmens 2.2 auf die untere Karosseriestruktur vergrößert werden, wodurch die auf die beiden seitlichen Dachrahmen 2.1, 2.2 wirkenden Kräfte besser auf die untere Karosseriestruktur übertragen werden können.
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Analog zur Ausführungsform gemäß 1, werden die Rahmenteile 2.1, 2.2, 3, 4 und 7 bei der Herstellung des Karosseriemoduls als Vor-Formteile aus einem Verstärkungswerkstoff in eine entsprechende Werkzeugform eingelegt, durch einen RTM-Prozess durchgeharzt und zu einer einstückigen Unterbaugruppe verbunden. Zudem werden analog zur Ausführungsform gemäß 1 zur Verstärkung der Verbindungsstellen 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 7.1 und 7.2 zwischen den Rahmenteilen 2.1 und 3, 2.2 und 3, 2.1 und 4, 2.2 und 4, 2.1 und 7, 2.2 und 7 zusätzliche Verstärkungselemente verwendet.
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Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Dachmoduls 10 ist zwischen dem vorderen Dachquerträger 4 und dem hinteren Dachquerträger 7 zur Erhöhung der Steifigkeit und der Stabilität des Dachmoduls 10 ein Verstärkungsbauteil 8 angeordnet, das im Wesentlichen parallel zu den beiden seitlichen Dachrahmen 2.1 und 2.2 verläuft. Die Anbindung des Verstärkungsbauteils 8 an den vorderen Dachquerträger 4 erfolgt an einer ersten Verbindungsstelle 8.1 in einem mittleren Bereich des vorderen Dachquerträgers 4. Die Anbindung des Verstärkungsbauteils 8 an den hinteren Dachquerträger 7 erfolgt an einer zweiten Verbindungsstelle 8.2 in einem mittleren Bereich des hinteren Dachquerträgers 7.
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Wie weiter aus 3 ersichtlich ist, ist eine Dachaußenhaut 9 als Formteil aus einem Verbundwerkstoff hergestellt und wird nach dem RTM-Prozess mit der einstückigen Unterbaugruppe zur Bildung des Dachmoduls 10 verklebt. Durch die getrennte Fertigung der Dachaußenhaut 9 und dem anschließenden Verkleben der Dachaußenhaut 9 mit der Unterbaugruppe, kann die Dachaußenhaut mit einer hohen Oberflächenqualität hergestellt werden, die durch den Klebeprozess nicht negativ beeinflusst wird. Alternativ kann die Dachaußenhaut 9 mit der Unterbaugruppe in einem RTM-Prozess durchgeharzt und zum einstückigen Dachmodul 10 verbunden werden.
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Wie aus 4 ersichtlich ist, ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Karoseriemoduls als geschlossener einstückiger Scheibenrahmen 100, vorzugsweise für ein Cabriolet ausgeführt. Der geschlossene Scheibenrahmen 100 umfasst einen ersten seitlichen Dachrahmen 21, einen zweiten seitlichen Dachrahmen 22, einen Scheibenquerträger 30 und einen vorderen Dachquerträger 40. Die Anbindung des Scheibenquerträgers 30 an den ersten seitlichen Dachrahmen 21 erfolgt an einer ersten Verbindungsstelle 31 in einem unteren Bereich des ersten seitlichen Dachrahmens 21. Die Anbindung des Scheibenquerträgers 30 an den zweiten seitlichen Dachrahmen 22 erfolgt an einer zweiten Verbindungsstelle 32 in einem unteren Bereich des zweiten seitlichen Dachrahmens 22. Die Anbindung des vorderen Dachquerträgers 40 an den ersten seitlichen Dachrahmen 21 erfolgt an einer ersten Verbindungsstelle 41 in einem oberen vorderen Bereich des ersten seitlichen Dachrahmens 21. Die Anbindung des vorderen Dachquerträgers 40 an den zweiten seitlichen Dachrahmen 22 erfolgt an einer zweiten Verbindungsstelle 42 in einem oberen vorderen Bereich des zweiten seitlichen Dachrahmens 22.
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Analog zur Ausführungsform gemäß 1 bzw. 3, werden die Rahmenteile 21, 22, 30 und 40 bei der Herstellung des Karosseriemoduls als Vor-Formteile aus einem Verstärkungswerkstoff in eine entsprechende Werkzeugform eingelegt, durch einen RTM-Prozess durchgeharzt und zu einer einstückigen Unterbaugruppe verbunden. Zudem werden analog zur Ausführungsform gemäß 1 bzw. 3 zur Verstärkung der Verbindungsstellen 31, 32, 41 und 42 zwischen den Rahmenteilen 21 und 30, 22 und 30, 21 und 40, 22 und 40 zusätzliche Verstärkungselemente verwendet.
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Die beiden seitlichen Dachrahmen 21 bzw. 22 können, analog zur Ausführungsform gemäß 1, über korrespondierende Verankerungen 61 bzw. 62 mit einer unteren Karosseriestruktur verankert werden. Zudem kann durch den Scheibenquerträger 30 die wirksame Abstützbasis des ersten seitlichen Dachrahmens 21 bzw. des zweiten seitlichen Dachrahmens 22 auf die untere Karosseriestruktur vergrößert werden, wodurch die auf die beiden seitlichen Dachrahmen 21, 22 wirkenden Kräfte besser auf die untere Karosseriestruktur übertragen werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- u-förmiger Scheibenrahmen
- 2.1
- erster seitlicher Dachrahmen
- 2.2
- zweiter seitlicher Dachrahmen
- 3
- Scheibenquerträger
- 3.1
- erste Verbindungsstelle
- 3.2
- zweite Verbindungsstelle
- 4
- vorderer Dachquerträger
- 4.1
- erste Verbindungsstelle
- 4.2
- zweite Verbindungsstelle
- 5
- Karosseriestruktur
- 6.1
- erste Verankerung
- 6.2
- zweite Verankerung
- 7
- hinterer Dachquerträger
- 7.1
- erste Verbindungsstelle
- 7.2
- zweite Verbindungsstelle
- 8
- Verstärkungsbauteil
- 8.1
- erste Verbindungsstelle
- 8.2
- zweite Verbindungsstelle
- 9
- Dachaußenhaut
- 10
- Dachmodul
- 21
- erster seitlicher Dachrahmen
- 22
- zweiter seitlicher Dachrahmen
- 30
- Scheibenquerträger
- 31
- erste Verbindungsstelle
- 32
- zweite Verbindungsstelle
- 40
- vorderer Dachquerträger
- 41
- erste Verbindungsstelle
- 42
- zweite Verbindungsstelle
- 61
- erste Verankerung
- 62
- zweite Verankerung
- 100
- geschlossener Scheibenrahmen
- A1
- erste Abstützbasis
- A2
- zweite Abstützbasis
