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Die Erfindung betrifft einen Schweller für eine Fahrzeugkarosserie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Es ist bekannt, Schweller in einer so genannten Hybridbauweise herzustellen. Ein solcher Schweller weist außenseitig ein Aluminiumprofil und innenseitig ein Profil aus Stahlblech auf. Eine Anbindung an ein Karosserieträgerelement, wie beispielsweise einem Sitzquerträger, erfolgt am Stahlblechprofil über geeignete Verbindungselemente, wie beispielsweise Halbhohlstanznieten. Je nach spezifischen Anforderungen hinsichtlich Material, Wandstärke, Geometrie wird diese Anbindung des Schwellers an das Karosserieträgerelement unterschiedlich gestaltet, was aufwändig ist.
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Aus der
DE 195 28 874 C2 ist beispielsweise ein Schweller für eine Fahrzeugkarosserie bekannt, bei dem zur Übertragung einer Aufprallkraft eine Profilanordnung als Schwellerverstärkung vorgesehen ist, deren wesentliche Elemente ein sich längs erstreckendes Profilteil und ein Distanzprofilteil sind. Je nach Gestaltung dieser Verstärkungselemente ergibt sich aber eine unterschiedliche Ausgestaltung einer Verbindung zwischen dem Schweller und der Fahrzeugkarosserie.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schweller für eine Fahrzeugkarosserie zu schaffen, welcher eine Schwellerverstärkung aufweist, welche bedarfsgerecht gestaltet werden kann, ohne dass dabei ein Verbindungsbereich von Schweller zu Karosserie verändert werden muss.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Bereitstellung eines Schwellers für eine Fahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Schweller für eine Fahrzeugkarosserie zur Verfügung, welcher zwei Hohlprofilabschnitte aufweist. Hierbei ist ein Außenhohlprofilabschnitt einem Fahrzeugäußeren und ein Innenhohlprofilabschnitt einem Fahrzeuginneren zugewandt. Zudem ist innerhalb des Innenhohlprofilabschnitts ein Schwellerverstärkungselement angeordnet, welches am Innenhohlprofilabschnitt befestigt ist. Des Weiteren ist an mindestens einem Verbindungsbereich ein Karosserieträgerelement mit dem Innenhohlprofilabschnitt verbindbar. Erfindungsgemäß weist das Schwellerverstärkungselement mindestens eine Zugangsöffnung auf, welche einen Zugang zu dem mindestens einen Verbindungsbereich bei der Herstellung einer Verbindung zwischen dem Innenhohlprofilabschnitt und dem Karosserieträgerelement schafft.
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Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen in vorteilhafter Weise je nach Anforderungsprofil eine unterschiedliche Ausgestaltung der Schwellerverstärkung, wobei die Verbindungstechnik zur Verbindung des Schwellers mit der Karosserie unabhängig von der Ausführung der Schwellerverstärkung in gleicher Weise gestaltet werden kann. Damit kann auch bei unterschiedlichen Gestaltungen der Schwellerverstärkung für Fahrzeuge einer selben Baureihe je nach Anforderungsprofil vorteilhafterweise eine gleichartige Verbindungstechnik aufrechterhalten werden. Damit können länderspezifische unterschiedliche Anforderungen an die Crashsicherheit erfüllt werden, ohne dabei die Verbindungstechnik zwischen dem Schweller und der Karosserie verändern zu müssen, was zu einer erheblichen Kostenersparnis führt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwellers kann der Verbindungsbereich für eine Nietverbindung, eine Schweißverbindung und/oder eine Schraubverbindung vorgesehen werden. Dadurch können verschiedene geeignete Verbindungstechniken zur Verbindung des Schwellers mit der Karosserie eingesetzt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwellers kann das Schwellerverstärkungselement eine abgewinkelte Form aufweisen und innenseitig mit einem Querteil an einer Oberseite und mit einem Längsteil an einer Hochseite des Innenhohlprofilabschnitts befestigt werden. Eine gute Verbindungsmöglichkeit ergibt sich beispielsweise, wenn die Befestigungen des Schwellerverstärkungselements am Innenhohlprofilabschnitt als Reibelementschweißverbindungen ausgeführt sind.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwellers können die Form und Abmessungen der mindestens einen Zugangsöffnung an die auszuführende Verbindungstechnik angepasst werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwellers können der Außenhohlprofilabschnitt und der Innenhohlprofilabschnitt aus Aluminium gefertigt werden. Dies ermöglicht eine Umsetzung des Leichtbaugedankens, wobei eine Steuerung der Verstärkungswirkung für den Schweller über das erfindungsgemäße Schwellerverstärkungselement erfolgt. Das Schwellerverstärkungselement kann beispielsweise aus Stahlblech oder aus carbonfaserverstärktem Kunststoff gefertigt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwellers weist das Schwellerverstärkungselement an einem Ende einen Anbindungsbereich auf, welcher aus dem Innenhohlprofilabschnitt herausragt und mit einem anderen Karosserieträgerelement verbindbar ist. Der Anbindungsbereich des Schwellerverstärkungselements kann beispielsweise mit einer A-Säule verbunden werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Perspektivdarstellung einer Fahrzeugkarosserie ausgestattet mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schwellers,
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2 eine schematische Querschnittdarstellung des Schwellers aus 1 gemäß einer Linie II-II in 1, und
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3 eine schematische Längsschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Schwellers aus 1 und 2.
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Wie aus 1 bis 3 ersichtlich ist, weist eine Fahrzeugkarosserie 1 eines Fahrzeugs einen Schweller 2 auf, welcher aus zwei Teilen aufgebaut ist. Hierbei sind ein Außenhohlprofilabschnitt 3 einem Fahrzeugäußeren 10 und ein Innenhohlprofilabschnitt 4 einem Fahrzeuginneren 11 zugewandt. Der Außenhohlprofilabschnitt 3 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Aluminium und weist beispielsweise zwei, von einer Strebe 5 getrennte Hohlräume 6, 7 auf. Somit ist der Außenhohlprofilabschnitt 3 in Fahrzeughochrichtung z gesehen in einen unteren Hohlraum 6 und einen oberen Hohlraum 7 unterteilt. Beide Hohlräume 6, 7 werden seitlich von einer Außenwandung 15 und einer Innenwandung 16 begrenzt. Die Innenwandung 16 ragt entlang der Fahrzeughochrichtung z beidseitig etwas über die Wandung der Hohlräume 6, 7 hinaus, so dass zwei zungenförmige Flanschbereiche 17, 18, ein unterer Flanschbereich 17 und ein oberer Flanschbereich 18, vorliegen. Die beiden Flanschbereiche 17, 18 dienen zur Befestigung des seitlich korrespondierend vorliegenden Innenhohlprofilabschnitts 4 des Schwellers 2, der ebenfalls über zwei Flanschbereiche 20, 21, einen unteren Flanschbereich 20 und einen oberen Flanschbereich 21, verfügt. Die unteren Flanschbereiche 17, 20 und die oberen Flanschbereiche 18, 21 beider Hohlprofilabschnitte 3, 4 sind beispielsweise über Halbhohlstanznieten 25 bzw. 26 miteinander verbunden. Zudem kann ein Seitenwandrahmen 19 mit den oberen Flanschbereichen 18 und 21 verbunden werden. Der Seitenwandrahmen 19 überdeckt teilweise den oberen Teil der Wandung des oberen Hohlraums 7 und ist beispielsweise über selbstfurchende Schrauben 27 seitlich an der Wandung des oberen Hohlraums 7 bzw. an der Außenwandung 15 befestigt.
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Der Innenhohlprofilabschnitt 4 weist eine Wandung 30 auf, welche vom unteren Flanschabschnitt 20 in eine im Wesentlichen horizontal bzw. in Fahrzeugquerrichtung y verlaufende Bodenseite 31, eine im Wesentlichen vertikal bzw. in Fahrzeughochrichtung z verlaufende Hochseite 32 zu einer im Wesentlichen horizontal bzw. in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Oberseite 33 weiter in den oberen Flanschabschnitt 21 abgestuft unterteilt ist, so dass der Querschnitt des Innenhohlprofilabschnitts 4 insgesamt die Form eines Hutes bzw. einer Pagode aufweist. Der Innenhohlprofilabschnitt 4 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Aluminiumprofil. Zur Verstärkung ist ein im Querschnitt L-förmiges Schwellerverstärkungselement 40 vorgesehen, welches innenseitig am Innenhohlprofilabschnitt 4 befestigt ist. Hierzu ist das Schwellerverstärkungselement 40 mit einem im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung y verlaufenden Querteil 41 innenseitig an der Oberseite 33 der Wandung 30 beispielsweise über eine erste Reibelementschweißverbindung 50 befestigt. Ein vom Querteil 41 abgewinkeltes, im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung z verlaufendes Längsteil 42 ist beispielsweise über eine zweite Reibelementschweißverbindung 51 an der Hochseite 32 der Wandung 30 befestigt. Die zweite Reibelementschweißverbindung 51 ist etwa im ersten, unteren Viertel der Erstreckung der Hochseite 32 vorgesehen. Entlang der Fahrzeuglängsrichtung x können mehrere erste und zweite Reibelementschweißverbindungen 50, 51 zur Befestigung des Schwellerverstärkungselements 40 am Innenhohlprofilabschnitt 4 vorgesehen werden.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, ist ein Karosserieträgerelement 60, wie beispielsweise ein Sitzquerträger, am Innenhohlprofilabschnitt 4 befestigt. Eine Oberseite 62 des Sitzquerträgers 60 ist dabei mit einer Abwinklung 63 etwa in der oberen Hälfte an der Hochseite 32 des Innenhohlprofilabschnitts 4 beispielsweise über erste Halbhohlstanznieten 65 angeflanscht. Des Weiteren ist ein Fahrzeugboden 61 an der Bodenseite 31 des Innenhohlprofilabschnitts 4 über zweite Halbhohlstanznieten 66 befestigt. Der Sitzquerträger 60 und der Fahrzeugboden 61 bestehen im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls aus Aluminiumblech.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass ein Verbindungsbereich 70, der von der Schwellerverstärkung bzw. dem Schwellerverstärkungselement 40 überdeckt wird, entsprechend ausgespart wird bzw. über zumindest eine Zugangsöffnung 43 verfügt. Damit ist es möglich, ohne Behinderung durch das Schwellerverstärkungselement 40 eine Verbindung zwischen dem Innenhohlprofilabschnitt 4 und dem Sitzquerträger 60 über die Halbhohlstandsnieten 65 herzustellen, ohne dass es dabei zu einer Verbindung der Schwellerverstärkung 40 mit dem Karosserieträger bzw. dem Sitzquerträger 60 kommt.
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Die Zugangsöffnungen 43 sind immer an den Verbindungsbereichen 70 des Innenhohlprofilquerschnitts 4 des Schwellers 2 mit dem Karosserieträgerelements 60 vorgesehen, so dass unabhängig von der Form und Ausgestaltung der Schwellerverstärkung 40, das heißt, ob diese an der Verbindungsstelle vorhanden ist oder nicht, stets eine gleiche Verbindungstechnik eingesetzt werden kann. Form und Abmessungen der mindestens einen Zugangsöffnung 43 sind in vorteilhafter Weise an die auszuführende Verbindungstechnik angepasst.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, können in Fahrzeuglängsrichtung x mehrere Verbindungsbereiche 70 zur Anbindung des hier nicht dargestellten Karosserieträgerelements 60 und dem Innenhohlprofilabschnitt 4 vorgesehen werden. Zudem können Verbindungsbereiche 70 an einem Ende des Schwellerverstärkungselements 40 vorgesehen werden, an welchem der Schweller 2 mit einem hinteren Verbindungsteil 75 verbunden ist, über welches der Schweller 2 beispielsweise mit einer nicht dargestellten B-Säule und/oder C-Säule verbunden werden kann. An den Verbindungsbereichen 70 weist das Schwellerverstärkungselement 40 mindestens eine korrespondierende Zugangsöffnungen 43 auf, damit der Innenhohlprofilabschnitt 4 mit dem entsprechenden Karosserieträgerelement 60, 75 verbunden werden kann. Dadurch ist es möglich, die Schwellerverstärkung 40 je nach vorgesehenen Anforderungen unterschiedlich auszugestalten. So kann das Schwellerverstärkungselement 40 beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung x nicht über die gesamte Länge des Schwellers 2, sondern nur im Bereich der Anbindung des Schwellers 2 an eine A-Säule 76 bzw. eine B-Säule bzw. C-Säule vorgesehen werden. Für die sich so ergebenden Fahrzeugvarianten kann in vorteilhafter Weise unabhängig von der Ausführung des Schwellerverstärkungselements 40 dennoch dieselbe Verbindungstechnik beibehalten werden, da im Fall eines längeren Schwellerverstärkungselements 40 die Zugangsöffnungen 43 im Schwellerverstärkungselement 40 an den Verbindungsbereichen 70 des Schwellers 2 entsprechend ausgespart bleiben. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, die zugehörigen Werkzeuge in diese Schwellerbereiche auch dann einzubringen, wenn bereits das Schwellerverstärkungselement 40 am Innenhohlprofilabschnitt 4 bzw. an der Wandung 30 befestigt worden ist.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, weist das Schwellerverstärkungselement 40 im dargestellten Ausführungsbeispiel am anderen Ende einen Anbindungsbereich 44 auf, welcher aus dem Innenhohlprofilabschnitt 4 herausragt und beispielsweise mittels Punktschweißen mit der A-Säule 76 verbunden ist. Bei der Schwellerverstärkung bzw. dem Schwellerverstärkungselement 40 kann es sich beispielsweise um ein warmgeformtes Stahlblech handeln, welches bevorzugt höchstfest ausgeführt ist. Alternativ kann das Schwellerverstärkungselement 40 aus CFK (Carbonfaserverstärkter Kunststoff) hergestellt werden. In vorteilhafter Weise kann die Schwellerverstärkung 40 vom Grundwerkstoff des Schwellers 2, wie Aluminium, abweichen, so dass eine Steuerung der Steifigkeit des Schwellers 2 durch den gewählten Werkstoff oder seine Materialgüte erfolgen kann. Die Zugangsöffnungen 43 können rund oder auch wie dargestellt eine längliche Form aufweisen, um so durch einen guten Zugang eine optimale Herstellung einer Verbindung mit entsprechenden Verbindungsmitteln zwischen dem Innenhohlprofilabschnitt 4 und dem Karosserieträgerelement 60 zu ermöglichen.
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Die Schwellerverstärkung 40 ist in vorteilhafter Weise derart ausgeführt und so mit einem inneren Teil 4 des Schwellers 2 verbunden, dass die Verbindungen des Schwellers 2 mit der angrenzenden Peripherie, wie zum Beispiel der A-Säule 76, dem Sitzquerträger 60, dem Bodenblech 61, dem hinteren Verbindungsteil 75 und/oder der B-Säule bzw. C-Säule nicht beeinflusst werden. Des Weiteren erfolgt in vorteilhafter Weise keine Beeinflussung der einzusetzenden Verbindungstechnik. Zugleich bleibt aber die Schwellerverstärkung 40 als tragendes Element vollständig im Schweller 2 integriert. Die Ausführung der Schwellerverstärkung 40 erfolgt als volltragendes Element, so dass die Crashsicherheit und Steifigkeit erhöht wird. Bekannte Lösungen, wie Rohreinleger für Cabrios können aufgrund einfacher Adaption demgegenüber keinen signifikanten Beitrag zur Steifigkeit leisten. Von Vorteil ist außerdem, dass bekannte und erprobte Verbindungstechniken, wie Halbhohlstanznieten und Reibelementschweißen und selbstfurchende Schrauben durch eine geschickte Anordnung der Verbindungsflansche beibehalten werden können. Die beschriebenen Verbindungstechniken sind untereinander austauschbar verwendbar, ohne dabei die erfinderische Konzeption zu verlassen. Es können auch andere Arten von fester und lösbarer Verbindungsarten für die Verbindungsbereiche 70 vorgesehen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugkarosserie
- 2
- Schweller
- 3
- Außenhohlprofilabschnitt
- 4
- Innenhohlprofilabschnitt
- 5
- Strebe
- 6
- unterer Hohlraum
- 7
- oberer Hohlraum
- 10
- Fahrzeugäußeres
- 11
- Fahrzeuginneres
- 15
- Außenwandung
- 16
- Wandung
- 17
- unterer Flanschbereich
- 18
- oberer Flanschbereich
- 19
- Seitenwandrahmen
- 20
- unterer Flanschbereich
- 21
- oberer Flanschbereich
- 25
- untere Halbhohlstanzniete
- 26
- obere Halbhohlstanzniete
- 27
- Schraube
- 30
- Wandung
- 31
- Bodenseite
- 32
- Hochseite
- 33
- Oberseite
- 40
- Schwellerverstärkungselement
- 41
- Querteil
- 42
- Längsteil
- 43
- Zugangsöffnung
- 44
- Anbindungsbereich
- 50
- erste Reibelementschweißverbindung
- 51
- zweite Reibelementschweißverbindung
- 60
- Karosserieelement
- 61
- Fahrzeugboden
- 62
- Oberseite
- 63
- Abwinkelung
- 65
- erste Halbhohlstanzniete
- 66
- zweite Halbhohlstanzniete
- 70
- Verbindungsbereich
- 75
- hinterer Verbindungsbereich
- 76
- A-Säule
- X
- Fahrzeuglängsrichtung
- Y
- Fahrzeugquerrichtung
- Z
- Fahrzeughochrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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