-
Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein zweispuriges Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Das A-Säulenelement eines zweispurigen Kraftfahrzeugs ist üblicherweise als ein Hohlprofilträger mit einem äußeren sowie einem inneren Blechformteil ausgeführt. An dessen oberen Säulenknoten laufen ein oberer Karosserielängsträger, ein die Windschutzscheibe des Fahrzeugs begrenzendes Rahmenseitenteil sowie eine Querbaugruppe zusammen, in der beispielhaft ein Modul-Querträger, eine Stirnwand und/oder ein Wasserkasten integriert ist. Am unteren Säulenknoten des A-Säulenelements schließt sich in der Fahrzeuglängsrichtung nach hinten ein seitlicher Türschweller an. Zudem können am äußeren Blechformteil des A-Säulenelements untere und obere Scharnierverstärkungen vorgesehen sein, um das untere und das obere Türscharnier der Fronttür des Fahrzeugs anzubinden.
-
In gängiger Praxis werden zur Verschraubung der Vordertür-Scharniere oftmals sogenannte Gewindeplatten als Scharnierverstärkungen eingesetzt. Diese weisen eine höhere Wandstärke als die umliegenden Bauteile auf und können sämtliche Lasten aus dem Türscharnier aufnehmen. Bei den eingetragenen Lasten handelt es sich vor allem um Biegemomente in Folge eines Türdurchhanges bzw. einer Türüberdrückung. Die Gewindeplatten bringen aufgrund der hohen Wandstärke ein entsprechendes Bauteilgewicht mit sich.
-
Eine solche gattungsgemäße Karosseriestruktur ist aus der
DE 10 2014 015 749 A1 bekannt. In dieser Karosseriestruktur ist die obere Scharnierverstärkung als ein Blechteil mit einem Kastenprofil realisiert. Das Blechteil wird durch aufwendige Blechumformung als ein separates Bauteil hergestellt und in Fügeoperationen innenseitig am äußeren Blechformteil des A-Säulenelementes montiert.
-
Aus der
US 6 439 653 B1 ist eine gattungsgemäße Karosseriestruktur bekannt, in deren A-Säule obere und untere Scharnierverstärkungen für eine Fahrzeug-Vordertür verbaut sind. Aus der
DE 10 2014 203 215 A1 ist eine A-Säulenstruktur für ein Fahrzeug bekannt, bei der ebenfalls Scharnierverstärkungen vorgesehen sind. Aus der
DE 20 2015 102 540 U1 , aus der
US 5 586 799 A sowie aus der
EP 2 371 678 A1 sind ebenfalls Karosseriestrukturen bekannt, in denen obere und untere Scharnierverstärkungen für Fahrzeug-Vordertüren verbaut sind.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur für ein zweispuriges Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei der der Bauteilaufwand sowie die Anzahl von Fügeoperationen bei der Karosseriemontage reduziert sind.
-
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
-
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im obigen Stand der Technik die obere Scharnierverstärkung bauteilaufwendig herstellbar sowie fertigungstechnisch aufwendig in der Karosseriestruktur verbaut werden muss. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 die obere Scharnierverstärkung zumindest teilweise materialeinheitlich und einstückig im Rahmenseitenteil ausgebildet. Auf diese Weise reduziert sich der Bauteilaufwand sowie die Anzahl von erforderlichen Fügeoperationen bei der Karosseriemontage.
-
In einer technischen Umsetzung ist das Rahmenseitenteil in der Fahrzeughochrichtung nach unten mit einem Knotensegment verlängert, das mit einem Überlappmaß das äußere Blechformteil des A-Säulenelementes überlappt und mit diesem verbunden ist, das heißt zum Beispiel über Punktschweißpunkte sowie ggf. über zusätzliche Klebstellen. Das Knotensegment des Rahmenseitenteils dient nicht nur zur Anbindung an dem äußeren Blechformteil des A-Säulenelementes, sondern in Doppelfunktion auch zur (zumindest teilweisen) Ausbildung der oberen Scharnierverstärkung.
-
Für eine bauteilsteife obere Scharnierverstärkung ist es bevorzugt, wenn das Knotensegment des Rahmenseitenteils konturangepasst unter Materialdoppelung an die fahrzeuginnere Seite des äußeren Blechformteils des A-Säulenelementes in Anlageverbindung angefügt ist.
-
Das äußere Blechformteil des A-Säulenelementes kann in gängiger Praxis im Querschnitt U-profilförmig ausgebildet sein, und zwar mit einem, in der Fahrzeugquerrichtung äußeren Profilgrund sowie davon nach fahrzeuginnen hochgezogenen vorderen und hinteren Profilwänden, die jeweils abgekantete Randflansche aufweisen. Die Randflansche sind im Zusammenbauzustand in Verbindung mit einem inneren Blechformteil des A-Säulenelementes gebracht. Bevorzugt kann eine in der Fahrzeuglängsrichtung vordere Profilwand des äußeren Blechformteils des A-Säulenelementes Bestandteil eines Anschlussprofils sein, an dem der Karosserielängsträger angebunden ist.
-
Wie oben erwähnt, kann das Knotensegment des Rahmenseitenteils konturangepasst sowie innenseitig am äußeren Blechformteil des A-Säulenelementes angefügt sein. Hierzu kann das Knotensegment in einer Horizontalebene betrachtet ebenfalls U-profilförmig mit einem fahrzeugäußeren Segmentboden sowie davon nach fahrzeuginnen hochgezogenen, vorderen und hinteren Segmentwänden ausgebildet sein. Zur Verstärkung des oben erwähnten Längsträger-Anschlussprofils kann das Knotensegment des Rahmenseitenteils zumindest mit seinem Segmentboden und seiner vorderen Segmentwand in flächiger Anlageverbindung mit dem Profilgrund und der vorderen Profilwand des äußeren Blechformteils des A-Säulenelementes sein.
-
Die obere Scharnierverstärkung ist, wie auch die untere Scharnierverstärkung, bevorzugt in üblicher Weise aufgebaut, und zwar mit einer in der Fahrzeughochrichtung oberen Verstärkungswand und einer unteren Verstärkungswand mit zwischengeordnetem Montageraum, über den das obere Türscharnier montierbar ist. Erfindungsgemäß ist die untere Verstärkungswand der oberen Scharnierverstärkung materialeinheitlich und einstückig vom unteren Rand des Knotensegmentes des Rahmenseitenteils nach fahrzeuginnen abgekantet. In diesem Fall kann sich die untere Verstärkungswand zwischen den vorderen und hinteren Segmentwänden des Knotensegmentes erstrecken bzw. daran abstützen. Die obere Verstärkungswand der oberen Scharnierverstärkung kann dagegen ein separates Bauteil sein, insbesondere ein Blech-Schottteil, das sich in der Fahrzeuglängsrichtung zwischen den vorderen und hinteren Segmentwänden des U-profilförmigen Knotensegmentes des Rahmenseitenteils erstreckt bzw. daran abstützt.
-
In der Karosseriestruktur können warmumgeformte Bauteile eingesetzt werden, zum Beispiel Bauteile eines äußeren und eines inneren Dachrahmens des Fahrzeugs. Warmumgeformte Bauteile bieten im Vergleich zu kaltumgeformten Bauteilen eine extrem hohe Festigkeit und schützen damit die Fahrgastzelle gegen die unterschiedlichen Crashlastfälle, und zwar mit einer Blechstärke, die im Vergleich zu kaltumgeformte Bauteile geringer ist. Diese warmumgeformten Bauteile erhalten im Gegensatz zu kaltumgeformten Bauteilen keine Verzinkung, da diese die Wärmebehandlung im Ofen nicht standhält. Die anstelle dessen aufgebrachte Aluminium-Silizium-Beschichtung weist im Vergleich zur Verzinkung einen deutlich geringeren Korrosionsschutz auf.
-
Bevorzugt kann das Rahmenseitenteil sowie der Karosserielängsträger aus einem warmumgeformten, hochfesten Stahl hergestellt sein. Demgegenüber kann das äußere Blechformteil des A-Säulenelements aus einem kaltumgeformten Stahl mit reduzierter Festigkeit hergestellt sein.
-
Das Seitenrahmenteil kann an einem, in der Fahrzeuglängsrichtung vorderen Übergang zum Knotensegment eine Außenecke ausbilden. Diese Außenecke kann bei zusammengebauter Karosseriestruktur in Richtung auf den Motorraum des Kraftfahrzeugs (oder bei geöffneter Frontklappe zur Umgebung hin) freigelegt sein. Bei Ausführung des Rahmenseitenteils als ein (korrosionsanfälligeres) warmumgeformtes Bauteil besteht eine erhöhte Korrosionsgefahr. Vor diesem Hintergrund ist es bevorzugt, wenn das äußere Blechformteil des A-Säulenelementes aus einem (im Vergleich zu warmumgeformten Stahl) korrosionsfesteren kaltumgeformten Stahl hergestellt ist. Zusätzlich kann das äußere Blechformteil zwischen seiner vorderen Profilwand, seinem Profilgrund und einer oberen Profilwand einen Inneneckbereich aufspannt, der die vorgenannte Außenecke am Übergang vom Rahmenseitenteil zum Knotensegment einfasst und dadurch vor Korrosion schützt.
-
Wie aus der Vorbeschreibung hervorgeht, bilden das Knotensegment des Rahmenseitenteils sowie das äußere Blechformteil des A-Säulenelementes eine bauteilsteife Doppelwandstruktur, wobei bevorzugt das Rahmenseitenteil mit seinem Knotensegment als ein warmumgeformtes, hochfestes Bauteil hergestellt ist. In diesem Fall kann zur Reduzierung des Bauteilgewichts das äußere Blechformteil des A-Säulenelementes in einen oberen Blechabschnitt und in einen unteren Blechabschnitt unterteilt sein. Der obere Blechabschnitt weist eine reduzierte Blechstärke auf, während der untere Blechabschnitt im Bereich des unteren Säulenknotens eine im Vergleich dazu größere Blechstärke aufweist. In diesem Fall kann das Knotensegment des Rahmenseitenteils den oberen Säulenknoten zusätzlich aussteifen.
-
Bei einem Frontalcrash mit nur geringer seitlicher Überlappung (small overlap) erfolgt eine stark erhöhte Krafteinleitung der Kollisionskräfte seitlich außerhalb der Karosserie-Längsträger, und zwar unter Bildung eines seitlichen Lastpfads, bei dem die crashzugewandte Fahrzeugrad-Felge gegen das A-Säulenelement gedrückt wird und die Kollisionskräfte weiter in die Karosserie-Seitenstruktur, das heißt in das Türbrüstungsrohr der Fronttür bis zur B-Säule übertragen werden. Für eine einwandfreie Ausbildung des oben skizzierten Lastpfads ist es bevorzugt, wenn die oberen und unteren Verstärkungswände der oberen Scharnierverstärkung in der Fahrzeuglängsrichtung zu den oberen und unteren Wänden des Karosserielängsträgers angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine einwandfreie Kraftweiterleitung vom oberen Karosserielängsträger über den oberen Säulenknoten bis zum Türbrüstungsrohr (das heißt Tür-Crashrohr) der Fronttür bereitgestellt.
-
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
-
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 in einer Ansicht von oben ein zweispuriges Kraftfahrzeug mit teilweisem Aufriss;
-
2 in einer perspektivischen Teilansicht einen oberen Säulenknoten einer A-Säule des Fahrzeugs;
-
3 und 4 jeweils einen Bauteilverbund zwischen einem äußeren Blechformteil des A-Säulenelementes und einem Rahmenseitenteil in einer Ansicht von fahrzeugaußen und von fahrzeuginnen;
-
5 eine vergrößerte Darstellung der oberen Scharnierverstärkung;
-
6 eine stark schematisierte Teilschnittansicht entlang einer horizontalen Schnittebene aus der 2; und
-
7 in einer Ansicht entsprechend der 3 einen Bauteilverbund gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
-
In der 1 ist ein Versuchsaufbau angedeutet, mit dem ein Pfahlcrash mit einem Kraftfahrzeug 1 durchführbar ist. In dem Versuchsaufbau wird eine Fahrzeugkollision mit geringer seitlicher Überdeckung mit einer Barriere 3 simuliert, bei der sich die Aufprallfläche am Fahrzeug weitgehend seitlich außerhalb eines angedeuteten frontseitigen Stoßfänger-Querträgers 5 befindet. In dem Kraftfahrzeug 1 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauteile angedeutet. So schließen sich an den Stoßfänger-Querträger 5 in der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten zwei untere Fahrzeuglängsträger 6 an, von denen in der 1 lediglich einer gestrichelt angedeutet ist. Zudem ist an jeder Fahrzeugseite ein oberer Fahrzeuglängsträger 7 vorgesehen, der in der 1 oberhalb eines Radhauses für das jeweilige Vorderrad 9 angeordnet ist und an einem oberen A-Säulenknoten 11 eines A-Säulenelementes 12 angebunden ist. Im oberen A-Säulenknoten 11 laufen neben dem oberen Längsträger 7 eine Querbaugruppe sowie ein Rahmenseitenteil 15 kraftübertragend zusammen, das eine Windschutzscheibe 17 des Fahrzeugs seitlich begrenzt. Die Querbaugruppe 13 kann beispielhaft unter anderem eine Stirnwand, einen Wasserkasten sowie einen in der 1 angedeuteten Windlauf-Querträger 19 aufweisen, der den unteren Rand der Windschutzscheibe 17 begrenzt.
-
Bei der in der 1 angedeuteten Unfallkonstellation erfolgt eine stark erhöhte Krafteinleitung der Kollisionskräfte seitlich außerhalb des Karosserielängsträgers 6, und zwar unter Bildung eines seitlichen Lastpfads L (6), bei dem eine crashzugewandte Fahrzeugrad-Felge gegen das A-Säulenelement 12 gedrückt wird. Dadurch wird das A-Säulenelement 12 gegen die Fronttür 23 verlagert, so dass die Kollisionskräfte über deren Türbrüstungsrohr 21 bis in die B-Säule 25 (1) übertragen werden können. Bei diesem Crashverlauf besteht die Gefahr, dass der crashzugewandte obere Längsträger 7 von der Barriere 3 mit einem um eine Hochachse gerichteten Moment beaufschlagt wird und mit in einer Rotationsbewegung nach fahrzeuginnen gedrückt wird, was die Crashperformance des Fahrzeugs beeinträchtigen würde.
-
Mit dem nachfolgend beschriebenen Aufbau des oberen A-Säulenknotens 11 kann das Deformationsverhalten des Fahrzeugs bei der obigen Unfallkonstellation wesentlich verbessert werden und gleichzeitig das Karosserie-Gewicht sowie der Bauteilaufwand und die Anzahl von Fügeoperationen bei der Karosseriemontage reduziert werden:
So ist gemäß der 1 oder 6 das A-Säulenelement 12 als ein Hohlträger mit einem in der Fahrzeugquerrichtung y inneren Blechformteil 27 und einem äußeren Blechformteil 29 aufgebaut. Das äußere Blechformteil 29 ist in einer Horizontalebene xy U-profilförmig ausgebildet, und zwar mit einem in der Fahrzeugquerrichtung y äußeren Profilgrund 31 sowie davon nach fahrzeuginnen hochgezogenen, vorderen und hinteren Profilwänden 33, 35 mit abgekanteten Randflanschen 37, die in Punktschweißverbindung mit dem inneren Blechformteil 27 (2 oder 6) bringbar sind. Die in der Fahrzeuglängsrichtung x vordere Profilwand 33 des äußeren Blechformteils 29 ist Bestandteil eines Anschlussprofils, an dem der Karosserielängsträger 7 angebunden ist. In der 2 ist das Rahmenseitenteil 15 sowie das äußere Blechformteil 29 des A-Säulenelementes 12 außenseitig durch ein Deckblechteil 39 überdeckt.
-
Wie aus der 4 weiter hervorgeht, sind an der inneren Seite des äußeren Blechformteils 29 im Bereich des oberen Säulenknotens 11 eine obere Scharnierverstärkung 41 und im Bereich eines unteren Säulenknotens 43 eine untere Scharnierverstärkung 45 angeordnet, an denen jeweils nicht gezeigte Türscharniere für die Fronttür 23 montierbar sind.
-
In der 4 ist das Rahmenseitenteil 15 in der Fahrzeughochrichtung z nach unten mit einem Knotensegment 47 verlängert, das mit einem Überlappmaß Δz (3) das äußere Blechformteil 29 des A-Säulenelementes 12 überlappt und mit diesem in Schweißverbindung und ggf. zusätzlicher Klebverbindung ist. Anstelle dessen können auch andere Fügetechniken, wie z.B. MAG-Schweißen, Nieten oder dergleichen eingesetzt werden. Das Knotensegment 47 (wie auch das äußere Blechformteil 29) ist gemäß der 6 in einer Horizontalebene xy U-profilförmig mit einem Segmentboden 49 sowie davon nach fahrzeuginnen hochgezogenen, in der Fahrzeuglängsrichtung x vorderen und hinteren Segmentwänden 51, 53 ausgebildet. Um das Längsträger-Anschlussprofil zu verstärken, ist in der 6 der Segmentboden 49 und die vordere Segmentwand 51 des Knotensegments 47 in großflächiger Anlageverbindung mit dem Profilgrund 31 und der vorderen Profilwand 33 des äußeren Blechformteils 29.
-
Das Knotensegment 47 des Rahmenseitenteils 15 bewirkt nicht nur eine Versteifung des oberen A-Säulenknotens 11, sondern bildet in Doppelfunktion zusätzlich auch teilweise die obere Scharnierverstärkung 41 aus. Wie aus der 4 oder 5 hervorgeht, ist die obere Scharnierverstärkung 41 aus einer oberen Verstärkungswand 55 und einer unteren Verstärkungswand 57 sowie einem zwischengeordneten Montageraum 59 aufgebaut, über den ein nicht gezeigtes oberes Türscharnier montierbar ist. Die untere Verstärkungswand 57 ist ein materialeinheitlicher und einstückiger Bestandteil des Knotensegmentes 47. Entsprechend ist die untere Verstärkungswand 57 vom unteren Rand des Knotensegmentes 47 nach fahrzeuginnen abgekantet und erstreckt sich diese zwischen den vorderen und hinteren Segmentwänden 51, 53 des Knotensegmentes 47. Demgegenüber ist die obere Verstärkungswand 55 ein davon separates Blech-Schottteil, das zwischen den vorderen und hinteren Segmentwänden 51, 53 eingesetzt ist. In der 5 oder 6 ist zudem eine Rundschweißmutter 58 innenseitig am äußeren Blechformteil 29 angeschweißt, das die Funktion einer aus dem Stand der Technik bekannten (gewichtsintensiveren) Gewindeplatte übernimmt. Die Substitution der Gewindeplatte ist auch deshalb möglich, weil auch die Anlagefläche des Türscharniers aus einem warmumgeformten Material im Rahmenseitenteil 15 ausgeführt ist.
-
Erfindungsgemäß ist sowohl das Rahmenseitenteil 15 als auch der Karosserielängsträger 7 aus einem warmumgeformten hochfesten Stahl hergestellt. Das äußere Blechformteil 29 des A-Säulenelementes 12 ist dagegen aus einem kaltumgeformten Stahl hergestellt, das im Vergleich zu warmumgeformtem Stahl eine reduzierte Festigkeit aufweist. Der Karosserielängsträger 7 muss nicht zwingend aus einem warmumgeformten Stahl hergestellt sein, sondern kann auch aus diversen anderen Materialen bestehen.
-
Wie aus der 2, 3 oder 7 hervorgeht, ist vom Profilgrund 31 des äußeren Blechformteils 29 eine obere Profilwand 61 hochgezogen, die zusammen mit der vorderen Profilwand 33 und dem Profilgrund 31 einen Inneneckbereich aufspannt. Der Inneneckbereich fasst eine, am Übergang vom Rahmenseitenteil 15 in das Knotensegment 47 gebildete Außenecke ein und schützt diese so vor Korrosion. Der Übergang von der vorderen Profilwand 33 zur oberen Profilwand 61 des äußeren Blechformteils 29 ist zum Motorraum hin bzw. zur Umgebung hin freigelegt.
-
In der 7 ist der aus dem Rahmenseitenteil 15 und dem äußeren Blechformteil 29 ausgebildete Bauteilverbund gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Demzufolge ist das äußere Blechformteil 29 in zwei Blechabschnitte aufgeteilt, wobei im oberen Blechabschnitt 63 die Blechstärke reduziert ist, während der untere Blechabschnitt 65 eine im Vergleich dazu größere Blechstärke aufweist.
-
Das in der 7 gezeigte äußere Blechformteil 29 kann beispielhaft zweiteilig ausgeführt sein, wobei die oberen und unteren Blechabschnitten 63, 65 als voneinander separate Bauteile vorgehalten werden können. Anstelle dessen können die unterschiedlichen Blechstärken im äußeren Blechformteil 29 auch durch den Einsatz eines tailored welded blank oder eines tailored rolled blank ermöglicht werden. Auch für eine spätere Änderung ist eine solche Teilung vorteilhaft, denn die Blechstärken beider Blechabschnitte 63, 65, die unterschiedliche Belastungen standhalten müssen, können separat voneinander geändert werden. So ist eine Abstimmung des oberen A-Säulenbereiches auf die dort herrschenden Anforderungen gezielter möglich. Gleiches gilt auch für den unteren Blechabschnitt 65.
