WO2011160997A1 - Kraftfahrzeug mit einem chassisrahmen und einem fahrzeugaufbau - Google Patents

Kraftfahrzeug mit einem chassisrahmen und einem fahrzeugaufbau Download PDF

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WO2011160997A1
WO2011160997A1 PCT/EP2011/060004 EP2011060004W WO2011160997A1 WO 2011160997 A1 WO2011160997 A1 WO 2011160997A1 EP 2011060004 W EP2011060004 W EP 2011060004W WO 2011160997 A1 WO2011160997 A1 WO 2011160997A1
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chassis frame
motor vehicle
vehicle body
adhesive
vehicle according
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PCT/EP2011/060004
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French (fr)
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Horst-Arno Fuchs
Josef Forster
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • B62D27/02—Connections between superstructure or understructure sub-units rigid
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    • B62D29/005—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material preformed metal and synthetic material elements being joined together, e.g. by adhesives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D65/00—Designing, manufacturing, e.g. assembling, facilitating disassembly, or structurally modifying motor vehicles or trailers, not otherwise provided for
    • B62D65/02—Joining sub-units or components to, or positioning sub-units or components with respect to, body shell or other sub-units or components

Definitions

  • Motor vehicle with a chassis frame and a vehicle body
  • the invention relates to a motor vehicle with a chassis frame and a vehicle body, which are interconnected by Verkiebung and screwing.
  • Such a motor vehicle is known for example from DE 34 29 839 A1 and has on its chassis frame on an open-topped channel, which is filled with adhesive before the connection of chassis frame and vehicle body, in the assembled state of chassis frame and FahReug increment engages a vertical connecting flange on Lower end portion of the vehicle body from above into the adhesive channel of the chassis frame. Screwed connections each at the corners of the chassis frame or the vehicle body fix the two modules to each other, so that no special clamping devices for the duration of the setting of the adhesive.
  • a resulting from DE 37 02 619 A1 further development of the known motor vehicle of the chassis frame is shortened in its front region and is supplemented by a separate front end, having a front frame and a subframe.
  • the object of the invention is to provide a motor vehicle with an improved design of chassis frame and vehicle body, wherein chassis frame and vehicle body are connected to each other in an advantageous manner.
  • the core idea of the invention is to limit the displacement to the area or to a partial area between the front and the rear screw joints.
  • the locations of the screw connection between the chassis frame and the vehicle body on the one hand in the region of the front axle and on the other hand in the region of the rear axle are referred to as the front or rear bolting points.
  • the inventive screwing in the region of the two axes Hegende connecting parts are provided near the end portions of the motor vehicle, which contribute significantly to the rigidity of the chassis frame and vehicle body composite support structure of the motor vehicle.
  • the large-area bonding in the central region of the motor vehicle creates a composite of chassis frame and vehicle body with high rigidity and strength, with advantages in particular in the application of force in the event of a collision of the motor vehicle, as this crash energy can be effectively reduced, even in a side crash ,
  • a support structure for a motor vehicle is created, in the manufacturing process of the motor vehicle with the chassis frame and the vehicle body initially consist of two separate modules that allow easier and cost-effective installation, for example in spatially separated manufacturing and assembly facilities.
  • the chassis frame and vehicle body each have sufficient rigidity and / or strength for driving the motor vehicle and for the introduction of crash forces in the event of a collision of the motor vehicle, but that the mounting areas of the chassis frame and vehicle body are coordinated and the type of attachment is chosen so that the composite support structure of chassis frame and vehicle body overall meets the required stiffness and strength requirements.
  • the supporting structure of the motor vehicle according to the invention achieved by the combination of the chassis frame and the vehicle body is fundamentally a "self-supporting body” and not a body with a functional separation of the chassis frame and vehicle body.
  • the screwing is preferably carried out above the region of the front and / or rear axle, particularly preferably in that region of the chassis frame (and the corresponding region of the vehicle body), on which the suspension is supported on the chassis frame.
  • the screw is connected to the upper receptacle of a spring-damper unit, hereinafter referred to as strut or on the upper receptacle of a shock absorber or a spring unit.
  • the Verschraubungs slaughter are executed in a preferred embodiment of the invention as a flat areas, so that can be transmitted through the screw high forces.
  • the screwing at each of the preferred four bolting points is optionally carried out by a plurality of screws.
  • areas with elongated and mutually parallel adhesive surfaces are created to produce the Kiebeharm, resulting in a high load capacity of the adhesive bond.
  • areas with elongated and mutually parallel adhesive surfaces are created to produce the Kiebeharm, resulting in a high load capacity of the adhesive bond.
  • the distance of the Kiebe lake may, if necessary, be changed by measures in the screwing, for example by introducing an intermediate layer between the Verschraubungsfiumbleen chassis frame and vehicle body or by removing material at the Verschraubungsfizzen.
  • the adhesive gap has a height of preferably at least three millimeters.
  • the adhesive is preferably a one-component adhesive with a sufficiently long "open window” after the application of the adhesive and comparatively rapid curing after assembly of the chassis frame and vehicle bodywork.
  • the curing can be accelerated by adding a "booster".
  • the "booster” achieves a uniform and moisture-independent curing over the entire cross-section of the adhesive bead, and the fitting can be moved further in the production sequence and mounted further, regardless of the final curing of the adhesive , so that the screw in addition to its contribution to the rigidity and strength of the supporting structure of the motor vehicle also reduces the cycle times in the assembly by waiving waiting times for the curing of the adhesive.
  • the chassis frame as load-bearing elements in its central region on a right and a left side member, which can be further supplemented by a front and a rear cross member to a closed rectangular support frame.
  • the adhesive can be applied in an advantageous manner.
  • the carriers are present and arranged so that they form the rectangular support frame described above, so there is a very rigid support frame, which allows a circumferential annular adhesive bond in the center region of the motor vehicle
  • the space within the rectangular support frame for accommodating an energy storage device, in particular an electric battery, for example in lithium-ion technology can be used.
  • the composite of support frame on the chassis frame and corresponding support structure on the vehicle body is in this case particularly stiff and capable of high energy, for example, in a side impact of the Motor vehicle targeted to reduce and thereby protect the energy storage from accidental damage.
  • a further embodiment of the invention is by the height offset between the bonding on the one hand (along the longitudinal and / or cross member or the support frame) and in the region of the axes, preferably in the region above the axes, arranged Verschraubungslitis other hand, a high rigidity of the support structure of Motor vehicle achieved over such Kraftseinieitonne that exert moments on the support structure of the motor vehicle according to the invention.
  • the vehicle body is in a development of the invention, a bottom closed structure on the underside, which is able to forward in the transverse direction of the motor vehicle at the level of the ground forces introduced to the opposite side.
  • the vehicle body can thus be equipped during the manufacturing process regardless of the chassis frame with interior equipment components, for example, with linings of the floor, the vehicle interior walls and the inside of the roof and seats, center console, instrument cluster, controls, etc.
  • the chassis frame consists of a metallic material, preferably a Leichimetalltechnikstoff such as an aluminum alloy.
  • the individual components of the chassis frame are connected to each other, for example, by welding, gluing, riveting, screwing or any other suitable joining method.
  • the components may be formed by sheets, extruded profiles and / or cast components.
  • the vehicle body is preferably composed of components, in particular cup-shaped components, of a plastic material. Particularly suitable for this carbon fiber reinforced plastics.
  • the connection of the individual components of the vehicle body is preferably carried out by gluing, for example with a two-component adhesive.
  • a metallic chassis frame on a KTL coating and / or the order of a conventional paint coating.
  • the adhesive surfaces of the chassis frame are treated before bonding, for example, cleaned by chemical methods, passivated, subjected to plasma treatment, provided with a Pyrosil coating, etc.
  • the cleaning and preparation measures mentioned in connection with the present invention are not covered the term "surface coating".
  • Aile direction and position information in connection with components of the motor vehicle according to the invention relate respectively to the composite of chassis frame and vehicle body support structure of the motor vehicle and the direction of travel of the motor vehicle when driving forward.
  • chassis frame Manufacture of the chassis frame from components made of aluminum material by welding and / or gluing and / or riveting and / or screws where the components may be castings and / or extrusions and / or sheet metal parts
  • Manufacture of the vehicle body made of components made of carbon fiber reinforced plastic, preferably by bonding, with partial reinforcements may be integrated from a metallic material equipping the chassis frame with elements of the front and rear suspension and at least one drive unit and / or gear and / or with other components of the powertrain
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of the support structure of a motor vehicle according to the invention, before the connection of the chassis frame and vehicle body,
  • FIG. 2 is a perspective view of the chassis frame of the motor vehicle of Fig. 1, with adhesive bead applied,
  • FIG. 3 is a side view of the support structure of the motor vehicle of Fig. 1 in the assembled state
  • Fig. 5 is a sectional view of a rear Verschraubungsstelle and
  • 6a to 6c are schematic representations of the force paths within the
  • FIG. 1 shows the support structure of a motor vehicle according to the invention before the connection of the two modules chassis frame 2 and vehicle body 4.
  • Fig. 3 the two assemblies are in the assembled state.
  • the chassis frame 2 is composed of a plurality of individual components made of a metallic material.
  • the individual components are made of light metal alloys, for example of aluminum alloys.
  • the chassis frame 2 has a front portion 10, a middle portion 12 and a rear portion 14 with respect to the traveling direction FR of the motor vehicle.
  • the sections 10 to 14 are formed substantially symmetrically to the longitudinal center plane of the motor vehicle.
  • the front portion 10 is composed mainly of front upper and lower side rails 20 and 21, cross braces 22 and 23, bumper consoles 24, strut seats 26 and a plurality of connecting and gusset plates.
  • the components 20 to 24 are formed by strand profiles made of aluminum.
  • the strut mountings 26 are die-cast aluminum components.
  • the remaining components are made of sheets or extruded aluminum profiles.
  • the front portion 10 receives the elements of a front axle, not shown (including the front struts 2B).
  • the remaining space in the front section 10 serves as a luggage space on the fully assembled motor vehicle.
  • the middle section 12 of the chassis frame 2 is essentially a rectangular frame consisting of a right and a left lateral side member 30 and 32 and a front and a rear cross member 34 and 36, respectively, the front and rear ends of the lateral side members 30 and 32nd connect.
  • the carriers 30 to 36 are formed by extruded aluminum profiles. The tops of the carriers 30 to 36 extend at least approximately in a plane which is oriented approximately horizontally. In the area of the front and the rear ends of the side members 30 and 32, additional brackets 38 and 39 (see in particular Fig. 2) are provided.
  • the rectangle formed by the carriers 30 to 36 is free on the inside, in this space is the fully assembled motor vehicle Energy storage arranged, preferably an electrical energy storage. Alternatively or additionally, however, a container for gasoline or diesel fuel, natural gas or hydrogen may also be provided in this space.
  • the rear portion 14 of the chassis frame 2 is mainly formed of side integrally molded components 40 of Aiuminium die-cast. These complex-shaped and large-volume integral components 40 have a plurality of stiffening ribs 42. On the Integra Ibau former 40, the elements 44 of a rear axle including the rear struts 46 are arranged. Between the two integral components 40, a drive unit, not shown, including gear is added.
  • the drive unit is preferably an electric motor, optionally supplemented by a small-volume combustion engine to increase the range. Of course, the drive unit may also be an internal combustion engine, optionally with electric motor (hybrid drive).
  • the integral components 40 are adjoined by rear side members 48, which are formed by extruded aluminum profiles.
  • the rear section 14 is supplemented by flat sheet-metal components 50 and 52 made of aluminum.
  • the drive unit can also be arranged in the front section 10 of the chassis frame 2.
  • both sections 10 and 14 may have a drive unit or a plurality of drive units.
  • the vehicle body 4 has the following components: side frame 60 with A-pillars 62, C-pillars 64 and side rails 66, an end wall 68, front support beams 70, as stiffening shearfield trained bottom 72, a rear end wall 74, rear support bracket 75, a parcel shelf 76 and a roof 7ß.
  • the components mentioned are made of a Kunststoffstaffmaterial, preferably made of carbon fiber reinforced plastic and are connected to each other, for example, by bonding with a two-component adhesive.
  • the floor 72 for example, by at least one seat cross member 73 made of a metallic material, for example a Aluminum extruded profile, reinforced.
  • the seat cross member 73 is placed on the floor 72 or integrated into the floor 72.
  • planking parts preferably made of a plastic material. These planking parts, as well as components of the vehicle body 4 that appear directly as outer skin of the motor vehicle, are preferably not painted, but are covered with foil.
  • Chassis frame 2 and vehicle body 4 are fitted on separate assembly lines and only then merged as pre-assembled units.
  • the chassis frame 2 the elements of the front and rear axle and the drive unit used
  • the vehicle body 4 is provided, for example, with essential components of the inner lining and / or the interior.
  • Chassis frame 2 and vehicle body 4 are connected on the one hand by screwing and the other by gluing together.
  • the Verschraubungsstellen V on the front portion 10 of the chassis frame 2 are shown in Fig. 4 using the example of the left fitting V in section.
  • the section passes through the connection of a so-called strut brace 29, which connects the two strut mount 26 together.
  • Fig. 2 shows the Verschraubungsstellen V very clearly.
  • the receptacles for the upper ends of the struts 28 are designated 80.
  • the approximately horizontally extending upper sides 82 of the strut mountings 26 are widened outwards and point in the thus created outer Mounting portion 84 through holes 85 for two screws 86 (see also Fig. 3).
  • the support bracket 70 is manufactured in sheet metal shell construction and has a inneniiegendes reinforcing bend 71.
  • the Verschraubungsstel! V at the rear portion 12 of the chassis frame 2 are shown in Fig. 5 using the example of the right Verschraubungsstelle V in section.
  • the section runs through the rear of the two outer fastening screws 96.
  • the arrangement of the fastening screws 96 is very clear from FIG. 2.
  • the receptacles 90 for the struts 46 can be seen in Fig. 2.
  • the approximately horizontally extending upper sides 92 of the Integralbauteiie 40 are formed enlarged and have in the thus created attachment area 94 through holes 95 for the already mentioned above three screws 96.
  • FIG. 5 shows the design of the support structure of the vehicle body 4 in the region of the rear support bracket 75, which is composed of the glued together shell components 75a, 75b, 75c and 75d made of carbon fiber reinforced plastic and inside by a metallic insert 77 with internal threads 79 for the three screws 96 is reinforced.
  • the mounting portions 84 and 94 of the chassis frame 2 are substantially horizontally aligned and formed planar. As a result, contact areas for the correspondingly formed fastening areas of the vehicle body 4 are provided.
  • the above-mentioned corresponding mounting portions of the vehicle body 4 are on the underside of the front support beams 70 and on the underside of the rear support bracket 75. These corresponding mounting portions are also substantially aligned horizontally and planar.
  • the chassis frame 2 and vehicle body 4 are at the four described screw V over the entire surface. As a result, a viable screw and the transmission of high forces in all directions are possible. Between the Befest Trentsfi Stahlen at the Verschraubungsstetien V no adhesive is introduced
  • the bonding takes place over a large area between the central portion 12 of the chassis frame 2 and the corresponding surfaces of the vehicle body 4, as shown in more detail in Fig. 2.
  • adhesive beads 100 to 106 are applied centrally to the horizontally extending upper sides of the lateral side members 30 and 32 and the cross members 34 and 36.
  • an annularly closed rectangular adhesive sheet is produced in a substantially horizontal plane.
  • the front and rear brackets 38 and 39 are covered with adhesive beads 108 and 110.
  • the adhesive bead 104 on the front cross member 34 is extended by adhesive beads 112, which extend obliquely forwardly above and extend into the region of the rear end portion of the upper front side member 20.
  • At least one additional bead of adhesive can also be provided following the adhesive bead 106 or in the immediate continuation of the adhesive bead 106, which runs obliquely rearwardly upwards and thereby expands the bonding in the region of the rear portion 14 of the chassis frame 2.
  • this is not the case because of the rugged surface of the integrable components 40.
  • in this area would be due to the increased operating temperatures due to the rear-side Anthebsaggregats to make the adhesive increased demands.
  • adhesive surfaces running parallel to the upper sides of the lateral longitudinal members 30 and 32 of the chassis frame 2 are provided, for the adhesive beads 100 and 102 These areas also adhesive surfaces corresponding to the brackets 38 and 39 and the adhesive beads 108 and 10 are assigned. Likewise extending adhesive surfaces are provided on the underside of the vehicle body 4 front and rear transverse to the direction FR, which are assigned to the adhesive beads 104 and 106, respectively. For the expanded adhesive beads 112 corresponding adhesive surfaces are also provided in the region of the end wall 68 of the vehicle body 4.
  • All adhesive bonds between the chassis frame 2 and the vehicle body 4 and all parts of chassis frame 2 and vehicle body 4 involved in the bonding are designed so stiff that the introduction of high forces from the chassis frame 2 in the vehicle body 4 and vice versa is possible.
  • the introduced forces and the adjoining are sufficiently rigid.
  • the forces are on the one hand to forces that arise in the normal driving of the motor vehicle. In particular, however, the forces are initiated crash forces.
  • FIGS. 6a and 6b With the composite of chassis frame 2 and vehicle body 4 according to the present invention, a self-supporting body for a motor vehicle is virtually available, in which crash forces which are introduced into chassis frame 2 during a front or rear co-ordination be forwarded to the vehicle body 4, so that the entire support structure of the motor vehicle is used to reduce the collision energy.
  • the load paths are marked with arrows F.
  • FIG. 6c Even with a lateral collision according to FIG. 6c, there is a force introduction into both the vehicle body 4 and in the chassis frame 2, there in particular in the two cross members 34 and 36. Decisive influence on the crash stiffness in this case has the bottom 72 of the vehicle body. 4 , In particular, integrated into the ground seat cross member 73.
  • the side frame 60 with the A-pillar 62, the side bolsters of the roof 78, the C-pillar 64 and the longitudinal members 66 forms a rigid ring composite, which absorbs the crash forces over a large area and in the height-offset plane of the roof 78 a force transfer to collision-facing side the vehicle body 4 causes.
  • the adhesive beads 100 to 112 are applied to the adhesive surfaces of the chassis frame 2.
  • the adhesive beads 100 to 112 have in this case in cross section, for example, the shape of an isosceles trapezium, wherein the lower base side of the trapezoid, with the adhesive caterpillar 100 to 112 rests on the top of the components of the chassis frame 2, is greater than the upper base side.
  • the adhesive bead 100 to 112 may also have a triangular cross-section.
  • the height of the adhesive bead 100 to 112 is greater than the adhesive gap, which sets when screwing chassis frame 2 and 4 vehicle body.
  • the viscosity of the adhesive is such that the shape of the adhesive bead 100 to 112 is essentially retained after it has been applied to the chassis frame 2
  • the adhesive beads 100 to 1 12 are compressed by the case taking place merging of the corresponding adhesive surfaces of the chassis frame 2 and vehicle body 4 to a defined extent.
  • the adhesive gap is dimensioned so that even with the addition of the maximum allowable manufacturing tolerances of chassis frame 2 and 4 vehicle body a minimum dimension for the adhesive gap is guaranteed.
  • the adhesive beads 100 and 102 have a considerable length, the minimum thickness of the adhesive depends on the length compensation that is different for the chassis frame 2 and vehicle body 4 materials and correspondingly different thermal expansions of the chassis frame 2 and vehicle body 4 in the adhesive beads 100 and 102 took place.
  • the thickness of the adhesive beads 100 and 102 (and of course the other adhesive beads 104 to 112) is limited to the top, since with increasing thickness, the stiffness of the adhesive bond decreases.
  • an adhesive medium shear stiffness is proposed by way of example, at -30 ° C has a shear stiffness of about 70 MPa and at +70 ° C a shear stiffness of about 15 MPa and thus a relatively low temperature-related waste Shear stiffness has.
  • This shear stiffness properties ensures that the crash requirements are met throughout the operating temperature range of the motor vehicle from about -30 ° C to +80 ° C. It is particularly important here that, in the event of a side crash, for example in the event of a side impact on the chassis, the chassis frame and the vehicle body simultaneously and evenly reduce the collision energy from the start.
  • the thickness of the adhesive beads 100 to 112 is, for example, at least 3 mm, preferably at least 4 mm, in the case of the proposed shear strength. Based on manufacturing tolerances of, for example, +/- 1 mm for the chassis frame 2 and +/- 2 mm for the vehicle body 2, the thickness of the adhesive bead is thus 7 +/- 3 mm, by the proposed preferred minimum thickness of the adhesive bead of 4 mm in each case to ensure.
  • the amount of adhesive applied is, for example, so dimensioned that results in a thickness of the adhesive bead of 4 mm, a width of the adhesive surface of 50 mm. When tipping the tolerance band upwards (thickness of the adhesive bead of 10 mm) results in a width of the adhesive surface of 20 mm.
  • the chassis frame 2 is, as stated above, preferably made of an aluminum material. To reduce the energy consumption in vehicle production can be dispensed with a KTL coating and on a conventional paint or the like. In this case, at least one dry cleaning of the surface of the chassis frame 2 must be carried out prior to the application of the adhesive in order to eliminate an oxidation layer on the surface of the aluminum which impairs the properties of the adhesive bond. This cleaning takes place immediately before the application of the adhesive, wherein appropriate measures are to be taken on the transport from the cleaning station to the place of adhesive application, in order to prevent an intermediate oxidation of the surface of the aluminum.
  • the vehicle body 4 shaping the external appearance can be redesigned for a successor model of the motor vehicle, while the chassis frame 2, which is not immediately apparent to the vehicle user, is merely adapted for the successor mode.
  • the use of the chassis frame 2 for more than one model cycle of a motor vehicle results in a considerable cost-saving potential.
  • the support structure of a motor vehicle is composed of a chassis frame 2 and a vehicle body 4.
  • the chassis frame 2 receives the elements of the front and rear suspensions, as well as at least one drive unit.
  • Chassis frame 2 and vehicle body 4 are screwed together on the one hand via four screw V in the region of the upper Abstützept of the struts 28 and 46 of the front and rear axles.
  • chassis frame 2 and vehicle body 4 are glued together along mutually parallel sections of their support structures, wherein the adhesive surfaces are in the area between the front and rear screw V.
  • the decisive factor here is that a large-scale introduction of force from the chassis frame 2 in the vehicle body 4 and vice versa is ensured by the bonding in the central region of the motor vehicle. This large-scale introduction of force is supplemented by the above-mentioned bolting points V outside the bond.

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Abstract

Die Tragstruktur eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs setzt sich aus einem Chassisrahmen (2) und einem Fahrzeugaufbau (4) zusammen. Der Chassisrahmen nimmt die Elemente der vorderen und der hinteren Radaufhängungen auf, ebenso wie wenigstens ein Antriebsaggregat. Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau sind inerseits über vier Verschraubungsstellen (V) im Bereich der oberen AbStützungen (26.40) der Federbeine von Vorder- und Hinterachse miteinander verschraubt. Andererseits sind Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau entlang parallel zueinander verlaufender Abschnitte ihrer Tragstrukturen miteinander verklebt, wobei sich die Klebeflächen im Bereich zwischen den vorderen und hinteren Verschraubungsstellen befinden. Entscheidend ist hierbei, dass durch die Verklebung im Mittenbereich des Kraftfahrzeugs eine großflächige Krafteinleitung vom Chassisrahmen in den Fahrzeugaufbau und umgekehrt gewährleistet wird. Ergänzt wird diese großflächige Krafteinleitung durch die oben erwähnten, außerhalb der Verklebung liegenden Verschraubungsstellen.

Description

Kraftfahrzeug mit einem Chassisrahmen und einem Fahrzeugaufbau
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Chassisrahmen und einem Fahrzeugaufbau, die durch Verkiebung und Verschraubung miteinander verbunden sind.
Ein derartiges Kraftfahrzeug ist beispielsweise aus der DE 34 29 839 A1 bekannt und weist an seinem Chassisrahmen einen nach oben offenen Kanal auf, der vor der Verbindung von Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau mit Klebstoff gefüllt wird, im zusammengebauten Zustand von Chassisrahmen und FahReugaufbau greift ein vertikaler Verbindungsflansch am unteren Endabschnitt des Fahrzeugaufbaus von oben in den Klebstoffkanal des Chassisrahmens ein. Schraubverbindungen jeweils an den Ecken des Chassisrahmens bzw. des Fahrzeugaufbaus fixieren die beiden Baugruppen zueinander, so dass sich spezielle Spannvorrichtungen für die Dauer des Abbindens des Klebstoffs erübrigen. In einer aus der DE 37 02 619 A1 hervorgehenden Weiterentwicklung des bekannten Kraftfahrzeugs ist der Chassisrahmen in seinem vorderen Bereich verkürzt und wird durch einen separaten Vorderwagen ergänzt, dereinen Vorderrahmen sowie einen Unterrahmen aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einer verbesserten Ausgestaltung von Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau bereitzustellen, wobei Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau in vorteilhafter Weise miteinander verbunden sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Kerngedanke der Erfindung ist, die Verkiebung auf den Bereich oder auf einen Teilbereich zwischen den vorderen und den hinteren Verschraubungsstellen zu beschränken. Als vordere bzw. hintere Verschraubungsstellen werden hierbei die Orte der Schraubverbindung zwischen Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau einerseits im Bereich der Vorderachse und andererseits im Bereich der Hinterachse bezeichnet. Durch die erfindungsgemäße Verschraubung im Bereich der beiden Achsen werden nahe den Endabschnitten des Kraftfahrzeugs Hegende Verbindungssteilen geschaffen, die wesentlich zur Steifigkeit der aus Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau zusammengesetzten Tragstruktur des Kraftfahrzeugs beitragen. Andererseits wird durch die großflächige Verklebung im Mittenbereich des Kraftfahrzeugs ein Verbund von Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau mit hoher Steifigkeit und Festigkeit geschaffen, mit Vorteilen insbesondere bei der Krafteinleitung im Fall einer Kollision des Kraftfahrzeugs, da hierdurch die Crashenergie wirkungsvoll abgebaut werden kann, auch bei einem Seiten crash.
Durch die erfindungsgemäße Bauweise wird eine Tragstruktur für ein Kraftfahrzeug geschaffen, bei der im Herstellungsprozess des Kraftfahrzeugs mit dem Chassisrahmen und dem Fahrzeugaufbau zunächst zwei separate Baugruppen bestehen, die eine erleichterte und kostengünstige Montage erlauben, beispielsweise in räumlich getrennten Fertigungs- und Montageeinrichtungen. Entscheiden ist hierbei, dass weder Chassisrahmen noch Fahrzeugaufbau jeweils für sich eine ausreichende Steifigkeit und/oder Festigkeit für den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs und für die Einleitung von Crashkräften im Fall einer Kollision des Kraftfahrzeugs aufweisen, sondern dass die Befestigungsbereiche von Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau so aufeinander abgestimmt sind und die Art der Befestigung so gewählt ist, dass die zusammengesetzte Tragstruktur aus Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau insgesamt die geforderten Steiflgkeits- und Festigkeitsanforderungen erfüllt. Somit handelt es sich bei der durch die Kombination von Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau erzielten Tragstruktur des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs vom Grundsatz um eine „selbsttragende Karosserie" und nicht um eine Karosserie mit einer Funktionstrennung von Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau. Die Verschraubung erfolgt bevorzugt oberhalb des Bereiches von Vorder- und/oder Hinterachse, besonders bevorzugt in demjenigen Bereich des Chassisrahmens (und dem korrespondierenden Bereich des Fahrzeugaufbaus), an dem sich die Radaufhängung am Chassisrahmen abstützt. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Verschraubung an der oberen Aufnahme einer Feder- Dämpfer-Einheit, nachfolgend als Federbein bezeichnet bzw. an der oberen Aufnahme eines Stoßdämpfers oder einer Federeinheit.
Die Verschraubungsstellen sind in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung als flächige Bereiche ausgeführt, so dass sich über die Schraubverbindung hohe Kräfte übertragen lassen. Die Verschraubung an jeder der bevorzugt vier Verschraubungsstellen (jeweils rechts und links an Vorder- und Hinterachse) erfolgt gegebenenfalls durch jeweils mehrere Schrauben.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden zur Herstellung der Kiebeverbindung Bereiche mit langgestreckten und parallel zueinander verlaufenden Klebeflächen geschaffen, durch die sich eine große Belastbarkeit der Klebeverbindung ergibt. Durch den mit erfolgter Verschraubung festgelegten Abstand der korrespondierenden Klebeflächen von Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau wird ein definiertes Maß des Klebespaltes erreicht. Durch die parallele Ausbildung der Klebeflächen sind diese unempfindlich gegenüber Bauteil- und/oder Montagetoleranzen.
Der Abstand der Kiebeflächen kann erforderlichenfalls durch Maßnahmen im Bereich der Verschraubungsstellen verändert werden, beispielsweise durch Einbringen einer Zwischenlage zwischen die Verschraubungsfiächen von Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau oder durch Entfernen von Material an den Verschraubungsfiächen.
Der Klebespalt hat eine Höhe von bevorzugt mindestens drei Millimetern. Bei Verwendung eines Klebstoffs mittlerer Schubsteifigkeit kann somit durch die relativ große Dicke der Klebstoffraupe in der Klebeverbindung ein Ausgleich unterschiedlicher Wärmeausdehnungen von Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau erfolgen.
Der Klebstoff ist bevorzugt ein Einkomponentenkleber mit ausreichend langem „offenen Fenster" nach dem Auftrag des Klebstoffs und vergleichsweise schneller Aushärtung nach dem Zusammenfügen von Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau. Die Aushärtung kann durch Beimischung eines„Boosters" beschleunigt werden. Außerdem wird durch den „Booster" eine über den gesamten Querschnitt der Klebstoffraupe gleichmäßige und von der Umgebungsfeuchtigkeit unabhängige Aushärtung erreicht. Durch die vor dem Fügen der beiden Klebepartner erfolgte Verschraubung kann unabhängig vom endgültigem Aushärten des Kiebstoffs das Kraftfahrzeug im Fertigungsablauf weiter bewegt und weiter montiert werden, so dass die Verschraubung neben ihrem Beitrag zur Steifigkeit und Festigkeit der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs auch die Taktzeiten in der Montage reduziert, indem Wartezeiten für die Aushärtung des Klebstoffs entfallen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Chassisrahmen als tragende Elemente in seinem mittleren Bereich einen rechten und einen linken Längsträger auf, die weiterhin durch einen vorderen und einen hinteren Querträger zu einem geschlossenen rechteckförmigen Tragrahmen ergänzt werden können. Auf die Oberseiten der Längs- und/oder Querträger bzw. des Tragrahmens kann der Klebstoff in vorteilhafter Weise aufgetragen werden.
Wenn die Träger so vorhanden und angeordnet sind, dass sie den oben beschriebenen rechteckförmigen Tragrahmen bilden, liegt damit ein sehr steifer Tragrahmen vor, der eine umlaufend ringförmige Klebeverbindung im Mittenbereich des Kraftfahrzeugs ermöglicht
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Raum innerhalb des rechteckförmigen Tragrahmens zur Unterbringung eines Energiespeichers, insbesondere einer elektrischen Batterie, beispielsweise in Lithium-Ionen-Technik, verwendet werden. Der Verbund aus Tragrahmen am Chassisrahmen und korrespondierender Tragstruktur am Fahrzeugaufbau ist hierbei besonders steif und in der Lage, hohe Energien, beispielsweise bei einem Seitencrash des Kraftfahrzeugs, gezielt abzubauen und hierdurch den Energiespeicher vor unfallbedingten Beschädigungen zu schützen.
In weiterer Ausgestaltung dar Erfindung wird durch den Höhenversatz zwischen der Verklebung einerseits (entlang der Längs- und/oder Querträger bzw. des Tragrahmens) und den im Bereich der Achsen, bevorzugt im Bereich oberhalb der Achsen, angeordneten Verschraubungsstellen andererseits eine hohe Steifigkeit der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs gegenüber solchen Krafteinieitungen erreicht, die Momente auf die Tragstruktur des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ausüben.
Der Fahrzeugaufbau ist in einer Weiterbildung der Erfindung ein unterseitig durch einen Boden geschlossenes Gebilde, das in der Lage ist, in Querrichtung des Kraftfahrzeugs auf Höhe des Bodens eingeleitete Kräfte auf die gegenüberliegende Seite weiterzuleiten. Außerdem kann der Fahrzeugaufbau somit während des Fertigungsprozesses unabhängig vom Chassisrahmen mit innenausstattungskomponenten bestückt werden kann, beispielsweise mit Auskleidungen des Bodens, der Fahrzeuginnenwände und der Dachinnenseite sowie mit Sitzen, Mitteikonsole, Instrumentenkombi, Bedienelementen, etc.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht der Chassisrahmen aus einem metallischen Werkstoff, bevorzugt aus einem Leichimetallwerkstoff wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung. Die einzelnen Komponenten des Chassisrahmens sind hierbei zum Beispiel durch Schweißen, Kleben, Nieten, Schrauben oder jede andere geeignete Fügemethode miteinander verbunden. Die Komponenten können von Blechen, Strangprofilen und/oder Gussbauteilen gebildet sein.
Der Fahrzeugaufbau setzt sich bevorzugt aus Bauteilen, insbesondere schalenförmigen Bauteilen, aus einem Kunststoffmaterial zusammen. Besonders eigenen sich hierfür kohlefaserverstärkte Kunststoffe. Die Verbindung der einzelnen Komponenten des Fahrzeugaufbaus erfolgt vorzugsweise durch Verklebung, beispielsweise mit einem Zweikomponentenkleber. Zur Reduzierung des Energiebedarfs bei der Hersiellung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs wird in einer Ausgestaltung der Erfindung bei einem metallischen Chassisrahmen auf eine KTL-Beschichtung und/oder den Auftrag einer herkömmlichen Lackbeschichtung verzichtet. Zur Erzielung reproduzierbar belastbarer Klebeverbindungen werden die Klebeflächen des Chassisrahmens vor der Verklebung behandelt, beispielsweise durch chemische Methoden gereinigt, passiviert, einer Plasmabehandlung unterzogen, mit einer Pyrosil-Beschichtung versehen etc. Die in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung genannten Reinigungs- und Vorbereitungsmaßnahmen fallen nicht unter den Begriff „Oberflächenbeschichtung".
Aile Richtungs- und Lageangaben in Zusammenhang mit Komponenten des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beziehen sich jeweils auf die aus Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau zusammengesetzte Tragstruktur des Kraftfahrzeugs und auf die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei Vorwärtsfahrt.
Für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs wird beispielsweise folgender Fertigungsablauf vorgeschlagen:
- Fertigung des Chassisrahmens aus Komponenten aus Aluminiumwerkstoff durch Schweißen und/oder Kleben und/oder Nieten und/oder Schrauben wobei die Komponenten Gussteile und/oder Strangprofile und/oder Blechteile sein können
Fertigung des Fahrzeugaufbaus aus Komponenten aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, bevorzugt durch Verklebung, wobei partiell Verstärkungen aus einem metallischen Werkstoff integriert sein können Bestückung des Chassisrahmens mit Elementen der vorderen sowie der hinteren Radaufhängung und mit wenigstens einem Antriebsaggregat und/oder Getriebe und/oder mit weiteren Komponenten des Antriebsstrangs
- Bestückung des Fahrzeugaufbaus mit Anbauteilen und/oder Ausstattungsteiien
- Reinigung der Klebeflächen insbesondere am Chassisrahmen
- Auftrag des Klebstoffs auf die Klebeflächen, bevorzugt auf die Klebeflächen des Chassisrahmens - Aufsetzen des Fahrzeugaufbaus auf den Chassisrahmen (oder umgekehrt)
- Verschraubung des Fahrzeugaufbaus mit dem Chassisrahmen an den Verschraubungsste!len im Bereich oberhalb der Vorder- und der Hinterachse, bevorzugt im Bereich der oberen Aufnahmen der Federbeine oder dergleichen
- Mit dem Verschrauben stellt sich selbsttätig ein definierter Klebespalt zwischen Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau ein.
- Aushärten des Klebstoffs, wobei aufgrund der Verschraubung bereits vor Abschluss der Aushärtung eine ausreichend belastbare Verbindung von Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau besteht, so dass das Kraftfahrzeug für weitere Montageumfänge, Oberflächenbehandlungen etc. zur Verfügung steht bzw. für den weiteren Produktionsabiauf transportiert und/oder aus eigener Kraft angetrieben werden kann.
Mögliche Ausführungsbeispiete der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Perspektivdarstellung der Tragstruktur eines erflndungsgemäßen Kraftfahrzeugs, vor der Verbindung von Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf den Chassisrahmen des Kraftfahrzeugs von Fig. 1, mit aufgetragener Klebstoffraupe,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs von Fig. 1 im zusammengesetzten Zustand,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer vorderen Verschraubungsstelle,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung einer hinteren Verschraubungsstelle und
Fig. 6a bis 6c schematische Darstellungen der Kraftpfade innerhalb der
Tragstruktur des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bei verschiedenen Lastfällen. Fig. 1 zeigt die Tragstruktur eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs vor der Verbindung der beiden Baugruppen Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4. In Fig. 3 sind die beiden Baugruppen im zusammengesetzten Zustand darstellt.
Der Chassisrahmen 2 setzt sich aus einer Mehrzahl von Einzelbauteilen aus einem metallischen Werkstoff zusammen. Bevorzugt sind die Einzelbauteile aus Leichtmetall-Legierungen gefertigt, beispielsweise aus Aluminium-Legierungen.
Der Chassisrahmen 2 weist unter Bezug auf die Fahrtrichtung FR des Kraftfahrzeugs einen vorderen Abschnitt 10, einen mittleren Abschnitt 12 und einen hinteren Abschnitt 14 auf. Die Abschnitte 10 bis 14 sind im Wesentlichen symmetrisch zur Längsmittenebene des Kraftfahrzeugs ausgebildet.
Der vordere Abschnitt 10 setzt sich hauptsächlich aus vorderen oberen und unteren Längsträgern 20 und 21 , Querstreben 22 und 23, Stoßfängerkonsofen 24, Federbeinaufnahmen 26 sowie mehreren Verbindungs- und Knotenblechen zusammen. Die Bauteile 20 bis 24 werden von Strang profilen aus Aluminium gebildet. Die Federbeinaufnahmen 26 sind Druckgussbauteile aus Aluminium. Die übrigen Bauteile sind aus Blechen oder aus Strangprofilen aus Aluminium gefertigt. Der vordere Abschnitt 10 nimmt die Elemente einer nicht dargestellten Vorderachse (einschließlich der vorderen Federbeine 2B) auf. Der verbleibende Freiraum im vorderen Abschnitt 10 dient am fertig montierten Kraftfahrzeug als Gepäckraum.
Der mittlere Abschnitt 12 des Chassisrahmens 2 ist im Wesentlichen ein rechteckförmiger Rahmen aus einem rechten und einem linken seitlichen Längsträger 30 bzw. 32 sowie einem vorderen und einem hinteren Querträger 34 bzw. 36, die die vorderen bzw. hinteren Enden der seitlichen Längsträger 30 und 32 verbinden. Die Träger 30 bis 36 werden von Strangprofilen aus Aluminium gebildet. Die Oberseiten der Träger 30 bis 36 verlaufen zumindest annähernd in einer Ebene, die etwa horizontal ausgerichtet ist. Im Bereich der vorderen und der hinteren Enden der Längsträger 30 und 32 sind zusätzlich Konsolen 38 und 39 (siehe insbesondere Fig. 2) vorgesehen. Das von den Trägern 30 bis 36 gebildete Rechteck ist innenseitig frei, in diesem Freiraum ist am komplett montierten Kraftfahrzeug ein Energiespeicher angeordnet, bevorzugt ein elektrischer Energiespeicher. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch in diesem Raum auch ein Behälter für Benzin- oder Dieselkraftstoff, Erdgas oder Wasserstoff vorgesehen sein.
Der hintere Abschnitt 14 des Chassisrahmens 2 wird hauptsächlich von seitlichen integralbauteilen 40 aus Aiuminium-Druckguss gebildet. Diese komplex geformten und großvolumigen Integralbauteile 40 weisen eine Mehrzahl von Versteifungsrippen 42 auf. An den Integra Ibauteilen 40 sind die Elemente 44 einer Hinterachse einschließlich der hinteren Federbeine 46 angeordnet. Zwischen den beiden Integralbauteilen 40 ist ein nicht dargestelltes Antriebsaggregat samt Getriebe aufgenommen. Das Antriebsaggregat ist bevorzugt ein Elektromotor, gegebenenfalls ergänzt durch einen kleinvolumigen Verbrennungsmotor zur Reichweitenerhöhung. Selbstverständlich kann das Antriebsaggregat auch ein Verbrennungsmotor sein, gegebenenfalls mit Elektromotor (Hybridantrieb). Rückseitig schließen sich an die Integralbauteile 40 hintere Längsträger 48 an, die von Aluminium-Strangprofilen gebildet werden. Ergänzt wird der hintere Abschnitt 14 von flächigen Blechbauteüen 50 und 52 aus Aluminium.
Alternativ kann das Antriebsaggregat auch im vorderen Abschnitt 10 des Chassisrahmens 2 angeordnet sein. Selbstverständlich können auch beide Abschnitte 10 und 14 ein Antriebsaggregat oder mehrere Antriebsaggregate aufweisen.
Der Fahrzeugaufbau 4 bildet die Fahrgastzelle 6 sowie einen hinteren Gepäckraum 8. Unter anderem weist der Fahrzeugaufbau 4 folgende Komponenten auf: Seitenrahmen 60 mit A-Säulen 62, C-Säulen 64 und seitlichen Längsträgern 66, eine Stirnwand 68, vordere Stützträger 70, einen als aussteifendes Schubfeid ausgebildeten Boden 72, eine hintere Abschlusswand 74, hintere Stützträger 75, eine Hutablage 76 und ein Dach 7ß. Die genannten Komponenten sind aus einem Kunststaffmaterial, bevorzugt aus kohlefaserverstärktem Kunststoff und sind beispielsweise durch Verklebung mit einem Zweikomponentenkleber miteinander verbunden. Der Boden 72 wird beispielsweise durch wenigstens einen Sitzquerträger 73 aus einem metallischen Werkstoff, zum Beispiel aus einem Aluminium-Strangprofil, verstärkt. Der Sitzquerträger 73 ist auf den Boden 72 aufgesetzt oder in den Boden 72 integriert.
Das Kraftfahrzeug wird von nicht dargestellten Beplankungsteilen (bevorzugt aus einem Kunststoffmaterial) komplettiert. Diese Beplankungsteile sind ebenso wie unmittelbar als Außenhaut des Kraftfahrzeugs in Erscheinung tretende Komponenten des Fahrzeugaufbaus 4 bevorzugt nicht lackiert, sondern mit Folie überzogen.
Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 werden auf getrennten Montagestraßen bestückt und erst danach als vormontierte Baueinheiten zusammengeführt. Beispielsweise werden in den Chassisrahmen 2 die Elemente von Vorder- und Hinterachse sowie das Antriebsaggregat eingesetzt Der Fahrzeugaufbau 4 wird zum Beispiel mit wesentlichen Bauteilen der Innenauskleidung und/oder der Innenausstattung versehen.
Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 sind einerseits durch Verschraubung und andererseits durch Verklebung miteinander verbunden.
Die Verschraubung erfolgt an vier Verschraubungsstellen V, jeweils im Bereich der oberen Abstützung der Federbeine 28 und 46. Hierzu sind sowohl an den Federbeinaufnahmen 26 des vorderen Abschnitts 10 des Chassisrahmens 2 als auch an den Integralbauteilen 40 des hinteren Abschnitts 14 die jeweiligen Bereiche der oberen AbStützungen der Federbeine 28 und 46 vergrößert ausgebildet, wie nachfolgend näher beschrieben.
Die Verschraubungsstellen V am vorderen Abschnitt 10 des Chassisrahmens 2 sind in Fig. 4 am Beispiel der linken Verschraubungsstelie V im Schnitt dargestellt. Der Schnitt verläuft durch die Anbindung einer so genannten Domstrebe 29, die die beiden Federbeinaufnahmen 26 miteinander verbindet. Auch Fig. 2 zeigt die Verschraubungsstellen V sehr anschaulich. An den Federbeinaufnahmen 26 sind die Aufnahmen für die oberen Enden der Federbeine 28 mit 80 bezeichnet. Die etwa horizontal verlaufenden Oberseiten 82 der Federbeinaufnahmen 26 sind nach außen verbreitert und weisen in dem hierdurch geschaffenen äußeren Befestigungsbereich 84 Durchgangsöffnungen 85 für zwei Schrauben 86 auf (siehe auch Fig. 3). Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist der Stützträger 70 in Blechschalenbauweise hergestellt und weist ein inneniiegendes Verstärkungsbiech 71 auf.
Die Verschraubungsstel!en V am hinteren Abschnitt 12 des Chassisrahmens 2 sind in Fig. 5 am Beispiel der rechten Verschraubungsstelle V im Schnitt dargestellt. Der Schnitt verläuft durch die hintere der beiden äußeren Befestigungsschrauben 96. Die Anordnung der Befestigungsschrauben 96 geht sehr anschaulich aus Fig. 2 hervor. An den waagrecht verlaufenden Oberseiten 92 der Integralbauteile 40 sind in Fig. 2 die Aufnahmen 90 für die Federbeine 46 zu erkennen. Die etwa horizontal verlaufenden Oberseiten 92 der Integralbauteiie 40 sind vergrößert ausgebildet und weisen in dem hierdurch geschaffenen Befestigungsbereich 94 Durchgangsöffnungen 95 für die bereits oben erwähnten drei Schrauben 96 auf. Die Schnittdarstellung der Fig. 5 zeigt die Gestaltung der Tragstruktur des Fahrzeugaufbaus 4 im Bereich des hinteren Stützträgers 75, der sich aus den miteinander verklebten Schalenbauteilen 75a, 75b, 75c und 75d aus kohlefaserverstärktem Kunststoff zusammensetzt und innenseitig durch eine metallische Einlage 77 mit Innengewinden 79 für die drei Schrauben 96 verstärkt ist.
Die Befestigungsbereiche 84 und 94 des Chassisrahmens 2 sind im Wesentlichen horizontal ausgerichtet und ebenflächig ausgebildet. Hierdurch werden Anlagebereiche für die korrespondierend ausgebildeten Befestigungsbereiche des Fahrzeugaufbaus 4 bereitgestellt.
Wie aus den Fig. 4 und 5 hervorgeht, befinden sich die oben erwähnten korrespondierenden Befestigungsbereiche des Fahrzeugaufbaus 4 an der Unterseite der vorderen Stützträger 70 bzw. an der Unterseite der hinteren Stützträger 75. Diese korrespondierenden Befestigungsbereiche sind ebenfalls im Wesentlichen horizontal ausgerichtet und ebenflächig ausgebildet. Somit liegen Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 an den vier beschrieben Verschraubungsstellen V vollflächig aufeinander. Hierdurch sind eine tragfähige Schraubverbindung und die Übertragung hoher Kräfte in allen Raumrichtungen möglich. Zwischen den Befestigungsfiächen an den Verschraubungsstetien V ist kein Klebstoff eingebracht
Die Verklebung erfolgt großflächig zwischen dem mittleren Abschnitt 12 des Chassisrahmens 2 und den korrespondierenden Flächen des Fahrzeugaufbaus 4, wie in Fig. 2 näher dargestellt. Hierzu werden Klebstoffraupen 100 bis 106 mittig auf die horizontal verlaufenden Oberseiten der seitlichen Längsträger 30 und 32 sowie der Querträger 34 und 36 aufgebracht. Somit wird am Chassisrahmen 2 eine ringartig geschlossene rechteckförmige Klebstaffbahn in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene erzeugt. Auch die vorderen und die hinteren Konsolen 38 und 39 sind mit Klebstoffraupen 108 und 110 belegt. Zudem ist die Klebstoffraupe 104 am vorderen Querträger 34 durch Klebstoffraupen 112 erweitert, die schräg nach vorne oben verlaufen und sich bis in den Bereich des hinteren Endabschnitts des oberen vorderen Längsträgers 20 erstrecken.
Selbstverständlich kann auch im Anschluss an die Klebstoffraupe 106 oder in unmittelbarer Fortsetzung der Klebstoffraupe 106 wenigstens eine zusätzliche Klebstoffraupe vorgesehen sein, die schräg nach hinten oben verläuft und hierdurch die Verklebung in den Bereich des hinteren Abschnitts 14 des Chassisrahmens 2 erweitert. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dies jedoch wegen der zerklüfteten Oberfläche der Integraibauteile 40 nicht der Fall. Außerdem wären in diesem Bereich wegen der erhöhten Betriebstemperaturen infolge des heckseitigen Anthebsaggregats an den Klebstoff erhöhte Anforderungen zu stellen.
Am Fahrzeugaufbau 4 sind Klebefiächen ausgebildet, die mit den Klebeflächen am Chassisrahmen 2 korrespondieren, wie nachfolgend näher beschrieben ist.
An der Unterseite der seitlichen Längsträger 66 des Fahrzeugaufbaus 4, bevorzugt etwas einwärts zur Fahrzeugmitte hin versetzt, sind parallel zu den Oberseiten der seitlichen Langsträger 30 und 32 des Chassisrahmens 2 verlaufende Klebefiächen vorgesehen, für die Klebstoffraupen 100 und 102. Außerdem weist der Fahrzeugaufbau 4 in diesen Bereichen auch Klebeflächen auf, die mit den Konsolen 38 und 39 korrespondieren und den Klebstoffraupen 108 und 10 zugeordnet sind. Ebenso sind an der Unterseite des Fahrzeugaufbaus 4 vorne und hinten quer zur Fahrtrichtung FR verlaufende Klebeflächen vorgesehen, die den Klebstoffraupen 104 bzw. 106 zugeordnet sind. Für die erweiterten Klebstoffraupen 112 sind im Bereich der Stirnwand 68 des Fahrzeugaufbaus 4 ebenfalls korrespondierende Klebeflächen vorgesehen.
Alle Klebeverbindungen zwischen Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 und alle an der Verklebung beteiligten Bauteile von Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 sind so steif ausgebildet, dass die Einleitung hoher Kräfte vom Chassisrahmen 2 in den Fahrzeugaufbau 4 und umgekehrt möglich ist. Zur Weiterleitung der eingeleiteten Kräfte sind auch die sich an die Klebeflächen anschließenden Bauteile und Bereiche ausreichend steif ausgebildet. Bei den Kräften handelt es sich zum einen um Kräfte, die im normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs entstehen. Im Besonderen handelt es sich bei den Kräften jedoch um eingeleitete Crashkräfte.
Wie aus den Fig. 6a und 6b hervorgeht, steht mit dem erfindungsgemäßen Verbund aus Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 quasi eine selbsttragende Karosserie für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung, bei der Crashkräfte, die bei einer Front- oder Heckkoilision in den Chassisrahmen 2 eingeleitet werden, in den Fahrzeugaufbau 4 weitergeleitet werden, so dass die gesamte Tragstruktur des Kraftfahrzeugs zum Abbau der Kollisionsenergie herangezogen wird. Die Lastpfade sind mit Pfeüen F gekennzeichnet. Auch bei einer seitlichen Kollision gemäß Fig. 6c kommt es zu einer Kraftein leitung sowohl in den Fahrzeugaufbau 4 als auch in den Chassisrahmen 2, dort insbesondere in die beiden Querträger 34 und 36. Entscheidenden Einfluss auf die Crashsteifigkeit hat hierbei der Boden 72 des Fahrzeugaufbaus 4, insbesondere der in den Boden integrierte Sitzquerträger 73. Durch den quersteifen Fahrzeugaufbau 4 können sich die Kollisionskräfte auch an der kollisionsabgewandten Seite der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs abstützen. Der Seitenrahmen 60 mit der A-Säule 62, dem Seitenspriegel des Daches 78, der C-Säule 64 und den Längsträgern 66 bildet hierbei einen steifen Ringverbund, der die Crashkräfte großflächig aufnimmt und auch in der höhenversetzten Ebene des Daches 78 eine Kraftweiterleitung zur kollisionsabgewandten Seite des Fahrzeugaufbaus 4 bewirkt. Der entscheidende Vorteil, der sich bei einer großflächigen Verklebung gegenüber einer Vielzahl einzelner Schraub- oder Nietverbindungen ergibt, liegt in der gleichmäßigen Kraftetnleitung durch die große Klebefläche. Bei den Komponenten der Tragstruktur, die sich beispielsweise bei einem Crash im Kraftfluss befinden, handelt es sich um gewichtsoptimierte Bauteile mit vergleichsweise geringer Wandstärke, die jedoch ohne Weiteres in der Lage sind, die auftretenden Kräfte über die großen Klebeflächen aufzunehmen und weiterzuleiten. Demgegenüber wären bei einer gleichwertigen Gestaltung als Mehrzahl von Schraub- oder Nietverbindungen zusätzliche Versteifungsmaßnahmen an jeder einzelnen Schraube bzw. an jedem einzelnen Niet erforderlich.
Unmittelbar vor dem Zusammenfügen der vormontieren Baueinheiten von Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 werden die Klebstoffraupen 100 bis 112 auf die Klebeflächen des Chassisrahmens 2 aufgetragen. Die Klebstoffraupen 100 bis 112 haben hierbei im Querschnitt beispielsweise die Form eines gleichschenkligen Trapezes, wobei die untere Grundseite des Trapezes, mit der die Klebstoff raupe 100 bis 112 auf der Oberseite der Bauteile des Chassisrahmens 2 aufliegt, größer ist als die obere Grundseite. Alternativ kann die Klebstoffraupe 100 bis 112 auch einen dreieckförmigen Querschnitt aufweisen. Die Höhe der Klebstoffraupe 100 bis 112 ist größer als der Klebespalt, der sich beim Verschrauben von Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 einstellt. Die Viskosität des Klebstoffes ist derart bemessen, dass die Form der Klebstoffraupe 100 bis 112 nach deren Auftrag auf den Chassisrahmen 2 im Wesentlichen erhalten bleibt
Mit dem Verschrauben von Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 an den vier Verschraubungsstellen V werden die Klebstoffraupen 100 bis 1 12 durch das hierbei erfolgende Zusammenführen der korrespondierenden Klebeflächen von Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 auf ein definiertes Maß zusammengedrückt. Der Klebespalt ist dabei so bemessen, dass auch bei Addition der maximal zulässigen Herstelltoleranzen von Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 ein Mindestmaß für den Klebespalt gewährleistet ist. Da insbesondere die Klebstoffraupen 100 und 102 eine beträchtliche Länge aufweisen, hängt das Mindestmaß für die Klebstoffdicke von dem Längenausgleich ab, der bei unterschiedlichen Materialien von Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 und dementsprechend unterschiedlichen Wärmedehnungen von Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 in den Klebstoffraupen 100 und 102 zu erfolgen hat. Anderseits ist die Dicke der Klebstoffraupen 100 und 102 (und selbstverständlich auch der übrigen Klebstoffraupen 104 bis 112) nach oben hin begrenzt, da mit zunehmender Dicke die Steifigkeit der Klebeverbindung abnimmt.
Für die Kiebeverbindungen zwischen Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 wird beispielhaft ein Klebstoff mittlerer Schubsteifigkeit vorgeschlagen, der bei -30 °C eine Schubsteifigkeit von etwa 70 MPa und bei +70 °C eine Schubsteifigkeit von etwa 15 MPa aufweist und damit einen vergleichsweise geringen temperaturbedingten Abfall der Schubsteifigkeit hat.
Durch diese Schubsteifigkeitseigenschaften ist gewährleistet, dass die Crashanforderungen im gesamten Betriebstemperaturbereich des Kraftfahrzeugs von ca. -30 °C bis +80 °C erfüllt werden. Wichtig ist hierbei insbesondere, dass im Fall eines Seitencrashs, beispielsweise bei einem seitlichen Pfahiaufprall, Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau von Anfang an gleichzeitig und gleichmäßig die Kollisionsenergie abbauen.
Die Dicke der Klebstoffraupen 100 bis 112 beträgt bei der vorgeschlagenen Schubfestigkeit beispielsweise mindestens 3 mm, bevorzugt mindestens 4 mm. Ausgehend von Fertigungstoleranzen von beispielsweise +/- 1 mm für den Chassisrahmen 2 und +/- 2 mm für den Fahrzeugaufbau 2 beträgt die Dicke der Klebstoffraupe also 7 +/- 3 mm, um die vorgeschlagene bevorzugte Mindestdicke der Klebstoffraupe von 4 mm in jedem Fall zu gewährleisten. Die Menge des aufgetragenen Klebstoffs wird dabei beispielsweise so bemessen, dass sich bei einer Dicke der Klebstoffraupe von 4 mm eine Breite der Klebefläche von 50 mm ergibt. Bei Ausschöpfen des Toleranzbandes nach oben (Dicke der Klebstoffraupe von 10 mm) ergibt sich eine Breite der Klebefläche von 20 mm. Durch die Beschränkung der Verkiebung auf den Bereich oder auf einen Teilbereich zwischen den vorderen und den hinteren Verschraubungsstellen V wird der temperaturbedingte Längenausgleich, den die Klebstoffraupen 100 und 102 zu bewältigen haben, reduziert.
Der Chassisrahmen 2 besteht, wie oben ausgeführt, bevorzugt aus einem Aluminiumwerkstoff. Zur Reduzierung des Energieaufwandes bei der Fahrzeugherstellung kann auf eine KTL-Beschichtung und auf eine herkömmliche Lackierung oder dergleichen verzichtet werden. Für diesen Fall muss vor dem Auftrag des Klebstoffs zumindest eine chemische Reinigung der Oberfläche des Chassisrahmens 2 erfolgen, um eine die Eigenschaften der Klebeverbindung beeinträchtigende Oxidationsschicht an der Oberfläche des Aluminiums zu beseitigen. Diese Reinigung erfolgt unmittelbar vor dem Auftrag des Klebstoffs, wobei gegebenenfalls auf dem Transportweg von der Reinigungsstation zum Ort des Klebstoffauftrags geeignete Maßnahmen zu treffen sind, um eine zwischenzeitliche Oxidation der Oberfläche des Aluminiums zu unterbinden.
Bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug kann der das äußere Erscheinungsbild prägende Fahrzeugaufbau 4 für ein Nachfolgemodell des Kraftfahrzeugs neu gestaltet werden, während der für den Fahrzeugnutzer nicht unmittelbar in Erscheinung tretende Chassisrahmen 2 für das Nachfolgemodeii lediglich angepasst wird. Durch den Einsatz des Chassisrahmens 2 für mehr als einen Modeltzyklus eines Kraftfahrzeugs ergibt sich ein beträchtliches Kosteneinsparungspotential.
Zusammenfassend lässt sich die Erfindung wie folgt beschreiben: Die Tragstruktur eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs setzt sich aus einem Chassisrahmen 2 und einem Fahrzeugaufbau 4 zusammen. Der Chassisrahmen 2 nimmt die Elemente der vorderen und der hinteren Radaufhängungen auf, ebenso wie wenigstens ein Antriebsaggregat. Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 sind einerseits über vier Verschraubungsstellen V im Bereich der oberen AbStützungen der Federbeine 28 und 46 von Vorder- und Hinterachse miteinander verschraubt. Andererseits sind Chassisrahmen 2 und Fahrzeugaufbau 4 entlang parallel zueinander verlaufender Abschnitte ihrer Tragstrukturen miteinander verklebt, wobei sich die Klebeflächen im Bereich zwischen den vorderen und hinteren Verschraubungsstellen V befinden. Entscheidend ist hierbei, dass durch die Verklebung im Mittenbereich des Kraftfahrzeugs eine großflächige Krafteinleitung vom Chassisrahmen 2 in den Fahrzeugaufbau 4 und umgekehrt gewährleistet ist. Ergänzt wird diese großflächige Krafteinleitung durch die oben erwähnten, außerhalb der Verklebung liegenden Verschraubungsstellen V.

Claims

Kraftfahrzeug mit einem Chassisrahmen und einem Fahrzeugaufbau Patentansprüche
Kraftfahrzeug mit einem Chassisrahmen und einem Fahrzeugaufbau, die durch Verklebung und Verschraubung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass
der Chassisrahmen (2) eine Vorderachse und eine Hinterachse sowie wenigstens ein Anthebsaggregat aufnimmt,
die Verschraubungsstellen (V) im Bereich der Vorderachse und der Hinterachse liegen und
die Verklebung auf den Bereich oder einen Teilbereich zwischen den vorderen und den hinteren Verschraubungsstellen (V) begrenzt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verschraubungsstellen (V) oberhalb der Vorderachse und/oder der Hinterachse befinden.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Verschraubungsstellen (V) als etwa parallel zueinander verlaufende Flächen an Chassisrahmen (2) und Fahrzeugaufbau (4) ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verschraubungsstellen (V) an der Abstützung (26, 40; 82, 92; 84, 94) einer Feder-Dämpfer-Einheit (28, 46) oder dergleichen befinden.
Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeflächen als etwa parallel zueinander verlaufende Flächen an Chassisrahmen (2) und Fahrzeugaufbau (2) ausgebildet sind, die im zusammengeschraubten Zustand von Chassisrahmen (2) und Fahrzeugaufbau (4) mit einem definierten Absland zueinander verlaufen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Klebeflächen an Chassisrahmen (2) und Fahrzeugaufbau (4) - im zusammengeschraubten Zustand von Chassisrahmen (2) und Fahrzeugaufbau (4) - mindestens drei Millimeter beträgt.
Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der für die Verklebung verwendete Klebstoff ein EinkomponentenWeber ist
Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Chassisrahmen (2) einen mittleren Abschnitt (12) mit zwei fahrzeugaußenseitigen seitlichen Längsträgern (30, 32) aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der seitlichen Längsträger (30, 32) durch einen vorderen und durch einen hinteren Querträger (34, 36) miteinander verbunden sind, wobei die Längsträger (30, 32) und die Querträger (34, 36) im Wesentlichen in einer Ebene verlaufen.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 und/oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseiten der Längs- und/oder Querträger (30 bis 36) als Kiebeflächen ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseiten der Längs- und/oder Querträger (30 bis 36) tiefer liegen als die Verschraubungsstellen (V).
12. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugaufbau (4) als Fahrgastzelle (6) mit Boden (72) ausgebildet ist.
13. Kraftfahrzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Chassisrahmen (2) zumindest überwiegend aus einem metallischen Werkstoff und der Fahrzeugaufbau (4) zumindest überwiegend aus einem Kunststoffmaterial besteht.
14. Kraftfahrzeug nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass der Chassisrahmen (2) zumindest überwiegend aus einem A!uminiumwerkstoff besteht, der an den Klebeflächen keine Oberflächenbeschichtung aufweist.
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