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Die Erfindung betrifft eine modulare Rohbaustruktur für eine Karosserie eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Montage einer Rohbaustruktur einer Karosserie eines Fahrzeugs.
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Der Rohbau einer Karosserie eines Fahrzeugs besteht im Wesentlichen aus einer Linienstruktur, wobei die Rohbaustruktur aus einzelnen Elementen, wie Querträgern, Längsträgern, A-Säulen, B-Säulen, C-Säulen und dergleichen zusammengesetzt wird. Im Anschluss daran können unterschiedliche Montageteile in der Rohbaustruktur angeordnet und fixiert werden können.
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Sollen unterschiedliche Fahrzeugbaureihen hergestellt werden, müssen unterschiedliche Rohbaustrukturen beziehungsweise unterschiedliche Karosserien umgesetzt werden. Dabei ist eine Vielzahl an unterschiedlichen Einzelelementen notwendig, die individuell in der Fertigung entsprechend der jeweiligen Fahrzeugbaureihe montiert werden müssen. Dies führt zu einem hohen Kosten und Zeitaufwand.
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Aus der
DE 10 2010 048 350 A1 ist eine Bodengruppe für eine Mehrzahl von Bauvarianten einer Karosserie eines Fahrzeugs bekannt, durch welche Kosten und ein benötigter Zeitaufwand bei der Montage reduziert werden sollen. Dazu ist ein variantenübergreifendes Vorbau- beziehungsweise Frontmodul sowie Heckmodul vorgesehen, wobei die beiden Module über eine Bodenanordnung miteinander verbunden werden. In Abhängigkeit einer jeweiligen Bauvariante der Karosserie können dabei unterschiedliche Bodenanordnungen eingesetzt werden, sodass immer dieselben Frontmodule beziehungsweise Heckmodule eingesetzt werden können.
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Nachteilig betrifft die vorgeschlagene Baukastenvariante lediglich eine Bodengruppe, wobei für weitere individuelle Fahrzeugaufbauten beziehungsweise Karosseriebestandteile weiterhin eine Vielzahl von individuell angepassten Bauelementen mir hohen Montageaufwand notwendig ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine modulare Rohbaustruktur und ein Verfahren zur Montage einer solchen Rohbaustruktur anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile überwinden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Rohbaustruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Im Anspruch 9 ist außerdem ein Verfahren zur Montage einer solchen Rohbaustruktur angegeben.
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Im Kern der erfindungsgemäßen Rohbaustruktur sind zumindest ein Frontmodul und ein Heckmodul vorgesehen, wobei das Frontmodul die A-Säulen, und das Heckmodul die C-Säulen umfasst. Die Module bilden dabei jeweils eine Rohbaumodul beziehungsweise eine Zusammenbau-Rohbaumodul aus. Erfindungsgemäß ist es dabei so, dass die A-Säulen des Frontmoduls zusammen mit einem oberen und wenigstens einem unteren Querträger eine erste Ringstruktur ausbilden, und dass die C-Säulen des Heckmoduls zusammen mit einem oberen und einem unteren Querträger eine zweite Ringstruktur ausbilden.
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Als Ringstruktur ist insbesondere eine geschlossene Struktur zu verstehen, die umlaufend ist und konstruktiv einen geschlossenen Ring ausbildet. Eine solche Ringstruktur beziehungsweise umlaufend geschlossene Struktur weist eine hohe Stabilität auf. Die jeweils umlaufende, geschlossene Struktur kann dabei in einer Ebene verlaufen oder als räumliche Struktur ausgeführt sein, die in zwei oder mehr sich schneidenden Ebenen angeordnet sind. Die Ringstruktur bietet den Vorteil einer hohen Stabilität beziehungsweise Festigkeit auch bei relativ geringem Materialeinsatz. Damit lassen sich Aspekte des Leichtbaus ideal mit solchen der Sicherheit, insbesondere der Sicherheit der Fahrgastzelle vereinen. Jede der Ringstrukturen umfasst dabei die beiden Säulen und einen oberen und einen unteren Querträger. Im Bereich des Frontmoduls kann der untere Querträger dabei im späteren Fahrzeug unten oder auch direkt unterhalb der späteren Windschutzscheibe liegen. Im Prinzip wäre auch eine „Doppelringstruktur“ mit beiden genannten unteren Querträgern denkbar.
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Daneben bietet der modulare Aufbau weitere Vorteil, wie zum Beispiel die leichte Austauschbarkeit der Module, so dass neue Fahrzeugvarianten beziehungsweise -formen schnell einfach umgesetzt werden können. Insbesondere muss hierfür die bestehende Fertigungslinie im Rohbau nicht verändert werden, was ein ganz entscheidender Vorteil ist.
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Anders als bisher muss der Rohbau nach einer Oberflächenbeschichtung, insbesondere mittels kathodische Tauchlackierung (KTL), nicht als Ganzes durch einen Trocknungs-/Einbrennofen. Damit wird es möglich die einzelnen Module aus verschiedenen Materialien auszubilden, auch wenn diese sich in ihrer Wärmeausdehnung stark unterscheiden.
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Ein weiterer Vorteil ist die bessere Zugänglichkeit der einzelnen Module sowohl bei der Vormontage der Module, also auch bei der Montage der Rohbaustruktur.
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Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen modularen Rohbaustruktur kann ferner eine Mittelmodul vorgesehen ist, welches die B-Säulen umfasst, wobei die B-Säulen des Mittelmoduls zusammen mit einem oberen und einem unteren Querträger eine dritte Ringstruktur ausbilden.
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Die oben angesprochene Modularität mit der stabilen Ringstruktur wird also um ein Mittelmodul erweitert. Auch dieses ist entsprechend stabil ausgebildet und kann durch die dritte Ringstruktur die Fahrgastzelle noch weiter verstärken, sodass die Ringstrukturen zusammen ebenso eine Art Überrollkäfig ausbilden, und damit zur Sicherheit des Fahrzeugs beitragen.
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Dadurch kann der komplette Rohbau modular ausgeführt sein, wobei einzelne Module ausgetauscht werden können, um unterschiedliche Fahrzeugvarianten, wie Limousine oder Kombi und dergleichen, umzusetzen. Dadurch ergeben sich vorteilhafterweise kürzere und kostengünstigere Änderungszeiten bei der Variantenbildung beziehungsweise bei der Umsetzung neuer Modelle, da insbesondere nicht immer die gesamte Rohbauanlage geändert werden muss. Die gesamte Konstruktion kann leichter ausgeführt werden, da Doppelstrukturen entfallen können. Weiterhin kann ein Mischbau vereinfacht werden, da die Module einzeln gefertigt werden und nicht der gesamte Rohbau bei der Montage durch die Fertigungsstraße geführt werden muss. Insbesondere können die drei Module vor dem Zusammenbau separat voneinander in Nebenlinien vormontiert beziehungsweise aufgerüstet werden. Dadurch kann eine Hauptlinie bei der Montage reduziert werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich beim Recycling, da eine einfache Trennung der einzelnen Module ermöglicht wird.
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Ferner können an der Ringstruktur Elemente ausgebildet werden, die quer zu der umlaufenden geschlossenen Struktur und damit bezogen auf das Fahrzeug in Längsrichtung ausgerichtet sind. Derartige Elemente können beispielsweise Längsträgerelemente ausformen, an welchen die Module miteinander fixiert werden können. Dadurch kann beispielsweise eine abgewinkelte umlaufende Ringstruktur ausgebildet werden, die insbesondere für die A-Säulen und die C-Säulen eingesetzt werden kann. Die drei Ringstrukturen können sich dabei in einem oberen Bereich berühren. Insbesondere kann die Ringstruktur der A-Säule die Ringstruktur der B-Säule berühren, und die Ringstruktur der B-Säule die Ringstruktur der C-Säule. Vorteilhafterweise können die Ringstrukturen damit gut zugänglich miteinander fixiert werden, wodurch die Montage ebenso erleichtert wird.
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Entsprechend einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen modularen Rohbaustruktur kann es, insbesondere - aber nicht ausschließlich - für den Fall, dass die Module sich im oberen Bereich berühren, vorgesehen sein, dass der obere Querträger des Mittelmoduls als entfernbarer Montagehilfsträger ausgebildet ist. Damit wird vor der Montage und damit für die Vormontage, Oberflächenbeschichtung etc. die Stabilität des Mittelmoduls über den Montagehilfsträger gewährleistet. In der späteren Rohbaustruktur können dann andere Elemente die Funktion übemehmen, zum Beispiel wie oben angesprochen die oberen Querträger des Font- und/oder Heckmoduls.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass die Ringstruktur aus einem hochfesten Material, wie insbesondere aus Stahl- oder Aluminiumlegierungen, ausgebildet ist. So kann die jeweilige Ringstruktur beispielsweise aus einem Stahlguss oder Aluminiumguss hergestellt werden. Dadurch können insbesondere filigrane Säulen, die nur eine sehr geringe Sichtbedeckung ausbilden, umgesetzt werden. Durch kleine Querschnitte kann das Gesamterscheinungsbild des Fahrzeugs positiv beeinflusst werden. Weiterhin ergeben sich Designfreiheiten durch eine Trennung der Seitenwand in Einzelbauteile, wobei geringere Restriktionen durch Pressen, insbesondere aufgrund der Tiefziehbarkeit, Pressengröße und dergleichen, ermöglicht werden.
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Insbesondere können die die B-Säulen und C-Säulen umfassenden Ringstrukturen eine Basis ausbilden, wobei die die A-Säulen umfassende Ringstruktur beziehungsweise das Frontmodul als bionischer Guss ausgeführt sein kann. So kann beispielsweise auch die die A-Säulen umfassende Ringstruktur umlaufend um die Windschutzscheibe geführt werden, wobei die Windschutzscheibe bis zur B-Säule ausgebildet sein kann.
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Dabei kann es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Module in einem zusammengebauten Zustand an den Ringstrukturen miteinander fixiert sind. Insbesondere kann dabei eine Fixierung im Dachbereichs des späteren Fahrzeugs erfolgen, welcher einfach zugänglich ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann es vorsehen, dass das Mittelmodul einen Hauptboden zur Anordnung von zumindest einer Batterie aufweist. So kann das Mittelmodul einen Batteriekasten aufweisen, der insbesondere als tragende Crash-Struktur ausgebildet ist. In einer weiteren Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ die B-Säule aufgesetzt auf den Batteriekasten ausgeführt sein. Des Weiteren kann in dem Mittelmodul der Schweller integriert sein. Vorteilhafterweise erfolgt dabei nicht nur eine Effizienz in der Flächennutzung, sondern auch ein Vorteil beim Ausgleich von Toleranzen, da die Toleranzen nicht aus der gesamten Fertigung, sondern lediglich aus diesem Teilsystem, berücksichtigt werden müssen.
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Vorteilhafterweise können durch die Umsetzung eines Mittelmoduls mit einem Hauptboden und durch Anordnung von zumindest einer Batterie weiterhin Doppelstrukturen vermieden werden. Ebenso ergeben sich daraus neue Optionen bezüglich Lieferantenbaugruppen sowie Eigenfertigungsbaugruppen in der Montage beziehungsweise Herstellung.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee kann es dabei vorgesehen sein, dass Montageteile an dem jeweiligen Modul vormontiert sind. Vorteilhafterweise können dabei die Montageteile dann eingesetzt werden, wenn durch die einzelnen Module eine gute Zugänglichkeit zu jedem Modul möglich ist. So kann beispielsweise eine indirekte Beleuchtung, insbesondere eine Durchleuchtung von Mikro- Perforierungen, ein Anbringen von Sensoren und/oder Displays und Ähnliches ermöglicht werden, wobei die Elemente direkt in die Außenhaut integriert werden können. Durch die bessere Zugänglichkeit kann insbesondere die Montage von Kabelsätzen sowie starren Stromschienen erleichtert werden. Des Weiteren können neue Packagingräume genutzt werden. In einer Ausführungsform können beispielsweise die Fahrzeugsitze bereits in dem Mittelmodul vormontiert werden, wobei diese durch einen Roboter durch die gute Zugänglichkeit einfach eingesetzt werden können.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage einer Rohbaustruktur. Es wird vorgeschlagen, dass wenigstens zwei der Module bei der Montage miteinander verbunden werden, sodass eine Rohbaustruktur ausgebildet wird. Für das Verfahren zur Montage gelten dieselben Merkmale und Vorteile, wie bereits bezüglich der Rohbaustruktur beschrieben.
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Dabei kann es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass eine Außenhaut nach der Montage der Module montiert wird. So können beispielsweise die Fügestellen der einzelnen Module anschließend durch montierte Außenhautteile abgedeckt werden. Insbesondere ist die Außenhaut daher nicht rohbaufest ausgeführt. Dadurch kann die Außenhaut beispielsweise unabhängig beschichtet werden. Dies ermöglicht den Einsatz unterschiedlicher Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise Eloxieren, Tesilieren und dergleichen. Eine separate Außenhaut sowie die Umsetzung kleinerer einzelne Module bringen weiterhin Vorteile in der Umsetzung der Oberflächenbeschichtungen, insbesondere von kathodischen Tauchlackierung. So kann beispielsweise eine dickere KTL-Beschichtung bei einer kürzeren Aufheizzeit bzw. Abkühlzeit im KTL-Ofen ermöglicht werden. Des Weiteren können Strukturen aus Aluminium höheren Temperaturen ausgesetzt werden, wodurch ihre Endfestigkeit verbessert eingestellt werden kann. Des Weiteren kann eine homogenere Kleberaushärtung und/oder ein Einsatz von energieeffizienten Lackanlagen, bei reduzierter Anlagengröße, umgesetzt werden. Des Weiteren können unterschiedliche Oberflächen oder Materialien, wie insbesondere auch Edelstahl, eingesetzt werden.
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Somit erlaubt das Aufteilen der Montage der Rohbaustruktur und der nachfolgenden Anbringung der Außenhaut den Einsatz neuer Materialien und/oder Oberflächen in der Außenhaut möglich, da das Material nicht durch die Oberfläche durchläuft.
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Die nachträgliche Montage der Außenhaut erlaubt es auch Bauräume in der Rohbaustruktur zu verwenden, welche bei einem herkömmlichen Aufbau nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand überhaupt zugänglich wären.
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Letztlich kann so außerdem der Aufwand bei der Beschichtung der Module reduziert werden, wer reicht aus, wenn diese eine kathodische Tauchlackierung bekommen. Dies spart Aufwand und Kosten ein.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen modularen Rohbaustruktur sowie des Verfahrens ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist. Dabei zeigen:
- 1 unterschiedliche Montageschritte einer Ausführungsform einer Rohbaustruktur;
- 2 eine schematische Darstellung einer Montage einer Karosserie; und
- 3 ein beispielhaftes Mittelmodul mit Montageteilen.
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In der Darstellung der 1 sind unterschiedliche Montageschritte einer Ausführungsform einer modularen Rohbaustruktur 1 gezeigt. Dabei sind die gemäß der üblichen Definition geltenden Begriffe der Längsrichtung L und der Querrichtung Q in 1 a) eingezeichnet. Die Darauf senkrecht stehende nicht eingezeichnete Höhenrichtung definiert entsprechend die Begriffe oben und unten, welche jeweils mit Bezug auf diese Höhenrichtung zu verstehen sind. Die Rohbaustruktur 1 weist ein Frontmodul 5, ein Mittelmodul 6 sowie ein Heckmodul 7 auf. In das Frontmodul 5 sind die beiden A-Säulen 2, in dem Mittelmodul 6 die beiden B-Säulen 3 und in dem Heckmodul 7 die beiden C-Säulen 4 integriert. Sie bilden jeweils mit oberen und unteren Querträgern 21, 22; 31, 32; 41,42 jeweils eine erste, zweite und dritte Ringstruktur 20, 30, 40 aus. Dies bedeutet, dass die A-Säulen 2, B-Säulen 3 und C-Säulen 4 mit den entsprechenden Querträgern 21, 22; 31, 32; 41,42 jeweils als umlaufende Konstruktion ausgeführt sind und damit eine Art Ring ausbilden.
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Eine Alternative des Frontmoduls 5 ist in 1 b) angedeutet. Dort ist anstelle oder auch ergänzend zu dem unteren im Bodenbereich angeordneten Querträger 22 ein unterer Querträger 23 unterhalb der späteren Windschutzscheibe mit strichpunktierter Linie gezeigt.
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Dabei können zwei oder wie in 1 a) gezeigt drei unabhängige Module 5, 6, 7 ausgeführt werden, wobei im Prinzip natürlich auch mehr als drei Module 5, 6, 7 denkbar wären. Die einzelnen Module 5, 6, 7 können unabhängig voneinander gefertigt werden. Dies kann in mehreren Nebenlinien der Fertigung erfolgen, wobei hier auch bereits eine Vormontage der Module 5, 6, 7 mit Montageteilen 8, wie beispielsweise in 3 gezeigt, erfolgen kann. Die vormontierten Module 5, 6, 7 können dann fertiggestellt und geprüft der Montage der Rohbaustruktur 1 zugeführt werden. Dadurch kann eine Reduktion in der Hauptlinie der Fertigung erfolgen kann. Die Herstellung, Vormontage und Prüfung ließe sich natürlich auch gänzlich auslagern, z.B. zu (verschiedenen) Zulieferern.
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Das Fahrzeug kann dann geometrisch in der Rohbau-Montage zusammengebaut werden, wobei die Türöffnungen, Dachöffnungen durch die Positionen der Ringstrukturen beeinflusst werden können. Die jeweilige Ringstruktur 20, 30, 40 kann in einer Ebene ausgeführt sein, wie beispielsweise die gezeigte dritte Ringstruktur 30 der B-Säule 3, oder aus der Ebene herausragen und als räumliche Ringstruktur 20,40 ausgeführt sein, wie es im Bereich der A-Säulen 2 bzw. C-Säulen 4 dargestellt ist. So können insbesondere durch die Ringstrukturen 20,40 oder an den Ringstrukturen 30 auch Längsträgerelemente 10 umgesetzt werden, um die Ringstrukturen miteinander zu verbinden.
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Bei der Montage können die drei Module 5, 6, 7 aneinander fixiert werden, wie in 1 b) und c) gezeigt. Dabei weist das Heckmodul 7 in 1 b) zwei Längsträgerelemente 10 auf, die mit den B-Säulen 3 des Mittelmoduls 6 verbunden werden können. In 1 c) ist die erste Ringstruktur 20 an sich derart ausgeführt, dass Längselemente quasi in der ersten Ringstruktur 20 selbst ausgeformt werden. Dies wird insbesondere durch die aus der Ebene heraus geformte, umlaufende Anordnung der ersten Ringstruktur 20 als eine räumliche Struktur umgesetzt. Auch bei der zweiten Ringstruktur 40 im Heckmodul 7 ist dies im Wesentlichen so ausgeführt, wenn auch nicht mit einer so großen Erstreckung in Längsrichtung L wie in der ersten Ringstruktur 20.
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Eine weitere Ausführungsvariante der Rohbaustruktur 1 ist in 2 zu erkennen. Dieselben Bauteile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen, sodass hierauf im Detail nicht weiter eingegangen werden muss. Im Unterschied zu 1 ist hier eine Außenhaut 9, aus mehreren Teilen dargestellt. Diese kann anschließend nach Montage der Module 5, 6, 7 angeordnet werden, und insbesondere die Fixierstellen der Module überdecken.
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In 3 ist ein beispielhaftes Mittelmodul 6 mit Montageteilen 8 gezeigt. Bei den Montageteilen 8 kann es sich um Einbauten wie Sitze und ähnliches handeln. Des Weiteren können indirekte Beleuchtungen, Sensoren und/oder Displays einfach vormontiert werden. Insbesondere können durch den modularen Aufbau neue Packagingräume genutzt werden.
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Durch die erfindungsgemäße Rohbaustruktur 1 bzw. das Verfahren kann demnach eine geringere Variantenkomplexität umgesetzt werden, wobei die Variantenbildung insbesondere erst durch Montage von unterschiedlichen Modulen 5, 6, 7 umgesetzt wird. So kann durch den Einsatz von unterschiedlichen Heckmodulen 7 beispielsweise ein Kombi oder eine Limousine umgesetzt werden, während für die Module 5 und 6 dieselben Ausführungen eingesetzt werden. Das Mittelmodul 6 kann insbesondere mit einer Batterie ausgerüstet werden, wobei die Zugänglichkeit beim Einsatz der Batterie verbessert werden kann. Durch die Ringstrukturen 20, 30, 40 kann ein filigranes Design umgesetzt werden, das ein luxuriöses Erscheinungsbild des Fahrzeugs und eine große Designvielfalt ermöglicht. Insbesondere können die Türöffnungen vergrößert werden, wobei der Einstieg bei Gebrauch des Fahrzeugs vereinfacht werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10 2010 048 350 A1 [0004]