sowie Verfahren zum Herstellen eines Personenkraftwagen-Rohbaus

Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem für einen Personenkraftwagen-Rohbau sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Personenkraftwagen-Rohbaus.

Im Serienbau von Kraftwagen werden deren Rohbauten lediglich für

Verbrennungskraftmaschinen ausgelegt. Dies bedeutet, dass insbesondere auf die Erfordernisse der Verbrennungskraftmaschinen hinsichtlich des Packagings, also der Bauraumausnutzung, einer Anordnung von Komponenten und dergleichen eingegangen wird und diese bei der Auslegen der Rohbauten berücksichtigt werden.

Dies hat zur Folge, dass alternative Antriebe, wie beispielsweise Wasserstoffantriebe, Elektroantriebe oder dergleichen nicht oder nur mit einem sehr hohen Aufwand bei konventionellen Rohbauten eingesetzt werden können. Dazu sind zeit- und

kostenintensive Anpassungen der Rohbauten und auch Kompromisse erforderlich, welche die Kosten unerwünschter Weise ansteigen lassen. Diese Kompromisse führen des Weiteren zu einer nicht optimalen Bauteil- und Konzeptlösung, was auch die

Fahreigenschaften sowie den Energiebedarf derartiger Kraftwagen negativ beeinflussen kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Baukastensystem der eingangs genannten Art sowie eine Verfahren zum Herstellen eines Personenkraftwagen-Rohbaus anzugeben, welche geringe Kosten für den Personenkraftwagen sowie verbesserte Eigenschaften desselbigen ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Baukastensystem für einen Personenkraftwagen- Rohbau mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Personenkraftwagen-Rohbaus mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Das erfindungsgemäße Baukastensystem für einen Personenkraftwagen-Rohbau umfasst eine zumindest eine Vorbaustruktur, einen Hauptboden und eine Heckstruktur

aufweisenden Tragstruktur und einen auf die Tragstruktur aufsetzbaren Aufbau. Das Baukastensystem umfasst dabei wenigstens zwei in Abhängigkeit von einem

Antriebskonzept des Personenkraftwagens ausgebildete Tragstruktur-Varianten und wenigstens einen Aufbau beziehungsweise eine Aufbau-Variante. Das Baukastensystem ermöglicht es, die Tragstruktur unabhängig von dem Aufbau an Erfordernisse des jeweils vorgesehenen Antriebskorizepts anzupassen und den Personenkraftwagen-Rohbau optimal bedarfsgerecht auslegen zu können. Handelt es sich bei dem Antriebskonzept beispielsweise um einen Antriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine, so kann die dafür vorgesehene erste Tragstruktur-Variante auf die Anforderungen dieses

Antriebskonzepts abgestimmt werden. Dies betrifft insbesondere das Packaging, also die Anordnung von für dieses Antriebskonzept notwendigen Komponenten wie der

Verbrennungskraftmaschine, Nebenaggregate und eines Abgastrakts sowie

gegebenenfalls weiterer Komponenten.

Ist beispielsweise ein weiteres Antriebskonzept vorgesehen, das einen Antriebsstrang mit einem Elektromotor umfasst, so kommen im Vergleich zu dem Antriebsstrang mit der Verbrennungskraftmaschine unterschiedliche Komponenten zum Einsatz. So können beispielsweise eine größere, leistungsstärkere Batterie sowie Stromleitungen erforderlich sein, während beispielsweise der bei Verbrennungsmotoren vorgesehene Abgastrakt zumindest größtenteils entfallen kann.

Ist nun die erste der zwei Tragstruktur-Varianten wie beschrieben auf das Antriebskonzept mit dem eine Verbrennungskraftmaschine umfassenden Antriebsstrang abgestimmt und ausgelegt, so ist beispielsweise die zweite der zumindest zwei Tragstruktur-Varianten auf das Antriebskonzept mit dem einen Elektromotor umfassenden Antriebsstrang ausgelegt und daran angepasst. Die eingangs erwähnten Kompromisse und die damit

einhergehenden zeit- und kostenintensiven Anpassungen lediglich eines auf nur ein Antriebskonzept ausgelegten Rohbaus können dadurch vermieden werden, was die Kosten für den Personenkraftwagen-Rohbau mit der Tragstruktur beziehungsweise für den Personenkraftwagen insgesamt über unterschiedliche Bauvarianten und über die unterschiedlichen Antriebskonzepte hinweg in einem geringen Rahmen hält.

Diese geringeren Kosten sind insbesondere dadurch realisierbar, dass der Aufbau des erfindungsgemäßen Baukastensystems nun ohne aufwändige oder aber generell ohne Anpassungen der Tragstruktur-Varianten des Baukastensystems sowohl auf die erste Tragstruktur-Variante, die auf die Erfordernisse beispielsweise einer

Verbrennungskraftmaschine ausgelegt ist, als auch auf die zweite Tragstruktur-Variante, die auf die Erfordernisse beispielsweise eines Elektromotors ausgelegt ist, aufsetzbar ist. Dies bedeutet also, dass der Aufbau unabhängig von den zumindest ersten und zweiten Tragstruktur-Varianten herstellbar ist, was die Kosten für den Aufbau unabhängig von dem jeweils vorgesehenen Antriebskonzept konstant hält. Dies stellt somit eine

Möglichkeit einer Bauvariantenbildung des Personenkraftwagens dar, wobei lediglich die Tragstruktur in Abhängigkeit von dem jeweils vorgesehenen Antriebskonzept variiert und der Aufbau nicht in Abhängigkeit von diesem Antriebskonzept angepasst und damit variiert werden muss. Der Aufbau ist dabei in zeit- und kostengünstiger Art und Weise unabhängig von der Tragstruktur beziehungsweise den Tragstruktur-Varianten herstellbar und vorzugsweise wie ein Hut auf die gewünschte Tragstruktur-Variante aufsetzbar.

Wesentlich ist, dass der Aufbau anders als bei bekannten Kraftwagen nicht

beziehungsweise nicht vollständig in die Tragstruktur integriert ist, sondern durch aufsetzen auf die Tragstruktur mit dieser zu einer Baueinheit koppelbar ist. Die

Schnittstellen zwischen Aufbau und Tragstruktur sind entsprechend angepasst.

Die Auslegung der verschiedenen Tragstruktur-Varianten auf das entsprechende

Antriebskonzept ermöglicht auch die Darstellung eines sehr guten, auf das

Antriebskonzept abgestimmten Fahrverhaltens des Personenkraftwagens, wodurch dieser über alle Bauvarianten hinweg das zumindest ähnliche oder gar gleiche Fahrverhalten aufweisen kann.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Baukastensystems, bei dem die Tragstruktur eine neue erste Aufbaustufe darstellt beziehungsweise bildet, besteht die Tragstruktur aus dem Vorbau, dem Hauptboden, dem Heckboden, dem Heckend sowie den Längsträgern, wobei diese Längsträger, ganz oder auch nur teilweise ausgebildet sind. Das heißt, dass beispielsweise die seitlichen Schweller in der ersten Aufbaustufe bei zum Beispiel Schalenbauweise nicht vollständig an der Tragstruktur ausgebildet sind und zumindest ein weiteres Bauteil dieser Schweller, beispielsweise ebenfalls in

Schalenbauweise, an dem dafür vorgesehenen Aufbau vorgesehen ist.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Baukastensystem mehrere voneinander unterschiedlichen Aufbauten. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Van-Aufbau, einen Roadster-Aufbau, einen Cabrio-Aufbau, um einen auch als Limousinen-Aufbau bezeichneten Fließheck-Aufbau und um einen Kombi-Aufbau und dergleichen handeln, wobei zumindest einer, vorzugsweise jeder dieser Aufbauten ohne aufwändige beziehungsweise generell ohne Anpassungen auf jede der Tragstruktur- Varianten aufsetzbar ist. Durch diese so dargestellte Chassis-Bauweise ist eine Bildung vieler unterschiedlicher Bauvarianten des Personenkraftwagens möglich, wobei die Kosten als gering einzustufen sind, da die unterschiedlichen Aufbauten unabhängig von dem jeweiligen Antriebskonzept sowie die Tragstruktur-Varianten unabhängig von den jeweiligen Aufbauten herstellbar und auf die entsprechenden Erfordernisse auslegbar sind. Dennoch ist wahlweise einer der Aufbauten auf wahlweise eine der Tragstruktur- Varianten aufsetzbar und mit dieser verbindbar zur Darstellung einer gewünschten Bauvariante des Personenkraftwagens mit einem gewünschten Aufbau in Kombination mit einem gewünschten Antriebskonzept.

Das erfindungsgemäße Baukastensystem gewährleistet somit durch die Bereitstellung der voneinander unterschiedlichen Tragstruktur-Varianten als erste Aufbaustufe des

Personenkraftwagens die Umsetzung eines fertigungsgerechten, antriebsspezifischen Rohbaus mit einem größtmöglichen Anteil von Gleichteilen. Diese Realisierung des größtmöglichen Anteils von Gleichteilen hält die Kosten weiterhin gering, was mit geringen Gesamtkosten des Personenkraftwagens-Rohbaus und damit des gesamten

Personenkraftwagens einhergeht.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Baukastensystems weist die Tragstruktur zumindest einen Heckboden und/oder seitliche Längsträgerelemente auf, wobei diese seitlichen Längsträgerelemente beispielsweise komplett oder nur teilweise in

Fahrzeuglängsrichtung verlaufende, seitliche Längsträgerelemente darstellen. In jeglicher Hinsicht ermöglicht das Baukastensystem die Darstellung eines bedarfsgerecht und belastungsoptimiert an das jeweilige Antriebskonzept angepassten Rohbaus. Dies vermeidet auch beispielsweise für ein Antriebskonzept notwendige und für ein anderes Antriebskonzept jedoch nicht notwendige Vorkehrungen, wie beispielsweise

Verstärkungen, was eine Gewichtsoptimierung des Rohbaus und damit der Karosserie des Personenkraftwagens ermöglicht. Dadurch ist ein Leichtbaukonzept des

Personenkraftwagens dargestellt. Dieses geringe Gewicht hält wiederum den

Energiebedarf zum Antrieb des Kraftwagens gering, wodurch ein geringer

Kraftstoffverbrauch und damit geringe C0 ₂ -Emissionen sowie eine besonders hohe Reichweite darstellbar sind. Des Weiteren birgt die belastungsgerechte Auslegung des Rohbaus sowie des Aufbaus und damit der gesamten Karosserie des

Personenkraftwagens eine Gewichts- sowie Kostenreduzierung. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich die wenigstens zwei in Abhängigkeit von dem Antriebskonzept ausgebildeten Tragstruktur- Varianten zumindest in ihren Abmessungen voneinander, wobei sie beispielsweise voneinander unterschiedliche, zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Erstreckungen, also Längen, aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können sich die wenigstens zwei in Abhängigkeit von dem Antriebskonzept ausgebildeten Tragstruktur-Varianten zumindest in ihrer Bauweise voneinander unterscheiden, wobei beispielsweise eine der zumindest zwei Tragstruktur-Varianten in einer Spaceframe- Bauweise ausgebildet ist, während die andere der zumindest zwei Tragstruktur-Varianten beispielsweise in Blechschalen-Bauweise ausgebildet ist. Auch dies ermöglicht die Anpassung der Tragstruktur-Varianten an das jeweilige Antriebskonzept hinsichtlich ihres Gewichts sowie ihrer Belastungen im Betrieb, was eine besonders kosten-, gewichts- und leistungseffiziente Darstellung der Tragstruktur- Varianten bedeutet.

Unterscheiden sich die wenigstens zwei in Abhängigkeit von dem Antriebskonzept ausgebildeten Tragstruktur-Varianten zumindest in ihren Werkstoffen voneinander, so ist dadurch eine weitere Trennung und Schnittstelle zwischen den zumindest zwei

Tragstruktur-Varianten geschaffen, wobei beispielsweise die eine der zwei Tragstruktur- Varianten zumindest im Wesentlichen aus Stahl ausgebildet ist, während die andere der zumindest zwei Tragstruktur-Varianten beispielsweise zumindest im Wesentlichen aus Aluminium ausgebildet ist. Anderweitige Werkstoffe sowie Materialkombinationen wie beispielsweise Faserverbundwerkstoffe oder dergleichen sind ohne weiteres möglich. Somit ist zusätzlich oder alternativ zu einem oben ausgeführten Bauweisenhybrid auch ein Werkstoffhybrid des Personenkraftwagen-Rohbaus ermöglicht, was einen weiteren Freiheitsgrad zur bedarfsgerechten Ausbildung des Personenkraftwagen-Rohbaus angepasst an das jeweilige Antriebskonzept schafft.

Bei dem erfindungsgemäßen Baukastensystem handelt es sich um einen

baureihenübergreifenden Rohbaumodul-Baukasten, bei dem die voneinander unterschiedlichen antriebsspezifischen Tragstruktur-Varianten als erste Aufbaustufen stückzahlabhängig unterschiedliche Rohbaukonzepte aufweisen, auf die kostengünstig jeweils der gleiche Aufbau des Baukastensystems oder gegebenenfalls voneinander unterschiedliche Aufbauten in jedweder Kombination aufsetzbar sind. Dadurch ist der Einsatz unterschiedlicher Antriebskonzepte darstellbar. Neben dem Einsatz

herkömmlicher Verbrennungskraftmaschinen ist eine einfache Rohbauhybridisierung realisiert, bei welcher die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise mit einer elektrischen Maschine zum Antrieb des Personenkraftwagens zusammenwirkt. Zur Erfindung gehört auch eine Verfahren zum Herstellen eines Personenkraftwagen- Rohbaus, bei welchem auf eine zumindest eine Vorbaustruktur, einen Hauptboden und eine Heckstruktur aufweisenden Tragstruktur ein Aufbau aufgesetzt wird, wobei aus einem Baukastensystem eine von wenigstens zwei in Abhängigkeit von einem

Antriebskonzept ausgebildete Tragstruktur-Varianten ausgewählt wird, auf weiche der Aufbau aufgesetzt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen

Baukastensystems sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen

Verfahrens und umgekehrt anzusehen. Somit ermöglicht auch das erfindungsgemäße Verfahren die Darstellung von Bauvarianten des Personenkraftwagens und insbesondere des Personenkraftwagen-Rohbaus bei gleichzeitiger Geringhaltung der Kosten über die Bauvarianten des Personenkraftwagens hinweg und Darstellung sehr guter, über die Bauvarianten hinweg zumindest nahezu gleicher Fahreigenschaften.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des

erfindungsgemäßen Baukastensystems 10 für einen Personenkraftwagen-Rohbau 12, der aus einer zumindest eine Vorbaustruktur 14, einen Hauptboden 16 und eine Heckstruktur 18 aufweisenden Tragstruktur 20 zusammengesetzt ist, wobei das Baukastensystem 10 zwei in Abhängigkeit von einem Antriebskonzept ausgebildete Tragstruktur-Varianten 22 und 22' sowie einen Aufbau 25 umfasst.

Die Tragstruktur-Varianten 22 und 22' stellen erste Aufbaustufen für den die Tragstruktur- Variante 22 oder 22' sowie den Aufbau 25 umfassenden Personenkraftwagen dar. Die Tragstruktur-Variante 22 ist auf einen Antriebsstrang abgestimmt und ausgelegt, welcher hier rein beispielhaft eine Verbrennungskraftmaschine 24 umfasst. Dieses Abstimmen der Tragstruktur-Variante 22 bedeutet dabei, dass die Tragstruktur-Variante 22 hinsichtlich der Erfordernisse der Verbrennungskraftmaschine 24 beziehungsweise des

entsprechenden Antriebsstrangs konstruktiv sowie bezüglich des Packagings ausgelegt und konzipiert ist. Dabei handelt es sich beispielsweise um die Anordnung von Komponenten, beispielsweise von Nebenaggregaten der Verbrennungskraftmaschine 24, sowie um die konstruktive Gestaltung von Querschnitten, Wandstärken oder dergleichen der Tragstruktur-Variante 22 und Trägerelementen dieser, um im Betrieb auftretenden Belastungen Rechnung zu tragen und eine hohe Lebensdauer der Tragstruktur-Variante 22 mit der Verbrennungskraftmaschine 24 zu gewährleisten. Auch kann es sich dabei um die Anzahl und/oder die Anordnung der Trägerelemente und/oder um spezielle Streben, Versteifungen und/oder dergleichen handeln.

Gleiches trifft auf die Tragstruktur-Variante 22' zu, die auf einen Antriebsstrang angepasst und dementsprechend konzipiert ist, welcher hier rein beispielhaft eine elektrische Maschine 26 umfasst. Die elektrische Maschine 26 dient dabei wie die

Verbrennungskraftmaschine 24 einem Antreiben des Personenkraftwagens und erfordert eine von der Auslegung der Tragstruktur- Variante 22 unterschiedliche Auslegung und Konzipierung. So ist beispielsweise ein Abgastrakt zum Abführen von Abgasen bei der Tragstruktur-Variante 22' im Gegensatz zur Tragstruktur-Variante 22 nicht erforderlich, während beispielsweise zumindest eine leistungsstarke Batterie sowie Stromkabel sehr wohl nötig sind, um die elektrische Maschine 26 zum Antreiben des Personenkraftwagens betreiben zu können.

Die Tragstruktur-Varianten 22 und 22' unterscheiden sich dabei beispielsweise auch hinsichtlich ihrer konstruktiven Auslegung, ihrer in Fahrzeuglängsrichtung gemäß einem Richtungspfeil 27 erstreckenden Längen, ihrer Bauweise und/oder ihrer Werkstoffe.

Der Aufbau 25 ist nun völlig unabhängig von den Tragstruktur-Varianten 22 und 22' auslegbar und beispielsweise hinsichtlich eines großen Innenraums konzipierbar sowie zumindest nahezu parallel zu, das heißt unabhängig von den Tragstruktur-Varianten 22 und 22' herstellbar, was die Zeit und damit die Kosten zur Herstellung des

Personenkraftwagens in einem geringen Rahmen hält. Des Weiteren ist der Aufbau 25, welcher bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel einen Fließheck-Aufbau darstellt, unaufwendig und ohne konstruktive Anpassungen wahlweise sowohl auf die Tragstruktur-Variante 22 als auch auf die Tragstruktur-Variante 22' wie ein Hut gemäß Richtungspfeilen 28, also von oben her aufsetzbar.

Wie der Figur deutlich zu entnehmen ist, ermöglicht somit das Baukastensystem 10 eine zeit- und kostengünstige Darstellung unterschiedlicher Bauvarianten des

Personenkraftwagens, wobei sich die Bauvarianten hinsichtlich ihrer Antriebskonzepte unterscheiden. Dabei ist sowohl der Aufbau 25 als auch die Tragstruktur 20 unabhängig voneinander auf jeweilige Anforderungen abstimmbar und anpassbar. Somit gewährleistet die ausgeführte Variantenbildung die Umsetzung eines fertigungsgerechten und antriebsspezifischen Personenkraftwagen-Rohbaus 12, beispielsweise in Form der Tragstruktur 20, mit einem größtmöglichen Anteil von Gleichteilen, was die Kosten für den Personenkraftwagen über die unterschiedliche Bauvarianten hinweg in einem geringen Rahmen hält.

Es ist ohne weiteres möglich, neben dem in der Figur dargestellten Aufbau 25 einen weiteren, von dem Aufbau 25 unterschiedlichen Aufbau, beispielsweise in Form eines Cabrio-Aufbaus, bei dem Baukastensystem 10 vorzusehen, der ebenso zumindest nahezu kostenneutral wahlweise auf die Tragstruktur-Variante 22 als auch auf die Tragstruktur-Variante 22' aufsetzbar ist. Dies bedeutet eine noch größere

Variantenvielfalt, ohne die Kosten für den Personenkraftwagen über die unterschiedlichen Bauvarianten in unerwünschte Höhen ansteigen zu lassen.

Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass das erfindungsgemäße Baukastensystem es ermöglicht, durch unterschiedliche Längen der ersten Aufbaustufe des Kraftwagen- Rohbaus, also der Tragstruktur, einen baureihenübergreifenden Rohbaumodul-Baukasten darzustellen. Die unterschiedlichen, antriebsspezifischen ersten

Aufbaustufen/Tragstrukturen können beispielsweise stückzahlabhängig unterschiedliche Rohbaukonzepte besitzen.

Die Anbringung beziehungsweise Anbindung des hutförmigen Aufbaus an der eine Plattform für diesen bildenden Tragstruktur erfolgt nach üblichen Fertigungsmethoden, also je nach Ausgestaltung der jeweiligen Schnittstelle/Anbindungsstelle zwischen Aufbau und Tragstruktur durch Kraft-, Form- und/oder Stoffschlussverbindungen.

Der in der Art eines Hut oder einer Hutze ausgebildete, auf die erfindungsgemäße Tragstruktur der ersten Aufbaustufe aufsetzbare Aufbau kann sowohl tragende Elemente oder Strukturen, also beispielsweise zumindest Teile von Längs- und/oder Querträgern also auch zumindest Teile von die Tragstruktur mit dem Dachbereich des Kraftwagens verbindende Säulen umfassen. Zusätzlich oder Alternativ kann die Tragstruktur auch nichttragende Elemente, also insbesondere Beplankungsteile, wie zum Beispiel die Seitenbeplankung und Kotflügel umfassen.