DE102006026385A1 - Frame element e.g. for frame element, has two hollow profile brackets connected to each other by node with carrier provided in opening with first bracket and second carrier arranged in opening of second bracket - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Rahmenelement, insbesondere für einen Karosserierahmen einer Kraftfahrzeugkarosserie, mit zumindest einem ersten Hohlprofilträger und einem zweiten Hohlprofilträger, wobei der erste Hohlprofilträger und der zweite Hohlprofilträger mittels eines Knotens miteinander verbunden sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rahmenelementes, insbesondere für einen Karosserierahmen einer Kraftfahrzeugkarosserie.The The invention relates to a frame element, in particular for a Body frame of a motor vehicle body, with at least one first hollow section beam and a second hollow profile carrier, wherein the first hollow section beam and the second hollow section beam connected by a node. It also concerns the invention a method for producing such a frame element, especially for a body frame of a motor vehicle body.
Ein vorgenanntes Rahmenelement ist als Bestandteil einer so genannten Spaceframekarosserie eines Personenkraftwagens bekannt. Bei der Spaceframekarosserie sind die Funktionen einer Beplankung und einer Tragstruktur der Karosserie getrennt. Träger des Rahmenelementes werden dabei von vergleichsweise einfachen Hohlprofilen mit geschlossenen Querschnitten gebildet, die über Knoten miteinander verbunden sind. Übliche Halbzeuge einer derartigen Spaceframekarosserie sind Aluminiumstrangpressprofile und Aluminiumgussknoten, womit eine Aluminiumrahmenstruktur gebildet wird. Bei der Fertigung der Spaceframekarosserie werden die Strangpressprofile und die Gussknoten miteinander verschweißt. Für einen Ausgleich von Toleranzen in den Knoten und eine präzise Rahmenstruktur ist eine vergleichsweise aufwendige Bearbeitung der Halbzeuge erforderlich.One The aforementioned frame element is part of a so-called Spaceframe body of a passenger car known. At the spaceframe body are the functions of a planking and a supporting structure of the Body separated. carrier of the frame element are doing relatively simple hollow sections formed with closed cross sections, which are interconnected via nodes are. usual Semi-finished products of such a spaceframe body are aluminum extruded profiles and aluminum casting node, thus forming an aluminum frame structure becomes. When manufacturing the spaceframe body, the extruded profiles and the casting knots welded together. For compensation of tolerances in the knot and a precise Frame structure is a comparatively complex processing of the semi-finished products required.
Ferner
ist aus
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Rahmenelement der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei verringertem Fertigungsaufwand eine hohe Genauigkeit aufweist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Herstellen eines solchen Rahmenelementes anzugeben.In front In this background, the invention is based on the object To provide frame element of the type mentioned, which at reduced Manufacturing effort has a high accuracy. It also lies The invention is based on the object, a method of the aforementioned Specify type for producing such a frame element.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Rahmenelement der eingangs genannten Art, bei dem der Knoten eine in eine Trägeröffnung des ersten Hohlprofilträgers und in eine Trägeröffnung des zweiten Hohlprofilträgers eingreifende inkompressible Einlage und eine die Einlage umgreifende und die Hohlprofilträger verbindende Umbettung aufweist.The the first task is solved with a frame element of the type mentioned, in which the Node one in a support opening of the first Hollow profile support and in a support opening of the second hollow profile carrier engaging incompressible insert and an insert encompassing and the hollow section beams has connecting reburial.
Von besonderem Vorteil ist bei der Erfindung, dass mit Hilfe der Einlage eine präzise geometrische, räumliche Anordnung der Hohlprofilträger zueinander ohne aufwendige, insbesondere spanende, Bearbeitung der Hohlprofilträger vorgenommen werden kann. Auf diese Weise können Toleranzen im Knoten ausgeglichen werden, ohne dass durch eine Bildung von Toleranzketten eine von Vorgaben abweichende, ungenaue Geometrie des Rahmenelementes zu befürchten ist. Das erfindungsgemäße Rahmenelement ist dadurch ohne jegliche mechanische Nachbearbeitung von hoher geometrischer Präzision. Die eigentliche Verbindung der Hohlprofilträger erfolgt mittels der Umbettung der Einlage. Vorzugsweise stehen die miteinander über den Knoten verbundenen Hohlprofilträger nicht unmittelbar miteinander in Kontakt, sondern sind ausschließlich über den Knoten miteinander verbunden. Insbesondere dadurch ergibt sich als weiterer besonderer Vorteil der Erfindung die Möglichkeit, Hohlprofilträger aus unterschiedlichen Werkstoffen ohne größeren Aufwand miteinander zu verbinden. Da ein Toleranzausgleich der Hohlprofilträger bei der Erfindung im Knoten erfolgt, können für die Hohlprofilträger hoch- und höchstfeste Werkstoffe verwendet werden. Das erfindungsgemäße Rahmenelement besitzt eine hohe Bauteilsteifigkeit und ein vergleichsweise nur geringes Gewicht. Vorteilhaft kann das Rahmenelement darüber hinaus mit vergleichsweise nur geringem Fertigungsaufwand hergestellt werden. Auf das aus dem Stand der Technik bekannte aufwendige und gegebenenfalls eine Nachbearbeitung erfordernde Verschweißen der Hohlprofilträger kann mit der Erfindung vollständig verzichtet werden. Die Ausbildung des Knotens und Verbindung der Hohlprofilträger kann vorzugsweise in einem Nasspressverfahren oder in einem RTM(Resin Transfer Moulding)- Verfahren erfolgen. Insbesondere in der Kraftfahrzeugherstellung bietet die Erfindung sehr vorteilhaft die Möglichkeit, mit nur geringen Zusatzkosten modulartig zu verschiedenen Karosserieformen zusammensetzbare, von einander abweichende Bauelemente zu fertigen. Zusammenfassend sind bei einem Rahmenelement für eine Kraftfahrzeugkarosserie mit der Erfindung die wesentlichen Vorteile einer Toleranzkompensation bei einer Spaceframebauweise, einer Reduzierung von Investitionskosten für die Fertigung, insbesondere aufgrund vergleichsweise niedriger Werkzeug- und Prozesskosten, sowie einer Flexibilisierung der Fertigung, insbesondere durch ein ermöglichtes modulares Werkzeugkonzept, zu erreichen.From A particular advantage of the invention is that with the help of the insert a precise one geometric, spatial Arrangement of the hollow profile carrier each other without consuming, especially cutting, processing of Hollow profile carrier can be made. In this way, tolerances in the node can be compensated without the formation of tolerance chains, one of Specifications deviating, inaccurate geometry of the frame element fear is. The frame element according to the invention is thereby without any mechanical post-processing of high geometric Precision. The actual connection of the hollow profile carrier takes place by means of reburial the deposit. Preferably, they are above each other Node-connected hollow section beams not directly in contact with each other, but exclusively through the Knots connected with each other. In particular, this results in as Another particular advantage of the invention, the possibility of hollow profile carrier different materials without much effort to connect. As a tolerance compensation of the hollow profile carrier in the invention in the node done, can for the Hollow profile carrier high and highest strength Materials are used. The frame element according to the invention has a high component rigidity and a comparatively low weight. Advantageously, the frame element beyond with comparatively be produced only a small production cost. On the from the State of the art known consuming and possibly a post-processing requiring welding the hollow profile beam can be completely dispensed with the invention become. The formation of the node and connection of the hollow profile carrier can preferably in a wet pressing process or in an RTM (Resin Transfer molding) method respectively. Especially in motor vehicle manufacturing offers the Invention very advantageous the possibility with only minor additional costs modular to different body shapes composable, deviating from each other components. In summary, in a frame member for a vehicle body with the invention, the main advantages of a tolerance compensation in a spaceframe design, a reduction of investment costs for the Production, in particular due to comparatively low tool and process costs, and a flexibilization of manufacturing, in particular through a possible modular tool concept to achieve.
Man könnte sich beispielsweise vorstellen, dass die Hohlprofilträger Aluminiumträger sind. Jedoch kann das Rahmenelement vorteilhaft eine besonders hohe Verwindungssteifigkeit aufweisen, wenn zumindest einer der verbundenen Hohlprofilträger ein Stahlträger ist. Außerdem sind geschlossene Profile aus faserverstärkten Kunststoffen denkbar.you could Imagine, for example, that the hollow profile carrier aluminum carrier. However, the frame member may advantageously have a particularly high torsional rigidity have, if at least one of the connected hollow profile carrier a steel beams is. Furthermore are closed profiles made of fiber-reinforced plastics conceivable.
Die Verbindung der Hohlprofilträger kann weiter vereinfacht und gleichzeitig die Steifigkeit des Rahmenelementes auf einfache Weise weiter erhöht werden, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zumindest eine der Trägeröffnungen ein offenes Profilende eines der verbundenen Hohlprofilträger ist.The Connection of the hollow section beams can further simplify and at the same time the rigidity of the frame element be further increased in a simple manner, if according to one another advantageous embodiment of the invention at least one the carrier openings an open profile end of one of the connected hollow profile carrier is.
Vorzugsweise weist zumindest einer der Hohlprofilträger einen die Trägeröffnung des Hohlprofilträgers gegenüber der in die Trägeröffnung eingreifenden Einlage und der Umbettung verschließenden Verschlussstopfen auf, wodurch sowohl ein Verschluss des Hohlprofilträgers gegen unerwünschtes Eindringen von Fremdstoffen, zum Beispiel Feuchtigkeit, erzielt als auch ein Eindringen der Einlage und/oder der Umbettung, insbesondere bei der Herstellung des Rahmenelementes, in den Hohlprofilträger verhindert werden kann.Preferably has at least one of the hollow profile carrier a the carrier opening of the Hollow profile support across from the engaging in the carrier opening Insert and the Umbettung closing plugs, whereby both a closure of the hollow profile carrier against unwanted penetration of foreign substances, for example moisture, achieved as well Penetration of the insert and / or reburial, especially at the production of the frame element, prevented in the hollow profile carrier can be.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Umbettung einen Faserwerkstoff, insbesondere eine Fasermatte, auf. So kann die Verbindung der Hohlprofilträger ausgesprochen stabil bei gleichzeitig nur geringem Gewicht des Knotens ausgebildet werden. Anstelle einer Fasermatte kann zum Beispiel auch ein Gelege oder ein gestricktes Gewebe zum Einsatz kommen. Für einen geringen Fertigungsaufwand können nach. Bedarf 2-D- oder 3-D-vorgeformte Faserhalbzeuge als Fasermatten verwendet werden.According to one another advantageous embodiment of the invention, the reburial a fiber material, in particular a fiber mat on. So can the connection of the hollow profile beams extremely stable with at the same time only low weight of the knot be formed. For example, instead of a fiber mat also a scrim or a knitted fabric are used. For a small one Production costs can to. Demand 2-D or 3-D preformed semi-finished fiber products as fiber mats be used.
Besonders kostengünstig ist es dabei, wenn die Umbettung vorteilhaft einen Faserverbundkunststoff (FVK) aufweist. Ein mit einer solchen Umbettung gebildeter faserverstärkter Kunststoffknoten eignet sich sehr gut als Knoten eines Rahmenelementes einer Kraftfahrzeugkarosserie in Spaceframebauweise, insbesondere wenn das Rahmenelement Stahlträger als mittels des Knotens verbundene Hohlprofilträger aufweist.Especially economical It is, if the rebound advantageous a fiber composite plastic (FVK). A fiber-reinforced plastic knot formed with such a reburial lends itself very well as a node of a frame element of a motor vehicle body in spaceframe construction, in particular if the frame element steel beams as Having connected by the node hollow profile carrier.
Ist ein Faserwerkstoff für die Umbettung vorgesehen, so ist es insbesondere bei als Stahlträgern ausgebildeten Hohlprofilträgern von großem Vorteil, wenn die Umbettung Glasfasern und/oder Aramidfasern aufweist, die elektrisch nicht leitend sind.is a fiber material for provided the reburial, so it is especially when trained as steel beams Hollow profile carriers of great Advantage, if the rebounding comprises glass fibers and / or aramid fibers, which are not electrically conductive.
Vorteilhaft kann ein niedriges Gewicht des Rahmenelementes bei hoher Stabilität des Knotens dadurch erreicht werden, dass gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung die Einlage des Knotens als Schaumkern ausgebildet ist.Advantageous can a low weight of the frame element with high stability of the knot thereby be achieved that according to a another embodiment of the invention, the deposit of the node as Foam core is formed.
Vorzugsweise ist die Einlage des Knotens eine Metalleinlage, wodurch in einfacher Weise eine weiter erhöhte Tragfähigkeit des Knotens erreicht werden kann.Preferably The insert of the knot is a metal insert, which makes it easier Way one further increased Load capacity of the node can be achieved.
Die oben zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren der eingangs genannten Art zum Herstellen eines Rahmenelementes, wobei eine inkompressible Einlage in eine Trägeröffnung eines ersten Hohlprofilträgers und in eine Trägeröffnung eines mit dem ersten Hohlprofilträger zu verbindenden zweiten Hohlprofilträgers eingeführt wird, wobei die Einlage und die Trägeröffnungen mit einem getränkten, aushärtbaren Faserwerkstoff umgeben werden und wobei der Faserwerkstoff eine Umbettung der Einlage und der Trägeröffnungen bildend und die Hohlprofilträger verbindend ausgehärtet wird.The The above second object is achieved by a method of initially mentioned type for producing a frame element, wherein an incompressible insert into a carrier opening of a first hollow profile carrier and in a carrier opening of a with the first hollow profile carrier is introduced to be connected second hollow profile carrier, wherein the insert and the carrier openings with a soaked, curable Be surrounded fiber material and wherein the fiber material a Umbettung of the insert and the carrier openings forming and the hollow section beam connecting cured becomes.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft in einfacher Weise nach und/oder bei dem Einführen der Einlage in die Hohlprofilträger möglich, die Einlage und die Hohlprofilträger räumlich genau zueinander zu positionieren. Dabei kann ohne Einfluss möglicher Bauteiltoleranzen eine exakte geometrische An- und Zuordnung der Hohlprofilträger erfolgen, so dass ein besonders präzises Rahmenelement mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist. Durch das bei der Erfindung außerdem vorgesehene Umgeben der Einlage und der Trägeröffnungen mit einem aushärtbaren Faserwerkstoff kann einfach und schnell ein Knoten zur Verbindung der Hohlprofilträger hergestellt werden, der zum einen ein geringes Gewicht und zum anderen eine hohe Stabilität aufweist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auf sehr einfache Weise Bauelemente gefertigt werden, die wiederholgenau höchsten Anforderungen an eine Maßtreue genügen.at the method according to the invention it is advantageous in a simple manner after and / or during insertion of the Insertion in the hollow profile carrier possible, the Insert and the hollow profile beams spatial to position each other exactly. It can without influence possible Component tolerances an exact geometric assignment and assignment of Hollow profile carrier done so that a particularly precise frame element with the process according to the invention can be produced is. By surrounding the invention also provided the inlay and the carrier openings with a hardenable Fiber material can easily and quickly create a knot to connect to Hollow profile carrier produced be low on the one hand and high on the other stability having. With the method according to the invention can In a very simple way, components are manufactured that repeat accurately highest Requirements for a faithfulness suffice.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich die Herstellung des Rahmenelementes bei hoher Prozesssicherheit weiter vereinfachen, wenn der Faserwerkstoff mit flüssigem Kunststoff durchtränkt und in ein Urformwerkzeug eingelegt wird, wenn die Einlage zumindest mit die Trägeröffnungen aufweisenden Trägerabschnitten der Hohlprofilträger in das Urformwerkzeug eingelegt wird, wenn das Urformwerkzeug geschlossen wird und wenn unter Temperatureinfluss ein die Hohlprofilträger verbindender, die Einlage und die Umbettung aufweisender Knoten durch Aushärtung des getränkten Faserwerkstoffes hergestellt wird. Ein Tränken des – zum Beispiel als Fasermatte ausgebildeten – Faserwerkstoffes wird vorzugsweise in einem vorgelagerten Arbeitsgang außerhalb des Urformwerkzeuges durchgeführt. Die Dauer der Kunststoffaushärtung kann beispielsweise 5 bis 10 Minuten betragen. Die endgültige Form des Knotens wird durch das temperierte Urformwerkzeug festgelegt.According to an advantageous development of the method according to the invention, the production of the frame element can be further simplified with high process reliability if the fiber material is impregnated with liquid plastic and placed in a master mold when the insert is inserted into the primary mold at least with the carrier openings having carrier portions of the hollow profile carrier, when the forming tool is closed and when under the influence of temperature connecting the hollow profile carrier, the insert and the Umbettung having knot is made by curing the impregnated fiber material. An impregnation of - for example, formed as a fiber mat - fiber material is preferably carried out in an upstream operation outside of the primary mold. The duration of the plastic curing can be, for example, 5 to 10 minutes. The final shape of the knot Festge Festge by the tempered mold sets.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind verschiedene davon in der Zeichnung schematisiert dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt inThe Invention leaves numerous embodiments to. To further clarify their basic principle are different thereof are shown schematically in the drawing and will be described below. The drawing shows in
Sich
jeweils entsprechende Elemente sind in allen Figuren mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
Das
Rahmenelement
Der
Knoten
Die
Umbettung
Das
Rahmenelement
Daraufhin
wird die Einlage
Die
Einlage
Weitere,
dem Rahmenelement
Weiterhin
zeigt
In
einer zweiten Ausführungsform
In
einer dritten Ausführungsform
In
den Ausführungsbeispielen
nach
- 11
- Rahmenelementframe element
- 22
- HohlprofilträgerHollow profile carrier
- 33
- HohlprofilträgerHollow profile carrier
- 44
- HohlprofilträgerHollow profile carrier
- 55
- Knotennode
- 66
- Profilendeprofile end
- 77
- Trägeröffnungsupport opening
- 88th
- Profilendeprofile end
- 99
- Trägeröffnungsupport opening
- 1010
- Profilendeprofile end
- 1111
- Trägeröffnungsupport opening
- 1212
- Einlageinlay
- 1313
- Umbettungreburial
- 1414
- Verschlussstopfensealing plug
- 1515
- Verschlussstopfensealing plug
- 1616
- Verschlussstopfensealing plug
- 1717
- Urformwerkzeugoriginal form tool
- 1818
- WerkzeugunterteilTool part
- 1919
- WerkzeugoberteilUpper die
- 2020
- WerkzeugoberteilUpper die
- 2121
- Trägerabschnittsupport section
- 2222
- Trägerabschnittsupport section
- 2323
- Trägerabschnittsupport section
- 2424
- Karosserierahmenbody frame
- 2525
- HohlprofilträgerHollow profile carrier
- 2626
- HohlprofilträgerHollow profile carrier
- 2727
- HohlprofilträgerHollow profile carrier
- 2828
- HohlprofilträgerHollow profile carrier
- 2929
- Knotennode
- 3030
- Knotennode
- 3131
- Knotennode
- 3232
- Knotennode
- 3333
- HohlprofilträgerHollow profile carrier
- 3434
- HohlprofilträgerHollow profile carrier
- 3535
- Knotennode
- 3636
- Knotennode
- 3737
- Knotennode
- 3838
- HohlprofilträgerHollow profile carrier
- 3939
- HohlprofilträgerHollow profile carrier
- 4040
- Knotennode
- 4141
- Knotennode
- 4242
- Knotennode
- 4343
- Knotennode
- 4444
- HohlprofilträgerHollow profile carrier
- 4545
- Profilendeprofile end
- 4646
- Trägeröffnungsupport opening
- 4747
- Verschlussstopfensealing plug
- 4848
- Trägerabschnittsupport section
- AA
- Richtungdirection
- II
- Ausführungsformembodiment
- IIII
- Ausführungsformembodiment
- IIIIII
- Ausführungsformembodiment
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