DE10158995C1 - Aus Stahlblech bestehender Verbindungsknoten von aus Stahlblech bestehenden Profilen - Google Patents

Abstract

Zur Verwirklichung eines steifen Verbindungsknotens von aus Stahlblech bestehenden Profilen (1, 2), insbesondere einer Rahmenstruktur einer Fahrzeugkarosserie unter dem Aspekt des Leichtbaus greift das eine aus zwei parallelen Gurten (2a, 2b) und mindestens einem Verbindungssteg (2c, 2d) bestehende Profil (2) mit seinen beiden gegenüber dem Steg (2c, 2d) vorstehenden Enden (2a*, 2b*) das andere zwei parallele Wandteile (1a, 1b) aufweisende Profil (1), wobei die an den Wandteilen (1a, 1b) flächig anliegenden Gurtenden (2a*, 2b*) mit den Wandteilen (1a, 1b) fest, z. B. über eine Schweißverbindung (4a, 4b, 4c), verbunden sind. Ein solcher Verbindungsknoten bietet einen mehrfachen Toleranzausgleich und verleiht der Rahmenstruktur eine hohe Steifigkeit.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbindungsknoten von mindestens zwei aus Stahlblech bestehenden Profilen, insbesondere einer Rahmenstruktur einer Fahrzeugkarosserie.

Kritische Stellen einer Rahmenstruktur für Fahrzeugkarosserien sowohl hinsichtlich der Fertigung, als auch hinsichtlich der Steifigkeit, als auch hinsichtlich der Haltbarkeit, sind die sogenannten Verbindungsknoten. Das sind Stellen, an denen mindestens zwei Profile miteinander verbunden sind. Schweißverbindungen, wie sie im LKW- und Omnibusbau an geschlossenen Profilen möglich sind, lassen sich an Profilen einer Rahmenstruktur für Personenkraftfahrzeuge, die aus Stahlblech nach dem Leichtbauprinzip dimensioniert ist, wegen der dünnen Wandstärke der verwendeten Bleche für die Profile nicht ohne weiteres verwirklichen. Deshalb werden vielfach an den Knoten vorgefertigte Knotenelemente verwendet, die z. B. durch Innenhochdruckumformen eines aus Stahlblech vorgeformten Formkörpers hergestellt sind (DE 196 53 509 A1). Diese Knotenelemente weisen Anschlußstutzen auf, auf die bzw. in die Profile der Rahmenstruktur, in der Regel Hohlprofile, steckbar sind. Die auf- oder eingesteckten Hohlprofile werden zusätzlich an das Knotenelement angeschweißt. Der Fertigungsaufwand bei einer solchen Rahmenstruktur ist groß. Auch ist das Gewicht einer mit solchen Knotenelementen hergestellten Rahmenstruktur im Vergleich zu einer Rahmenstruktur mit unmittelbar angebundenen Profilen größer. Schließlich bieten sie praktisch kaum die Möglichkeit, Toleranzen auszugleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbindungsknoten einer aus Profilen bestehenden Rahmenstruktur einer Fahrzeugkarosserie unter dem Aspekt des Leichtbaus zu entwickeln, der einen leichten Zusammenbau der Profile mit einem einfachen des Toleranzausgleich an den Verbindungsknoten ermöglicht und eine hohe Steifigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird mit einem Verbindungsknoten der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das eine Profil aus zwei parallelen Gurten und mindestens einem Verbindungssteg besteht und mit seinen gegenüberliegenden, den bzw. die Verbindungsstege überragenden Gurtenden auf das andere, zwei parallele Gurte oder Wandteile aufweisende Profil aufgesteckt ist, wobei die Gurtenden des einen Profils an den parallelen Gurten bzw. Wandteilen des anderen Profils anliegen und damit fest verbunden sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Verbindungsknoten lassen sich zwei Profile insbesondere einer Rahmenstruktur einer Fahrzeugkarosserie leicht mit verschiedenen Fügetechnologien auf einfache und schnelle Art und Weise unmittelbar miteinander verbinden. Dem Aspekt des Leichtbaus ist so Rechnung getragen. Bei der Fertigung ist ein mehrfacher Toleranzausgleich möglich, und zwar sowohl in Achsrichtung des Profils mit den Gurten und dem Verbindungssteg, indem es weniger weit auf das andere Profil aufgesteckt wird, in Achsrichtung des anderen Profils, indem es auf dem anderen Profil in dessen Achsrichtung parallelverschoben wird, und schließlich bezüglich des Winkels zwischen den beiden Profilen, weil anders als bei dem bekannten Knotenelement mit den Anschlußstutzen kein fester Winkel vorgegeben ist. Der konstruktive Aufwand ist denkbar gering, weil von herkömmlichen Profilen ausgegangen wird. Nur das Profil mit den Gurten und dem Steg muß ggf. angepaßt werden, damit die Gurtenden gegenüber dem Steg überstehen. Es gibt allerdings Spezialprofile (z. B. "Davex"-Profile, Marke der ThyssenKrupp Stahl AG), bei deren Produktion schon der Überstand erzeugt werden kann. Es läßt sich auch ein steifer Anschluß verwirklichen, weil wegen der großen Überdeckung der Gurtenden mit dem anderen Profil die verschiedensten Fügetechnologieen allein oder in Kombination auf großen Flächen und/oder mit langen Fügenähten verwirklicht werden können.

Der Einsatz des erwähnten Davex-Profils ist auch aus einem weiteren Grund vorteilhaft. Da bei einem Davex- Profil der Steg in Nuten der Gurte geklemmt ist, können unter dem Aspekt der Belastungsoptimierung bei dessen Herstellung für den Steg und die Gurte verschiedene Materialien und/oder verschiedene Materialdicken verwendet werden. Hinzu kommt, daß bei einem Davex-Profil die aus fertigungstechnischen Gründen über den Stegen an den Längsrändern überstehenden Randbereiche als Auflage für Schubfelder oder andere Funktionselemente genutzt werden können, was bei anderen Hohlprofilen, wie Rohren, nicht möglich ist.

Im Falle einer Schweißverbindung kann die Schweißnaht an verschiedenen Stellen vorgesehen sein. Eine erste Möglichkeit besteht an den Vorderkanten der überstehenden Gurtenden. Aus Gründen einer möglichst hohen Steifigkeit ist es aber besser, die Schweißnaht an den seitlichen Rändern der vorstehenden Gurtenden anzuordnen. Es versteht sich, daß zusätzlich auch die Vorderkanten angeschweißt sein können. Auch ist es möglich, den oder die Verbindungsstege des einen Profils mit dem dazu benachbarten Wandteil des anderen Profils zu verschweißen. Dies ist allerdings nur dann möglich, wenn der Steg an diesem Wandteil anliegt.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Verbindungsknoten anhand einer verschiedene Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Verbindungsknoten von zwei Profilen einer Rahmenstruktur einer Fahrzeugkarosserie als Ausschnitt der Rahmenstruktur in Ansicht,

Fig. 2 den Verbindungsknoten gemäß Fig. 1 im Schnitt nach Linie I-I der Fig. 1,

Fig. 3 einen Verbindungsknoten von zwei Profilen einer Rahmenstruktur einer Fahrzeugkarosserie in einer zu Fig. 1 und 2 abgewandelten Ausführung als Ausschnitt der Rahmenstruktur in Ansicht und

Fig. 4 den Verbindungsknoten gemäß Fig. 3 im Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 3.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist ein Verbindungsknoten an einem als Hohlprofil mit rechteckigem Querschnitt ausgebildeten Profil 1 und einem aus zwei Gurten 2a, 2b und zwei damit verbundenen Stegen 2c, 2d gebildeten Profil 2 verwirklicht. Die Gurte 2a, 2b überragen mit ihren Gurtenden 2a*, 2b* die Stege 2c, 2d.

Bei dem Profil 2 handelt es sich um ein sogenanntes "Davex"-Profil (Marke der ThyssenKrupp Stahl AG). Charakteristisch für das Davex-Profil ist, daß die Gurte 2a, 2b und die Stege 2c, 2d durch eine reine Quetschverbindung gefügt sind, und zwar sind die Stege 2c, 2d in Nuten der Gurte 2a, 2b eingesetzt und dann festgequetscht. Die Verwendung von Davex-Profilen hat den Vorteil, daß für die Gurte 2a, 2b und die Stege 2c, 2d mit dem Ziel der Belastungs- und Gewichtsoptimierung verschiedene Materialien und verschiedene Materialdicken ausgewählt werden können. Darüber hinaus besteht der Vorteil, schon bei der Fertigung die Stege 2c, 2d kürzer als die Gurte 2a, 2b zu wählen, so daß sich der gewünschte Überstand für die Gurtenden 2a*, 2b* ergibt.

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist das Profil 2 über seine beiden, an den parallelen Seitenwandteilen 1a, 1b des Profils 1 anliegenden und angeschweißten Gurtenden 2a*, 2b* mit dem Profil 1 verbunden. Während beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 eine Schweißnaht 3a, 3b am vorderen Rand der Gurtenden 2a*, 2b* angebracht ist, liegen beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 die Schweißnähte 4a, 4b, 4c an den Seitenkanten der Gurtenden 2a*, 2b*. Diese Lage der Schweißnähte 4a, 4b, 4c ist bevorzugt, weil sie der Knotenverbindung eine höhere Steifigkeit verleiht. Sofern die Schweißnähte an dieser Stelle liegen, bietet es sich auch an, die Gurtenden 2a*, 2b* an ihren Vorderkanten bogenförmig auszusparen. Dadurch wird das Gewicht der Knotenverbindung vermindert. Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 und 4 gegenüber den Fig. 1 und 2 besteht noch darin, daß die Stege 2c, 2d bis an das Profil 1 heranreichen und über eine Schweißnaht 5 mit diesem verschweißt sind.

Es versteht sich, daß alternativ zu den Schweißverbindungen auch Lötverbindungen oder Klebverbindungen vorgesehen sein können, die sich wegen der starken Überlappung großflächig ausgeführt werden können, so dass auch damit eine hohe Steifigkeit der Knotenverbindung erreicht werden kann. Vor allem aber ermöglichen Klebverbindungen den Einsatz verschiedener Materialien für die Profile, die sich nicht oder nur schwer miteinander verschweißen lassen, wie z. B. Aluminium und Stahl.

Die erfindungsgemäße Knotenverbindung erlaubt einen mehrfachen Toleranzausgleich. Zum einen ist ein Toleranzausgleich in Achsrichtung des Profils 2 möglich, indem es mehr oder weniger weit auf das Profil 1 gesteckt wird. Die beiden Ausführungsbeispiele zeigen diese Möglichkeit. Darüber hinaus kann das Profil 2 in Achsrichtung des Profils 1 parallelverschoben werden. Schließlich lassen sich auch unterschiedliche Winkel zwischen den Profilen 1, 2 einstellen. In jedem Fall läßt sich durch eine eindimensionale Fügelinie zwischen den Gurtenden 2a*, 2b* des einen Profils 2 und den Wandteilen 1a, 1b des anderen Profils 1 ohne den Einsatz zusätzlicher Hilfselemente eine einfach und auch kostengünstig herzustellende, steife, unmittelbare Verbindung der Profile realisieren, mit der auch dem Aspekt des Fahrzeugleichtbaus Rechnung getragen wird.

Claims (7)

1. Verbindungsknoten von mindestens zwei aus Stahlblech bestehenden Profilen (1, 2), insbesondere einer Rahmenstruktur einer Fahrzeugkarosserie, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Profil (2) aus zwei parallelen Gurten (2a, 2b) und mindestens einem Verbindungssteg (2c, 2d) besteht und mit seinen gegenüberliegenden, den bzw. die Verbindungsstege (2c, 2d) überragenden Gurtenden (2a*, 2b*) auf das andere, zwei parallele Gurte oder Wandteile (1a, 1b) aufweisende Profil (1) aufgesteckt ist, wobei die Gurtenden (2a*, 2b*) des einen Profils an den parallelen Gurten bzw. Wandteilen (1a, 1b) des anderen Profils (1) anliegen und damit fest verbunden sind.

2. Verbindungsknoten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem aus Gurten (2a, 2b) und mindestens einem Verbindungssteg (2c, 2d) bestehenden Profil (2) der Steg (2a, 2b) mit seinen Längsrändern auf den Gurten (2a, 2b) durch beidseitige Verquetschung von Gurtmaterial festgeklemmt ist.

3. Verbindungsknoten nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Verbindung zwischen den Profilen (1, 2) eine stoffschlüssige Verbindung ist.

4. Verbindungsknoten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stoffschlüssige Verbindung eine großflächige Klebstoff- oder Löt-Verbindung zwischen den aufeinanderliegenden Flächen der Profile (1, 2) ist.

5. Verbindungsknoten nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die stoffschlüssige Verbindung eine Schweißverbindung (3a, 3b, 4a, 4b, 4c) ist, deren Naht an den vorderen und/oder seitlichen Kanten der Gurtenden (2a*, 2b*) liegt.

6. Verbindungsknoten nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungssteg (2d) des einen Profils (2) mit dem zu diesem benachbarten Wandteil (1c) des anderen Profils (1) verschweißt ist.

7. Verbindungsknoten nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei nur an den seitlichen Kanten der Gurtenden (2a*, 2b*) liegender Schweißnaht (4a, 4b, 4c) die Gurtenden (2a*, 2b*) in den vorderen Kanten bogenförmig ausgespart sind.