DE102005045781B4

DE102005045781B4 - frame structure

Info

Publication number: DE102005045781B4
Application number: DE102005045781.9A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Blümel Klaus; Dipl.-Ing. Hirt Mark; Dipl.-Ing. Seyfried Peter; Dipl.-Ing. Sünkel Ralf
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2025-09-24
Also published as: DE102005045781A1

Abstract

Rahmenstruktur, insbesondere für Fahrzeugkarosserien, Wagons, Schiffe oder Flugzeuge, welche ringförmige, selbsttragende Rahmenelemente aufweist, die miteinander form-, kraft- oder stoffschlüssig verbunden die Rahmenstruktur bilden und die ringförmigen Rahmenelemente (2, 3, 4, 5, 6, 16, 17, 18, 19, 20) aus einer Mehrzahl von belastungsgerecht ausgelegten Halbzeugen (12a, 12b, 12c, 12d, 13a, 13b, 13c, 13d), insbesondere Hohlprofilen, aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbzeuge abhängig von der Belastung in eingebautem Zustand unterschiedliche Materialgüten und/oder Bereiche mit veränderlichen Querschnitten aufweisen, wobei die Halbzeuge (12a, 12b, 12c, 12d) zur formschlüssigen Verbindung miteinander mindestens einen Verbindungsabschnitt (14, 15) aufweisen und der Verbindungsabschnitt (14, 15) eines Halbzeuges (12a, 12b, 12c, 12d, 13a, 13b, 13c, 13d) durch einen Überstand mit verjüngtem Querschnitt gebildet wird.Frame structure, in particular for vehicle bodies, wagons, ships or aircraft, which has annular, self-supporting frame elements which form one another, positively or materially connected to form the frame structure and the annular frame members (2, 3, 4, 5, 6, 16, 17 , 18, 19, 20) are constructed from a plurality of load-bearing designed semi-finished products (12a, 12b, 12c, 12d, 13a, 13b, 13c, 13d), in particular hollow profiles, characterized in that the semi-finished products depend on the load in built-in State have different material qualities and / or regions with variable cross-sections, wherein the semi-finished products (12a, 12b, 12c, 12d) for positive connection with each other at least one connecting portion (14, 15) and the connecting portion (14, 15) of a semi-finished product (12a, 12b, 12c, 12d, 13a, 13b, 13c, 13d) is formed by a projection of tapered cross-section.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rahmenstruktur, insbesondere für Fahrzeugkarosserien, Wagons, Schiffe oder Flugzeuge, welche ringförmige, selbsttragende Rahmenelemente aufweist, die miteinander form-, kraft- oder stoffschlüssig verbunden die Rahmenstruktur bilden und die ringförmigen Rahmenelemente aus einer Mehrzahl von belastungsgerecht ausgelegten Halbzeugen, insbesondere Hohlprofilen, aufgebaut sind.The invention relates to a frame structure, in particular for vehicle bodies, wagons, ships or aircraft, which has annular, self-supporting frame elements which form the frame structure positively, positively or integrally formed and the annular frame members from a plurality of load-appropriate designed semi-finished products, in particular hollow sections , are constructed.

Bisher wurden die Rahmenstrukturen für Kraftfahrzeuge, auch als Spaceframes bezeichnet, aus zahlreichen Hohlprofilen zusammengesetzt, wobei prinzipbedingt an bestimmten Bereichen Knotenpunkte gebildet wurden, an welchen eine Mehrzahl von Hohlprofilen zusammenlaufen und über den Knotenpunkt miteinander verbunden werden. In der Regel besteht ein Knotenpunkt aus einem Anschlussglied, welches zwei oder mehrere Anschlusszonen zur Aufnahme der Hohlprofile aufweist, so dass durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den. Knotenpunkten und den Halbzeugen eine Rahmenstruktur erzeugt und diese gleichzeitig versteift wird. Die Knotenpunkte stellen, beispielsweise im Falle eines Unfalls, im Gesamtaufbau der Fahrzeugkarosserie hoch belastete Bereiche dar, welche aufgrund der inhomogenen Belastungsverteilung und Belastbarkeit der Hohlprofile die Rahmenstruktur negativ beeinflussen. Darüber hinaus werden durch komplexe Knotenlösungen die Herstellkosten einer entsprechenden Rahmenstruktur deutlich erhöht.So far, the frame structures for motor vehicles, also referred to as space frames, composed of numerous hollow sections, which were formed in principle at certain areas node points at which a plurality of hollow profiles converge and are connected to each other via the node. In general, a node consists of a connection member which has two or more connection zones for receiving the hollow profiles, so that by a material connection between the. Nodes and the semi-finished creates a frame structure and this is stiffened at the same time. The nodes represent, for example in the case of an accident, in the overall structure of the vehicle body heavily loaded areas, which adversely affect the frame structure due to the inhomogeneous load distribution and resilience of the hollow sections. In addition, the manufacturing costs of a corresponding frame structure are significantly increased by complex node solutions.

Zur Lösung dieses Problems wird in der Offenlegungsschrift DE 196 39 895 A1 vorgeschlagen, eine Rahmenstruktur für Fahrzeugkarosserien aus extrudierten Leichtmetallhohlprofilen herzustellen, wobei die extrudierten Leichtmetallhohlprofile zu ringförmigen Rahmenelementen verbunden werden, welche miteinander stoffschlüssig verbunden die Rahmenstruktur bilden. Zwar weist die bekannte Rahmenstruktur nunmehr keine belastungskritischen Knotenpunkte auf. Problematisch bei dieser Rahmenstruktur ist jedoch, dass diese aufgrund der Extrusion der Hohlprofile einerseits auf die Verwendung von Leichtmetallen, in der Regel Aluminium, beschränkt ist. Andererseits ist eine optimierte, belastungsgerechte Auslegung der ringförmigen Rahmenelemente unter Berücksichtigung der Einbausituation in der Rahmenstruktur bei der Verwendung der extrudierten Leichtmetallprofile nicht möglich. Die extrudierten Leichtmetallprofile weisen nämlich, Prinzip bedingt, konstante Querschnitte senkrecht zur Extrusionsrichtung auf.To solve this problem is disclosed in the publication DE 196 39 895 A1 proposed to produce a frame structure for vehicle bodies made of extruded light metal hollow profiles, wherein the extruded light metal hollow profiles are connected to annular frame members, which together form the frame structure cohesively connected. Although the known frame structure now has no load-critical nodes. The problem with this frame structure, however, is that this is due to the extrusion of the hollow profiles on the one hand to the use of light metals, usually aluminum, limited. On the other hand, an optimized, load-oriented design of the annular frame elements, taking into account the installation situation in the frame structure when using the extruded light metal profiles is not possible. Because of the principle, the extruded light metal profiles have constant cross sections perpendicular to the extrusion direction.

Zudem ist aus der deutschen Patentschrift DE 967 940 eine Rahmenstruktur für Kraftfahrzeuge bekannt, welche aus zwei ringförmigen Seitenträgern besteht. Die Seitenträger sind dabei aus jeweils zwei Halbzeugen, einem U-förmigen Unterteil und einem auf diesem Unterteil aufgesetzten bügelförmigen Oberteil, zusammengesetzt. Es wird des Weiteren gezeigt, dass diese Halbzeuge unterschiedliche profiliert sein können, so dass beispielsweise das Unterteil im Querschnitt kasten- oder U-förmig und das Oberteil im Querschnitt rohrförmig ausgebildet ist.In addition, from the German patent DE 967 940 a frame structure for motor vehicles is known, which consists of two annular side members. The side members are composed of two semifinished products, a U-shaped lower part and a bow-shaped upper part placed on this lower part. It is further shown that these semi-finished products can be profiled differently, so that, for example, the lower part in cross-section box or U-shaped and the upper part in cross section is tubular.

Des Weiteren offenbart die deutsche Offenlegungsschrift DE 102 10 156 A1 die Herstellung von Rohren aus Blechen mit ungleichförmigen Dickenprofil, welche als Strukturkomponenten in Fahrzeugkarosserien eingesetzt werden können.Furthermore, the German Offenlegungsschrift discloses DE 102 10 156 A1 the production of tubes of sheet metal with non-uniform thickness profile, which can be used as structural components in vehicle bodies.

Die US-amerikanische Patentschrift US 4,907,735 beschreibt außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Rahmenstruktur für Kraftfahrzeuge, wobei diese Rahmenstruktur aus lediglich einem Rahmenelement besteht.The US patent US 4,907,735 also describes a method for producing a frame structure for motor vehicles, this frame structure consisting of only one frame element.

Auch in der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 04 357 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Rohren aus Blechen, deren Dicke zuvor durch bereichsweises Walzen reduziert wurde, beschrieben.Also in the German Offenlegungsschrift DE 196 04 357 A1 For example, a method of producing tubes from sheets whose thickness has previously been reduced by area rolling is described.

Schließlich beschreibt die europäische Patentanmeldung EP 0 820 916 A1 eine dreidimensionale Rahmenstruktur für Fahrzeuge bestehend aus extrudierten Leichtmetallhohlprofilen. Einzelne Leichtmetallhohlprofile werden dabei über Verbindungsstücke zusammengesetzt.Finally, the European patent application describes EP 0 820 916 A1 a three-dimensional frame structure for vehicles consisting of extruded light metal hollow profiles. Individual light metal hollow profiles are assembled via connecting pieces.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Rahmenstruktur, insbesondere für Fahrzeugkarosserien, Wagons, Schiffe oder Flugzeuge zur Verfügung zu stellen, welche eine verbesserte belastungsoptimierte Auslegung der Rahmenstruktur mit einfachen Mitteln ermöglicht und gleichzeitig die Ausbildung von Knotenpunkten vermeidet.Proceeding from this, the object of the present invention is to provide a frame structure, in particular for vehicle bodies, wagons, ships or aircraft, which makes possible an improved load-optimized design of the frame structure with simple means and at the same time avoids the formation of nodal points.

Die aufgezeigte Aufgabe wird für eine gattungsgemäße Rahmenstruktur dadurch gelöst, dass die Halbzeuge abhängig von der Belastung in eingebautem Zustand unterschiedliche Materialgüten und/oder Bereiche mit veränderlichen Querschnitten aufweisen, wobei die Halbzeuge zur formschlüssigen Verbindung miteinander mindestens einen Verbindungsabschnitt aufweisen und der Verbindungsabschnitt eines Halbzeuges durch einen Überstand mit verjüngtem Querschnitt gebildet wird.The indicated object is achieved for a generic frame structure in that the semi-finished depending on the load in the installed state different material grades and / or areas with variable cross sections, the semi-finished for positive connection with each other at least one connecting portion and the connecting portion of a semifinished by a Supernatant is formed with a tapered cross-section.

Die belastungsgerecht ausgelegten Halbzeuge bestehen beispielsweise an besonders stark belasteten Stellen aus hochfesten Materialgüten, wo hingegen an weniger belasteten Stellen, beispielsweise ein anderes Material oder auch eine andere Materialdicke gewählt werden kann, um neben den erforderlichen Festigkeitswerten eine Gewichtsoptimierung zu erzielen. Die Bereiche der Halbzeuge mit veränderlichem Querschnitt sorgen zudem für eine beanspruchungsgerechte Materialausnutzung, wobei eine hohe Gesamtsteifigkeit erzielt werden kann.For example, the load-bearing designed semi-finished products are made of high-strength material grades at particularly heavily loaded areas, whereas at less stressed areas, for example a different material or a different material thickness, in addition to the required strength values To achieve weight optimization. The ranges of semi-finished products with variable cross-section also ensure a stress-oriented material utilization, with a high overall rigidity can be achieved.

Vorzugsweise werden die Halbzeuge aus ”tailored Tubes” und/oder ”modular Tubes” hergestellt. ”Tailored Tubes” weisen an die entsprechende Belastung angepasste Materialdicken auf, wobei diese auch entlang der Längsachse der ”tailored Tubes” variieren kann. Die sogenannten ”modular Tubes” weisen entlang ihrer Achse unterschiedliche Querschnitte auf, so dass das Halbzeug auf unterschiedliche Belastungen genau abgestimmt werden kann.The semi-finished products are preferably produced from "tailored tubes" and / or "modular tubes". "Tailored tubes" have material thicknesses adapted to the corresponding load, and this can also vary along the longitudinal axis of the "tailored tubes". The so-called "modular tubes" have different cross-sections along their axis, so that the semifinished product can be precisely matched to different loads.

Die Halbzeuge können durch Platinenzuschnitte in entsprechenden Vorrichtungen, beispielsweise durch die Einrolltechnik, aber auch durch andere konventionelle Verfahren, wie beispielsweise das U-O-Biegen, hergestellt werden, so dass die einzelnen, belastungsgerecht ausgelegten Halbzeuge in ihrer Herstellung kostengünstig sind.The semifinished products can be produced by sinker blanks in corresponding devices, for example by the curling technique, but also by other conventional methods, such as U-O bending, so that the individual, semi-finished designed to suit loads are inexpensive to manufacture.

Gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rahmenstruktur können die die Rahmenstruktur bildenden Rahmenelemente besonders flexibel dadurch miteinander befestigt werden, dass die Rahmenelemente an parallel verlaufenden Bereichen form-, kraft- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ergibt sich eine besonders große Anbindungsfläche zwischen den einzelnen Rahmenelementen, welche zu einer besonders hohen Steifigkeit der Rahmenstruktur führt.According to a further embodiment of the frame structure according to the invention, the frame elements forming the frame structure can be fastened to one another in a particularly flexible manner in that the frame elements are connected to one another in parallel, positive, force and / or materially bonded manner. In addition, there is a particularly large connection surface between the individual frame elements, which leads to a particularly high rigidity of the frame structure.

Sind die form-, kraft- oder stoffschlüssigen Verbindungen der Halbzeuge eines Rahmenelementes außerhalb der Knotenbereiche der Rahmenstruktur angeordnet, kann eine weitere Erhöhung der Steifigkeit erzielt werden. Durch diese Maßnahme befinden sich die kritischen Verbindungsstellen der einzelnen Halbzeuge untereinander nicht in Bereichen extrem hoher Belastungen, wie sie in Knotenbereichen der Rahmenstruktur auftreten. Hierdurch wird ein harmonischerer Kraftfluss und Lastverlauf erzielt, welcher insbesondere zu einer Erhöhung der Stabilität des Gesamtaufbaus der Rahmenstruktur führt.If the positive, non-positive or integral connections of the semifinished products of a frame element are arranged outside the nodal regions of the frame structure, a further increase in rigidity can be achieved. By this measure, the critical joints of the individual semi-finished products with each other are not in areas of extremely high loads, as they occur in node areas of the frame structure. As a result, a more harmonious force flow and load profile is achieved, which leads in particular to an increase in the stability of the overall structure of the frame structure.

Ändert sich der Querschnitt der Halbzeuge über einen konischen Übergang entlang des Halbzeuges, kann eine optimale Anpassung an die Belastung des Halbzeuges in eingebautem Zustand realisiert werden.If the cross section of the semifinished products changes over a conical transition along the semifinished product, an optimal adaptation to the loading of the semifinished product in the installed state can be realized.

Erfindungsgemäß weisen die Halbzeuge zur formschlüssigen Verbindung miteinander mindestens einen Verbindungsabschnitt auf. Der Verbindungsabschnitt der Halbzeuge dient zur Erzielung eines Formschlusses mit anderen Halbzeugen, so dass diese zu einem ringförmigen Rahmenelement zusammengesetzt werden. Die Montage der einzelnen ringformigen Rahmenelemente wird hiermit deutlich erleichtert.According to the invention, the semi-finished products have at least one connecting section for the positive connection with one another. The connecting portion of the semi-finished products is used to achieve a positive connection with other semi-finished products, so that they are assembled into an annular frame member. The assembly of the individual ring-shaped frame elements is hereby made much easier.

Sind das Rahmenelement bildende Halbzeuge vorgesehen, welche abwechselnd an beiden Enden oder keinem Ende einen Verbindungsabschnitt aufweisen, kann die Anzahl der Halbzeuge, welche einen Verbindungsabschnitt aufweisen, minimiert werden. Hierdurch ergibt sich eine Reduktion der Herstellkosten, da nur jedes zweite Halbzeug zur Ausbildung eines Verbindungsabschnittes bearbeitet werden muss.If the semi-finished products forming the frame element are provided, which have a connecting section alternately at both ends or no end, the number of semi-finished products which have a connecting section can be minimized. This results in a reduction of the manufacturing costs, since only every second semi-finished product must be processed to form a connecting portion.

Erfindungsgemäß wird der Verbindungsabschnitt des Halbzeuges dadurch realisiert, dass der Verbindungsabschnitt des Halbzeuges durch einen Überstand mit verjüngtem Querschnitt gebildet wird. Hierdurch braucht der Verbindungsabschnitt des einen Halbzeuges lediglich in die Querschnittsöffnung eines anderen Halbzeuges eingesteckt werden, um das ringförmige Rahmenelement zu bilden.According to the invention, the connecting portion of the semifinished product is realized in that the connecting portion of the semifinished product is formed by a projection with a tapered cross-section. In this way, the connecting portion of a semi-finished need only be inserted into the cross-sectional opening of another semi-finished product to form the annular frame member.

Vorzugsweise ist der Verbindungsabschnitt in die Halbzeuge eingefügt, so dass das Herstellverfahren der Halbzeuge als solche vereinfacht werden kann. Zum Einfügen des Verbindungsabschnittes sind beliebige Fügetechniken denkbar, beispielsweise Schweißen, Kleben oder Löten. Die Befestigung des Verbindungsabschnittes kann alternativ oder kumulativ zum Einfügen auch durch einen Form- oder Kraftschluss erfolgen. Es ist jedoch denkbar, dass die Halbzeuge einen angeformten Verbindungsabschnitt aufweisen.Preferably, the connecting portion is inserted in the semi-finished products, so that the manufacturing process of the semi-finished products can be simplified as such. For insertion of the connecting portion any joining techniques are conceivable, such as welding, gluing or soldering. The attachment of the connecting portion may alternatively or cumulatively be made for insertion by a positive or non-positive connection. However, it is conceivable that the semi-finished products have an integrally formed connecting section.

Eine Steigerung der Steifigkeit kann insbesondere, gemäß einer nächsten weitergebildeten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rahmenstruktur, dadurch gewährleistet werden, dass die Verbindungen der Rahmenelemente zur Bildung der Rahmenstruktur außerhalb der Knotenbereiche der Rahmenstruktur angeordnet sind.An increase in rigidity can be ensured, in particular, according to a next further developed embodiment of the frame structure according to the invention, in that the connections of the frame elements for forming the frame structure are arranged outside the nodal regions of the frame structure.

Weisen die Rahmenelemente verschiebbare Trennstellen zwischen den Halbzeugen zum Toleranzausgleich auf, können Ungenauigkeiten beim Zusammensetzen der Rahmenelemente auf einfache Weise während des Zusammenbaus der Rahmenstruktur korrigiert und beseitigt werden.If the frame elements have displaceable separating points between the tolerance-compensating semi-finished products, inaccuracies in the assembly of the frame elements can be easily corrected and eliminated during the assembly of the frame structure.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die Halbzeuge zumindest teilweise aus Stahl und/oder einer Stahllegierung bestehen, da Stahl in seiner Güte in Abhängigkeit von den Festigkeitsanforderungen eingestellt werden kann und optimal zur Herstellung von belastungsgerecht angepassten Halbzeugen geeignet ist. Darüber hinaus verfügt Stahl über ein gutes Umformverhalten und eine besonders hohe Steifigkeit auch bei geringen Materialstärken.Finally, it is advantageous if the semi-finished products at least partially made of steel and / or a steel alloy, since steel can be adjusted in its quality depending on the strength requirements and is optimally suited for the production of semi-finished adapted to load. In addition, steel has a good forming behavior and a particularly high rigidity even with low material thicknesses.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die erfindungsgemäße Rahmenstruktur auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Rahmenstruktur in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt There are now a variety of ways to design and further develop the frame structure according to the invention. Reference is made to the claims subordinate to claim 1 and to the description of two embodiments of the frame structure according to the invention in conjunction with the drawing. The drawing shows

1 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rahmenstruktur für ein Kraftfahrzeug, 1 in a perspective view of an embodiment of the frame structure according to the invention for a motor vehicle,

2a und b eine Explosionsansicht zweier verschiedener Rahmenelemente aus dem ersten Ausführungsbeispiel und 2a and b is an exploded view of two different frame members of the first embodiment and

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rahmenstruktur in einer perspektivischen Ansicht. 3 a further embodiment of a frame structure according to the invention in a perspective view.

In 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rahmenstruktur 1 dargestellt, welche aus ringförmigen, selbsttragenden Rahmenelementen 2, 3, 4, 5 aufgebaut ist. Alle ringförmigen Rahmenelemente bestehen aus einer Mehrzahl von Halbzeugen 4a, 4b, 4c, 4d, welche zu einem ringförmigen Rahmenelement 4 verbunden sind. Die verschiedenen Rahmenelemente 2, 3 sind in parallel zueinander liegenden Bereichen miteinander verbunden. Der Verbindungsbereich 7 zwischen dem Rahmenelement 6 und dem Rahmenelement 2 ist besonders breit und lässt insofern eine besonders stabile und steife Verbindung zwischen den einzelnen Rahmenelementen zu. Wie an dem Rahmenelement 4 zu erkennen ist, sind die einzelnen form-, kraft- und/oder stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den einzelnen das Rahmenelement 4 bildenden Halbzeugen 4a, 4b, 4c, 4d in Bereichen miteinander verbunden, welche außerhalb der Knotenbereiche, also der Bereiche in welche mehrere Rahmenelemente aufeinander stoßen, angeordnet sind. Wie in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rahmenstruktur 1 zu erkennen ist, gilt dies für alle Rahmenelemente 2, 3, 4, 5, 6.In 1 is a perspective view of an embodiment of a frame structure according to the invention 1 shown, which consists of annular, self-supporting frame elements 2 . 3 . 4 . 5 is constructed. All annular frame members consist of a plurality of semi-finished products 4a . 4b . 4c . 4d leading to an annular frame element 4 are connected. The different frame elements 2 . 3 are connected to each other in parallel areas. The connection area 7 between the frame element 6 and the frame element 2 is particularly wide and thus allows a particularly stable and rigid connection between the individual frame elements. As on the frame element 4 can be seen, the individual form, force and / or material connections between the individual frame element 4 forming semi-finished products 4a . 4b . 4c . 4d in areas interconnected, which outside of the node areas, ie the areas in which a plurality of frame elements abut each other, are arranged. As in the in 1 illustrated embodiment of a frame structure according to the invention 1 can be seen, this applies to all frame elements 2 . 3 . 4 . 5 . 6 ,

Die Verbindung der einzelnen Rahmenelemente untereinander kann durch die Anwendung von verschiedenen Fügetechniken, beispielsweise Schweißen, Kleben oder Löten, hergestellt werden. In einigen Fällen reicht es jedoch auch aus, allein über einen Formschluss oder über Formschlusselemente die Rahmenelemente miteinander zu verbinden. Wie in der 1 zu erkennen ist, werden sowohl der Motorbereich 8, die Fahrgastzelle 9, 10 sowie der Kofferraumbereich 11 des Kraftfahrzeuges durch eine erfindungsgemäße Rahmenstruktur 1 gebildet.The connection of the individual frame elements with each other can be made by the use of various joining techniques, such as welding, gluing or soldering. In some cases, however, it is also sufficient to connect the frame elements with one another via a form-fit connection or via positive-locking elements. Like in the 1 It can be seen, both the engine area 8th , the passenger compartment 9 . 10 as well as the trunk area 11 of the motor vehicle by a frame structure according to the invention 1 educated.

Die 2a und 2b zeigen ringförmige Rahmenelemente 12, 13, welche jeweils aus vier Halbzeugen 12a bis 12d sowie 13a bis 13d aufgebaut sind. Wie an den Halbzeugen 12a, 12c sowie 13a und 13c zu erkennen ist, weisen die Halbzeuge 12a, 12c, 13a, 13c veränderliche Querschnitte auf, so dass diese bei möglichst geringem Gewicht eine optimale Festigkeit in eingebautem Zustand in der Rahmenstruktur der Fahrzeugkarosserie gewährleisten. Entsprechende Hohlprofile werden, wie bereits einleitend ausgeführt, „modular Tubes” genannt.The 2a and 2 B show annular frame elements 12 . 13 , each of four semi-finished products 12a to 12d such as 13a to 13d are constructed. As with the semi-finished products 12a . 12c such as 13a and 13c can be seen, the semifinished products 12a . 12c . 13a . 13c variable cross-sections, so that they ensure optimum strength in the installed state in the frame structure of the vehicle body with the lowest possible weight. Corresponding hollow profiles are, as already stated in the introduction, called "modular tubes".

Die Halbzeuge 12b und 13b weisen dagegen keine veränderlichen Querschnitte, sondern unterschiedliche Materialdicken auf. So kann beispielsweise der waagerechte Teil des Halbzeuges 12b bzw. 13b mit einer dickeren Wandstärke versehen sein, als der senkrechte Teil des entsprechenden Halbzeuges. Hohlprofile mit unterschiedlichen Materialstärken werden auch „tailored Tubes” genannt.The semi-finished products 12b and 13b on the other hand have no variable cross-sections, but different material thicknesses. For example, the horizontal part of the semifinished product 12b respectively. 13b be provided with a thicker wall thickness, as the vertical part of the corresponding semi-finished product. Hollow profiles with different material thicknesses are also called "tailored tubes".

„Tailored Tubes” sowie „modular Tubes” können in hohen Stückzahlen produziert werden und sind in unterschiedlichen Rahmenelementen einsetzbar, so dass die Herstellkosten für die ringförmigen Rahmenelemente gering sind."Tailored Tubes" and "modular Tubes" can be produced in large quantities and can be used in different frame elements, so that the manufacturing costs for the annular frame elements are low.

Die Hohlprofile werden durch Platinenzuschnitte in den entsprechenden Vorrichtungen hergestellt, wobei beispielsweise die Einrolltechnik verwendet wird, um aus einer ebenen Platine ein entsprechendes Hohlprofil 12a bis 12d bzw. 13a bis 13d herzustellen. Dabei können zur Einbringung der Biegeradien konventionelle Biegeverfahren Verwendung finden, so dass mehrere Hohlprofile 12a bis 12d bzw. 13a bis 13d miteinander verbunden ein ringförmiges Rahmenelement 12, 13 bilden.The hollow sections are produced by blank blanks in the corresponding devices, wherein, for example, the Einrolltechnik is used to from a flat board a corresponding hollow profile 12a to 12d respectively. 13a to 13d manufacture. It can be used to introduce the bending radii conventional bending process, so that several hollow sections 12a to 12d respectively. 13a to 13d interconnected an annular frame member 12 . 13 form.

Zur Verbindung der einzelnen Halbzeuge 12a bis 12d weisen diese jeweils an einer Seite einen Verbindungsabschnitt 14 auf, welcher durch einen Überstand mit verringertem Querschnitt gebildet wird. Dieser gewährleistet einen formschlüssigen Kontakt mit dem zu verbindenden Halbzeug, beispielsweise 12a mit 12b. Der Verbindungsabschnitt ist dabei auf den Querschnitt des benachbarten Halbzeuges angepasst.To connect the individual semi-finished products 12a to 12d these each have a connection section on one side 14 which is formed by a supernatant of reduced cross-section. This ensures a positive contact with the semi-finished product to be joined, for example 12a With 12b , The connecting portion is adapted to the cross section of the adjacent semi-finished product.

Wie aus der 2b zu erkennen ist, müssen jedoch nicht alle Halbzeuge mit einem Verbindungsabschnitt ausgestattet sein, wenn abwechselnd jeweils ein Halbzeug mit zwei Verbindungsabschnitten 15 an jedem Ende ausgestattet ist. Die Verbindungsabschnitte 14, 15 werden vorzugsweise während der Herstellung der Halbzeuge 12a bis 12d sowie 13a bis 13d in das Halbzeug unter Verwendung einer geeigneten Fügetechnik, beispielsweise Schweißen, Kleben, Löten in die Halbzeuge eingefügt. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Verbindungsabschnitte 14, 15 direkt an das Halbzeug während der Herstellung angeformt werden.Like from the 2 B it can be seen, however, not all semi-finished products must be equipped with a connecting section, if alternately each a semi-finished product with two connecting sections 15 is equipped at each end. The connecting sections 14 . 15 are preferably during the manufacture of the semi-finished products 12a to 12d such as 13a to 13d inserted into the semi-finished product using a suitable joining technique, such as welding, gluing, soldering in the semi-finished products. However, it is also conceivable that the connecting sections 14 . 15 be formed directly on the semifinished product during manufacture.

Nicht dargestellt in den 1 und 2 wird, dass die einzelnen Halbzeuge, bei Bedarf, auch aus unterschiedlichen Materialgüten, hochfesten Stählen oder weniger festen Stählen hergestellt werden können,. so dass auch das zu verwendende Material für die Halbzeuge eng an die Belastung gekoppelt werden kann.Not shown in the 1 and 2 If necessary, the individual semi-finished products can also be manufactured from different material grades, high-strength steels or less solid steels. so that the material to be used for the semi-finished products can be closely coupled to the load.

Da die Rahmenelemente 12, 13 aus mehreren Halbzeugen hergestellt werden, besteht die Möglichkeit im Verbindungsbereich der verschiedenen Halbzeuge Trennstellen vorzusehen, welche zur Toleranzanpassung veränderbar sind. Hierzu müssen lediglich die Verbindungsabschnitte 14, 15 beispielsweise so ausgebildet werden, dass ein Toleranzausgleich nicht dazu führt, dass der Formschluss zwischen benachbarten Halbzeugen, beispielsweise den Halbzeugen 12c und 12d verloren geht. Nachdem der Toleranzausgleich vorgenommen worden ist, können die Trennstellen mit der oben genannte Fügetechnik gefügt werden.Because the frame elements 12 . 13 are made of several semi-finished products, it is possible to provide in the connection area of the various semi-finished separation points, which are changeable for tolerance adjustment. For this purpose, only the connecting sections 14 . 15 For example, be designed so that a tolerance compensation does not cause the positive connection between adjacent semi-finished products, such as the semifinished products 12c and 12d get lost. After the tolerance compensation has been carried out, the separation points can be joined with the above-mentioned joining technique.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Rahmenstruktur 1, dessen Querstruktur aus möglichst wenigen einzelnen ringförmigen Rahmenelementen erzeugt wird. Das Rahmenelement 16 bildet den Abschluss zum Motorraum 21 einschließlich der beiden A-Säulenhälften 22 und 23. Zum Fahrgastraum 24 wird der Motorraum 21 mit einem an das Rahmenelement angebrachten Sandwichblech zur Schalldämmung geschlossen. Ein weiteres Rahmenelement 17 umschließt die Frontfensteröffnung. Die Rahmenelemente 16 und 17 sind über deren direkt benachbarten Teilbereich, welcher parallel zueinander ist, miteinander durch eine Fügenaht verbunden. In der Fahrzeugmitte befindet sich ein Rahmenelement 18, welches beide B-Säulen des Fahrzeuges bildet. Ein nächstes Rahmenelement 19 umschließt die Rückfensteröffnung des Fahrzeuges, so dass Teilbereiche der C-Säule des Fahrzeuges durch das Rahmenelement 19 gebildet wird. Den übrigen Teil der C-Säule übernimmt das Rahmenelement 20, welches ähnlich wie das Rahmenelement 16, mit dem Rahmenelement 19 entlang eines parallelen Teilabschnittes verbunden ist und den Abschluss zum Kofferraum bildet. Die Querstruktur der Rahmenstruktur wird demnach aus fünf einzelnen Rahmenelementen 16 bis 20 gebildet. Die Längsstruktur wird durch ein weiteres Rahmenelement 25 gebildet, welches die A-Säule 26, den oberen Dachrahmen 27, die C-Säule 28, den unteren Schweller 29, einen oberen und einen unteren, vorderen Längsträger 30, 31 sowohl links- als auch rechtsseitig bildet. Der Bereich der vorderen Längsträger ist dabei mit Halbzeugen ausgestattet, welche zusätzlich besondere Deformationseigenschaften für den Crashfall aufweisen. Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus der einzelnen Rahmenelemente 16, 17, 18, 19, 20, 25 aus einzelnen belastungsgerecht ausgebildeten Halbzeugen, können in einem Rahmenelement, beispielsweise im Rahmenelement 25, verschiedene Abschnitte des Rahmenelementes 25 verschiedene Funktionen und Eigenschaften aufweisen. Die große Flexibilität der Auslegung der ringförmigen Rahmenelemente 16, 17, 18, 19, 20 führt zu hinsichtlich Funktion, Steifigkeit und Gewicht optimierten Rahmenstrukturen. 3 shows a frame structure according to the invention 1 whose transverse structure is generated from as few individual annular frame elements as possible. The frame element 16 completes the engine compartment 21 including the two A-pillar halves 22 and 23 , To the passenger compartment 24 becomes the engine compartment 21 closed with a mounted on the frame element sandwich panel for sound insulation. Another frame element 17 encloses the front window opening. The frame elements 16 and 17 are connected via their directly adjacent portion, which is parallel to each other, by a joint seam. In the middle of the vehicle is a frame element 18 , which forms both B-pillars of the vehicle. A next frame element 19 encloses the rear window opening of the vehicle, so that portions of the C-pillar of the vehicle through the frame element 19 is formed. The remaining part of the C-pillar is taken over by the frame element 20 , which is similar to the frame element 16 , with the frame element 19 is connected along a parallel section and forms the conclusion to the trunk. The transverse structure of the frame structure thus becomes five individual frame elements 16 to 20 educated. The longitudinal structure is replaced by another frame element 25 formed, which is the A-pillar 26 , the upper roof frame 27 , the C-pillar 28 , the lower sill 29 , an upper and a lower, front side member 30 . 31 forms both left and right sides. The region of the front longitudinal members is equipped with semi-finished products, which additionally have special deformation properties for the crash. Due to the construction of the individual frame elements according to the invention 16 . 17 . 18 . 19 . 20 . 25 from individual load-trained semi-finished, can in a frame element, for example in the frame element 25 , different sections of the frame element 25 have different functions and properties. The great flexibility of the design of the annular frame elements 16 . 17 . 18 . 19 . 20 leads to frame structures optimized in terms of function, stiffness and weight.

Claims

Frame structure, in particular for vehicle bodies, wagons, ships or aircraft, which has annular, self-supporting frame elements which form one another, positive or cohesively connected to form the frame structure and the annular frame elements ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 16 . 17 . 18 . 19 . 20 ) from a plurality of load-adapted designed semi-finished products ( 12a . 12b . 12c . 12d . 13a . 13b . 13c . 13d ), in particular hollow profiles, are constructed, characterized in that the semi-finished products have different material qualities and / or regions with variable cross sections depending on the load in the installed state, wherein the semi-finished products ( 12a . 12b . 12c . 12d ) for positive connection with each other at least one connecting portion ( 14 . 15 ) and the connecting section ( 14 . 15 ) of a semi-finished product ( 12a . 12b . 12c . 12d . 13a . 13b . 13c . 13d ) is formed by a projection with a tapered cross-section.

Frame structure according to claim 1, characterized in that the semi-finished products have areas with variable material thicknesses depending on the load in the installed state.

Frame structure according to claim 1 or 2, characterized in that the semi-finished products from "tailored tubes" ( 12b . 13b ) and / or "modular tubes" ( 12c . 13c ) getting produced.

Frame structure according to claim 1 to 3, characterized in that the frame elements ( 2 ) at parallel areas ( 7 ) are positively, positively and / or materially connected to each other.

Frame structure according to claim 1 to 4, characterized in that the positive, non-positive or cohesive connection of the semi-finished products ( 12a . 12b . 12c . 12d . 13a . 13b . 13c . 13d ) of a frame element ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 16 . 17 . 18 . 19 . 20 ) outside the node areas of the frame structure ( 1 ) are arranged.

Frame structure according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cross section of the semi-finished products via a conical transition along the semifinished product ( 13c ) changes.

Frame structure according to one of claims 1 to 6, characterized in that the frame element ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 16 . 17 . 18 . 19 . 20 ) forming semi-finished products ( 13a . 13b . 13c . 13d ) are provided, which alternately at both or at no end a connecting portion ( 15 ) exhibit.

Frame structure according to one of claims 1 to 7, characterized in that the connecting portion ( 14 . 15 ) in the semi-finished products ( 12a . 12b . 12c . 12d . 13a . 13b . 13c . 13d ) is inserted.

Frame structure according to one of claims 1 to 8, characterized in that the connections of the frame elements ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 16 . 17 . 18 . 19 . 20 ) for forming the frame structure ( 1 ) outside the node areas of the frame structure ( 1 ) are arranged.

Frame structure according to one of claims 1 to 9, characterized in that the frame elements ( 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 16 . 17 . 18 . 19 . 20 ) displaceable separating points between the semi-finished products ( 12a . 12b . 12c . 12d . 13a . 13b . 13c . 13d ) have tolerance compensation.

Frame structure according to one of claims 1 to 10, characterized in that the semi-finished products ( 12a . 12b . 12c . 12d . 13a . 13b . 13c . 13d ) consist at least partially of steel and / or of a steel alloy.