DE102008017978A1

DE102008017978A1 - Node element e.g. for passenger car body, has longitudinal beam with front part encapsulating with cast joint and connected to node element

Info

Publication number: DE102008017978A1
Application number: DE200810017978
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Ing. Eipper
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2008-11-06

Abstract

The node element (10) has a longitudinal beam (16) with a front part (14) encapsulating with a cast joint (18) and connected to a node element. The longitudinal beam (16) is connected in front of the passenger compartment and encapsulated with the cast joint. An independent claim is included for a method for the production of an element node.

Description

Die Erfindung betrifft ein Knotenelement zur Anbindung eines Längsträgers an eine Stirnwand einer Fahrgastzelle einer Personenkraftwagen-Karosserie nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The The invention relates to a node element for connecting a longitudinal member an end wall of a passenger compartment of a passenger car body according to the preamble of claim 1.

Beim Aufbau von Rahmenstrukturen für Kraftfahrzeugkarosserien wird Üblicherweise eine Profilbauweise gewählt, bei der einzelne Profilbauteile über Gussknoten miteinander verbunden sind. An Gussknoten sowie Profilbauteilen sind dabei Fügeflächen vorgesehen, über welche die Bauteile mit gängigen Fügeverfahren, wie zum Beispiel Schweißen oder Kleben verbunden werden können.At the Construction of frame structures for motor vehicle bodies becomes usual chosen a profile construction, at the single profile components over Cast nodes are interconnected. At casting nodes as well as profile components joining surfaces are provided, over which the components with common Joining process, such as welding or Gluing can be connected.

Dies bringt eine Reihe von Nachteilen mit sich. Zum einen müssen die Bauteile mit zum Teil schwer herzustellenden Fügeflächen versehen werden, zum anderen führen gängige Fügeverfahren zu Beeinträchtigungen der Materialqualität im Bereich der Fügestelle. Insbesondere beim Verschweißen von Bauteilen bilden sich so genannte Wärmeeinflusszonen, also Bereiche des Werkstoffes, in denen durch den starken Hitzeeintrag während des Schweißvorgangs die Gitterstruktur des Werkstoffs verändert wird. Daraus resultieren unvorteilhaft hohe Materialspannungen, sowie eine generelle Schwächung der Fügestelle.This brings a number of disadvantages. For one thing, the Components are provided with sometimes difficult to produce joining surfaces, on the other to lead common joining methods to impairments the material quality in the area of the joint. Especially when welding Components form so-called heat affected zones, ie areas of the material in which by the strong heat input during the welding process the lattice structure of the material is changed. This results unfavorably high material tensions, as well as a general weakening of the Joint.

Durch die notwenige Vorpositionierung der einzelnen Bauteile vor dem Zusammenfügen werden weiterhin die erreichbaren Fertigungstoleranzen limitiert. Die Montage von Rahmenbauteilen aus einer Vielzahl einzelner Profil- und Gusselemente führt weiterhin zu einem nachteilig hohen prozesstechnischen Aufwand bei der Produktion.By the necessary pre-positioning of the individual components before assembly will continue limits the achievable manufacturing tolerances. The assembly of Frame components from a variety of individual profile and cast elements continues to lead to a disadvantageous high process engineering effort in production.

Diese Probleme wiegen besonders schwer an Knotenelementen, an denen eine Vielzahl weiterer Elemente, insbesondere eine Vielzahl von Profilbauteilen und weiteren Blechbauteilen zusammengeführt werden muss. Ein Beispiel für eine solche, besonders schwer zu handhabende Fügestelle ist das Knotenelement der Vorbaustruktur, an welchem ein Längsträger der Vorbaustruktur mit einem im Bereich der Stirnwand des Kraftwagens verlaufenden Querträger sowie mit Bauteilen dieser Stirnwand selbst durch ein Knotenelement zusammengeführt werden muss.These Problems weigh particularly heavily on node elements, on which one Variety of other elements, in particular a variety of profile components and further sheet metal components must be merged. An example for one Such, particularly difficult to handle joint is the node element the front structure, on which a longitudinal beam of the front structure with a running in the front wall of the motor vehicle cross member and must be merged with components of this end wall itself by a node element.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es also, einen Stirnwandknoten für die Anbindung eines Längsträgers einer Vorbaustruktur an die Stirnwand einer Fahrgastzelle eines Personenkraftwagens bereitzustellen, welcher ein einfaches Zusammenfügen dieser Komponenten erlaubt und dabei eine hohe werkstofftechnische Integrität der Fügeverbindungen sowie eine prozesstechnisch einfache Herstellung der Gesamtkonstruktion gewährleistet.The The object of the present invention is therefore to a front wall node for the Connection of a longitudinal member of a Front structure to the front wall of a passenger compartment of a passenger car to provide, which allows easy assembly of these components and thereby a high material integrity of the joints and a process engineering ensures easy production of the overall construction.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Knotenelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.These Task is solved by a node element having the features of patent claim 1.

Bei einem erfindungsgemäßen Knotenelement wird ein in Fahrzeuglängsrichtung verlaufendes Trägerelement einer Vorbaustruktur mit einem im Bereich der Stirnwand der Fahrgastzelle verlaufenden Querträger stoffschlüssig durch Umgießen mit dem als Gussknoten ausgebildeten Knotenelement verbunden.at a node element according to the invention becomes one in the vehicle longitudinal direction extending support element a front structure with a in the region of the front wall of the passenger compartment extending cross member cohesively by pouring connected to the formed as a cast node node element.

Ein solches Bauteil kann also in einem einzigen Verfahrensschritt durch Umgießen der vorher bereitgestellten Trägerelemente gefertigt werden. Es sind keine kompliziert ausgestalteten Fügeflächen mehr nötig, da bereits durch das Umgießen eine stoff- und formschlüssige Verbindung zwischen den einzelnen Bauteilen erzielt wird. Durch den großflächigen Wärmeübergang zwischen Schmelze und Profilbauteilen beim Umgießen dieser Bauteile wird weiterhin die Entstehung von Wärmeeinflusszonen und Materialspannungen vermieden. Die Vorpositionierung der Längs- und Querträger in der Gussform für den Gussknoten ermöglicht weiterhin eine präzise Ausrichtung dieser Bauteile vor dem Gussprozess und führt damit zu einer vorteilhaften Verbesserung der Fertigungstoleranzen.One Such component can therefore in a single step by recast the previously provided support elements be made. There are no more complex configured joining surfaces necessary, there already by the Umgießen a material and form-fitting Connection between the individual components is achieved. By the large-scale heat transfer between the melt and profile components during the casting of these components will continue the emergence of heat affected zones and Material stresses avoided. The pre-positioning of the longitudinal and crossbeam in the mold for allows the casting node still a precise alignment these components before the casting process and thus leads to an advantageous Improvement of manufacturing tolerances.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin zumindest ein Blechteil der Stirnwand der Fahrgastzelle ebenfalls stoffschlüssig durch Umgießen mit dem Gussknoten verbunden. Auch für dieses Bauteil sind somit keine komplex ausgeführten Fügeflächen mehr nötig. Wie im Falle der ebenfalls durch Umgießen mit dem Gussknoten verbundenen Längs- und Querträger wird so eine stabile und hochqualitative Anbindung des Blechteils an die gesamte Knotenanordnung ermöglicht.In a preferred embodiment is at least a sheet metal part of the front wall of the passenger compartment also cohesive by pouring connected to the casting node. Also for this component are thus no complex running Joining surfaces more necessary. As in the case of the likewise connected by casting with the casting node Longitudinal and crossbeam Thus, a stable and high quality connection of the sheet metal part to the entire node arrangement allows.

Erfindungsgemäße Knotenelemente können auch an anderen Positionen der Kraftfahrzeugkarosserie Einsatz finden. In einer alternativen Ausführungsform ist ein erfindungsgemäßes zumindest bereichsweise als Gussknoten ausgebildetes Knotenelement zur Aufnahme eines Federbeins an einer Karosserie vorgesehen und durch Umgießen mit angrenzenden Strukturbauteilen verbunden.Node elements according to the invention can also be used at other positions of the vehicle body. In an alternative embodiment is an inventive at least partially formed as a cast node node element for receiving a shock absorber provided on a body and by molding with connected adjacent structural components.

Auch im Bereich der Federbeinaufnahmen sind komplexe Bauteilgeometrien gegeben, welche bei normaler, dem Stand der Technik entsprechender Bauweise eine Vielzahl aufwändig geformter Fügeflächen nötig machen, was mit den oben geschilderten Nachteilen verbunden ist. Durch eine Auslegung einer Federbeinaufnahme in Form eines erfindungsgemäßen Knotenelements können auch hier besonders stabile und qualitativ hochwertige Verbindungen zwischen den einzelnen Strukturbauteilen der Karosserie erzielt werden. Dies ist gerade im Bereich der Federbeinaufhängungen von Bedeutung, da hier eine hohe Dauerbelastung durch Kraftübertragung von Elementen des Fahrwerks auf die Karosserie stattfindet.Also in the field of strut mountings, complex component geometries are given, which necessitate a multiplicity of elaborately shaped joining surfaces in the case of normal design that corresponds to the state of the art, which is associated with the above-described disadvantages. By designing a strut mount in the form of a node element according to the invention, particularly stable and high-quality connections between the individual structural components of the body can also be used here be achieved. This is particularly important in the field of strut suspensions, since there is a high continuous load by power transmission of elements of the chassis on the body.

Insbesondere das in einer weiteren Ausführungsform vorgesehene Umgießen von zumindest einer an einem Längsträger der Rahmenstruktur angeordneten Strebe durch einen Gussknoten zur Aufnahme eines Federbeins lässt diese Vorteile zum Tragen kommen. Vom Fahrwerk auf den Gussknoten übertragene Kräfte können so vorteilhaft über die Tragstruktur der Karosserie verteilt werden, ohne dass überhöhte lokale Belastungen, insbesondere an den Fügestellen zwischen Knotenelementen und Längsträgern auftreten.Especially that in a further embodiment intended transfusion of at least one on a longitudinal member of the Frame structure arranged strut by a cast node for receiving a strut leaves these benefits come into play. Transmitted from the chassis to the casting node personnel can so beneficial about the supporting structure of the body are distributed without being overly local Loads, in particular at the joints between node elements and side members occur.

In einer alternativen Ausführungsform ist weiterhin zumindest ein Bereich einer Türsäule stoffschlüssig durch Umgießen mit dem Gussknoten verbunden. Damit erfolgt eine Kraftableitung über qualitativ hochwertige Verbindungen vom Gussknoten nicht nur in Längsrichtung des Fahrzeugs, sondern auch über das Säulenelement in Fahrzeughochrichtung, was zu einer noch besseren Kraftverteilung in der Tragstruktur der Karosserie führt.In an alternative embodiment Furthermore, at least one area of a door pillar is cohesively through recast connected to the casting node. This results in a power dissipation over quality high-quality connections from the casting node not only in the longitudinal direction of the vehicle, but also about the column element in vehicle vertical direction, resulting in an even better power distribution in the supporting structure of the body leads.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Knotenelements für die Rahmenstruktur eines Kraftwagens. Bei einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren wird zumindest ein Profilteil und/oder ein Blechteil in eine Gießform eingelegt, so dass zumindest ein Bereich des Profil- und/oder Blechteils in einer Kavität der Gießform zu liegen kommt. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird dieses Teil durch Befüllen der Kavität mit einer flüssigen Metalllegierung zumindest Bereichsweise umgossen. Erfindungsgemäße Knotenelemente können nach Bereitstellung der einzulegenden Teile somit in einem einzigen Gussschritt gefertigt werden, wobei obendrein die Genauigkeit des Lageverhältnisses der einzelnen Teile durch Vorpositionierung in der Gussform verbessert wird.The The invention further comprises a method for producing a node element according to the invention for the Frame structure of a motor vehicle. In such a method according to the invention At least one profile part and / or a sheet metal part is inserted into a casting mold, so that at least a portion of the profile and / or sheet metal part in a cavity the mold to come to rest. In a subsequent process step is this part by filling the cavity with a liquid Metal alloy at least partially encapsulated. Node elements according to the invention can after provision of the parts to be inserted thus in a single casting step on top of that, the accuracy of the positional relationship improved the individual parts by pre-positioning in the mold becomes.

Im Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung ohne Beschränkung der Allgemeinheit näher erläutert werden. Wobeiin the The invention is based on the drawing, the invention without limitation Generality closer explained become. In which

1 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stirnwandknotens zeigt. 1 a schematic perspective view of an end wall node according to the invention shows.

Das in 1 gezeigte, im Ganzen mit 10 bezeichnete Stirnwandknotenelement verbindet einen Längsträger 12, welcher zur Anbindung einer Frontstruktur des Kraftfahrzeugs dient, mit einem in Höhe der Stirnwand verlaufenden Querträger 14, sowie mit einem Blechteil 16 der Stirnwand selbst. Die Verbindung wird dabei durch stoffschlüssiges Umgießen der drei Elemente 12, 14, 16 durch einen einteilig ausgeführten Gussknoten 18 erzielt. Der Gussknoten 18 ist dabei so ausgelegt, dass ein sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckender Teilbereich 20 des Gussknotens selbst eine Querträgerfunktion übernimmt.This in 1 shown, in whole 10 designated end wall node element connects a side rail 12 , which serves for the connection of a front structure of the motor vehicle, with a running in height of the end wall cross member 14 , as well as with a sheet metal part 16 the end wall itself. The connection is made by cohesive encapsulation of the three elements 12 . 14 . 16 through a one-piece cast node 18 achieved. The cast node 18 is designed so that a extending in the vehicle transverse direction portion 20 of the casting node itself assumes a crossbeam function.

Die Längs- und Querträgerelemente 12 und 14 sind dabei als Aluminium-Strangpress-Hohlprofile ausgeführt. Durch diese Bauart kann in Längsrichtung der Profile eine gute Kraftübertragung erzielt werden, während dennoch Eigengewicht eingespart wird. Der aus einer Vielzahl von Richtungen mit auf ihn einwirkenden Kräften beaufschlagte Knoten 18 ist dagegen als massives Gusselement ausgeführt. So kann in diesem Bereich eine besonders hohe Stabilität erzielt werden.The longitudinal and cross member elements 12 and 14 are designed as aluminum extruded hollow sections. By this design, a good power transmission can be achieved in the longitudinal direction of the profiles, while still saving weight. The node acted upon from a variety of directions with forces acting on it 18 on the other hand is designed as a solid cast element. Thus, a particularly high stability can be achieved in this area.

Das Stirnwandelement 16 kann als entsprechend beschnittenes, tiefgezogenes Blechteil ausgeführt sein, es ist jedoch auch denkbar, das Stirnwandelement selbst als dünnwandig gegossenes Gussbauteil zu realisieren.The end wall element 16 can be designed as a correspondingly trimmed, deep-drawn sheet metal part, but it is also conceivable to realize the end wall element itself as a thin-walled cast component.

Eine alternative Anwendung für einen erfindungsgemäßen Gussknoten dient zur Aufnahme eines Federbeins.A alternative application for a casting node according to the invention serves to accommodate a strut.

Das Gussbauteil ist hier als Konsole zur Aufnahme eines Federbeins im Bereich eines hinteren Radhauses eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Dazu ist im Gussbauteil eine Aussparung bereitgestellt, welche später das Federbein aufnimmt.The Cast component is here as a console for receiving a strut in Provided area of a rear wheel arch of a motor vehicle. For this purpose, a recess is provided in the cast component, which later the Absorbs shock absorber.

Durch Umgießen sind weiterhin ein Teil der B-Säule sowie ein innerer Längsträger der Rahmenstruktur der Karosserie mit dem Gussbauteil verbunden. Die Anbindung des inneren Längsträgers findet dabei nicht direkt, sondern über nur bereichsweise vom Bauteil umgossene Streben statt. Zwischen dem inneren Längsträger und der B-Säule ist über konventionelle Fügeverfahren ein Querträger montiert und versteift die Anordnung noch zusätzlich. Der Querträger sowie ein weiterer Querträger bilden hierbei eine besonders stabile Rahmenstruktur, die bei Fahrzeugen mit Heckantrieb die Motorlagerung aufnehmen kann. Die mehrfache Verstrebung des Gussbauteils mit dem Längsträger sowie seine gleichzeitige Anbindung an die B-Säule ermöglicht weiterhin die Bereitstellung einer besonders stabilen Plattform zur Aufnahme des Federbeins und eine optimale Ableitung der vom Fahrwerk auf die Karosserie übertragenen Kräfte vom Gussbauteil auf die restliche Tragstruktur des Fahrzeugrahmens.By recast continue to be part of the B-pillar and an inner side member of the Frame structure of the body connected to the cast component. The Connection of the inner longitudinal member finds not directly, but over Only partially from the component cast struts instead. Between the inner side member and the B-pillar is over conventional joining methods a cross member mounted and stiffen the arrangement even more. The cross member as well another cross member form a particularly stable frame structure, which in vehicles can accommodate the engine mount with rear-wheel drive. The multiple Strut of the cast component with the side member and its simultaneous Connection to the B-pillar allows further the provision of a particularly stable platform for recording of the shock absorber and an optimal dissipation of the suspension transferred the bodywork personnel from the cast component to the remaining support structure of the vehicle frame.

Claims

Node element ( 10 ) for connecting a longitudinal member ( 12 ) of a front structure to an end wall of a passenger compartment of a passenger car gen body, characterized in that the longitudinal member ( 16 ) at least with a running in the region of the end wall cross member ( 14 ) cohesively by casting with the casting node ( 18 ) formed node element is connected.

Node element according to claim 1, characterized in that at least one sheet metal part ( 16 ) of the front wall of the passenger compartment by material fit by pouring with the casting node ( 18 ) connected is.

Node element for receiving a shock absorber on a Passenger car body, which with adjacent structural components the body is connected, characterized in that the node element at least partially formed as a cast node and cohesively by pouring with connected to at least one adjacent structural component.

Node element according to claim 3, characterized in that at least one on a longitudinal member of the Frame structure arranged strut cohesively by encapsulation with is connected to the casting node.

Node element according to claim 3 or 4, characterized that at least a portion of a B-pillar cohesively through recast is connected to the casting node.

Method for producing a node element ( 10 ) for the frame structure of a motor vehicle, in which - at least one profile part and / or a sheet metal part is inserted into a mold, - the at least one profile part and / or sheet metal part is at least partially encapsulated with a metal alloy.