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Die
Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung von zwei Profilbauteilen
einer Kraftwagenkarosserie nach dem Oberbegriff von Patentanspruch
1, sowie ein Verfahren zur Reparatur eines beschädigten
Profilbauteiles mittels einer solchen Verbindungsanordnung nach
dem Oberbegriff von Patentanspruch 11.
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Das
Problem, zwei Profilbauteile einer Kraftwagenkarosserie zu verbinden,
wobei die Profilbauteile als Hohlprofile mit zumindest einer Hohlkammer ausgeführt
sind, stellt sich insbesondere bei der Reparatur von beschädigten
Profilbauteilen einer Karosserie. Insbesondere die Längsträger
einer Kraftwagenkarosserie weisen oftmals keine über ihre
gesamte Länge konstante Festigkeit auf, um so Sollverformungsstellen
beziehungsweise Knautschzonen zur Aufnahme von Kräften
im Falle eines Unfalls zur Verfügung zu stellen. Nach einem
solchen Unfall beschränkt sich die Beschädigung
des Profilbauteiles oftmals nur auf diese Sollverformungsstelle.
Um den beschädigten Bereich zu reparieren, muss dieser mittels
eines trennenden Verfahrens entfernt und durch ein Ersatzprofilbauteil
ersetzt werden, um einen Austausch des gesamten Längsträgers
zu vermeiden.
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Ein
einfaches stumpfes Verschweißen zweier solcher Hohlprofile
erzeugt jedoch nicht die gewünschte Festigkeit, da mit
einer solchen Schweißverbindung lediglich der äußere
Mantel der beiden Profilbauteile miteinander verbunden wird, während eventuell
im Inneren des Profils vorhandene Stege, welche einzelne Hohlkammern
voneinander abtrennen, unverbunden bleiben.
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Die
DE 196 33 906 A1 offenbart
ein Verfahren zur Reparatur einer Fahrzeugstruktur, bei welchem
ein beschädigter Abschnitt eines Längsträgers durch
einen ebenen rechtwinkligen Schnitt vom Längsträger
abgetrennt wird. Auf den verbleibenden Längsträgerstumpf
wird dann ein Austauschträger angesetzt, an welchem Befestigungslaschen
beziehungsweise Verstärkungen angeschweißt sind. Über diese
Befestigungslaschen erfolgt schließlich eine Verbindung
der beiden Längsträger durch Schrauben oder Nieten.
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Bei
mehrkammerigen Hohlprofilen führt eine solche Verbindung über
Befestigungslaschen zwar zu einer erhöhten Stabilität
gegenüber einer einfachen umlaufenden Schweißnaht,
im Inneren der Profile verlaufende Stege werden jedoch auch mit
einem solchen Verfahren nicht miteinander verbunden, was die Stabilität
der beiden verbundenen Träger einschränkt. Darüber
hinaus führt ein solches Verfahren zur Reparatur eines
Längsträgers zu außenseitigen optischen
Mängeln des resultierenden Bauteils. Es ist jedoch wünschenswert,
solche optische Beeinträchtigungen zu vermeiden.
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Die
DE 196 07 820 A1 offenbart
eine Vorrichtung zum Verbinden von zwei Profilen, bei welchem zwischen
den Profilen unter Vermittelung eines in eine Hohlkammer der Profile
einzulegenden Verbindungsprofils eine Klebeverbindung erzeugt wird.
Um ein Abstreifen des Klebstoffes durch das Verbindungsprofil zu
vermeiden, ist das Verbindungsprofil mit mindestens einer verformbaren
und/oder verstellbaren Wand ausgestattet, so dass das Verbindungsprofil
in eine Hohlkammer der zu verbindenden Profile eingeschoben werden
kann, und erst nachträglich durch Verstellen der Wand an
den Querschnitt dieser Hohlkammer anpassbar ist. Damit wird das Abstreifen
von Klebstoff beim Einfügen des Verbindungsprofils vermieden.
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Die
Verwendung solcher Verbindungsprofile ist durchaus auch bei der
Herstellung von Schweißverbindungen denkbar, die in der
DE 196 07 820 A1 gezeigte
Ausführung mit einer verstellbaren Wand führt
jedoch zu einer kostenintensiven und aufwendigen Fertigung solcher
Verbindungsprofile, welche in gesonderter Bauform für jedes
einzelne zu reparierende Karosserieelement bereitgestellt werden
müssen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung
von zwei Hohlprofilteilen einer Kraftwagenkarosserie zur Verfügung
zu stellen, welche eine stabile Verbindung der beiden Profilbauteile
gewährleistet, einfach und kostengünstig auszuführen
ist und zu keinen außenseitigen optischen Beeinträchtigungen
der Profilbauteile führt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Reparatur eines beschädigten
Profilbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
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Eine
solche Verbindungsanordnung umfasst zwei Profilbauteile einer Kraftwagenkarosserie,
die als Hohlprofile ausgeführt sind und jeweils wenigstens
eine Hohlkammer mit zumindest im Wesentlichen gleichem Querschnitt
aufweisen. In diese Hohlkammern ist ein jeweiliger Einsteckbereich
einer Verbindungseinrichtung eingesteckt. Erfindungswesentlich ist
nun, dass diese Verbindungseinrichtung wenigstens zwei Verbindungsteile
umfasst, deren Gesamtquerschnitt zumindest in einem Teilbereich
der Verbindungseinrichtung durch gegenseitiges Verstellen der Verbindungsteile
an den Querschnitt der korrespondierenden Hohlkammern angepasst
werden kann. Beim Herstellen einer solchen Verbindungsanordnung
wird also zuerst ein Verbindungsteil mit einem Einsteckbereich in
eine Hohlkammer eines Profilbauteils eingesteckt. Durch das Einstecken
des zweiten Verbindungsteils und sein Verstellen gegen das erste
Verbindungsteil wird eine Verbindungseinrichtung geschaffen und
in ihrem Querschnitt an den Hohlkammerquerschnitt angepasst. Über
das Anpassen des Querschnitts hinaus führt das gegenseitige Verstellen
der Verbindungsteile zu einem Verspannen der Verbindungsteile gegeneinander
und gegen die Wände der sie umgebenden Hohlkammer. Dadurch
wird vorteilhaft eine Vorfixierung der Verbindungsteile erzielt.
Auf die so in eine Hohlkammer eingesteckte Verbindungseinrichtung
wird nun beim Herstellen der Verbindungsanordnung das zweite Profilbauteil
aufgesteckt, verspannt sich damit ebenfalls gegen die Verbindungseinrichtung
und kann in der Folge durch weitere Fügetechniken mit dem
ersten Profilbauteil verbunden werden.
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Während
eine solche Verbindungsanordnung bereits bei einem einfachen Hohlprofil
mit lediglich einer Hohlkammer vorteilhaft zu realisieren ist, kommen
die Vorteile der Verbindungsanordnung insbesondere bei mehrkammerigen
Hohlprofilen zum Tragen. In einem solchen Fall würde in
jede Kammer der zu verbindenden Profile eine solche Verbindungseinrichtung
eingesteckt und vorverspannt werden. Ein nachträgliches
Fügen der beiden Profilbauteile vermag lediglich den äußeren
Mantel des Profils zu verbinden, während die Hohlkammern
abtrennenden Wände unverbunden bleiben. Der daraus resultierende
Stabilitätsmangel wird vorteilhaft durch die Verbindungseinrichtungen
behoben, welche die Profilbauteile im Bereich der inneren Wände
der Hohlkammern stabilisieren.
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Weiterhin
ist durch eine solche Verbindungsanordnung vorteilhaft das Verbinden
der zwei Profilbauteile ohne eine äußere optische
Beeinträchtigung möglich. Die Verbindungsteile
sind zudem einfach zu fertigen und müssen nicht gesondert
für verschiedene zu fügende Profiltypen auf Vorrat
gehalten werden. Ein solches Verbindungsteil ist durch einfaches Fräsen
aus einem vorgefertigten Profilbauteil zu erzeugen.
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Es
ist dabei besonders vorteilhaft, die Verbindungsteile in Form eines
Keiles oder Keilstumpfes auszubilden. Die Keilform ermöglicht
ein besonders einfaches Anpassen des Gesamtquerschnitts zweier Verbindungsteile
an den Querschnitt der korrespondierenden Hohlkammern, indem die
Teile einfach gegeneinander verschoben werden. Auch das Fertigen solcher
keilförmigen Verbindungsteile ist besonders einfach und
kostengünstig.
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Um
eine besonders gute Festigkeit der Verbindungsanordnung zu erzielen,
sind diese Verbindungsteile dabei bevorzugt aus einem Metall oder
einer Metalllegierung gefertigt. Besonders bevorzugt bestehen die
Verbindungsteile aus dem gleichen Metall oder der gleichen Metalllegierung
wie die Profilbauteile. Dies macht die gesamte Verbindungsanordnung
für eine Vielzahl weiterer Fügeverfahren zugänglich,
ohne dass sich Probleme aus ungünstigen Werkstoffpaarungen
ergeben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der Verbindungsanordnung
sind die Verbindungsteile weiterhin als Hohlkörper ausgebildet.
Damit wird ein optimaler Kompromiss zwischen Festigkeit und Gewicht
erzielt.
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Es
ist weiterhin besonders vorteilhaft, den Keilwinkel eines keil-
oder keilstumpfförmigen Verbindungsteiles korrespondierend
zu einer Höhe der Hohlkammer auszubilden. So kann die Länge
der Verbindungsteile, beziehungsweise der Verbindungseinrichtung,
an verschiedene Profilformen angepasst werden. Je steiler der Keilwinkel
dabei ausgebildet ist, desto kürzer sind die Verbindungsteile, und
umgekehrt.
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Besonders
vorteilhaft lässt sich eine erfindungsgemäße
Verbindungsanordnung an Profilbauteilen, welche als Trägerteile
einer Fahrzeugkarosserie, insbesondere im Bereich einer Knautschzone ausgebildet
sind, realisieren. Eine solche Verbindungsanordnung kann hier zur
besonders einfachen, stabilen und kostengünstigen Reparatur
einer beschädigten Knautschzone nach einem Unfall eingesetzt
werden.
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Um über
die Verklammerung durch die Verbindungsteile eine weitere stoffschlüssige
Verbindung zwischen Profilbauteilen und Verbindungsteilen zu ermöglichen,
ist es vorteilhaft, in einen die jeweilige Hohlkammer begrenzenden
Wandbereich des jeweiligen Profilbauteils Schweißöffnungen
einzubringen. Über diese Schweißöffnungen
können die Verbindungsteile mit dem jeweiligen Profilbauteil
stabil verschweißt werden. Eine weitere Stabilisierung
der Verbindung wird vorteilhaft dadurch erreicht, dass die Profilbauteile
selbst in ihrem Berührungsbereich über eine stumpfe
umlaufende Schweißnaht verbunden sind.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Reparatur eines beschädigten
Profilbauteils mit zumindest einer Hohlkammer mittels des Herstellens einer
Verbindungsanordnung wie eingangs geschildert. Bei einem solchen
Verfahren wird zuerst ein beschädigter Bereich des Profilbauteils
durch einen glatten und ebenen Schnitt abgetrennt. Zum Ersatz des
beschädigten Bereiches wird ein Ersatzprofilbauteil bereitgestellt,
welches dem abgetrennten Bereich entspricht. In die Endbereiche
des Profilbauteils und des Ersatzprofilbauteils werden nun Schweißöffnungen
eingebracht, beispielsweise mit Hilfe einer Schablone. Im nächsten
Schritt des Verfahrens werden zwei Verbindungsteile mit einem Einsteckbereich
in die zumindest eine Hohlkammer des Profilbauteils eingesetzt und
in ihrem Gesamtquerschnitt durch gegenseitiges Verstellen der Verbindungsteile
an den Querschnitt der Hohlkammer angepasst. Wie oben geschildert,
ergibt sich somit eine Vorverspannung der Verbindungsteile und des
Profilbauteils. Auf die so vorbereitete Verbindungseinrichtung wird
nun das Ersatzprofilbauteil aufgesteckt, wobei ein Ende es Ersatzprofilbauteils
in Anlage an ein korrespondierendes Ende des Profilbauteils gebracht
wird. Durch die vorher eingebrachten Schweißöffnungen
werden nun das Profilbauteil und das Ersatzprofilbauteil mit den
Verbindungsteilen verschweißt. Abschließend werden
schließlich die beiden Profilbauteile mittels einer umlaufenden
Schweißnaht gegeneinander verschweißt.
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Durch
ein solches erfindungsgemäßes Verfahren ergibt
sich eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem Profilbauteil
und dem Ersatzprofilbauteil, welche einfach und kostengünstig
herzustellen ist, und nach entsprechender Oberflächenbehandlung
keine optischen Beeinträchtigungen auf der Oberfläche
des reparierten Profilbauteils zurücklässt.
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Im
Folgenden soll anhand der Zeichnung die Erfindung und ihre Ausführungsformen
näher erläutert werden, wobei die
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1 bis 6 verschiedene
Stadien der Reparatur eines Fahrzeuglängsträgers
unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Erfindungsanordnung
in einer perspektivischen Ansicht zeigen, und
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7 einen
schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Verbindungsanordnung zweier dreikammeriger Hohlprofile darstellt.
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1 zeigt
einen Frontbereich einer Fahrzeugkarosserie 10, in welchem
ein Längsträger 12 über ein
Knotenelement 14 mit einem Querträger 16 verbunden
ist. Trägerelemente wie der Längsträger 12 weisen
oftmals nicht über ihre gesamte Länge eine gleich
bleibende Festigkeit auf, sondern sind stellenweise gezielt geschwächt,
um im Falle eines Unfalls als Solldeformationsstelle oder Knautschzone
zu wirken, in welcher beim Unfall auftretende Kräfte in
gezielte Deformation umgewandelt und so größtenteils
unschädlich gemacht werden sollen. In den 1 bis 6 soll
dargestellt werden, wie ein solcher Knautschzonenbereich 18 durch
Einsatz einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung
repariert werden kann.
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Der
Längsträger 12 ist dabei als dreikammeriges
Hohlprofil ausgeführt, welcher zwei innere Wände 20, 22 aufweist,
welche den Innenraum des Längsträgers 12 in
die drei Kammern 24, 26, 28 aufteilen.
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Zur
Reparatur des Längsträgers 12 muss zunächst
der Bereich 18 abgetrennt werden. Um eine definierte Trennfläche
zu erzielen, wird hierzu eine Schablone 30 angesetzt. Am
Rande der Schablone 30 wird eine Trennlinie 32 angezeichnet.
Darüber hinaus können, wie in 2 dargestellt,
bereits durch die Schablone hindurch Schweißöffnungen 34,
von denen der Übersichtlichkeit halber nicht alle bezeichnet
sind, in die Seitenwand 36 des Längsträgers 12 eingebracht
werden. Entlang der Trennlinie 32 wird nun mittels einer
Karosseriesäge der Längsträger 12 abgetrennt.
Die entstehenden Kanten werden in der Folge entgratet und plan geschliffen.
Wie in 3 zu erkennen ist, sind die Schweißöffnungen 34 so
angeordnet worden, dass in der Seitenwand 36 jeweils ein Paar
von Schweißöffnungen 34 in Form von Langlöchern
jeder der Kammern 24, 26 und 28 zugeordnet ist.
Gleiches gilt entsprechend für die hier nicht sichtbare,
dem Betrachter abgewandte zweite Seitenwand des Längsträgers 12.
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Im
nächsten Schritt der Reparatur wird in jede der Kammern 24, 26, 28 eine
Verbindungseinrichtung 38, 40, 42 mit
einem Einsteckbereich eingesteckt. Da der Querschnitt der Kammern 24, 26, 28 unterschiedlich
ist, unterscheiden sich auch die Verbindungseinrichtungen 38, 40, 42.
Jede der Verbindungseinrichtungen umfasst dabei ein oberes 44, 46, 48 und
ein unteres 50, 52, 54 Verbindungsteil.
Die Verbindungsteile sind dabei jeweils keilförmig gestaltet,
so dass durch paarweises Verschieben, beispielsweise des Oberteils 44 gegen
das Unterteil 50 der Querschnitt der jeweiligen Verbindungseinrichtung
(hier 38) dem Querschnitt der zugeordneten Profilkammer
(hier 24) angepasst werden kann. Die Verbindungseinrichtungen 38, 40, 42 verkeilen
sich dadurch in den zugeordneten Hohlkammern 24, 26, 28,
was für eine vorläufige Stabilisierung der Anordnung
sorgt.
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Wie
in 5 gezeigt, wird nun ein Ersatzprofilteil 56,
welches in seinen Abmessungen dem vorher abgetrennten Bereich 18 des
Längsträgers 12 entspricht, auf die überstehenden
Endbereiche der Verbindungseinrichtungen 38, 40, 42 aufgeschoben. Dies
erfolgt entlang der Erstreckungsrichtung 58 des Längsträgers 12.
Das Ersatzprofilteil 56 wurde dabei auf gleiche Art wie
der verbliebene Stumpf des Längsträgers 12 vorbehandelt
und weist in seiner Seitenfläche 60 Paare von
Schweißöffnungen 62, welche der Übersicht
halber nicht alle mit Bezugszeichen versehen sind, auf. Der Endbereich
der Verbindungseinrichtung 38 wird dabei in eine Hohlkammer 64,
der Endbereich der Verbindungseinrichtung 40 in eine Hohlkammer 66 sowie
der Endbereich der Verbindungseinrichtung 42 in eine Hohlkammer 68 des Ersatzprofilbauteils 56 eingesteckt.
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6 zeigt
nun den fertig zusammengesteckten Zustand einer erfindungsgemäßen
Verbindungsanordnung zwischen dem Längsträger 12 und dem
Ersatzprofilbauteil 56. Um die Verbindungsanordnung endgültig
zu fixieren, wird im Berührungsbereich 70 der
beiden Profilbauteile eine umlaufende Schweißnaht angebracht,
welche die beiden Profilbauteile gegeneinander sichert. Zur zusätzlichen Stabilisierung
wird durch die Schweißöffnungen 34 und 62 eine
Verbindung der Profilbauteile 12 und 56 mit den
Verbindungseinrichtungen 38, 40, 42 erzeugt.
Nach Aushärten dieser Schweißverbindungen und
gegebenenfalls einer polierenden Oberflächenbehandlung
ist eine von außen betrachtet optisch unauffällige
Verbindungsanordnung entstanden, welche eine im Wesentlichen zum
ursprünglichen Längsträger 12 gleiche
mechanische Stabilität aufweist.
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Zur
Verdeutlichung der Struktur der Verbindungselemente 38, 40, 42 zeigt 7 noch
einen schematischen Längsschnitt durch die Verbindungsanordnung.
Hier ist besonders deutlich die keilförmige Ausführung
der Verbindungsteile 44, 46, 48, 50, 52, 54 zu
erkennen. Die Verbindungseinrichtung 38 besteht aus dem
oberen Verbindungsteil 44 und dem unteren Verbindungsteil 50,
welche in die Hohlkammer 64 des Ersatzprofilteils 56 und
die Hohlkammer 24 des Längsträgers 12 eingesteckt
sind. Eine Wandung 72 des oberen Profilbauteils 44,
sowie eine Wandung 74 des unteren Profilbauteils 50 fluchten dabei
gemeinsam mit der oberen Außenfläche 76 des
Längsträgers 12, beziehungsweise mit
der inneren Wandung 20 des Längsträgers 12.
Die untere Wandung 78 des oberen Verbindungsteils 44,
sowie die obere Wandung 80 des unteren Verbindungsteils 50 schließen
jeweils einen Winkel mit diesen Flächen ein, so dass sich
für die Bauteile 44 und 50 eine keil- beziehungsweise
keilstumpfförmige Gestalt ergibt. Die Bauteile 44 und 50 sind
dabei gegenläufig in die Hohlkammer 24 eingeschoben,
so dass die verjüngten Enden 82, 84 der
beiden Bauteile 44, 50 in um 180 Grad verschiedene
Richtungen weisen. Die beiden Bauteile verkeilen sich so gegeneinander
und gegen die Hohlräume 24, 64 und geben
der Anordnung eine vorläufige Stabilität.
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Um
in der einen größeren Umfang aufweisenden Hohlkammer 26,
beziehungsweise 66 eine vergleichbare Stabilisierung durch
die Verbindungseinrichtung 40 zu erzielen, wurde der Winkel
zwischen der Fläche 86 des oberen Verbindungsteils 46 der
Verbindungseinrichtung 40 und der Innenwandung 20 des
Profilbauteiles 12, und der korrespondierende Winkel zwischen
der oberen Fläche 88 des unteren Verbindungsbauteils 52 und
der entsprechenden Wandfläche 22 steiler gewählt
als der entsprechende Winkel für die Verbindungsreinrichtungen 38 und 42.
Wie leicht zu erkennen ist, ist eine Anpassung dieses Winkels an
ein gegebenes Profilbauteil ohne Weiteres möglich, die
entsprechenden Verbindungsbauteile können aus beispielsweise
vorgefertigten Hohlprofilen ohne Weiteres durch Fräsen hergestellt
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19633906
A1 [0004]
- - DE 19607820 A1 [0006, 0007]