DE102009014822A1

DE102009014822A1 - Verbindungsstruktur mit Toleranzausgleich

Info

Publication number: DE102009014822A1
Application number: DE200910014822
Authority: DE
Inventors: Tobias Urban; Sönke Kühl; Werner Holl; Christian Neufeldt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: DE102009014822B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsstruktur mit Toleranzausgleich, bestehend aus einer Prallplatte (1) mit einem als Hohlprofilträger ausgebildeten Längsträger (2) in einer Fahrzeugstruktur, bei der die Prallplatte (1) als Strangpressprofil auf der längsträgerzugewandten Seite einen Anschlussflansch (3a, 3b) aufweist, der an Innenseiten (5a) oder Außenseiten (5b) des Längsträgers (2) anliegt. Erfindungsgemäß weist der Anschlussflansch (3a, 3b) der Prallplatte (1) wenigstens zwei in Längsrichtung des Längsträgers angeordnete Längsbohrungen (7) auf, wobei der Längsträger (2) zur Verrastung mit der Prallplatte (1) im Bereich der Längsbohrungen (7) Verprägungen (6) derart aufweist, dass beim Aufstecken der Prallplatte (1) auf den Längsträger (2) die Verprägungen (6) in die Längsbohrungen (7) einrasten und im verrasteten Zustand die Prallplatte (1) in Längsrichtung des Längsträgers (2) verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsstruktur mit Toleranzausgleich, bestehend einer Prallplatte mit einem als Hohlprofil ausgebildeten Längsträger in einer Fahrzeugstruktur gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Montage einer solchen Prallplatte an einen Längsträger.
Im Stand der Technik wird bei Fahrzeugen in Stahl-Schalenbauweise die Verbindung einer als U-Profil ausgebildeten Prallplatte, die auch Pralltopf genannt wird, mit einem Längsträger dadurch hergestellt, indem zunächst die als Anschlussflansch dienenden Querteile des U-Profils auf den Längsträger aufgeschoben werden und erst in einem späteren Montageschritt die als Ziehteil gefertigte Prallplatte mittels Punktschweißen mit dem Längsträger fest verbunden wird. Dabei ist über den eingeschobenen Anschlussflansch die Prallplatte in Längsrichtung des Längsträgers zum Ausgleich von Rohbautoleranzen einstellbar.
Diese Bauweise ist jedoch bei Herstellung einer Karosserie in Aluminium (Rudi Space Frame) nicht möglich. Bei Alu-Karosserien ist die Prallplatte in der Regel ein als U-Profil ausgebildetes Druckguss- oder Schmiedeteil, welches mittels der Querteile des U-Profils auf den Längsträger geschoben und mit MIG-Schweißen (Metall-Inertgas-Schweißen) verbunden wird. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass es durch den Wärmeeintrag beim Schweißen an den Verbindungstellen zu einem Wärmeverzug und einem Abfall der Festigkeit der beteiligten Bauelemente kommt. Außerdem ist es wegen der umlaufenden Schweißung nicht möglich, die Prallplatte am Ende des Karosseriebaus zu fügen. Die notwendige Längeneinstellung erfolgt daher zeit- und kos tenaufwändig durch Befräsen der vorderen Fläche der Prallplatte an der fertigen Karosserie.
Ferner ist aus der DE 101 35 158 A1 ein Verfahren zur Montage von Prallplatten eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem vor der Verbindung der Prallplatten mit einem Längsträger die Lagekoordinaten der Längsträgerenden in Fahrzeuglängsachsenrichtung ermittelt werden und anschließend in Abhängigkeit der ermittelten Fahrzeuglängsachsenrichtung-Lagekoordinaten eine Längskalibrierung bezüglich der Fahrzeuglängsachsenrichtung durchgeführt wird. Hierdurch ist ein Toleranzausgleich bzw. ein genaue Ausrichtung der Prallplatten möglich, so dass diese passgenau mit den Längsträgern verschweißt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindungstruktur mit Toleranzausgleich einer Prallplatte mit einem Längsträger sowie ein zugehöriges Montageverfahren derart anzugeben, dass ein einfacher Toleranzausgleich, insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten ermöglicht wird und sich ein solches Montageverfahren zur Herstellung von Alu-Karosserien eignet.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Verbindungstruktur gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Die erfindungsgemäße Verbindungstruktur mit Toleranzausgleich zeichnet sich dadurch aus, dass der Anschlussflansch der als Strangpreßprofil hergestellten Prallplatte wenigstens zwei in Längsrichtung des Längsträgers angeordnete Längsbohrungen aufweist, wobei der Längsträger zur Verrastung mit der Prallplatte im Bereich der Längsbohrungen Verprägungen derart aufweist, dass beim Aufstecken der Prallplatte auf den Längsträger die Verprägungen in die Bohrungen einrasten und im verrasteten Zu stand die Prallplatte in Längsrichtung des Längsträgers verschiebbar ist.
Damit kann bei dieser erfindungsgemäßen Konstruktion die Prallplatte sehr frühzeitig im Montageablauf ohne feste Verbindung über diese Verrastung verliersicher montiert werden. Erst am Ende der Montage der Karosserie erfolgt unter der Nutzung der Längsverschiebbarkeit der Prallplatte in Richtung des Längsträgers ein Toleranzausgleich mit anschließender fester Verbindung der Prallplatte mit dem Längsträger, vorzugsweise mittels mechanischen Verbindungsmitteln, wie Schrauben oder Nieten. Eine solche Prallplatte ist einfach und damit kostengünstig herstellbar, auch die Verprägungen in dem Längsträger können ohne zusätzliche Kosten in das Profil des Längsträgers, bspw. mittels Innen-Hochdruck-Umformung eingebracht werden. In vorteilhafter Weise ist eine nachträgliche Bearbeitung der Prallplatte nicht erforderlich.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Verprägungen in dem Längsträger bei einer innenseitigen Anlage des Anschlussflansches der Prallplatte als auf der Innenseite der Längsträger liegende Rastnasen ausgebildet. Umgekehrt werden bei einer außenseitigen Anlage des Anschlussflansches der Prallplatte an den Längsträger die Verprägungen als auf der Außenseite der Längsträger liegende Rastnasen ausgebildet.
Zur Sicherung der Verschiebbarkeit der Prallplatte in Längsrichtung des Längsträgers ist die Länge der Verprägungen in Längsrichtung des Längsträgers größer als die Länge der Längsbohrungen in dem Anschlussflansch der Prallplatte in dieser Längsrichtung, wobei die Breite der Verprägungen in Querrichtung zur Längsrichtung des Längsträgers vorzugsweise der Brei te der Längsöffnungen in dieser Querrichtung entspricht.
Weitere besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen.
Die zweitgenannte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patenanspruches 8 gelöst.
Hiernach wird die erfindungsgemäße in einer mehrere Montageprozesse aufweisenden Herstellung einer Fahrzeugstruktur eingesetzt, indem zunächst in einem frühen Montageprozess die Prallplatte mittels dessen Anschlussflansch auf den Längsträger geschoben und mittels der Verrastung verliersicher positioniert wird. Am Ende des Montageprozesses wird die Prallplatte in eine für einen Toleranzausgleich in Richtung des Längsträgers erforderliche Position verschoben und anschließend in dieser Position mittels mechanischen Verbindungsmitteln fest mit dem Längsträger verbunden. Vorzugsweise werden als mechanische Verbindungmittel Schraub- oder Nietverbindungen verwendet.
Durch dieses erfindungsgemäße Montageverfahren verlängert sich nicht die Montagezeit, auch sind keine zusätzlichen Maßnahmen oder Montageprozesse erforderlich, wobei gleichzeitig ein exakter Toleranzausgleich in Längsrichtung des Längsträgers erzielt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungskonstruktion einer Prallplatte mit einem Längsträger, bei der der Anschlussflansch der Prallplatte an den Außenflächen des Längsträgers anliegt,
2 eine Schnittdarstellung gemäß Schnitt I-I nach 1,
3 eine Schnittdarstellung gemäß Schnitt II-II nach 1, und
4 eine gemäß 2 entsprechende Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Verbindungskonstruktion einer Prallplatte mit einem Längsträger, bei der der Anschlussflansch der Prallplatte an den Innenflächen des Längsträgers anliegt.
In den 1 bis 4 sind einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen als Hohlprofil ausgebildeten Längsträger 2 mit rechteckförmigem Querschnitt, auf dessen Ende eine Prallplatte 1 mittels deren Anschlussflansch 3a und 3b aufgeschoben und mit dem Längsträger 2 verrastet ist. Diese Prallplatte 1 weist einen annähernd U-förmigen Querschnitt mit den den Anschlussflansch bildenden flächigen Querteilen 3a und 3b sowie einem diese beiden Querteile 3a und 3b verbindenden flächigen Stegteil 4 auf.
Zur Verrastung der Prallplatte 1 mit dem Längsträger 2 sind in den Querteilen 3a und 3b des Anschlussflansches Längsbohrungen 7 eingebracht, wie aus den Schnittdarstellungen gemäß den 2 und 3 zu erkennen ist. In diese Längsbohrungen 7 rasten beim Aufschieben des Anschlussflansches 3a und 3b in auf der Außenfläche 5b des Längsträgers 2 liegende Rastnasen 6 ein, die als Verprägungen in den an den Querteilen 3a und 3b anliegenden Seitenwänden des Längsträgers 2 ausgebildet sind. Diese Verprägungen können ohne zusätzliche Kosten in die im Innen-Hochdruck-Umformverfahren als Profil hergestellten Längsträger 2 eingebracht werden.
Die Längsbohrungen 7 zeigt die 2 in einem Schnitt I-I nach 1, der in Längsrichtung des Längsträgers 1 durch diese Längsbohrungen 7 verläuft. Hieraus ist zu erkennen, dass die Länge dieser Längsbohrungen 7 größer ist als die entsprechende Länge der Rastnasen 6. Die entsprechenden Dimensionierungen in Querrichtung zeigt der Schnitt II-II nach 1 in der 3, wonach die Breite der Längsbohrungen 7 der Breite der Rastnasen 6 entspricht. Durch diese Dimensionierung ist die Prallplatte 1 nach der Verrastung mit dem Längsträger 2 in geringem Maß in Längsrichtung des Längsträgers 2 verschiebbar. Das Maß der Verschiebung entspricht der Differenz aus der Länge der Längsbohrung 7 und der Länge der Rastnase 6 in Längsrichtung des Längsträgers 2.
Die erfindungsgemäße Verbindungskonstruktion kann mit Vorteil im Alu-Karosseriebau eingesetzt werden. Neben dem Längsträger 2 besteht auch die Prallplatte 1 aus Aluminium und wird als Strangpressprofil hergestellt, wobei die Extrusionsrichtung senkrecht zur Längsrichtung des Längsträgers 2 verläuft.
Im laufenden Montageprozess einer Fahrzeugkarosserie kann bereits sehr früh die Prallplatte 1 auf den Längsträger 2 aufgeschoben werden und bleibt aufgrund der Verrastung mit dem Längsträger 2 in einer verliersicheren Position mit dem Längsträger 2 verbunden. Am Ende des Karosseriebaus erfolgt ein Toleranzausgleich der Rohbautoleranzen in Längsrichtung, da die Verrastung eine Längsverschiebbarkeit der Prallplatte 1 in Längsrichtung des Längsträgers 2 ermöglicht. In der Position, in der die Rohbautoleranzen ausgeglichen werden, wird die Prallplatte 1 mit dem Längsträger 2 fest mittels mechanischen Mitteln, bspw. über Schrauben oder Nieten mit dem Längsträger 2 verbunden.
Damit erfolgt kein Wärmeeintrag in die Verbindungsstelle, so dass der Nachteil eines Wärmeverzugs oder eines Abfalls der Festigkeit der beteiligten Bauteile entfällt.
In dem Ausführungsbeispiel nach 1 liegt der Anschlussflansch 3a und 3b der Prallplatte 1 an der Außenfläche 5b des Längsträgers 2 an. Es ist auch möglich, die Prallplatte 1 mit einem Anschlussflansch derart auszubilden, dass der Anschlussflansch mit den Querteilen 3a und 3b an den Innenflächen 5a der Seitenwände des Längsträgers 2 anliegt, wie dies in einer der 2 entsprechenden Schnittdarstellung nach 4 gezeigt ist. In diesem Fall liegen die ebenfalls durch Verprägung gebildeten Rastnasen 6 auf der Innenfläche 5a des Längsträgers 2, so dass durch Einschieben der Prallplatte 1 auf das Ende des Längsträgers 2 diese Rastnasen 6 in die Längsbohrungen 7 der Prallplatte 1 einrasten. Die Dimensionierung der Rastnasen 6 und der Längsbohrungen 7 entsprechen denjenigen, die im Zusammenhang mit den 2 und 3 erläutert wurden.
Der plattenförmige Stegteil 4 der Prallplatte 1 weist eine im Wesentlichen zentrische Durchgangsöffnung 8 auf, die mit Inneren des Längsträgers 2 fluchtet. Diese Durchgangsöffnung 8 dient dazu, für nachfolgende an die Prallplatte 1 angebaute Bauteile Bauraum zu schaffen, der in den Längsträger 2 hineinragt.
Ferner trägt dieses Stegteil 4 der Prallplatte 1 auch Befestigungsbohrungen 9, um daran bspw. eine Crashbox zu befestigen.

1: Prallplatte
2: Längsträger
3a, 3b: Anschlussflansch der Prallplatte 1
4: Stegteil der Prallplatte 1
5a: Innenfläche des Längsträgers 2
5b: Außenfläche des Längsträgers 2
6: Rastnasen, Verprägung im Längsträger 2
7: Längsbohrung im Anschlussflansch 3a, 3b
8: Durchgangsöffnung im Stegteil 4
9: Befestigungsbohrungen im Stegteil 4

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10135158 A1 [0004]

Claims

Verbindungsstruktur mit Toleranzausgleich, bestehend aus einer Prallplatte (1) mit einem als Hohlprofilträger ausgebildeten Längsträger (2) in einer Fahrzeugstruktur, wobei die Prallplatte (1) als Strangpreßprofil auf der längsträgerzugewandten Seite einen Anschlussflansch (3a, 3b) aufweist, der an Innenseiten (5a) oder Außenseiten (5b) des Längsträgers (2) anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass – der Anschlussflansch (3a, 3b) der Prallplatte (1) wenigstens zwei in Längsrichtung des Längsträgers angeordnete Längsbohrungen (7) aufweist, – der Längsträger (2) zur Verrastung mit der Prallplatte (1) im Bereich der Längsbohrungen (7) Verprägungen (6) derart aufweist, dass beim Aufstecken der Prallplatte (1) auf den Längsträger (2) die Verprägungen (6) in die Längsbohrungen (7) einrasten, und – im verrasteten Zustand die Prallplatte (1) in Längsrichtung des Längsträgers (2) verschiebbar ist.
Verbindungstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (1) in einer mit dem Längsträger (2) verrasteten Position mittels mechanischen Verbindungsmitteln, vorzugsweise durch Schrauben oder Nieten verbunden werden.
Verbindungstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer außenseitigen Anlage des Anschlussflansches (3a, 3b) der Prallplatte (1) an den Längsträger (2) die Verprägungen als auf der Außenseite (5b) der Längsträger (2) liegende Rastnasen (6) ausgebildet sind.
Verbindungstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer innenseitigen Anlage des Anschlussflansches (3a, 3b) der Prallplatte (1) an den Längsträger (2) die Verprägungen als auf der Innenseite (5a) der Längsträger (2) liegende Rastnasen (6) ausgebildet sind.
Verbindungstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Verprägungen (6) in Längsrichtung des Längsträgers (2) größer ist als die Länge der Längsbohrungen (7) in dem Anschlussflansch (3a, 3b) der Prallplatte (1) in dieser Längsrichtung.
Verbindungstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Verprägungen (6) in Querrichtung zur Längsrichtung des Längsträgers (2) der Breite der Längsbohrungen (7) in dem Anschlussflansch (3a, 3b) in dieser Querrichtung entspricht.
Verbindungstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (1) aus Aluminium hergestellt ist.
Verfahren zur Montage einer Prallplatte nach einem der vorangehenden Ansprüche an einen als Hohlprofil ausgebildeten Längsträger bei der mehrere Montageprozesse aufwei senden Herstellung einer Fahrzeugstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem frühen Montageprozess die Prallplatte (1) mittels dessen Anschlussflansch (3a, 3b) auf den Längsträger (2) geschoben wird und mittels der Verrastung (6, 7) verliersicher positioniert wird, und – am Ende des Montageprozesses die Prallplatte (1) in eine für einen Toleranzausgleich in Richtung des Längsträgers (2) erforderliche Position verschoben wird, und – die Prallplatte (1) in dieser Position mittels mechanischen Verbindungsmitteln fest mit dem Längsträger verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als mechanische Verbindungmittel eine Schraub- oder Nietverbindung vorgesehen ist.