DE102009023675A1

DE102009023675A1 - Knotenelement

Info

Publication number: DE102009023675A1
Application number: DE102009023675A
Authority: DE
Inventors: Thomas Buschjohann; Franz Friedrich Butz; Edvin List Clausen; Kathy Hansen
Original assignee: KSM Castings GmbH
Current assignee: KSM Castings Group GmbH
Priority date: 2008-06-11
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2010-02-25
Also published as: US20110081197A1; ITMI20090841A1; WO2009149692A1; WO2009149692A8; FR2946402A1; DE112009001961A5; IT1394074B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Knotenelement zur Verbindung mehrerer Hohlprofile in einer Rahmenkonstruktion, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Knotenelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Rahmenkonstruktionen, die Hohlprofile umfassen, welche über Knotenelemente verbunden sind, sind an sich bekannt.
Bekannte Rahmenkonstruktionen sind beispielsweise die auch als Fahrschemel bezeichneten Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge. Die hierbei die Rahmenkonstruktion bildenden Längs- und Querträger sind bekanntermaßen aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen hergestellt und über, aus einem Leichtmetall-Gusswerkstoff gefertigte Knotenelemente bzw. Gussknoten fest miteinander verbunden.
Insbesondere bei der Ausführung des Hilfsrahmens für ein Kraftfahrzeug mit Längs- und Querträger aus Leichtmetall mit entsprechenden Gussknoten aus einem Leichtmetall-Werkstoff, wie z. B. Aluminiumguss oder Legierungen davon, erweist sich der Gussknoten nachteilig im Hinblick auf die zu erfüllenden Crash-Anforderungen.
Wird der Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, und hier speziell der Vorderachshilfsrahmen, bei einem Unfall zum Umsetzen von Crash-Energie herangezogen, so neigen die Gussknoten zum vorzeitigen Versagen.
Im Falle eines Unfalls weisen nur die in der Regel als Strangpressprofile aus einem Leichtmetall ausgebildeten Längs- und Querträger eine ausreichende Duktilität zur Aufnahme der Crash-Energie auf.
Weiterhin sind Knotenelemente zur Verbindung von Hohlprofilen bekannt, die aus einer Vielzahl von Strangpressprofilen, also aus einer Vielzahl von Einzelteilen bestehen, um die erforderliche Geometrie mit möglichen Anbindungsstellen herzustellen. Diese Strangpressprofile werden aufwendig als Aluminium-Schweißkonstruktion zusammengefügt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Knotenelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 unter Vermeidung der genannten Nachteile derart weiterzuentwickeln, dass dieses neben einer hohen Stabilität eine hohe Funktionalität aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Knotenelement gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, 3 oder 4. Die jeweiligen Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß umfasst das Knotenelement ein Strangpressprofil und ein Gussstück.
Durch diese Kombination wird ein Knotenelement mit hoher Stabilität und hoher Funktionalität bereitgestellt. Durch die Erfindung kann ein hochbelastbarer Bereich am Knotenelement in Form des Gussstücks, insbesondere für eine Karosserieanbindung, bereitgestellt werden. Aufgrund der Gestaltung der Freiheitsgrade, die man beim Guss hat, also der Design-Freiheitsgerade, kann das Gussstück belastungsgerecht konstruiert werden. Durch die Verbindung des Gussstücks mit dem vorzugsweise komplizierten Strangpressprofil werden zudem sehr gute mechanisch technologische Kennwerte erreicht. Die Fertigung des Strangpressprofils erfordert zudem nur sehr geringe Prüfungen und verursacht mithin wenig Kosten.
Bei einem Fahrzeug wird zudem im Falle eines Unfalls ein Versagen der Knotenelemente, speziell des Gussstücks, verhindert. Hierbei nimmt nämlich das Strangpressprofil des Knotenelements höhere Anteile der Crash-Energie auf.
Vorzugsweise umfasst das Knotenelement zusätzlich ein flächenhaftes Versteifungselement, besonders bevorzugt in Form eines Blechteils.
Letzteres ist besonders günstig herstellbar. Durch diese Kombination wird ein Knotenelement mit hoher Stabilität und hoher Funktionalität bereitgestellt.
Zweckmäßigerweise besteht das Knotenelement lediglich aus einem Strangpress-Profil und einem Gussstück.
Durch diese Kombination wird ein Knotenelement mit hoher Stabilität und hoher Funktionalität bereitgestellt. Durch die Erfindung kann ein hochbelastbarer Bereich am Knotenelement in Form des Gussstücks, insbesondere für eine Karosserieanbindung, bereitgestellt werden. Aufgrund der Gestaltung der Freiheitsgrade, die man beim Guss hat, also der Design-Freiheitsgerade, kann das Gussstück belastungsgerecht konstruiert werden. Durch die Verbindung des Gussstücks mit dem vorzugsweise komplizierten Strangpressprofil werden zudem sehr gute mechanisch technologische Kennwerte erreicht. Die Fertigung des Strangpressprofils erfordert zudem nur sehr geringe Prüfungen und verursacht mithin wenig Kosten.
Bei einem Fahrzeug wird zudem im Falle eines Unfalls ein Versagen der Knotenelemente, speziell des Gussstücks, verhindert. Hierbei nimmt nämlich das Strang-Pressprofil des Knotenelements höhere Anteile der Crash-Energie auf.
Alternativ besteht das Knotenelement lediglich aus einem Strangpressprofil, einem Gussstück und einem flächenhaften Versteifungselement, vorzugsweise in Form eines Blechteils.
Durch diese Kombination wird ein Knotenelement mit hoher Stabilität und hoher Funktionalität bereitgestellt. Durch die Erfindung kann ein hochbelastbarer Bereich am Knotenelement in Form des Gussstücks, insbesondere für eine Karosserieanbindung, bereitgestellt werden. Aufgrund der Gestaltung der Freiheitsgrade, die man beim Guss hat, also der Design-Freiheitsgerade, kann das Gussstück belastungsgerecht konstruiert werden. Durch die Verbindung des Gussstücks mit dem vorzugsweise komplizierten Strangpressprofil werden zudem sehr gute mechanisch technologische Kennwerte erreicht. Die Fertigung des Strangpressprofils erfordert zudem nur sehr geringe Prüfungen und verursacht mithin wenig Kosten.
Bei einem Fahrzeug wird zudem im Falle eines Unfalls ein Versagen der Knotenelemente, speziell des Gussstücks, verhindert. Hierbei nimmt nämlich das Strangpressprofil des Knotenelements höhere Anteile der Crash-Energie auf.
Zweckmäßigerweise sind die genannten Bestandteile des Knotenelements mittels geeigneter Verbindungsverfahren zusammengefügt.
Vorteilhaft sind die Bestandteile des Knotenelements kraft-, form- und/oder stoffschlüssig, vorzugsweise jedoch wenigstens in Teilbereichen durch Schweißen, zusammengefügt.
Die Bestandteile des Knotenelements sind vorteilhaft aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, besonders bevorzugt aus GD-AlSi10Mg T5, hergestellt.
Zweckmäßigerweise ist das Gusstück aus Leichtmetall, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, besonders bevorzugt im Druckgussverfahren, hergestellt.
Das Gussstück besteht vorzugsweise aus einer schweißbaren Druckgusslegierung.
Das Blechteil ist vorzugsweise nach Art eines Deckels mit dem Strangpressprofil verbunden.
Der Deckel erhöht die Steifigkeit der Konstruktion. Es können hohle Strukturen ausgebildet werden, die eine solche Steifigkeit ermöglichen.
Zweckmäßigerweise weist das Blechteil eine oder mehrere Verstärkungsrippen, -gurte, -sicken, -wulste, -stege und/oder -durchbrüche, vorzugsweise jedoch eine oder mehrere Verstärkungssicken auf.
Das flächenhafte Versteifungselement, vorzugsweise in Form eines Blechteils, deckt vorteilhaft im Wesentlichen das Strangpressprofil ab.
Zweckmäßigerweise ist das flächenhafte Versteifungselement Teil des Gussstücks.
Das Gussstück ist zweckmäßigerweise seitlich des Strangpressprofils, vorzugsweise jedoch teilweise seitlich und teilweise auf dem Strangpressprofil, angeordnet.
Das Gussstück weist vorteilhaft im hochbelastbaren Bereich eine oder mehrere Verstärkungsrippen, -gurte, -sicken, -wulste, -stege und/oder Verstärkungsdurchbrüche auf.
Das Strangpressprofil weist vorzugsweise mehrere Kammern auf.
Zweckmäßigerweise weist das Gussstück und/oder das Strangpressprofil Aufnahmen für die zu verbindenden Hohlprofile auf.
Die Rahmenkonstruktion ist vorzugsweise ein Strukturteil einer Fahrzeugkarosserie, wie beispielsweise Vorderachsträger, Hinterachsträger, Hilfsrahmen, Längs- oder Querträgerbaugruppe, vorzugsweise jedoch der Vorderachsträger.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass das Gussstück Anbindungsstellen, insbesondere zur Anbindung an die Karosserie eines Fahrzeugs, aufweist.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Bestandteile des Knotenelements ein oder mehrere Aufnahmen, Anschraubstellen und/oder Befestigungsstellen für etwaige Anbauteile aufweist.
Das Gussstück weist vorzugsweise auf der Unterseite eine Aufnahme für eine Anbindungsstelle des Strangpressprofils auf, die mit der Anbindungsstelle zur Anbindung an die Karosserie eines Fahrzeugs fluchtet.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform des Gussstücks mit flächenhaftem Versteifungselement als Teil des erfindungsgemäßen Knoten in Blickrichtung von schräg oben,
2 das Gussstück gemäß 1 in Blickrichtung von schräg unten,
3 das erfindungsgemäße Knotenelement mit dem Gussstück gemäß
1 und Strangpressprofil sowie zweier Hohlprofile nebst Anbauteile in Blickrichtung von schräg oben;
4 das erfindungsgemäße Knotenelement wie in 3 in Blickrichtung von unten,
5 das erfindungsgemäße Knotenelement aus Gussstück, Strangpress-Profil und Blechteil in einer ersten seitlichen Blickrichtung von schräg oben,
6 das erfindungsgemäße Knotenelement wie in 5 in Blickrichtung von unten.
Die Beschreibung bezieht sich auf alle 1–6. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen hierbei gleiche Bauteile.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Knotenelement 10 zur Verbindung mehrerer Hohlprofile 12, 14 in einer hier nicht dargestellten Rahmenkonstruktion, insbeson dere für ein Kraftfahrzeug. Bei einer solchen Rahmenkonstruktionen kann es sich beispielsweise und hier bevorzugt um einen Vorderachsträger handeln, dessen Längs- und Querprofile 12, 14 aus Leichtmetall hergestellt und jedenfalls teilweise über erfindungsgemäße Knotenelemente 10 fest miteinander verbunden sind.
Das erfindungsgemäße Knotenelement 10 besteht aus einem Strangpressprofil 16, einem Gussstück 18 und einem flächenhaften Versteifungselement 20. In den 1 bis 4 ist das flächenhafte Versteifungselement 20 Teil des Gussstücks. In der bevorzugten Variante ist das flächenhafte Versteifungselement 20 ein gesondertes Blechteil 22, wie es in den 5 und 6 dargestellt ist.
Die Bestandteile 16, 18, 20, 22 des Knotenelements 10 sind form- und/oder stoffschlüssig, vorzugsweise jedoch wenigstens in vorgegebenen Teilbereichen durch Schweißen, zusammengefügt.
Die Hohlprofile 12, 14 sind mit dem Knotenelement 10 zweckmäßigerweise kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden.
Die Bestandteile 16, 18, 20, 22 des Knotenelements sind aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, hergestellt. Das Gusstück 18 ist hierbei im Druckgussverfahren hergestellt, wobei die Druckgusslegierung schweißbar ist.
Das flächenhafte Versteifungselement 20 bzw. das Blechteil 22 ist mit Strangpressprofil 16 nach Art eines Deckels verbunden. Dadurch wird eine besonders hohe Steifigkeit erzielt.
Das flächenhafte Versteifungselement 20 bzw. das Blechteil 22 weist zur Erhöhung der Steifigkeit mehrere Verstärkungssicken 24 auf.
Das Gussstück 18 selbst ist seitlich des Strangpressprofils 16 angeordnet. Sofern das flächenhafte Versteifungselement 20 Teil des Gussstücks 18 ist, ist das Gusstück 16 natürlich nicht nur seitlich sondern auch auf dem Strangpressprofil 16 angeordnet.
Das Gussstück 18 weist im hochbelastbaren Bereich, in diesem Fall an der Anbindungsstelle 32 zur Karosserie, mehrere Verstärkungsstege 26 sowie einen Verstärkungsdurchbruch 28 auf.
Zur Erhöhung der Stabilität des Knotenelements 10 weist das Strangpressprofil 16 mehrere Kammern 42 auf, die nach dem Abdecken mit dem flächenhaften Versteifungselement 20 einseitig offen sind.
Das Strangpressprofil 18 weist außerdem Aufnahmen 30 für die zu verbindenden Hohlprofile 12, 14 auf.
Zweckmäßigerweise weisen die Bestandteile 16, 18, 20, 22 des Knotenelements 10 weiterhin ein oder mehrer Aufnahmen, Anschraubstellen und/oder Befestigungsstellen für etwaige Anbauteile 40 auf, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist.
Das Gussstück 18 hat ferner auf seiner Unterseite eine Aufnahme 36 für eine Anbindungsstelle 38 des Strangpressprofils 16, die mit der Anbindungsstelle 32 zur Anbindung an die Karosserie des Fahrzeugs fluchtet.
Selbstverständlich können alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in der Zeichnung dargestellten Details als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.

10: Knotenelement
12: Hohlprofil
14: Hohlprofil
16: Strangpressprofil
18: Gussstück
20: flächenhaftes Versteifungselement
22: Blechteil
24: Verstärkungssicke
26: Verstärkungssteg
28: Verstärkungsdurchbruch
30: Aufnahme für Hohlprofil
32: Anbindungsstelle
34: Aufnahme, Anschraubstelle, Befestigungsstelle
36: Aufnahme
38: Anbindungsstelle
40: Anbauteile
42: Kammer

Claims

Knotenelement (10) zur Verbindung mehrerer Hohlprofile (12, 14) in einer Rahmenkonstruktion, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (10) ein Strangpressprofil (16) und ein Gussstück (18) umfasst.
Knotenelement (10), insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (10) zusätzlich ein flächenhaftes Versteifungselement (20), vorzugsweise in Form eines Blechteils (22), umfasst.
Knotenelement (10) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (10) aus einem Strangpressprofil (16) und einem Gussstück (18) besteht.
Knotenelement (10) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Knotenelement (10) aus einem Strangpressprofil (16), einem Gussstück (18) und einem flächenhaften Versteifungselement (20), vorzugsweise in Form eines Blechteils (22), besteht.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile (16, 18, 20, 22) des Knotenelements (10) mittels geeigneter Verbindungsverfahren zusammengefügt sind.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile (16, 18, 20, 22) des Knotenelerents (10) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig, vorzugsweise jedoch wenigstens in Teilbereichen durch Schweißen, zusammengefügt sind.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile (16, 18, 20, 22) des Knotenelements aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, besonders bevorzugt aus GD-AlSi10Mg T5, hergestellt sind.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gusstück (18) aus Leichtmetall, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, besonders bevorzugt im Druckgussverfahren, hergestellt ist.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück (18) aus einer schweißbaren Druckgusslegierung besteht.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil (22) nach Art eines Deckels mit dem Strangpressprofil (16) verbunden ist.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechteil (22) eine oder mehrere Verstärkungsrippen, -gurte, -sicken, -wulste, -stege und/oder -durchbrüche, vorzugsweise jedoch eine oder mehrere Verstärkungssicken (24) aufweist.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das flächenhafte Versteifungselement (20), vorzugsweise in Form eines Blechteils (22), im Wesentlichen das Strangpressprofil (16) abdeckt.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das flächenhafte Versteifungselement (20) Teil des Gussstücks (18) ist.
Knotenelement, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück (18) seitlich des Strangpressprofils (16), vorzugsweise jedoch teilweise seitlich und teilweise auf dem Strangpressprofil (16), angeordnet ist.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück (18) im hochbelastbaren Bereich eine oder mehrere Verstärkungsrippen, -gurte, -sicken, -wulste, -stege (26) und/oder Verstärkungsdurchbrüche (28) aufweist.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil (16) mehrere Kammern (42) aufweist.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück (16) und/oder das Strangpressprofil (18) Aufnahmen (30) für die zu verbindenden Hohlprofile (12, 14) aufweist.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenkonstruktion ein Strukturteil einer Fahrzeugkarosserie, wie beispielsweise Vorderachsträger, Hinterachsträger, Hilfs rahmen, Längs- oder Querträgerbaugruppe, vorzugsweise jedoch der Vorderachsträger, ist.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück (18) Anbindungsstellen (32), insbesondere zur Anbindung an die Karosserie eines Fahrzeugs, aufweist.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile (16, 18, 20, 22) des Knotenelements (10) ein oder mehrere Aufnahmen, Anschraubstellen und/oder Befestigungsstellen für etwaige Anbauteile (40) aufweist.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück (18) auf der Unterseite eine Aufnahme (36) für eine Anbindungsstelle (38) des Strangpressprofils (16) aufweist, die mit der Anbindungsstelle (32) zur Anbindung an die Karosserie eines Fahrzeugs fluchtet.
Knotenelement (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussstück (18) eine Aufnahme bzw. Ausnehmung für einen Längsträger oder dergleichen aufweist, wobei die Aufnahme bzw. Ausnehmung vorzugsweise eine Tragfläche aufweist, die von zwei Verstärkungswänden begrenzt ist.