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Die Erfindung betrifft einen Profilknoten für eine Fahrzeugkarosserie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Knotenpunkte zur Anbindung verschiedenster Struktur- bzw. Trägerteile einer Karosserie eines Fahrzeugs sind im Fahrzeugbau in vielfältiger Weise bekannt. Beispielsweise ist ein Profilknotenaufbau aus der
DE 196 03 956 A1 bekannt, bei der zwei Hohlprofile, die einen Längsträger und einen Querträger ausbilden, auf zapfenförmige Ansätze des Knotenelementes des Profilknotens formschlüssig aufgeschoben werden und mit diesem kraftschlüssig verbunden werden. Für eine weitere Versteifung des Profilknotens ist eine zusätzliche Klemmleiste vorgeschlagen, die zwischen sich und dem Knotenelement wenigstens eine Wand des anzubindenden Hohlprofils verklemmt. Die Klemmleiste ist mittels einer Durchschraubverbindung mit dem Knotenelement verbunden.
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Darüberhinaus ist aus der
DE 10 2006 041 090 A1 ein Profilknoten mit einem Knotenelement bekannt, bei dem der Profilknoten einerseits mittels einer Steckzapfenverbindung mit Trägerbauteilen verbunden werden kann. Andererseits können auch außenwandseitig am Knotenelement weitere Strukturbauteile angebunden werden.
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Die
DE 10 2006 041 092 A1 betrifft eine Knautschzone einer Karosserie eines Kraftwagens mit einem Knotenelement als Karosseriebauteil, an das ein Längsträger der Knautschzone zur Verbindung mit einem im Bereich einer Stirnwand angeordneten Querträger abgestützt ist. Das Knotenelement weist hier zur Aufprallenergieabsorption über eine größere Knautschlänge der Knautschzone eine Mehrzahl von Hohlkammern auf, die sich quer zur Erstreckungsrichtung des Längsträgers erstrecken.
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Die
DE 10 2008 017 978 A1 zeigt ein Knotenelement zur Anbindung eines Längsträgers einer Vorbaustruktur an eine Stirnwand einer Fahrgastzelle einer Pkw-Karosserie, wobei der Längsträger dort mit einem im Bereich der Stirnwand verlaufenden Querträger stoffschlüssig durch Umgießen mit dem als Gussknoten ausgebildeten Knotenelement verbunden sein soll.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Profilknoten für eine Fahrzeugkarosserie zu schaffen, der neben einer gewünschten Kraftverteilung der in ihn eingeleiteten Kräfte zudem auch eine erhöhte Funktionalität aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
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Gemäß Anspruch 1 ist ein Profilknoten für eine Fahrzeugkarosserie vorgesehen, der ein Knotenelement aufweist, an dem wenigstens ein Längsträger und wenigstens ein Querträger der Fahrzeugkarosserie angebunden ist. Das Knotenelement ist im Bereich einer Stirnwand der Fahrzeugkarosserie angeordnet und umfasst und/oder umgreift den Längsträger in einem vorgegebenen stirnwandseitigen Längsträgerbereich wenigstens bereichsweise formschlüssig mittels einer Knoten-Längsträger-Formschlussverbindung, dergestalt, dass die bei einer Kraftbeaufschlagung, insbesondere bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, auf den Längsträger wirkenden Kräfte über die Knoten-Längsträger-Formschlussverbindung in den an dem Knotenelement angebundenen stirnwandseitigen Querträger eingeleitet und somit verteilt werden. Mit einer derartigen formschlüssigen Anbindung des Knotenelementes an den Längsträger lassen sich in vorteilhafter Weise über den Längsträger eingeleitete Kräfte und Momente auf den Stirnwand-Querträger überleiten bzw. verteilen, was sich insbesondere bei unfallbedingten Kraftbeaufschlagungen vorteilhaft auf das Energieabsorptionsverhalten und den Abbau von Kraftspitzen auswirkt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in das Knotenelement ein Lenksäulen-Verstärkungselement integriert ist, das eine Durchtrittsöffnung aufweist, durch die im montierten Zustand eine Lenksäule hindurchgeführt ist. Vorteilhaft wird somit bei einem derartigen Aufbau das die Formschlussverbindung zum Längsträger herstellende und den Längsträger formschlüssig umgreifende Knotenelement funktionell dahingehend erweitert, dass im Umgriffsbereich gleichzeitig auch ein Durchtrittsbereich für die Lenksäule bzw. das Lenkteleskop vom Fahrzeuginnenraum in den Motorraum in das Knotenelement integriert wird. Dadurch lassen sich der Materialaufwand und auch der Bauteilaufwand vorteilhaft reduzieren.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung hierzu ist vorgesehen, dass das Lenksäulen-Verstärkungselement, bezogen auf den Längsträger, in Fahrzeugquerrichtung gesehen in Richtung zur Fahrzeugmitte hin versetzt angeordnet ist und den Stirnwand-Querträger wenigstens bereichsweise formschlüssig und/oder in einer flächigen Anlageverbindung umgreift sowie mit diesem verbunden ist. Dadurch, dass das Knotenelement auch im Bereich des Lenksäulen-Verstärkungselementes an den Stirnwand-Querträger anschließt und diesen wenigstens bereichsweise formschlüssig umgreift, wird eine besonders stabile und großflächige Anbindung des Stirnwand-Querträgers am Knotenelement möglich, was sich vorteilhaft auf die Krafteinleitung in den Bereich des Stirnwand-Querträgers auswirkt.
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Besonders bevorzugt weist das Knotenelement eine T-Form auf, mit einem im Anbindungsbereich des Stirnwand-Querträgers und des Längsträgers in etwa, bezogen auf die Fahrzeughochachsenrichtung, T-Quersteg und einem davon nach unten abragenden und die Durchtrittsöffnung aufweisenden T-Längssteg. Mit einem derartigen T-förmigen Aufbau wird ein Knotenelement zur Verfügung gestellt, das hinsichtlich seines Materialaufwandes und/oder hinsichtlich seiner Steifigkeit optimiert ist und somit gleichzeitig nicht nur ein übliches knotenförmiges Verbindungselement ausbildet, sondern gleichzeitig auch ein tragendes Strukturteil ausbildet.
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Gemäß einer konkreten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindungsidee ist vorgesehen, dass das Knotenelement ein der Stirnwand zugewandtes freies Längsträgerende wenigstens bereichsweise end- oder stirnseitig formschlüssig umgreift und/oder einfasst, um die Knoten-Längsträger-Formschlussverbindung herzustellen. Das Umgreifen und/oder Einfassen kann dabei auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Besonders bevorzugt ist eine Formschlussverbindung, bei der das Knotenelement, im Querschnitt betrachtet, das stirnseitige Ende des Längsträgers wenigstens bereichsweise überdeckt und in Fahrzeughochachsenrichtung gesehen mit einem oberen Knotenelementbereich auf dem Längsträger aufliegt, insbesondere in einer flächigen Anlageverbindung aufliegt. Insbesondere in Verbindung mit diesem Aufbau ist es vorteilhaft, dass das Knotenelement das stirnseitige Ende des Längsträgers vollständig überdeckt und, in Fahrzeughochachsenrichtung gesehen, den Längsträger mit einem unteren Knotenelementbereich von unten her abstützt und/oder umgreift dergestalt, dass das stirnseitige Ende des Längsträgers somit vom Knotenelement im Querschnitt und in Fahrzeughochachsenrichtung betrachtet U-förmig eingefasst ist. Hierdurch wird dann eine nach oben, nach unten und zum stirnseitigen Ende hin wirkende Formschlussverbindung zwischen dem Knotenelement und dem Längsträger zur Verfügung gestellt, das in einer hervorragenden Weise die Einleitung der Kräfte vom Längsträger über das Knotenelement in den Stirnwand-Querträger gewährleistet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindungsidee ist vorgesehen, dass am oberen Knotenelementbereich ein Wandbereich in etwa vertikal nach oben, in Fahrzeughochachsenrichtung flanschartig abragt. Der Stirnwand-Querträger ist in diesem Zusammenhang bevorzugt in etwa U-förmig ausgebildet und mit seiner U-Basis am vertikalen Wandbereich sowie mit einem U-schenkelendseitigen, abgekanteten Randbereich am das stirnseitige Ende des Längsträgers überdeckenden Knotenelement-Wandabschnitt angebunden, insbesondere mittels einer flächigen Anlageverbindung angebunden. Damit ergibt sich eine besonders vorteilhafte Anbindungsmöglichkeit und Abstützung des Stirnwand-Querträgers am Knotenelement.
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Des Weiteren umfasst der Profilknoten weiter ein Längsträgerverstärkungselement, das bevorzugt großflächig in einer flächigen Anlageverbindung am Knotenelement und/oder am Längsträger angebunden ist. Dieses Längsträgerverstärkungselement ist bevorzugt aus einem hochfesten Stahl, bevorzugt aus einem warmumgeformten Stahlblech ausgebildet und erhöht die Energieabsorptionseigenschaften des erfindungsgemäßen Profilknotens wesentlich. Zudem wird mittels eines derartigen Längsträgerverstärkungselementes, das vom Längsträger weg in Richtung Stirnwand führt, auch die Möglichkeit geschaffen, einen zusätzlichen Lastpfad zum Abbau von Kraftspitzen zur Verfügung zu stellen.
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Das Knotenelement selbst ist bevorzugt durch ein Gußteil, bevorzugt ein Leichtmetall-Gußteil, höchst bevorzugt ein Aluminium-Druckgußteil gebildet, während der Längsträger bevorzugt durch einen Hohlprofilträger aus einem Leichtmetall, insbesondere durch ein Aluminium-Strangpressprofil, gebildet ist.
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Mit einem derartigen Leichtmetall-Knotenelement ergibt sich ein besonders bevorzugter gewichtsgünstiger Aufbau, insbesondere in Verbindung mit einer Karosseriestruktur aus einer Mischbauweise, in der die Werkstoffauswahl so gewählt ist, dass die einzelnen Bauteile optimal auf ihre jeweilige Funktion und Eigenschaft hin ausgelegt werden können. So ermöglicht zum Beispiel der als Aluminium-Strangpressprofil ausgebildete Längsträger einen leichten Aufbau des Längsträgers mit einem hervorragenden Beulverhalten, was sich vorteilhaft auf den Profilknoten insgesamt auswirkt.
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Der Stirnwand-Querträger ist im vorliegenden Fall bevorzugt aus einem hochfesten Stahlwerkstoff, insbesondere aus einem warmumgeformten Stahlwerkstoff, gebildet und ist damit durch seine extrem hohe Festigkeit optimal als Lastverteiler von eingeleiteten Kräften geeignet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 schematisch und perspektivisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Profilknotens,
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2 schematisch eine Draufsicht auf den. Profilknoten nach 1, und
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3 schematisch einen Schnitt entlang der Linie A-A der 2.
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In der 1 ist schematisch und perspektivisch eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Profilknotens 1 für eine hier nicht dargestellte Fahrzeugkarosserie gezeigt, der ein Aluminium-Knotenelement 2 aufweist, das bevorzugt ein Aluminium-Druckgußbauteil ist.
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Wie dies insbesondere auch aus den 2 und 3 ersichtlich ist, ist das Aluminium-Knotenelement 2 im Bereich einer einen Stirnwand-Querträger 3 aufweisenden Stirnwand 4, die in der Darstellung der 4 lediglich strichpunktiert dargestellt ist, angeordnet. Dieses Aluminium-Knotenelement 2 umgreift ein freies Längsträgerende eines als Aluminium-Strangpressprofil gestalteten Aluminium-Längsträgers 6 formschlüssig mittels einer, im Querschnitt entlang der Linie A-A betrachtet in etwa U-förmigen Geometrie.
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Wie dies aus der 3 weiter entnommen werden kann, überdeckt dabei das Aluminium-Knotenelement 2 das stirnseitige Ende des freien Längsträgerendes 5 vollständig und liegt, in Fahrzeughochachsenrichtung z gesehen mit einem oberen Knotenelementbereich 7, der quasi einen ersten U-Schenkel ausbildet, in einer flächigen Anlageverbindung auf dem Aluminium-Längsträger 6 auf, wo er mit diesem verbunden ist. Wie dies aus der 3 weiter ersichtlich ist, untergreift das Aluminium-Knotenelement 2 das freie Längsträgerende 5 mit einem zweiten U-Schenkel, der einen unteren Knotenelementbereich 8 ausbildet, so dass das stirnseitige, freie Längsträgerende 5 vom Aluminium-Knotenelement 2, im Schnitt entlang der Linie A-A und in Fahrzeughochachsenrichtung z betrachtet, U-förmig eingefasst ist. Dadurch wird eine durch die Pfeile 9 gekennzeichnete Knoten-Längsträger-Formschlussverbindung ausgebildet, die es ermöglicht, die bei einer zum Beispiel unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Aluminium-Längsträgers 6, der ein hervorragendes Beulverhalten aufweist, auftretenden Kräfte und Momente über das Aluminium-Knotenelement 2 in den Stirnwand-Querträger 3 einzuleiten und dort entsprechend der Kraftpfeile 10, 11 in Fahrzeugquerachsenrichtung y zu verteilen.
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Für eine stabile und hochfeste Anbindung des Stirnwand-Querträgers am Aluminium-Knotenelement 2 weist der obere Knotenelementbereich 7 einen in etwa vertikal nach oben, in Fahrzeughochachsenrichtung flanschartig abragenden Wandbereich 12 auf, an dem der im Querschnitt in etwa U-förmig ausgebildete Stirnwand-Querträger 3 mit seiner U-Basis 13 in einer flächigen Anlageverbindung angebunden ist. Gleichzeitig ist der Stirnwand-Querträger 3 weiter auch noch mit einem abgekanteten, flanschartigen Endbereich 14 eines, bezogen auf die Bildebene der 3, unteren U-Schenkels 15 in einer flächigen Anlageverbindung fest mit dem das stirnseitige, freie Längsträgerende 5 abdeckenden Knotenelementwandbereich verbunden.
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An diesem Knotenelement-Wandbereich, der das freie, stirnseitige Längsträgerende 5 überdeckt bzw. abdeckt, ist ferner noch ein bevorzugt als Hohlprofil ausgebildetes Längsträgerverstärkungselement 16 mittels einer flächigen Anlageverbindung angebunden, das weiter, wie dies aus der 3 und auch aus der 1 ersichtlich ist, auch noch in einer flächigen Anlageverbindung am Aluminium-Längsträger 6 angebunden ist. Dieses Längsträgerverstärkungselement 16 erstreckt sich in Fahrzeuglängsachsenrichtung x betrachtet in Richtung zur hier nicht dargestellten Fahrgastzelle und damit vom Motorraum weg.
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Sowohl das Längsträgerverstärkungselement 16 als auch der Stirnwand-Querträger sind bevorzugt aus einem hochfesten, warmumgeformten Stahlblech gebildet und wirken durch ihre extrem hohe Festigkeit als ideale Lastverteiler in die gewünschten Richtungen.
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Wie dies insbesondere aus der 1 ersichtlich ist, ist in das Aluminium-Knotenelement 2 ferner ein Lenksäulen-Verstärkungselement 17 integriert, das eine Durchtrittsöffnung 18 aufweist, durch die im montierten Zustand eine hier lediglich schematisch gezeigte Lenksäule 19 hindurchgeführt ist.
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Das in das Aluminium-Knotenelement 2 integrierte Lenksäulen-Verstärkungselement 17 ist in Fahrzeugquerrichtung y gesehen in Richtung zur Fahrzeugmitte hin versetzt angeordnet und umgreift den Stirnwand-Querträger 3 formschlüssig und/oder liegt an diesem in einer flächigen Anlageverbindung an, wodurch das Aluminium-Knotenelement 2 eine in etwa T-Form bekommt, mit einem im Anbindungsbereich des Stirnwand-Querträgers 3 und des Aluminium-Längsträgers T-Quersteg 20, an den sich nach unten, zur Durchtrittsöffnung 18 hin ein T-Längssteg 21 anschließt.
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Sämtliche miteinander zu verbindenden Bauteile weisen somit hier vorliegend flächig aneinander anliegende Anbindungsbereiche bzw. Überlappungsbereiche auf, die eine stabile und feste großflächige Anbindung der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile ermöglichen. Die Verbindung der einzelnen Bauteile erfolgt dabei, insbesondere im Hinblick auf die unterschiedlichen Materialien der Bauteile, mittels einer Niet- und/oder Klebeverbindung, zum Beispiel durch Vollstanznieten oder Halbhohlstanznieten. Mittels der Klebeverbindung kann dabei auf einfache Weise eine Dichtigkeit und gleichzeitig eine hohe Festigkeit der Bauteilverbindung sichergestellt werden, und zwar bevorzugt zusätzlich zu einer Nietverbindung. Bauteile aus den gleichen Materialien können grundsätzlich aber auch mittels einer Schweißverbindung miteinander verbunden werden.
