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Die Erfindung betrifft einen Karosserieträger einer Fahrzeugkarosserie, insbesondere eine B-Säule, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Im Karosserierohbau werden beim Zusammenbau der Flansche der Bleche üblicherweise thermische Fügeverfahren, wie Widerstandspunktschweißen, diese häufig in Kombination mit Klebverfahren, oder Laserschweißen eingesetzt. Durch den zunehmenden Einsatz von hochfesten und höchstfesten Stählen für Verstärkungsbauteile in beispielsweise A-Säule und B-Säule mit zum Teil hohen Blechdicken wird jedoch eine Verbindung mit der erheblich dünneren Außenwand schwierig. Ähnlich schwierig gestaltet sich das Verschweißen bei Mischbauweisen, wie beispielsweise Stahl/ Leichtmetallbasislegierung. Häufig lassen Blechdickenverhältnisse und Unterschiede in den Widerstandswerten der eingesetzten Materialien überhaupt keine qualitativ gute Verschweißung mittels Widerstandspunktschweißen zu, so dass häufig das apparativ wesentlich aufwendigere und schwierigere Laserschweißen zum Einsatz kommen muss. Ferner tritt bei der Verschweißung von Blechen insbesondere bei für den Karosseriebau eingesetzten warmumgeformten Stählen eine lokale Materialschwächung im aufgeschmolzenen Bereich und/oder der Wärmeeinflusszone der Schweißung auf. Dieses kann negative Effekte beim Bauteilverhalten, zum Beispiel ein plötzliches Versagen durch Einreißen bei extremen Belastungen, wie bei einem Unfall, verursachen.
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Aufgabe der Erfindung ist, einen gattungsgemäßen Karosserieträger bereitzustellen, dessen Flansche unaufwendiger und Werkstoff schonender verbunden sind.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die gestellte Aufgabe wird bereits dadurch gelöst, dass ein Blechflansch den anderen Blechflansch zumindest abschnittsweise formschlüssig umgreift, insbesondere durch eine Bördelung oder Falzung.
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Durch das formschlüssige Umgreifen wird eine thermische Belastung der Flansche vermieden. Ferner kann mit dem Umgriff des Außenblechflansches vorteilhaft eine strukturelle Versteifung an dieser Stelle geschaffen werden. Vorteilhaft können auch problemlos Bleche unterschiedlicher Blechstärken miteinander verbunden werden, die, konstruktiv, beim Außenblech und Verstärkungsblech und/oder, Werkstoff bedingt, bei Verwendung von Blechen aus Leichtmetallbasislegierungen, wie Aluminium- oder Magnesium-Basislegierungen, auftreten können. Zudem wird mit dem Umgreifen vermieden, dass im Flanschbereich die oft scharfkantigen Beschnittkanten an den Rändern der Bleche bzw. der Blechflansche freiliegen, sondern dass diese von dem nach Außen hin rundem Umschlag geschützt verdeckt werden können. Damit kann eine Verletzungsgefahr insbesondere bei Montagearbeiten im Türeinstiegsbereich des Fahrzeuges vermieden werden. Ferner kann ein eventueller vorgesehener Keder oder Dichtung leichter und, wegen Verdeckens bzw. Umbiegens der scharfkantigen randseitigen Enden der Flansche, ohne Verletzungsgefahr auf die verbundenen Flansche aufgezogen werden. Schließlich ist das Verfahren des formschlüssigen Umgreifens auch unaufwendig und kostengünstig.
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Das formschlüssige Umgreifen als Verbindungsverfahren ist zudem besonderes geeignet für die Mischbauweisen im Karosseriebau, wie Stahl/Aluminium, Stahl/Magnesium, Stahl/Faserverbund und Aluminium/Faserverbund. Selbst bei einer Mischbauweise mit einem Blech mit einer Kohlenstofffaser oder Glasfaser verstärkten Struktur als Verstärkungsblech oder als Außenblech kann ein derartiges Blech mittels Umgreifens eines kaltverformbaren Außenbleches bzw. Verstärkungsbleches formschlüssig mit demselben verbunden werden.
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Das formschlüssige Umgreifen kann beispielsweise durch Rollfalzen erfolgen, indem die Flansche miteinander verrollt werden. Es kann auch als Umschlag in Form einer Dopplung der Dicke des Flansches erfolgen, wobei in dem Umschlag des Flansches des einen Bleches der des anderen Bleches aufgenommen ist. Dies kann auch als Bördelung oder Umbördelung bezeichnet werden. Mit dem Umgreifen kann ein Flansch zumindest abschnittsweise um den anderen oder, im Falle einer Verbindung von mehr als zwei Flanschen, beispielsweise um die übrigen Flansche so umgebogen werden und damit diesen bzw. diese seitlich so umgreifen, dass er formschlüssig beidseitig an dem umgriffenen bzw. oberseitig und unterseitig an einem Stapel an den umgriffenen Flanschen anliegt.
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Indem ein Blech mittels Bördelung oder Falzung mit dem anderen Blech verbunden ist, kann eine notwendige Flanschlänge im Vergleich zu der zum Widerstandspunktschweißen notwendigen Flanschlänge deutlich reduziert werden, wodurch beispielsweise ein jeweils zugeordneter Türeinstiegsbereich konstruktiv größer ausgelegt werden kann.
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In einer alternativen Ausführungsform des Karosserieträgers kann der Innenblechflansch den Außenblechflansch formschlüssig umgreifen. Dies kann notwendig sein, wenn z. B. der Außenblechflansch sich nicht zum Bördeln eignet.
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Vorteilhaft zur Schwingungs- und/oder Geräuschsdämpfung kann innenseitig zwischen Außenblechflansch und den anderen Flanschen ein plastischer Werkstoff vorgesehen sein.
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Zusätzlich zum formschlüssigen Umgreifen können Außenblechflansch und Verstärkungsblechflansch zumindest abschnittsweise miteinander verklebt sein. Hierdurch kann die Steifigkeit, insbesondere die Verwindungssteifigkeit, der Verbindung, weiter erhöht werden. Ferner kann eine verbesserte Geräuschdämpfung erzielt werden. Der Klebstoff kann vor dem Umbiegen des einen Flansches innenseitig zumindest abschnittsweise auf denselben auftragen werden. Mit dem Umbiegen dieses Flansches kann der Klebstoff fest gegen den anderen Flansch gepresst werden. Damit können mit dem Verkleben eventuell auftretende Zwischenräume zwischen den Flanschen im Bereich der Umbördelung bzw. des Umschlags gefüllt werden. Somit kann der ausgehärtete Kleber als elastischer Werkstoff zwischen den Blechen zur Schwingungs- und/oder Geräuschsdämpfung beitragen. Vorteilhaft wegen einer besseren Füllung der Zwischenräume kann der Klebwerkstoff ein Strukturkleber, insbesondere ein gefüllter Strukturkleber sein. Dies erhöht die Gesamtsteifigkeit und Festigkeit des Karosserieträgers weiter. Der Klebewerkstoff kann flüssig, pastös oder als vorgefertigte Klebebahn aufgetragen werden.
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In einer vorteilhaften Ausbildung des Karosserieträgers kann dieser ein Innenblech mit zumindest einem Flansch zur Verbindung mit zumindest einem anderen der Bleche aufweisen.
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Vorzugsweise kann die Verbindung, insbesondere die formschlüssige Verbindung mittels Umgreifens, abschnittsweise erfolgen. Der Innenblechflansch kann beispielsweise zumindest abschnittsweise gegenüber den beiden anderen Flanschen nach innen versetzt angeordnet sein. Hierbei kann der Innenblechflansch in den Bereichen, in denen er gegenüber den beiden anderen Flanschen nach Innen versetzt angeordnet ist, insbesondere mittels Laserschweißen mit dem Verstärkungsblech verbunden sein. Verstärkungsblech und Innenblechflansch können, im Gegensatz zu dem in der Regel dünneren Außenblech, ähnliche Wandstärken aufweisen, so dass eine Verbindung von Verstärkungsblech und Innenblechflansch mittels Schweißens gut herstellbar ist. Der Außenblechflansch kann hierbei, wie oben beschrieben, den Verstärkungsblechflansch seitlich formschlüssig umgreifen. Diese Verbindungskombination mit formschlüssigem Umgreifen des Außenblechflansches um den Verstärkungsblechflansch und mit Verschweißen von Verstärkungsblechflansch und Innenblechflansch ist besonders bei größeren Blechstärken von Verstärkungsblech und Innenblech von Vorteil.
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In einer anderen Ausführungsform kann der Verstärkungsblechflansch zumindest abschnittsweise gegenüber den beiden anderen Flanschen nach Innen versetzt angeordnet sein. Hierbei kann der Verstärkungsblechflansch in den Bereichen, in denen er gegenüber den beiden anderen Flanschen nach Innen versetzt angeordnet ist, insbesondere mittels Laserschweißen mit dem Innenblechflansch verbunden sein. Der Innenblechflansch kann den Verstärkungsblechflansch überlappen und flächig innenseitig an dem Außenblechflansch anliegen, der ihn seinerseits mittels Umbiegens formschlüssig umschließt.
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In einer bevorzugten Ausbildungsform des Karosserieträgers kann der Außenblechflansch den Verstärkungsblechflansch und/oder den Innenblechflansch zumindest abschnittsweise insbesondere mittels Umbördelns formschlüssig umgreifen. In der Ausbildung des Karosserieträgers, in der der Außenblechflansch den Innenblechflansch zumindest abschnittsweise formschlüssig umgreift, kann der Verstärkungsblechflansch gegenüber den beiden anderen Flanschen zumindest in den Abschnitten der Umbördelung des Außenblechflansches um den Innenblechflansch gegenüber den anderen Flanschen nach Innen versetzt angeordnet sein.
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In einer anderen Ausführungsform des Karosserieträgers kann der Innenblechflansch abschnittsweise ausgespart sein und an nicht ausgesparten Bereichen mit dem Verstärkungsblechflansch verbunden sein. Hierbei können Innenblechflansch und Verstärkungsblechflansch miteinander verklebt sein.
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Bei einer bevorzugten Ausbildung des Karosserieträgers können Außenblechflansch und Innenblechflansch zumindest abschnittsweise abwechselnd ausgespart sein. Hierbei können, mechanisch günstig, Außenblechflansch und Innenblechflansch vorzugsweise jeweils in ihren nicht ausgesparten Bereichen den Verstärkungsblechflansch abwechselnd formschlüssig umgreifen.
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Der Außenblechflansch kann den Verstärkungsblechflansch und/oder den Innenblechflansch zumindest abschnittsweise formschlüssig umgreifen, insbesondere umbördeln. Hierbei ist vorgesehen, dass der Verstärkungsblechflansch und der Innenblechflansch flächig aneinander liegend angeordnet sind. Diese Ausführungsform des Karosserieträgers ist vorteilhaft, da hierdurch auf einfache Weise alle drei Flansche in einem Schritt miteinander verbunden werden können. Sie ist besonders bei Flanschen günstig einsetzbar, die eine geringere Gesamtdicke aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsformen des Karosserieträgers näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Innenseitenansicht eines hier als B-Säule ausgebildeten Karosserieträgers,
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2 eine Ausschnittsvergrößerung gemäß dem in 1 eingezeichneten Ausschnitt X mit seitlich mittels Umbördeln verbundenen Flanschen;
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3a und 3b jeweils eine Teilquerschnittsansicht des ungefalzten und des fertig gefalzten Flansches gemäß des Schnittverlaufs A-A in 2;
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4a bis 4d jeweils eine Teilquerschnittsansicht gemäß dem Schnittverlauf A-A in 2 mit alternativen Ausführungsvarianten zum Umbördeln der Flansche;
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5a und 5b jeweils eine Teilquerschnittsansicht gemäß dem Schnittverlauf A-A in 2 das Verbinden der Flansche, alternativ zu den zwei Verfahrensschritten gemäß 3;
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6 eine Ausschnittsvergrößerung gemäß dem in 1 eingezeichneten Ausschnitt X, hier mit unterschiedlichen Verbindungsbereichen;
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7a und 7b jeweils eine Teilquerschnittsansicht gemäß dem Schnittverlauf B-B bzw. Schnittverlauf C-C in 6;
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8 eine Teilquerschnittsansicht zu einer alternativen Flanschverbindung gemäß dem Querschnittsverlauf B-B gemäß 6;
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9 eine Seitenansicht einer Seitenwand mit ausgebildeten Karosserieträgern in den Türeinstiegsbereichen; und
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10a bis 10d die Schnitte durch die Karosserieträger aus 9.
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In den 1 bis 8 wird in unterschiedlichen Ansichten, Teilquerschnittsansichten und Ausschnitten ein hier als B-Säule 1 ausgebildeter Karosserieträger 2 gezeigt. Wie insbesondere den Teilquerschnittsansichten gemäß den 3, 4, 5 und 7 entnehmbar, weist der Karosserieträger 2 ein Außenblech 3, ein Innenblech 4 und ein zwischen Außenblech 3 und Innenblech 4 angeordnetes Verstärkungsblech 5 auf, wobei die Bleche 3 bis 5 randseitig über jeweilige Flansche 6–8, einen Außenblechflansch 6 des Außenblechs 3, einen Innenblechflansch 8 des Innenblechs 4 und einen Verstärkungsflansch 7 des Verstärkungsblechs 5, aneinander anliegend miteinander verbunden sind, indem z. B. der Außenblechflansch 6 zumindest den Verstärkungsflansch 7 formschlüssig umgreift.
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In 3a und 3b, jeweils eine Teilquerschnittsansicht gemäß dem Schnittverlauf A-A in 2, wird der Vorgang des Umgreifens, insbesondere Umbördelns, in zwei Verfahrensschritten verdeutlicht, wobei 3a den zum Bördeln vorbereiteten Außenblechflansch 6 zeigt, der endseitig abgewinkelt ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Außenblechflansch 6 soweit um die aneinander anliegenden Flansche 7 und 8 gebördelt bzw. umgebogen, bis der Außenblechflansch 6 unterseitig am Innenblechflansch 8 anliegt und somit die beiden anderen Flansche 7 und 8 formschlüssig umgreift.
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In den 4a bis 4c wird jeweils eine Ausführungsvariante anhand einer Teilquerschnittsansicht entsprechend demselben Schnittverlauf A-A gemäß 2 skizziert. Wie in 4a gezeigt, ist hier der Innenblechflansch 8 gegenüber den anderen Flanschen 6, 7 hier mittels vorherigen Zurückschneidens randseitig zurück versetzt angeordnet, wobei der Außenblechflansch 6 allein den Verstärkungsblechflansch 7 formschlüssig umgreift. Ferner sind Innenblechflansch 8 und Verstärkungsblechflansch 7 in 4a mittels Schweißungen 9 miteinander verbunden.
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In 4b ist der Verstärkungsblechflansch 7 gegenüber den anderen Flanschen 6, 8 hier mittels vorherigen Zurückschneidens randseitig zurück versetzt angeordnet, so dass der Außenblechflansch 6 allein den Innenblechflansch 8 formschlüssig umgreift. Hier sind, wie in 4a, Innenblechflansch 8 und Verstärkungsblechflansch 7 ebenfalls durch Schweißungen 9 verbunden.
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In 4c sind Außenblechflansch 6 und Verstärkungsblechflansch 7 durch den Innenblechflansch 8 umgriffen. Bei dieser Variante wird der Innenblechflansch 8 nach außen umgebördelt; die Bördelrichtung ändert sich gegenüber den bisher gezeigten Varianten.
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4d zeigt die Umbördelung eines Verstärkungsblechflansches 7 durch den Außenblechflansch 6, wobei der Verstärkungsblechflansch 7 Teil eines Trägerprofils 22 ist, welches z. B. durch Hydroforming, durch Spritzgießen oder als Faserverbundbauteil entstanden ist. Verstärkungsblech 4 und Innenblech 5 sind dann integral als Teil des Trägerprofils 22 ausgeführt. Vorteilhaft ist hier die Kombination verschiedener Materialien der Blechteile möglich. Das Trägerprofil 22 kann aus einem gegossenen Aluminiumwerkstoff bestehen, während das Außenblech 3 aus Stahl besteht.
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Gemäß den 5a und 5b wird eine weitere Verfahrensvariante ähnlich der in den 3a und 3b gezeigten Verfahrensvariante zum Verbinden der Flansche 6–8 gezeigt, wobei hier die Flansche 6–8 zusätzlich miteinander verklebt werden. Hierzu wird vor dem vollständigen Umbiegen gemäß 5b innenseitig auf den Außenblechflansch 5 Klebstoff 10 aufgetragen, der sich verklebend mit Umbiegen des Außenblechflanschs 5 hier oberseitig an dem Verstärkungsblechflansch 7 und unterseitig an dem Innenblechflansch 8 verteilt. Der Klebstoff 10 ist hier als Strukturkleber ausgebildet, welcher auch zum Auffüllen von Zwischenräumen 11 eingesetzt ist, wie in 5b verdeutlicht.
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In 6 ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des hier als B-Säule 1 ausgebildeten Karosserieträgers 2 gezeigt, indem hier quer zu den Flanschen zwei verschiedene Verbindungsbereiche, ein erster Verbindungsbereich 12.1 und ein zweiter Verbindungsbereich 12.2, vorgesehen sind, die bezüglich einer Längserstreckung l der B-Säule 1 alternierend zueinander angeordnet sind. In dem ersten Verbindungsbereich 12.1 sind Verstärkungsblechflansch 7 und der Innenblechflansch 8 miteinander mittels Widerstandsschweißens verschweißt, welches der 7a, einer Schnittdarstellung gemäß dem Schnittverlauf B-B mit dem einskizzierten Schweißbereich 9 verdeutlicht wird. Wie in der Schnittdarstellung in 7b gemäß dem Schnittverlauf C-C ersichtlich, ist der Innenblechflansch 8 in dem zweiten Verbindungsbereich 12.2 gegenüber den anderen Flanschen 6, 7 seitlich zurück versetzt angeordnet, d.h. in dem zweiten Verbindungsbereich 12.2 ausgespart. Der Außenblechflansch 5 umgreift in dem zweiten Verbindungsbereich 12.2 den Verstärkungsblechflansch 7 formschlüssig, während der der Innenblechflansch 8 lose bleibend innenseitig an dem Verstärkungsblechflansch 7 anliegt. Dies ist wegen der Verbindung des Innenblechflanschs 8 mit dem Verstärkungsblechflansch 7 in dem ersten Verbindungsbereich 12.1 möglich. Damit sind in einer alternierenden Folge Innenblechflansch 8 mit dem Verstärkungsblechflansch 7 im ersten Verbindungsbereich 12.1 und Verstärkungsblechflansch 7 und Außenblechflansch 5 im zweiten Verbindungsbereich 12.2 miteinander verbunden. Bei einer vorgesehenen geringen Dimensionierung der Verbindungsbereiche 12.1, 12.2 wird eine rasche Abfolge dieser unterschiedlichen Verbindungen in Längsersteckung l der B-Säule 1 zwischen den Flanschen 6–8 erzielt, welches eine gute Verbindung der Flansche 6–8 insgesamt ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform des Karosserieträgers 2 aus 6 zeigt der Schnitt D-D, der in 8 vergrößert dargestellt ist. Im Vergleich zur Ausführungsform des Karosserieträgers 2 gemäß 7a ist der Innenblechflansch 8 im ersten Verbindungsbereich 12.1 gegenüber den beiden anderen Flanschen 6, 7 zurück versetzt angeordnet und mit dem Innenblechflansch 8 verschweißt, und im zweiten Verbindungsbereich 12.2 ausgespart, so dass der Außenblechflansch 6 eine längere Umgreifung aufweist. Damit wird eine durchgehende Umgreifung des Verstärkungsblechflansches 7 durch den Außenblechflansch 6 erzielt bzw. es ergibt sich eine durchgehende Bördelkante. Dies ist sowohl vorteilhaft für die Festigkeit der Verbindung als auch für den Schutz der Kante selbst für Verletzungen und für Korrosion.
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9 zeigt eine Seitenansicht einer Seitenwand 13 mit mehren Karosserieträgern in den Türeinstiegsbereichen 14, in denen jeweils die oben beschriebenen unterschiedlichen Verbindungsmöglichkeiten der Flansche 6 bis 8 vorteilhaft realisiert werden können. Als erfinderische Karosserieträger sind hier ausgeführt die A-Säule 15 im Bereich der Windschutzscheibe, der Dachrahmen 16 im Bereich der hinteren Tür, die B-Säule 17 und der Seitenschweller 18.
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In den 10a bis 10d sind die schematischen Schnitte durch die Karosserieträger aus 9 gezeigt. In allen Fällen sind der Außenblechflansche 6 des einheitlichen Außenblechs 3 um die Verstärkungsblechflansche 7 und der Innenblechflansche 8 gebördelt. Im Unterschied zum Außenblech 3 sind hier die Verstärkungsbleche 4 und die Innenbleche 5 nicht einheitlich, sondern sind in den verschiedenen Karosserieträgern 15 bis 18 jeweils unterschiedliche Bleche.
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10a zeigt den Schnitt A-A durch die A-Säule 15 im Bereich der Windschutzscheibe 19, 10b den Schnitt B-B durch den Dachrahmen 16 mit dem Dachblech 20, 10c den Schnitt C-C durch die B-Säule 17, und 10d den Schnitt D-D durch den Seitenschweller 18 mit dem Bodenblech 21.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- B-Säule
- 2
- Karosserieträger
- 3
- Außenblech
- 4
- Innenblech
- 5
- Verstärkungsblech
- 6
- Außenblechflansch
- 7
- Verstärkungsblechflansch
- 8
- Innenblechflansch
- 9
- Schweißbereich
- 10
- Klebstoff
- 11
- Zwischenraum
- 12.1
- erster Verbindungsbereich
- 12.2
- zweiter Verbindungsbereich
- 13
- Seitenwand
- 14
- Türeinstiegsbereich
- 15
- A-Säule
- 16
- Dachrahmen
- 17
- B-Säule
- 18
- Seitenschweller
- 19
- Windschutzscheibe
- 20
- Dachblech
- 21
- Bodenblech
- l
- Längserstreckung
- f
- Flanschlänge
