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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung für eine Kraftfahrzeugkarosserie gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbindungsanordnung und auch ein Verfahren zum Lösen bzw. Trennen einer solchen Verbindungsanordnung.
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Aus dem Stand der Technik sind Karosseriestrukturen für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, bekannt, die ganz oder teilweise aus einzelnen vorgefertigten Profilbauteilen gebildet sind, welche an sogenannten Knotenstellen mittels Knotenelementen (zumeist Gussknoten) gefügt bzw. miteinander verbunden sind. Solche Karosseriestrukturen werden auch als Space-Frame bezeichnet. Zum Stand der Technik wird auf die Patentschriften
DE 10 2009 029 657 A1 ,
DE 197 21 478 A1 ,
US 5 209 541 A und
WO 98/46471 A1 hingewiesen.
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Die
WO 01/ 34 453 A1 offenbart eine Innenverstärkung eines Hohlprofilbauteil.
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Für gewöhnlich sind die Profilbauteile und die Gussknoten unlösbar verbunden bzw. gefügt, was u. a. für die Instandsetzung (Unfallreparatur) und das Recycling ungünstig ist. Ferner bestehen mitunter erhebliche Restriktionen bei der Materialkombination und dem Fügezeitpunkt während der Kraftfahrzeugherstellung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine neuartige Verbindung zwischen einem Profilbauteil und einem Knotenelement aufzuzeigen, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder nur vermindert aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit nebengeordneten Patentansprüchen erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung und auf ein Verfahren zum Lösen bzw. Trennen einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung für eine Kraftfahrzeugkarosserie umfasst ein Profilbauteil und ein mit wenigstens einer Aufnahmeöffnung bzw. Buchse ausgebildetes Knotenelement, wobei das Profilbauteil an einem seiner Profilenden in die Aufnahmeöffnung eingesteckt bzw. eingeschoben ist. Die Aufnahmeöffnung ist mit zwei, drei oder mehr als drei hinterschnittigen Taschen bzw. hinterschnittigen Vertiefungen ausgebildet und das Profilbauteil weist an seinem eingesteckten Profilende zwei, drei oder wenigstens drei Federzungen bzw. Federlaschen auf, die komplementär zu den Taschen angeordnet sind und die in diese Taschen eingreifen. Ferner ist vorgesehen, dass die in die Taschen eingreifenden Federzungen mittels Schaummaterial fixiert ist.
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Das Profilbauteil kann ein Hohlprofil oder ein zumindest an seinem eingesteckten Profilende hohl ausgebildetes Profilbauteil sein. Das Profilbauteil ist bspw. ein Strangpress- oder Pultrusionsprofil, ein gefaltetes oder tiefgezogenes Blechbauteil oder dergleichen. Das hohle Profilende kann mit einem Schaummaterial ausgefüllt und insbesondere mit einem Schaummaterial ausgespritzt sein, welches die zwei, drei oder wenigstens drei Federzungen fixiert, d. h. daran hindert, aus den Taschen herauszufedern. Gleichwohl kann die Verbindung wieder gelöst werden, wie nachfolgend noch näher erläutert.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung ist sehr stabil, kann einfach und schnell hergestellt und auch wieder gelöst werden. Durch die schnelle und einfache Herstellbarkeit ergeben sich Flexibilisierungspotentiale bei der Kraftfahrzeugherstellung. Ferner bestehen im Wesentlichen keine Einschränkungen bei der Materialkombination, d. h., ein Karosseriemischbau (einschließlich faserverstärkter Kunststoffe und Magnesium) wird ermöglicht. Durch das Schaummaterial werden auch die Steifigkeits-, Dämmungs- und Dämpfungseigenschaften verbessert. Das Schaummaterial bewirkt oder verbessert zudem einen Korrosionsschutz.
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Die zwei, drei oder wenigstens drei Federzungen können als separates Bauteil ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Federzungen einstückig (integral) mit dem Profilbauteil ausgebildet.
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Das Knotenelement ist bevorzugt ein Gussbauteil, bspw. ein Aluminium- oder Magnesiumdruckgussbauteil, oder ein FVK-Bauteil, bspw. ein SMC-Bauteil. Das Knotenelement weist bevorzugt mehrere Aufnahmeöffnungen (typischerweise wenigstens drei) auf, wobei diese Aufnahmeöffnungen und die darin eingesteckten Profilbauteile ebenfalls erfindungsgemäß ausgebildet sein können.
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Das Knotenelement kann eine in die Aufnahmeöffnung mündende Bohrung oder dergleichen aufweisen, durch die hindurch das Schaummaterial eingebracht werden kann. Das Knotenelement kann mehrere Aufnahmeöffnungen mit darin einmündenden Bohrungen zum Einbringen des Schaummaterials aufweisen, wobei die Bohrungen ein Kanalsystem bilden können (ähnlich einem Angussystem).
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Die Aufnahmeöffnung weist zwei Taschen nach Patentanspruch 1 auf, die bevorzugt sich gegenüberliegend (z. B. um 180° versetzt) an der Innenumfangsfläche angeordnet sein können. Die Aufnahmeöffnung weist aber auch drei Taschen nach Patentanspruch 1 auf, die gleichmäßig (z. B. um 120° versetzt) an der Innenumfangsfläche angeordnet sein können. Das Profilende ist dementsprechend mit wenigstens zwei oder wenigstens drei Federzungen ausgebildet, die komplementär zu den Taschen angeordnet sind. Prinzipiell können, sofern der vorhandene Platz dies ermöglicht, auch mehr als drei Taschen vorgesehen sein.
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An der Stirnseite des eingesteckten Profilendes kann wenigstens ein Federelement angeordnet sein, mit dem sich das Profilende am Boden der Aufnahmeöffnung abstützt. Dieses Federelement dient u. a. dem Toleranzausgleich und stabilisiert die Verbindung zwischen Profilbauteil und Knotenelement. Das Federelement kann ein separates Bauteil sein. Das Federelement kann auch einstückig (integral) mit dem Profilbauteil ausgebildet sein.
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Das Knotenelement kann aus wenigstens zwei lösbar miteinander verbundenen Knotenelementteilen bzw. -hälften gebildet sein, insbesondere derart, dass die Trennlinie durch die Aufnahmeöffnung verläuft. Die Knotenelementhälften sind bspw. miteinander verschraubt. Das Knotenelement kann somit zum Lösen der Verbindungsanordnung zerlegt werden, so dass das Profilende entnommen werden kann, nachdem gegebenenfalls zuvor noch das Schaummaterial entfernt wurde. Eine weitere Möglichkeit zum Herauslösen des Profilbauteils ist unten beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen des Knotenelements und des Profilbauteils;
- - Einstecken bzw. Einschieben des betreffenden Profilbauteilendes in die betreffende Aufnahmeöffnung des Knotenelements, wobei die Federzungen elastisch einfedern und schließlich in die Taschen der Aufnahmeöffnung ausfedern bzw. zurückfedern und dadurch einrasten;
- - Ausschäumen des Verbindungsbereichs, insbesondere Ausschäumen des hohlen Profilendes (s. o.), wodurch die Federzungen fixiert werden.
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Zum Ausschäumen wird insbesondere ein Kunststoffschaum, z. B. ein PU-Schaum, verwendet. Das schäumfähige Ausgangsmaterial kann vor dem Einstecken des Profilbauteilendes in die Aufnahmeöffnung und/oder das hohle Profilbauteilende eingebracht werden oder nach dem Einstecken durch die oben beschriebene Bohrung (bzw. das Kanalsystem, wozu gegebenenfalls erst alle Profilbauteile eingesteckt werden) zugeführt werden. Der Schäumvorgang kann durch zeitversetzte chemische und/oder physikalische Reaktion automatisch ausgelöst oder erst durch thermische Aktivierung (oder dergleichen), bspw. bei einem KTL-Prozess, ausgelöst werden. Das Aufschäumen bzw. Aufquellen kann ferner dazu genutzt werden, die Federzungen tiefer in die Taschen hineinzudrücken. Das verwendete Schaummaterial kann ferner klebende bzw. verklebende Eigenschaften haben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Lösen bzw. Trennen einer erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen der Verbindungsanordnung;
- - mechanische Zersetzung des Schaummaterials (bspw. mittels Stoßwellen), energetische Zersetzung des Schaummaterials (bspw. durch Erwärmung) und/oder chemische Zersetzung bzw. Auflösung des Schaummaterials (bspw. durch Einbringen eines chemischen Lösungsmittels durch die Bohrung), wodurch die Fixierung bzw. Arretierung der Federzungen aufgehoben wird;
- - Lösen der Verbindung durch Herausziehen des Profilbauteils, wobei die Federzungen wieder elastisch einfedern und sich aus den Taschen herauslösen können.
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Grundsätzlich ist danach sogar ein erneutes Verbinden möglich, wozu gegebenenfalls erst noch das Schaummaterial bzw. Reste davon entfernt werden müssen.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen können die in der einzigen Figur der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 zeigt in einer schematischen und nicht maßstabsgerechten Schnittansicht eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung.
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Die Verbindungsanordnung 10 umfasst ein nur ausschnittsweise dargestelltes Knotenelement 20, das wenigstens eine Aufnahmeöffnung 21 aufweist, in der das Profilende 31 eines Profilbauteils 30 (z. B. eine A- oder B-Säule einer Kraftfahrzeugkarosserie) eingesteckt ist. Die Aufnahmeöffnung 21 weist an ihrer Innenumfangsfläche zwei hinterschnittige und sich gegenüberliegende Taschen bzw. Aussparungen 22 auf. Das Profilende 31 ist mit elastisch verformbaren Clips- bzw. Rastelementen in Gestalt von Federzungen bzw. Federbügeln 32 ausgebildet, die in die Taschen 22 eingreifen, wodurch das Profilbauteil 30 gegen ein Ausziehen gesichert ist.
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Das Profilende 31 ist ferner über ein Federelement 33 am Boden der Aufnahmeöffnung 21 abgestützt.
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Der Hohlraum im Inneren der Verbindungsanordnung 10 ist mit einem Schaummaterial 40 ausgefüllt, insbesondere ausgespritzt. Das Schaummaterial 40 bewirkt, dass die Federzungen 32 in den Taschen 22 fixiert sind und verhindert, dass sich die Federzungen 32 bewegen können. Das Schaummaterial 40 verhindert ferner ein Verformen (Ausbeulen oder Ausknicken) der Federzungen 32 infolge hoher Auszugkräfte entgegen der Einsteckrichtung. Auch das Federelement 33 ist durch das Schaummaterial 40 fixiert. Durch das Schaummaterial 40 wird quasi der gezeigte Zustand eingefroren.
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Zur Herstellung der Verbindungsanordnung 10 wird das Profilende 31 des Profilbauteils 30, das insbesondere ein geschlossenwandiges Hohlprofilbauteil ist, in die Aufnahmeöffnung 21 eingeschoben, wobei die Federzungen 32 elastisch einwärts ausgelenkt werden und dann in die Taschen 22 zurückfedern bzw. einrasten können. Durch das Federelement 33 werden die Federzungen 32 spielfrei in Anlage gebracht, wodurch die mechanische Verbindung stabilisiert wird. Anschließend wird der Hohl- bzw. Innenraum durch die Bohrung 23 hindurch ausgeschäumt. (Das schäumfähige Ausgangsmaterial wird durch die Bohrung 23 injiziert.) Als Schaummaterial 40 wird bspw. ein zweikomponentiger PU-Schaum verwendet. Ein optionales Verschlusselement 50 im Profilbauteil 30 kann die Entstehung eines optimalen Schäumungsdrucks begünstigen und das Wegfließen verhindern.
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Erst nach der Zersetzung oder Auflösung des Schaummaterials 40 (wie oben beschrieben) können sich die Federzungen 32 wieder aus den Taschen 22 herauslösen, so dass das Profilbauteil 30 aus dem Knotenelement 20 herausgezogen werden kann. Die Federzungen 22 und/oder die Taschen 32 sind so geformt, dass das Herausziehen ermöglicht wird. Die Verbindungsanordnung 10 kann demnach wieder gelöst bzw. demontiert werden.
