DE10252790B3 - Connection knot for shell elements - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie aus Stahl mit in Schalenbauweise ausgebildeten, miteinander verbundenen Schalenelementen. Die Fahrzeugkarosserie ist dadurch gekennzeichnet, daß von jeweils zwei miteinander verbundenen Schalenelementen das eine Schalenelement (10, 11) an seinem dem anderen Schalenelement (2) zugewandten Rand Überstände (10b, 11a, 11b) aufweist, die durch im anderen Schalenelement (2) ausgebildete Durchstecköffnungen (20a, 21a, 21b) gesteckt sind, wobei auf den Überständen (10b, 11a, 11b) auf beiden Seiten des anderen Schalenelementes (2) jeweils eine Manschette (3a, 3b), bestehend aus einem Hülsenabschnitt (30a, 30b) und einem an dessen einem Ende ausgebildeten Kragen (31a, 31b), sitzt, und wobei der Kragen (31a, 31b) der Manschette (3a, 3b) mit dem die Durchstecköffnung (20a, 21a, 21b) umgebenden Bereich des anderen Schalenelementes (2) und der Hülsenabschnitt (30a, 30b) mit dem Überstand (10b, 11a, 11b) stoffschlüssig verbunden sind.The invention relates to a vehicle body made of steel with shell elements which are formed and connected to one another. The vehicle body is characterized in that one shell element (10, 11) has protrusions (10b, 11a, 11b) on each of its two shell elements (10, 11) on its edge facing the other shell element (2) Push-through openings (20a, 21a, 21b) are inserted, a sleeve (3a, 3b) consisting of a sleeve section (30a, 30b) and a collar (31a, 31b) formed at one end thereof, and the collar (31a, 31b) of the sleeve (3a, 3b) with the region of the other shell element (2) surrounding the push-through opening (20a, 21a, 21b) and the sleeve section (30a, 30b) is integrally connected to the overhang (10b, 11a, 11b).
Description
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie aus einem metallischen Werkstoff, mit in Schalenbauweise ausgebildeten, miteinander verbundenen Schalenelementen, wobei von jeweils zwei miteinander verbundenen Schalenelementen das eine Schalenelement an seinem dem anderen Schalenelement zugewandten Rand Überstände aufweist, die durch im anderen Schalenelement ausgebildete Durchstecköffnungen gesteckt sind. Besonders geeignet ist eine solche Verbindungstechnik für eine Fahrzeugkarosserie aus Stahl mit Schalenelementen für die Bodenplatte und die Seitenwände mit integrierten Seitenschwellern.The The invention relates to a vehicle body made of a metallic Material with shell elements which are formed in a shell construction and are connected to one another, whereby each of two interconnected shell elements the one shell element facing the other shell element Edge has protrusions, through through openings formed in the other shell element are stuck. Such a connection technique is particularly suitable for one Vehicle body made of steel with shell elements for the base plate and the side walls with integrated side skirts.
Bei der Fertigung von Fahrzeugkarosserien auf der Basis von Schalenelementen handelt es um eine seit langem etablierte Technik. Schalenelemente, d.h. anwendungsspezifisch geformte Blechelemente zumeist bestehend aus miteinander verbundener Ober- und Unterschale, erfüllen dabei die Funktion einer umhüllenden Wandung und zugleich die eines tragenden Bauteils. Derartig hergestellte Fahrzeugkarosserien zeichnen sich durch ein geringes Gewicht sowie durch eine im Vergleich zu der auf Profilen basierenden Space-Frame-Bauweise deutlich verringerte Teilezahl aus.at the production of vehicle bodies based on shell elements is a long-established technique. Shell elements, i.e. Sheet metal elements shaped to suit the application mostly exist made of interconnected upper and lower shells the function of an enveloping Wall and at the same time that of a load-bearing component. Vehicle bodies manufactured in this way are characterized by a low weight and by comparison the significantly reduced number of parts based on the profile-based space frame construction out.
Einen Schwachpunkt bei der Schalenbauweise bildet die Verbindung der Schalenelemente untereinander. In herkömmlicher Weise sind zwei Schalenelemente, beispielsweise die Bodenplatte einer Fahrzeugkarosserie und die zugehörige Fahrzeugseitenwand, miteinander über an der Bodenplatte ausgebildete, umgebogene Randbereiche verbunden, die an der Seitenwand anliegen und mit ihr stoffschlüssig, in der Regel durch Schweißen, verbunden sind. Diese Art der Anbindung ist zwar einfach zu realisieren, bietet jedoch eine heutigen Anforderungen nicht mehr entsprechende Steifigkeit, da sie maßgeblich von der Festigkeit der stoffschlüssigen Verbindung abhängt. Darüber hinaus sind eine Vielzahl von zusätzlichen Verstärkungs- und Versteifungsblechen erforderlich, die den Fertigungsaufwand erheblich erhöhen.a The weak point in the shell construction is the connection of the shell elements among themselves. In conventional There are two shell elements, for example the base plate a vehicle body and the associated vehicle side wall, with each other on the Bottom plate formed, bent edge areas connected lie against the side wall and are firmly bonded to it, usually by welding. This type of connection is easy to implement, offers however, stiffness that no longer meets today's requirements, since it is authoritative on the strength of the cohesive Connection depends. About that a variety of additional reinforcement and stiffening sheets required, the manufacturing effort increase significantly.
Aus dem Stand der Technik sind Verbindungsknoten in verschiedenen Ausführungen bekannt.Out The state of the art are connection nodes in different designs known.
So
ist in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2001/0000119
A1 und in der US-Patentschrift
6,092,865 A jeweils ein Fahrzeugtragrahmen in Space-Frame-Bauweise
auf Basis von Hohlprofilen mit Verbindungsknoten beschrieben, bei
welchen die Endbereiche von Quer- bzw. Vertikalträgern zur
Verbindung mit einem Fahrzeuglängsträger durch
entsprechend dimensionierte und miteinander fluchtend angeordnete Öffnungen
in der Seite bzw. Oberseite des Längsträgers durchgesteckt und durch
Schweißen
mit diesem verbunden sind. Im Falle der
In
der Patentschrift
In der US-Patentschrift 2,009,963 schließlich ist ein im wesentlichen zweidimensionaler Fahrzeugrahmen, bestehend aus zwei Längsträgern und verschiedenen Querträgern, beschrieben. Die Querträger sind an ihren Enden kreuzweise eingeschnitten, so daß sie längs ausgerichtete, über den Umfang verteilte Vorsprünge ausbilden, deren Länge die Wandstärke der Längsträger geringfügig übersteigt. Die Verbindungsknoten zwischen Längs- und Querträgern sind derart ausgebildet, daß jeweils ein Querträger mit seinem einen Ende in eine an seinen Umfang angepaßte, auf der Innenseite der Längsträger ausgebildete Öffnung so weit eingesteckt ist, daß die Vorsprünge durch zu der Öffnung fluchtend angeordnete, in die Außenseite der Längsträger eingeformte Schlitze durchgesteckt sind und über die Außenseite geringfügig hinausragen. Der Längsträger und der jeweilige Querträger sind an den überstehenden Vorsprüngen an der Außenseite des Längsträgers und im Bereich der Öffnung an dessen Innenseite miteinander verschweißt.In finally, U.S. Patent 2,009,963 is essentially one two - dimensional vehicle frame, consisting of two side members and different cross beams, described. The cross beams are cut crosswise at their ends so that they are aligned longitudinally over the Scattered projections train their length the wall thickness the side member slightly exceeds. The Connecting node between longitudinal and cross beams are designed such that each a cross member with one end in a shape that fits its size the inside of the longitudinal beam opening so is widely inserted that the projections through to the opening aligned slots formed in the outside of the side members are put through and over the outside protrude slightly. The side member and the respective cross member are on the protruding projections on the outside of the side member and in Area of opening welded together on the inside.
Allen Verbindungsknoten der zitierten Druckschriften ist gemeinsam, daß sie ausschließlich für zwei- und dreidimensionale Fahrzeugtragrahmen aus Hohlprofilen geeignet sind, bei denen ein Hohlprofil mit seiner Stirnseite vollständig in ein anderes eingeschoben bzw. durch dieses durchgeschoben wird. Eine einfache Übertragung der aufgezeigten technischen Lösungen auf Fahrzeugkarosserien in Schalenbauweise ist somit nicht möglich, da diese auf flächigen, d.h. zweidimensional ausgedehnten, Schalenelementen basieren, so daß einfache Einstecklösungen, wie sie im vorgenannten Stand der Technik beschrieben sind, nicht anwendbar sind.all The common feature of the cited publications is that they are used exclusively for two and three-dimensional vehicle support frames made of hollow profiles are in which a hollow profile with its end face completely in another is inserted or pushed through this. An easy transfer of the technical solutions shown on vehicle bodies in shell construction is therefore not possible because these on flat, i.e. two-dimensionally extended, shell elements are based, see above that simple Einstecklösungen, as described in the aforementioned prior art, not are applicable.
Ferner
ist aus der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugkarosserie der eingangs genannten Art mit einer hohen Steifigkeit zu schaffen, die ohne großen fertigungstechnischen Aufwand realisiert werden kann.The The invention is therefore based on the object of a vehicle body of the type mentioned with a high rigidity to create the without big manufacturing outlay can be realized.
Diese Aufgabe wird mit einem Verbindungsknoten der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß auf den Überständen auf beiden Seiten des anderen Schalenelementes jeweils eine Manschette, bestehend aus einem Hülsenabschnitt und einem an dessen einem Ende ausgebildeten Kragen, sitzt, und daß der Kragen der Manschette mit dem die Durchstecköffnung umgebenden Bereich des anderen Schalenelementes und der Hülsenabschnitt mit dem Überstand stoffschlüssig verbunden sind.This Task is done with a connection node of the aforementioned Art solved in that on the supernatants a sleeve consisting of both sides of the other shell element from a sleeve section and a collar formed at one end, and that the collar the cuff with the area of the push-through opening surrounding the other shell element and the sleeve section with the protrusion cohesively are connected.
Der zentrale Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, daß durch das Durchstecken der an dem einen Schalenelement vorgesehenen Überstände durch die im anderen Schalenelement ausgebildeten Durchstecköffnungen die Steifigkeit einer aus derart verbundenen Schalenelementen gebildeten Fahrzeugkarosserie im Vergleich zu einer Fahrzeugkarosserie mit ausschließlich durch Stoffschluß verbundenen Schalenelementen wesentlich größer ist. Hinzu kommt, dass durch die auf den Überständen sitzenden Manschetten gut nutzbare Anbindungszonen für eine stoffschlüssige Verbindung der miteinander verbundenen Schalenelemente verwirklicht sind. Mit der erfindungsgemäßen Verbindungstechnik für Fahrzeugkarosserien in Schalenbauweise, bei der von dem Schalenelement mehrere Überstände durch in der Seitenwand eingeformte Durchstecköffnungen durchgesteckt werden, lassen sich die Vorzüge der Space-Frame-Technologie hinsichtlich der Karosseriesteifigkeit mit den besonderen Vorteilen der Schalenbauweise, nämlich dem geringen Gewicht und der stark reduzierten Teilezahl, in optimaler Weise verbinden, so dass im Ergebnis eine Karosserie erhalten wird, die in allen relevanten Merkmalen Karosserien in herkömmlicher Bauart überlegen ist.The central advantage of this construction is that pushing the projections provided on the one shell element through the through openings formed in the other shell element the rigidity of a shell element formed from such a connection Vehicle body compared to a vehicle body with exclusively connected by material closure Shell elements is much larger. Add to that the cuffs that sit on the protrusions well usable connection zones for a cohesive Connection of the interconnected shell elements realized are. With the connection technology according to the invention for vehicle bodies in shell design, in which several protrusions from the shell element by in molded through openings are inserted into the side wall, the benefits space frame technology in terms of body rigidity with the special advantages of the shell construction, namely the low weight and the greatly reduced number of parts, in optimal Connect the way so that the result is a body, the bodies in all relevant characteristics in conventional Superior design is.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die in dem anderen Schalenelement ausgebildeten Durchstecköffnungen relativ zu den Abmessungen der Überstände des einen Schalenelementes ein Übermaß auf. Hierbei wird berücksichtigt, daß z.B. die Bodenplatte eines Fahrzeuges als groß dimensioniertes Schalenelement vielfach mehrere, teilweise weit auseinander liegende Überstände aufweist, über welche sie an die Fahrzeugseitenwand und ggf. an weitere Schalenelemente über den erfindungsgemäßen Verbindungsknoten angebunden ist, was besonders hohe Anforderungen an eine maßhaltige Fertigung stellt. Im Falle von relativ zu den Abmessungen der Überstände mit Übermaß ausgebildeten Öffnungen in den Seitenschwellern können somit größere Fertigungstoleranzen zugelassen werden.To a preferred embodiment of the Invention have those formed in the other shell element Through openings relative to the dimensions of the supernatants of the an oversize on a shell element. in this connection is taken into account, that e.g. the base plate of a vehicle as a large-sized shell element often has several, sometimes widely spaced projections, over which them to the vehicle side wall and, if necessary, to further shell elements above the connection node according to the invention is connected, which makes particularly high demands on a true to size Manufacturing provides. In the case of oversize openings relative to the dimensions of the protrusions can in the side skirts thus greater manufacturing tolerances be allowed.
Hinsichtlich einer unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten einfachen Realisierbarkeit ist es zweckmäßig, wenn die stoffschlüssige Verbindung als Schweißverbindung ausgebildet ist. Im Falle der Schweißverbindung zwischen Manschette und dem anderen Schalenelement ist es vorteilhaft, wenn diese als Laserschweißnaht ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich ein verbessertes Betriebsfestigkeitsverhalten der Konstruktion sowie eine höhere Steifigkeit. Ist diese Laserschweißnaht zudem als umlaufende Naht ausgebildet, läßt sich eine besonders dichte Verbindung zwischen der Manschette und dem anderen Schalenelement erzielen, wodurch beispielsweise der Durchtritt von Feuchtigkeit an dieser Stelle minimiert wird.Regarding a simple feasibility from a manufacturing point of view it is useful if the cohesive Connection as a welded connection is trained. In the case of a welded joint between the cuffs and the other shell element, it is advantageous if this as laser weld is trained. This results in an improved fatigue behavior the construction as well as a higher Rigidity. Is this laser weld seam also as circumferential Seam can be formed a particularly tight connection between the cuff and the achieve another shell element, for example, the passage of moisture is minimized at this point.
Im Falle der Schweißverbindung zwischen Manschette und dem Überstand des einen Schalenelementes ist die Ausführung mittels Punktschweißens sinnvoll. Dieses Schweißverfahren läßt sich besonders leicht automatisieren und erlaubt zudem die Nutzung bestehender Anlagen, was zur Senkung der Fertigungskosten beiträgt.in the Case of welded joint between the cuff and the supernatant one of the shell elements makes sense by spot welding. This welding process let yourself automate particularly easily and also allows the use of existing ones Equipment, which helps to reduce manufacturing costs.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeugkarosserie umfaßt Schalenelemente, die als Bodenplatte und Seitenwände ausgebildet sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände integrierte Bodenschweller aufweisen, in denen die Durchstecköffnungen vorgesehen sind. Durch diese Lösung läßt sich eine Karosserie mit Verbindungsknoten außerordentlich hoher Steifigkeit realisieren, da hierbei das als Bodenplatte ausgebildete Schalenelement mit seinen Überständen in ein ohnehin besonders versteiftes Karosserieteil eingreift.A another advantageous embodiment of the Vehicle body according to the invention includes shell elements, the as a base plate and side walls are formed, and is characterized in that the side walls integrated Have floor sills in which the push-through openings are provided. With this solution can one Body with connection nodes of extremely high rigidity realize, since the shell element designed as a base plate with its supernatants in an already stiffened body part engages.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigen:in the The following is an embodiment of the invention illustrative drawing explained. In detail show:
Die
zweiteilige Bodenplatte
Der
hintere Teil
In
In
Wie
in
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