DE4335029A1 - Karosserierahmensystem, insbesondere A-Säulen-Verbindungsteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Karosserierahmensystem und insbesondere ein A-Säulen-Verbindungsteil für Kraftfahr­ zeuge, das die Anbindung von Dachrahmen, A-Säule, Scheibenauflage und ggfs. Kotflügelbank sowie Scharnier­ säule ermöglicht.

Ein Karosserierahmensystem der eingangs genannten Art ist aus der US 4,618 163 bekannt. Dort wird ein Dachrahmen 5, eine Scheibenauflage 7, eine A-Säule 3 sowie ggfs. eine Kotflügelbank 15 über ein Knotenteil 11 miteinander ver­ bunden. Die Verbindungsteile werden durch Gießen herge­ stellt und mit stranggepreßten Rahmenteilen in einer Montagevorrichtung in Kontakt gebracht. Die eigentliche Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Schweißen, wozu eine genaue räumliche Fixierung der Teile in der Montagevor­ richtung und eine allseitige Zugänglichkeit an der Ver­ bindungsstelle erforderlich ist.

Als Vorteil des bekannten Verfahrens wird angegeben, daß es durch Verwendung von Aluminiumteilen eine nahezu voll­ ständige Recyclierung des ursprünglich eingesetzten Materials ermögliche. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß durch die Verwendung von sehr unterschiedlich Zusammengesetzten Legierungen, wie z. B. Guß- und Knet­ legierungen eine Recyclierung in wirtschaftlicher Weise nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich ist. Bei­ spielsweise müssen die Teile vor der Recyclierung nach Legierungsklassen sortiert werden. Es ist jedoch auch möglich, eine Mischung verschiedener Legierungen unter Verwendung von komplizierten Filtersystemen zu reinigen und später mit anderen Metallen zu verschneiden, damit daraus brauchbare Sekundärlegierungen hergestellt werden können.

Die vorbezeichneten Karosserierahmensysteme werden hin­ sichtlich ihrer Dehnung und Festigkeit auf verschiedene Crash-Fälle ausgelegt. Für den Frontalaufprall ist es entscheidend, wie die Kräfte aus der Kotflügelbank und das Dachrahmenprofil in das A-Säulenprofil übergeleitet werden.

In dem in der US 4,618,163 gezeigten Ausführungsbeispiel ist an dem Verbindungsteil eine Anschlußmöglichkeit für die Kotflügelbank vorgesehen. Bei einem frontalen Aufprall würde das Profil für die Kotflügelbank deformiert und bei entsprechend hohen Kräften die Schweißnaht am Verbindungs­ teil abreißen. Das als Gußteil konzipierte Verbindungsteil selbst kann die erforderliche Dehnung für die Vernichtung der Stoßenergie nicht leisten, sondern wird voraussicht­ lich als ein verhältnismäßig steifausgebildetes Karosse­ rierahmenteil in seiner Position verschoben, so daß die Verformung nicht als Stauchbewegung sondern als Scherbe­ wegung an das Dachrahmenprofil weitergegeben wird. Auch hierdurch kann es leicht zum Abreißen der Profilteile und damit zu einem Versagen der Sicherheitsfunktion der Fahr­ gastzelle kommen.

Herkömmlicherweise erfolgt die Verbindung zwischen Dach­ rahmen, Scharniersäule und Frontscheibenauflage durch Blechkonstruktionen unter Verwendung von tiefgezogenen Knotenblechen bzw. Integralblechen. Dabei werden Dach­ rahmen, Scharniersäule, Kotflügelbank und Anschlüsse für die Anbindung der Frontscheibenauflage sowie der Arma­ turentafel zu einer Baugruppe integriert. Durch eine spezielle Bearbeitung der Profilenden wird ein flächiger Kontakt herbeigeführt, der durch Schmelzschweißen gefügt werden kann. Die mechanische Bearbeitung an den Enden von Profilen oder Blechen sowie das direkte Fügen ohne ent­ sprechende Knotenelemente ist aufgrund der erforderlichen, komplexen sphärischen Bahnkurven schwierig. Hierzu werden üblicherweise komplizierte Montagehilfen verwendet, die für Kleinserien zu teuer und daher unwirtschaftlich sind. In diesen Fällen müssen vergrößerte Toleranzbereiche und ungleichmäßige Schweißnähte in Kauf genommen werden.

Eine Schwierigkeit bei dem Verbinden herkömmlicher Profile besteht auch darin, daß der Schweißbrenner durch die Aus­ bildung einer sphärischen Schweißnaht von allen Seiten frei an das Profil heranführbar sein muß. Dies bedeutet eine erhebliche Einschränkung in der Gestaltungsbreite der Profilausbildung und ihrer Anbindung. Die schlechte Zu­ gänglichkeit und der schwierige Toleranzausgleich in der Fügezone verursachen neben hohen Fertigungskosten eine qualitativ minderwertige Schweißverbindung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Karosserie­ rahmensystem und insbesondere ein A-Säulen-Knotenteil zu entwickeln, das unter Verwendung von sortenreinen, art­ gleichen leicht recyclierbaren Werkstoffen, die leicht schweißbar sind und deren Montage im Vergleich zu herkömm­ lichen Fertigungsabläufen stark vereinfacht ist, stoff- und formschlüssige Verbindungen zu Dachrahmenprofil, A-Säule, Scheibenauflage und ggfs. Kotflügelbank ermög­ licht, wobei ein den unterschiedlichen Last- und Be­ lastungsfällen angepaßbares Karosserierahmensystem mit einem in Vergleich zu bisherigen Rahmensystemen erhöhten Stoßabsorbtionsverhalten geschaffen werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anbindung von Dachrahmen, A-Säule, Scheibenauflage und Kotflügelbank durch Einstecken in ein entsprechend ausgebildetes Knoten­ profil ermöglicht, wobei nach dem Einstecken das Knoten­ profil an der Verbindungsstelle ringsherum durch Schmelz­ schweißen verbunden wird und die solcher Art gefügte Bau­ gruppe auf einer nur schräg beschnittenen Profilebene mit rechteckförmigen Hohlkammern aufgesetzt wird, dessen Außenkammer durch den Beschnitt eine offene Nut bildet. Ein Toleranzausgleich ist einfach durch Verschieben auf der schrägen Ebene ohne einen erhöhten Luftspalt in der Fügezone zu erreichen. Die bisher schlechte Zugänglichkeit und der schwierige Toleranzausgleich in der Fügezone werden verbessert, so daß neben geringeren Fügekosten auch eine qualitativ hochwertige Schweißverbindung entsteht, die auch ohne Montagehilfen ausgeführt werden kann.

Bei der Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelang es ferner, die Form der Kraftüberleitung aus dem A-Knotenteil in die Nachbarteile so abzuändern, daß die Fügetechnik zu den Anschlußteilen hin vereinfacht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Es hat sich gezeigt, daß sich durch Einstecken des Dach­ rahmenprofils in das Knotenprofil eine stoff- und form­ schlüssige Verbindung herstellen läßt, die bei einem Frontalaufprall die Kräfte vollständig in die Dachrahmen­ konstruktion überleitet. Das Crash-Verhalten ist dadurch verbessert, daß durch die Steckverbindung zwischen Knoten­ profil und Dachrahmenprofil ein Abscheren an der Ver­ bindungsstelle nicht möglich ist. Die Kräfte werden grad­ linig aus der Kotflügelbank über das Knotenprofil in das Dachrahmenprofil übergeleitet, so daß das gesamte Karosserierahmensystem zur Aufnahme der Aufprallkräfte zur Verfügung steht.

Durch die einfache Konstruktion der das erfindungsgemäße Karosserierahmensystem bildenden Einzelprofile sind diese einfach herstellbar und leicht montierbar. Auch nach dem Crash-Fall lassen sich die erforderlichen Reparaturar­ beiten leicht ausführen. Das Bauteil aus Dachrahmen und Anschlußknoten kann dann mit Hilfe einer angepreßten und daher eindeutig positionierten Schweißnahtvorbereitung auf das nur schräg abgeschnittene A-Säulen-Profil aufgesteckt und in eine Stumpfnahtverbindung gefügt werden. Die Mon­ tage des Scheibenauflageprofils kann sehr einfach nach einem geraden Beschnitt erfolgen, wobei eine gut Zugäng­ liche Kehlnaht im Fügebereich gebildet wird.

Der Toleranzausgleich ist, bezogen auf die Fahrzeug-x- und z-Richtung durch Verschieben auf dem schrägen Be­ schnitt des A-Säulen-Profils möglich. Die schräge Anord­ nung der Kehlnaht hat den Vorteil, daß die Fügeverbindung luftspaltfrei gehalten werden kann.

Die sogenannte Kotflügelbank kann durch ein Weiterführen des Dachrahmens gebildet werden. Es ist aber auch möglich - was das Handling der Teile wesentlich erleichtert - durch eine Kammerverlängerung des Knotenprofils die Kot­ flügelbank mit diesem zu integrieren.

Durch die Integration der Kotflügelbank in das Dachrahmen­ profil wird im Crash-Fall ein rein formflüssiger Lastpfad zur Verfügung gestellt. Dies bewirkt ein hohes Dehnungs­ vermögen in der Verbindungszone und ein entsprechendes Sicherheitspotential für die Insassen der Fahrzeugzelle.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Aus­ führungsbeispielen näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 perspektivische Seitenansicht eines erfindungs­ gemäßen Knotenteils für die A-Säule,

Fig. 2 Knotenteil mit verlängerter Kotflügelbank,

Fig. 3 Querschnitt durch den erfindungsgemäßen A-Säulen- Knoten sowie die A-Säule gemäß vorliegender Erfindung.

In Fig. 1 ist der A-Säulen-Knoten 1 bestehend aus dem Zentralknoten 1a und dem Scharnieranschlußteil 1b darge­ stellt. Ein seitlicher Dachrahmen 2 ist in den Knoten­ bereich 1 eingesteckt, wobei im unteren Abschnittsbereich 2a das Dachrahmenprofil um einen Radius R gebogen ist.

Der Frontscheibenträger 3 ist im gebogenen Abschnitt 2a des Dachrahmenprofils 2 aufgesetzt und kann hier durch übliches schmelzschweißen vorzugsweise durch eine Stumpf­ naht mit dem Dachrahmenprofil verbunden werden.

Die A-Säule 4 besteht aus einem offenen Strangpreßprofil, das zum A-Säulenknoten 1 hin eine abgeschrägte Anschluß­ fläche 4a aufweist. Durch diese Anschlußfläche 4a ist es möglich, eine toleranzfreie Fügezone zwischen dem A-Säulenknoten 1 und der A-Säule 4 zu verwirklichen.

In dem gezeigten Beispiel in Fig. 1 ist die A-Säule 4 mit einem weiteren Scharniersäulenprofil 5 verbunden. Dieses Scharniersäulenprofil 5 weist Anschlagflächen für die Scharniere sowie für Dichtungen und Kotflügelseitenteile 5a auf.

In Fig. 2 ist eine Möglichkeit zur Fortführung des A-Säulenknoten 1 in Form einer Kotflügelbank 1c darge­ stellt. Man erkennt auch die als Schweißnähte ausgeführten Fügestellen 6, die einerseits zwischen Knotenteilen 1a, 1b und seitlichem Dachrahmen 2 und andererseits zwischen A-Säulenprofil 4 und Scharniersäule 5 verlaufen.

In Fig. 3 ist der Querschnitt entlang der Linie A von Fig. 2 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Man erkennt im oberen Bereich den Schnitt durch den erfindungsgemäßen A-Säulenknoten, wobei in der oberen Kammer des Säulen­ profils der seitliche Dachrahmen 2 im Querschnitt zu er­ kennen ist.

Im unteren Teil des A-Säulenknotenteils ist eine Schweiß­ nahtvorbereitung 4 zu erkennen, die aus einem nach innen versetzten Nutteil 4a und einem Steg 4b besteht. In der Schweißnahtvorbereitung 4 wird die abgeschrägte Ver­ bindungsfläche des A-Säulenprofils 3 aufgenommen. Der Fügebereich kann mit einer Stumpfnaht leicht verschlossen werden.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß - im Gegensatz zu den bisher verwendeten Knotenblechen, bei denen die tragenden Blechkonstruktionen in Knotenteilen zu einer räumlichen Kontur angeordnet waren - bei der vorliegenden Erfindung lediglich gerade Schweißnähte auf plan liegenden Ebenen erforderlich sind. Sogenannte "Integralbleche" werden nicht mehr benötigt, da das erfindungsgemäße Karosserierahmensystem aus Strangpreßprofilen mit ebenen Schnittachsen hergestellt wird. Die Notwendigkeit von räumlich anzubringenden Schweißnähten ist daher entfallen.

Als Folge der gradlinigen Schnittebenen ist auch der Kraftverlauf im Crash-Fall wesentlich direkter. Während sich bei herkömmlichen Karosseriesystemen im Crash-Fall ein dreidimensionaler Spannungszustand mit hohen Dehnungsspitzen aufbaut, bleibt durch die Verwendung von formschlüssigen Verbindungen und einheitlichen Strangpreß­ profilen bei dem erfindungsgemäßen Karosseriesystem der Spannungszustand im Crash-Fall leichter beherrschbar, wobei die möglichen Dehnungen über größere Strecken und über den gesamten Profilquerschnitt erfolgen.

Claims (7)

1. Karosserierahmensystem, insbesondere A-Säulen-Ver­ bindungsteil, zur Anbindung von Dachrahmen, A-Säule, Scheibenauflage und ggfs. Kotflügelbank sowie Scharniersäule, dadurch gekennzeichnet, daß alle Verbindungs- und Rahmenteile aus Strangpreß­ profilen gebildet werden, wobei das A-Säulen-Knoten­ profil zumindest eine geschlossene Hohlkammer auf­ weist, in die das seitliche Dachrahmenprofil einsteck­ bar ist.

2. Karosserierahmensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das A-Säulenprofil über eine schräge Kontaktfläche mit der ebenfalls abgeschrägten Anschlußfläche des Knotenprofils verbunden wird.

3. Karosserierahmensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Scharniersäulenprofil mit dem A-Säulenprofil über einen formschlüssigen Kontaktbereich verbunden wird.

4. Karosserierahmensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Frontscheibenquerträger über eine schrägge­ schnittene Anschlußfläche an das Knotenprofil ange­ bunden ist, wobei die Anschlußfläche aus einem geschlossenen oder offenen Kammerprofil gebildet wird.

5. Karosserierahmensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Knotenprofil in Fahrzeuglängsrichtung ver­ längert ist und in der Verlängerung als Kotflügelbank­ profil ausgebildet ist.

6. Karosserierahmensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das A-Säulenprofil und das Scharniersäulenprofil aus einem einteiligen Strangpreßprofil bestehen.

7. Verfahren zur Montage eines Karosserierahmensystems, bei dem die Einzelprofile für den Dachrahmen, für die A-Säule, für die Scheibenauflage und ggfs. für die Kotflügelbank sowie Scharniersäule in vorgegebener Position an ein A-Säulen-Verbindungsteil angekoppelt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dachrahmenprofil in das A-Säulen-Verbindungs­ teil eingeschoben und dieses mit einer vorher abge­ schrägten Verbindungsfläche der A-Säule in Kontakt gebracht wird,
daß die A-Säule mit dem Kontaktbereich der Scharnier­ säule formschlüssig verbunden wird und
daß die Scheibenauflage mit dem A-Säulen-Verbindungs­ teil oder dem Dachrahmenprofil in Kontakt gebracht wird,
woraufhin die so positionierten Profilteile durch Schmelzschweißen verbunden werden.