WO2003059721A1 - Verbindungsknoten zwischen zwei hohlprofilen einer rahmenstruktur, insbesondere für fahrzeuge - Google Patents

Verbindungsknoten zwischen zwei hohlprofilen einer rahmenstruktur, insbesondere für fahrzeuge Download PDF

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Dariush Philipp
Marco Queller
Mario Schmidt
Stefan Wischmann
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Thyssenkrupp Stahl Ag
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Definitions

  • the invention relates to a connecting node between two hollow profiles of a frame structure, in particular for vehicles, in which a first hollow profile of these two hollow profiles is inserted at one end through at least one recess at least partially adapted to the outer contour of this first hollow profile in at least one side of the wall of the second hollow profile and is fixed on the side of the wall of the second hollow profile opposite the at least one recess.
  • connection nodes between two hollow profiles of a frame structure (space frame) of a vehicle are known. If aluminum is used as the material for the connection node, a cast profile part can be used, onto which the hollow profiles can be attached and, if necessary, fixed with further elements. Such node structures are unsuitable for steel as a material. That is why different types of connection knots are used for steel.
  • a first hollow section made of sheet steel is made with one end through recesses in opposite sides of the wall of a second hollow section with a larger cross section Sheet steel pushed through.
  • the two hollow profiles are welded together at the recesses.
  • Such a connection node has a number of disadvantages: recesses have to be punched in two opposite sides of the larger hollow profile. Associated with this is damage to the galvanizing, which is generally provided and serves to protect against corrosion. Welded connections must also be made at two points. This also affects the corrosion protection. Finally, there remains a tube open to the outside, the inside of which is generally not protected against corrosion. Therefore additional measures for corrosion protection will have to be taken.
  • connection node for two hollow sections made of sheet steel (DE 40 40 946 Cl)
  • a recess is provided only in one side of the wall of the larger hollow section, through which the other hollow section with a smaller cross section is inserted.
  • the end of this smaller hollow profile is welded on the inside on the side of the wall opposite the recess.
  • This connection node does not have the corrosion problems described for the other connection node, but this connection node has other disadvantages for this. Since the inserted hollow profile has to be welded with its edge to the wall of the other hollow profile and must therefore rest against it, the tolerance requirements for the adaptation of the end of the inserted hollow profile to the inner contour of the hollow profile are very high. In addition, there is no possibility of tolerance compensation in the longitudinal direction of the welded smaller hollow profile. Furthermore, the access to the weld is poor. If welding has to be carried out through the wall, a clearly visible weld seam remains. When welding, a possibly provided, corrosion-protecting zinc layer can be damaged.
  • the invention has for its object to provide a connection knot to be realized in steel between two hollow profiles of a frame structure, in particular for vehicles, which enables tolerance compensation, can be produced without great effort and with low tolerance requirements, whereby in the case of a zinc layer protecting against corrosion, this is possible little damage, and which ensures an optimal moment absorption of the forces acting on it during operation.
  • the wall of the second hollow profile has a bulge at the point serving for fixation, which bulge forms a plug connection with the end of the first hollow profile.
  • the bulge can be spatially inside or outside, that is, seen from the inside of the hollow profile, form a dome or a depression.
  • the inserted hollow profile is held on at least two, in the case of multi-chamber profiles at several spaced apart locations on the larger hollow profile, with it being at least one place, namely the
  • Plug connection positively, and at the push-through or positively and / or materially, depending on whether with or without lateral play and with or without a welded, soldered or adhesive connection.
  • the connection is very rigid.
  • the integral, possibly additional connection, in particular a soldered connection is preferably only provided on the recess in order to axially secure the inserted hollow profile.
  • a certain axial fixation of the inserted hollow profile can also or only be obtained by being clamped or clamped on.
  • the plug connection can also, if necessary additionally, be fixed by adhesive.
  • a certain tolerance compensation in the axial direction of the inserted hollow profile is possible through more or less deep insertion or insertion.
  • the plug connection is preferably designed as a snug fit.
  • the first hollow profile should be held in the plug connection by a clamp fit. But it can also be held by gluing. In order to be able to better insert or insert the end of the hollow profile to be inserted, the end should have a chamfered edge or be radially compressed or widened at the edge.
  • Fig. 1 is formed by hollow sections made of steel
  • Fig. 2 shows the connection node of Fig. 1 in section along line I-I of Fig. 1 and
  • FIG. 3 in section along line I-I of FIG. 1 in an embodiment modified from FIG. 2.
  • a connecting node is formed between two hollow sections 1, 2 made of sheet steel, namely a hollow section 1 with a larger cross section and a hollow section 2 with a smaller cross section.
  • the hollow profiles 1, 2 have an essentially rectangular cross section with rounded corners.
  • a connecting node according to the invention for hollow profiles can also be formed from other cross sections.
  • the hollow profile can also be designed as a multi-chamber profile.
  • a recess A in one side W x of the wall W of the hollow profile 1 with a larger cross section there is a recess A and in the opposite side W 2 of the wall is a bulge in the form of a recess V or seen from the inside of the hollow profile 1 of a dome D seen from the inside of the hollow profile 1 is provided.
  • the bulge V, D of the larger hollow section 1 and the end E of the smaller hollow section 2 form a plug connection.
  • the bulge V, D and the recess A can be produced simultaneously, for example, in an hydroforming process.
  • the cross-sectional shape of the bulge V, D is essentially adapted to the cross-section of the smaller hollow profile 2.
  • the edge R of the end E of the smaller hollow profile 2 can have a chamfer P x , P 2 which facilitates insertion or insertion into the recess V or onto the dome D.
  • the smaller hollow profile 2 in the larger hollow profile 1 there is a double support of the smaller hollow profile 2 in the larger hollow profile 1, on the one hand on the bulge V, D, a positive support and on the other hand on the recess A, which can be positive but does not have to be, depending on whether additional holding means are provided here.
  • An axial tolerance compensation for the smaller hollow profile 2 is possible by inserting or plugging it into the recess V or the dome D to a greater or lesser extent.
  • the axial definition of the smaller hollow profile 2 in the larger hollow profile 1 is preferably carried out by a material connection between these two hollow profiles 1, 2, preferably via a MIG soldered connection S at the recess, which then also serve as the additional holding means mentioned for lateral support of the inserted hollow profile 2.
  • a welded connection can also be used to fix the inserted hollow profile 2.
  • different materials of the two hollow profiles 1, 2 ach an adhesive bond can be advantageous.
  • a further axial securing also results from the fact that the end of the hollow profile 2 sits with a clamp fit in the recess V or on the dome D.
  • this connector can also be secured by adhesive.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Knotenverbindung zwischen zwei Hohlprofilen insbesondere aus Stahlblech einer Tragstruktur insbesondere für Fahrzeuge. Der Verbindungsknoten wird gebildet von einem Ende (E) eines ersten Hohlprofils (2) und einer Ausnehmung (A) in der Wandung des zweiten Hohlprofils (1), durch die das erste Hohlprofil (2) mit seinem Ende (E) gesteckt ist, sowie einer der Ausnehmung (A) gegenüberliegenden Ausbeulung (D) der Wandung des zweiten Hohlprofils (1), mit der das Ende (E) des zweiten Hohlprofils (1) eine Steckverbindung bildet.

Description

Verbindungsknoten zwischen zwei Hohlprofilen einer Rahmenstruktur, insbesondere für Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft einen Verbindungsknoten zwischen zwei Hohlprofilen einer Rahmenstruktur, insbesondere für Fahrzeuge, bei dem ein erstes Hohlprofil dieser beiden Hohlprofile mit einem Ende durch mindestens eine an die Außenkontur dieses ersten Hohlprofils zumindest teilweise angepaßte Ausnehmung in zumindest einer Seite der Wandung des zweiten Hohlprofils gesteckt und an der der mindestens einen Ausnehmung gegenüberliegenden Seite der Wandung des zweiten Hohlprofils fixiert ist.
Verbindungsknoten zwischen zwei Hohlprofilen einer Rahmenstruktur (space frame) eines Fahrzeuges sind in verschiedenen Ausführungen bekannt . Sofern als Werkstoff für den Verbindungsknoten Aluminium verwendet wird, kann ein gegossenes Profilteil Verwendung finden, auf das die Hohlprofile aufgesteckt und ggf. mit weiteren Elementen fixiert werden können. Solche Knotenstrukturen sind für Stahl als Werkstoff ungeeignet. Deshalb finden bei Stahl andersartige Verbindungsknoten Anwendung.
Bei einem bekannten Verbindungsknoten (WO 95/04616) ist ein erstes Hohlprofil aus Stahlblech mit einem Ende durch Ausnehmungen in gegenüberliegenden Seiten der Wandung eines zweiten im Querschnitt größeren Hohlprofils aus Stahlblech durchgesteckt. An den Ausnehmungen sind die beiden Hohlprofile miteinander verschweißt. Ein solcher Verbindungsknoten hat eine Reihe von Nachteilen: In zwei gegenüberliegenden Seiten des größeren Hohlprofils müssen Ausnehmungen gestanzt werden. Damit verbunden ist eine Beschädigung der in der Regel vorgesehenen, dem Korrosionsschutz dienenden Verzinkung. Auch müssen an zwei Stellen Schweißverbindungen hergestellt werden. Auch dadurch wird der Korrosionsschutz beeinträchtigt. Schließlich verbleibt ein nach außen offenes Rohr, dessen Inneres in der Regel nicht korrosionsgeschützt ist. Deshalb wird man zusätzliche Maßnahmen für den Korrosionsschutz ergreifen müssen.
Bei einem anderen Verbindungsknoten für zwei Hohlprofile aus Stahlblech (DE 40 40 946 Cl) ist nur in einer Seite der Wandung des größeren Hohlprofils eine Ausnehmung vorgesehen, durch die das im Querschnitt kleinere andere Hohlprofil gesteckt ist. Das Ende dieses kleineren Hohlprofils ist innenseitig an der der Ausnehmung gegenüberliegenden Seite der Wandung angeschweißt. Bei diesem Verbindungsknoten gibt es zwar nicht die beim anderen Verbindungsknoten geschilderten Korrosionsprobleme, doch hat dieser Verbindungsknoten dafür andere Nachteile. Da das eingesteckte Hohlprofil mit seinem Rand an der Wandung des anderen Hohlprofils angeschweißt werden muß und deshalb daran anliegen muß, sind die Toleranzanforderungen für die Anpassung des Endes des eingesteckten Hohlprofils an die innere Kontur des Hohlprofils sehr hoch. Außerdem besteht keine Möglichkeit des Toleranzausgleichs in Längsrichtung des anzuschweißenden kleineren Hohlprofils. Weiterhin ist die Zugänglichkeit der Schweißstelle schlecht. Wenn durch die Wandung hindurch geschweißt werden muß, bleibt eine deutlich sichtbare Schweißnaht. Beim Schweißen kann eine eventuell vorgesehene, vor Korrosion schützende Zinkschicht beschädigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen auch in Stahl zu verwirklichenden Verbindungsknoten zwischen zwei Hohlprofilen einer Rahmenstruktur insbesondere für Fahrzeuge zu schaffen, der einen Toleranzausgleich ermöglicht, ohne großen Aufwand und mit geringen Toleranzanforderungen herzustellen ist, wobei im Falle einer gegen Korrosion schützenden Zinkschicht diese möglichst wenig beschädigt wird, und der eine optimale Momentenaufnahme der im Betrieb auf ihn einwirkenden Kräfte gewährleistet.
Diese Aufgabe wird mit einem Verbindungsknoten der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Wandung des zweiten Hohlprofils an der der Fixierung dienenden Stelle eine Ausbeulung aufweist, die mit dem Ende des ersten Hohlprofils eine Steckverbindung bildet. Die Ausbeulung kann sich räumlich innen- oder außenseitig befinden, also vom Inneren des Hohlprofils gesehen, einen Dom oder eine Vertiefung bilden.
Die besonderen Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß das eingesteckte Hohlprofil an mindestens zwei, bei Mehrkammerprofilen an mehreren beabstandeten Stellen an dem größeren Hohlprofil gehalten ist, wobei es an mindestens einer Stelle, und zwar der
Steckverbindungsstelle formschlüssig, und an der bzw. den Durchsteckstellen form- und/oder stoffschlüssig, je nachdem, ob mit oder ohne seitliches Spiel und mit oder ohne Schweiß-, Löt- oder Klebeverbindung Verbindung ist. In jedem Fall ergibt sich eine sehr steife Knotenverbindung. Die stoffschlüssige ggf. zusätzliche Verbindung, insbesondere Lötverbindung, ist vorzugsweise nur an der Ausnehmung vorgesehen, um das eingesteckte Hohlprofil axial zu sichern. Allerdings kann eine gewisse axiale Fixierung des eingesteckten Hohlprofils auch oder auch nur dadurch erhalten, daß es ein- oder aufgeklemmt ist. Die Steckverbindung kann aber auch, ggf. zusätzlich, durch Klebstoff fixiert sein. Durch mehr oder weniger tiefes Ein- oder Aufstecken ist ein gewisser Toleranzausgleich in axialer Richtung des eingesteckten Hohlprofils möglich. Da keine zweite Ausnehmung erforderlich ist, entfallen auch die sonst üblichen weiteren Korrosionsschutzmaßnahmen zur Abdeckung des sonst offenen Hohlprofils. Im Rahmen der Steckverbindung kann der Anwender von den beiden alternativen Möglichkeiten, eine Ausbeulung nach innen oder nach außen, die ihm am besten geeignete wählen. Eine Ausbeulung nach innen hat den Vorteil, daß sie außen glatt abgedeckt werden kann, so daß die Optik eines insgesamt glatten Hohlprofils gewahrt bleibt. Von den beiden alternativen Möglichkeiten, die Ausbeulung nach innen oder außen zu legen, ist aus Gründen eines optimalen Kraftflusses die Ausbeulung nach innen die bevorzugte. Vorzugsweise ist die Steckverbindung als Paßsitz ausgebildet. Wie schon ausgeführt, sollte das erste Hohlprofil in der Steckverbindung durch Klemmsitz gehalten werden. Es kann aber auch durch Klebung gehalten werden. Um das Ende des einzusteckenden Hohlprofils besser ein- oder aufstecken zu können, sollte das Ende einen angefasten Rand haben bzw am Rand radial gestaucht oder aufgeweitet sein.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer
Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine von Hohlprofilen aus Stahl gebildete
Rahmenstruktur im Ausschnitt im Bereich eines Verbindungsknotens in Seitenansicht .
Fig. 2 den Verbindungsknoten der Fig. 1 im Schnitt nach Linie I-I der Fig. 1 und
Fig. 3 den Verbindungsknoten gemäß Fig. 1 im Schnitt nach Linie I-I der Fig. 1 in einer zu Fig. 2 abgewandelten Ausführung.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Rahmenstruktur eines Fahrzeuges ist ein Verbindungsknoten zwischen zwei Hohlprofilen 1, 2 aus Stahlblech, und zwar einem im Querschnitt größeren Hohlprofil 1 und einem im Querschnitt kleineren Hohlprofil 2 ausgebildet. In diesem Fall haben die Hohlprofile 1, 2 einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken. Aber auch aus anderen Querschnitten kann ein erfindungsgemäßer Verbindungsknoten für Hohlprofile gebildet sein. Ach kann das Hohlprofil als Mehrkammerprofil ausgebildet sein.
Wie am besten die Figuren 2 und 3 zeigen, ist in einer Seite Wx der Wandung W des Hohlprofils 1 größeren Querschnittes eine Ausnehmung A und in der gegenüberliegenden Seite W2 der Wandung eine Auswolbung in Form einer vom Inneren des Hohlprofils 1 gesehenen Vertiefung V oder eines vom Inneren des Hohlprofils 1 gesehenen Doms D vorgesehen. Die Auswölbung V, D des größeren Hohlprofils 1 und das Ende E des kleineren Hohlprofils 2 bilden eine Steckverbindung. Die Auswölbung V, D und die Ausnehmung A sind z.B. in einem IHU- Umformprozeß gleichzeitig hergestellt werden. Die Querschnittsform der Auswölbung V, D ist dem Querschnitt des kleineren Hohlprofils 2 im wesentlichen angepaßt. Der Rand R des Endes E des kleineren Hohlprofils 2 kann eine Fase Px, P2 aufweisen, die das Ein- oder Aufstecken in die Vertiefung V oder auf den Dom D erleichtert .
Im zusammengesteckten Zustand ergibt sich eine doppelte Abstützung des kleineren Hohlprofils 2 im größeren Hohlprofil 1, und zwar zum einen an der Auswölbung V, D, eine formschlüssige Abstützung und zum anderen an der Ausnehmung A, die formschlüssig sein kann aber nicht sein muß, je nach dem, ob hier zusätzliche Haltemittel vorgesehen sind. Durch mehr oder weniger weites Ein- bzw. Aufstecken in die Vertiefung V oder auf den Dom D ist ein axialer Toleranzausgleich für das kleinere Hohlprofil 2 möglich. Die axiale Festlegung des kleineren Hohlprofils 2 in dem größeren Hohlprofil 1 erfolgt vorzugsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen diesen beiden Hohlprofilen 1, 2, vorzugsweise über eine MIG- Lötverbindung S an der Ausnehmung, die dann auch als die erwähnten zusätzlichen Haltemittel für die seitliche Abstützung des eingesteckten Hohlprofils 2 dienen. Allerdings kommt für die Fixierung des eingesteckten Hohlprofils 2 auch eine Schweißverbindung in Frage. Bei insbesondere verschiedenartigen Werkstoffen der beiden Hohlprofile 1, 2 kann ach eine Klebe erbindung vorteilhaft sein. Eine weitere axiale Sicherung ergibt sich auch dadurch, daß das Ende des Hohlprofils 2 mit Klemmsitz in der Vertiefung V bzw. auf dem Dom D sitzt. Zusätzlich kann diese Steckverbindung auch noch durch Klebstoff gesichert sein.

Claims

P A T E N T AN S P R Ü C H E
1. Verbindungsknoten zwischen zwei Hohlprofilen (1, 2) einer Rahmenstruktur insbesondere für Fahrzeuge, bei dem ein erstes Hohlprofil (2) dieser beiden Hohlprofile (1, 2) mit einem Ende durch eine an die Außenkontur dieses ersten Hohlprofils (2) zumindest teilweise angepaßte Ausnehmung (A) in einer Seite (Wx) der Wandung (W) des zweiten Hohlprofils (1) gesteckt und an der der Ausnehmung (A) gegenüberliegenden Seite der Wandung (Vt_) des zweiten Hohlprofils (2) fixiert ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Wandung des zweiten Hohlprofils (1) an der der Fixierung dienenden Stelle eine Ausbeulung (V, D) aufweist, die mit dem Ende (E) des ersten Hohlprofils (2) eine Steckverbindung bildet.
2. Verbindungsknoten nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Ausbeulung (D) sich räumlich innenseitig befindet.
3. Verbindungsknoten nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Ausbeulung (V) sich räumlich außenseitig befindet.
4. Verbindungsknoten nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß das erste Hohlproifl (2) und das zweite Hohlprofil (1) an der Ausnehmung (A) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
5. Verbindungsknoten nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die stoffschlüssige Verbindung eine Löt-, Schweißoder Klebeverbindung ist.
6. Verbindungsknoten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , d a ß die Steckverbindung als Paßsitz ausgebildet ist.
7. Verbindungsknoten nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß das erste Hohlprofil (2) in der Steckverbindung durch Klemmsitz gehalten ist.
8. Verbindungsknoten nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß das erste Hohlprofil (2) am Rand (R) eines ein- oder aufgesteckten Endes (E) eine Fase (Px, P2) hat.
9. Verbindungsknoten nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß das erste Hohlprofil (2) in der Steckverbindung durch Klebstoff gehalten ist.
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