WO2003104066A1 - Verzweigte knotenstruktur aus hohlprofilen - Google Patents

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WO2003104066A1
WO2003104066A1 PCT/EP2003/005960 EP0305960W WO03104066A1 WO 2003104066 A1 WO2003104066 A1 WO 2003104066A1 EP 0305960 W EP0305960 W EP 0305960W WO 03104066 A1 WO03104066 A1 WO 03104066A1
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WO
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node structure
structure according
hollow profile
hollow
branching
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Application number
PCT/EP2003/005960
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English (en)
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Inventor
Henning Von Löhneysen
Lothar Patberg
Axel Franke
Original Assignee
Thyssenkrupp Stahl Ag
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Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Stahl Ag filed Critical Thyssenkrupp Stahl Ag
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/08Front or rear portions
    • B62D25/082Engine compartments
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D27/00Connections between superstructure or understructure sub-units
    • B62D27/02Connections between superstructure or understructure sub-units rigid
    • B62D27/023Assembly of structural joints

Definitions

  • the invention relates to a node structure of a support frame for vehicles, formed from hollow profiles, with a first hollow profile, in particular designed as a longitudinal beam, curved or rectilinear, and at least one further hollow profile branching off from it.
  • an assembly composed of hollow profiles which serves as the front or rear end of a vehicle support frame.
  • the assembly essentially consists of two side members and a cross member connected to them. It is characteristic of this construction that the mutually facing ends of the longitudinal beams or of the cross beams are angled such that they run parallel to one another in their end regions. In these areas, due to their complementary cross sections, they interlock and are connected to one another by welding and to a side sill of the support frame.
  • the complementary shape results either from flanges protruding in the direction of the other support end and / or from a trimming of one of the support ends in the longitudinal direction, as a result of which they interlock.
  • Another advantage of this construction is that the forces acting on the carriers in the event of a crash are distributed relatively homogeneously to carriers running longitudinally and transversely to the direction of travel.
  • the cross member is again an extruded component, which is why assemblies with node structures of this type cannot be realized in practice when using steel materials.
  • EP 0 568 215 AI describes a vehicle support frame consisting of several assemblies based on hollow profiles, namely an assembly forming the vehicle front and an assembly forming the rear of the vehicle, a central floor assembly and a passenger compartment placed thereon.
  • the side members arranged in the front of the vehicle each consist of a straight-line one or two-chamber profile which branches at the level of the rear end of the assembly into two curved sections one above the other.
  • the upper section is bent vertically and is thus in the assembled state of the support frame on the door frame of the passenger compartment.
  • the lower section runs obliquely downward and is inserted with its end bent again in the longitudinal direction of the vehicle into a channel-like recess in the side sill of the central floor assembly and glued to it.
  • branched node structures consisting of shell profiles are known in practice. These are connected in pairs by welding in the longitudinal direction of the shell profiles by means of spot welding to form a closed profile. In the area of a branching, the closed profile splits at a certain branching angle into individually guided shell profiles, to which a further shell profile bent according to the branching angle is placed and connected to it in the manner mentioned.
  • the branched sections are also designed as closed profiles.
  • a disadvantage of knot structures of this type is their poor rigidity and their high weight due to the required welding flanges which extend over the entire length of the profile.
  • the invention is therefore based on the object to provide a branched node structure of the type mentioned, which can be produced from hollow profiles, in particular steel, and is characterized by high rigidity and favorable load distribution with low weight and a low number of parts.
  • branching hollow profile has a shell-like compressed end region which consists of an inner and an outer layer, and conforms to this end region the outer contour of the first hollow profile nestles along its longitudinal axis and is connected to it.
  • the particular advantage of the solution according to the invention is that the first hollow profile can be reinforced in a particularly stressed area by doubling the material by connecting the branching hollow profile compressed in the form of a shell in its end region. This significantly reduces the risk of buckling in this area.
  • the branching profile also forwards part of the longitudinal forces acting in the event of a crash into other parts of the support frame, which relieves the load on the longitudinal member continued behind the branching.
  • the area moment of inertia of the branching hollow profile in the area behind the connection zone, which is reduced by the compression, is compensated for by an increase in its strength associated with the compression.
  • a further advantage is that compared to the solution implemented in the prior art using shell profiles, there is a reduction in the number of components required, and there is no need for welding flanges along the side member which are problematic in terms of weight.
  • hollow profiles made of steel materials can be used without restriction.
  • other hollow profiles for example with a polygonal cross section, are also suitable.
  • a hollow profile with a circular cross-section is particularly suitable for use as a side member.
  • sufficient power transmission from the first hollow profile into the branching hollow profile is ensured, in particular, when the end region adhering to the first profile covers the circumference of the first hollow profile at an angle of 90 °. With such an overlap, the connection of up to four branching profiles is possible.
  • connection of the two hollow profiles can be realized in different ways. So a mechanical connection, e.g. by riveting, just as possible as a material connection in the form of a welded connection, the latter preferably being used. It is particularly advantageous if the hollow profiles are connected in the longitudinal direction by welding through the outer and inner layer of the compressed end region. In the case of a mechanical connection, this can additionally be reinforced by a material connection, in particular by a welded, adhesive or soldered connection.
  • the inner layer of the end region of the branching hollow profile is cut free in the area of the connection zone.
  • a simple material duplication can thus be realized between the first hollow profile and the branching hollow profile, which has an advantageous effect with regard to a reliable welded connection.
  • the hollow profiles are connected by welding through in the cut-free area.
  • the weld seam is preferably designed as a closed line.
  • two elongated holes for the weld seams running parallel to one another in the longitudinal direction are formed in the outer position of the end region.
  • the two hollow profiles are welded through along these elongated holes.
  • Vehicle body integrated, formed as a longitudinal beam hollow profiles, each with a a branched node structure connected hollow profile in a perspective, highly schematic view,
  • FIG. 2 is a perspective view of the knot structure of FIG. 1 with a hollow profile formed as a longitudinal member with a circular cross section,
  • FIG. 3 shows the node structure of FIG. 2 in an enlarged perspective view
  • FIG. 4 shows the node structure of FIG. 2 in cross section along line A-A of FIG. 3,
  • FIG. 5 is a perspective view of the knot structure of FIG. 1 with a hollow profile formed as a longitudinal beam with a square cross section;
  • FIG. 6 shows the node structure of FIG. 5 in cross section along line B-B of FIG. 5,
  • Fig. 7 shows the node structure of Fig. 1 with a
  • FIG. 9 is a perspective view of the knot structure of FIG. 1 with the inner position of the end region of a branching hollow profile cut away;
  • FIG. 10 shows the node structure of FIG. 9 in cross section along line C-C of FIG. 9,
  • FIG. 11 shows the knot structure of FIG. 1 with elongated holes formed in the outer position of the end region of a branching hollow profile
  • Fig. 12 shows the node structure of Fig. 11 in cross section along line D-D of Figs. 11 and
  • FIG. 1 shows a perspective, highly schematic representation of two hollow profiles 1 designed as longitudinal members, which are integrated in the front region of a vehicle body.
  • the invention can also be implemented on other supports of a support and frame structure of a vehicle with technical advantages.
  • a further hollow profile 2 is connected to the inside of each.
  • the hollow profiles 1 initially run in a straight line, as seen from the direction of travel, and are each bent outward in a slight curvature behind the connection zone.
  • the connected hollow profiles 2 are first bent away from the hollow profiles 1 behind the connection zone and then run again in the longitudinal direction of the vehicle after a further, opposite curvature.
  • both the hollow profile 1 for the side member and the branching hollow profile 2 have a circular cross section.
  • the branching hollow profile 2 has a shell-shaped compressed end region 3, which consists of an inner layer 3a and an outer layer 3b. This nestles against the outer contour of the hollow profile 1 along its longitudinal axis.
  • the hollow profile 2 is integrally connected to the hollow profile 1 by means of two weld seams 4 which are guided in parallel in the longitudinal direction.
  • the welded connection between the hollow profiles 1, 2 is realized by welding through the outer layer 3b and inner layer 3a of the end region 3. Behind the connection zone, the cross section of the hollow profile 2 continuously changes from its shell-like compressed shape into the circular cross section. This type of connection results in a branching of the forces acting on the hollow profile 1 in the event of a crash via the node structure and thus relieving the pressure on the hollow profile 1 in the area behind the node structure.
  • the knot structure is not limited to hollow profiles with a circular cross-section.
  • Fig. 5 shows that as Longitudinal beam serving hollow profile 1 with a square cross section, to which the hollow profile 2 provided with a circular cross section is connected in the manner described.
  • the end region 3 of the hollow profile 2 is designed as an angular groove, since the connection is realized along a longitudinal edge of the hollow profile 1.
  • connection of the shell-shaped compressed end region 3 of the hollow profile 2 to the hollow profile 1 provided with a circular cross section can be realized with different circumferential coverage angles ⁇ . Due to manufacturing restrictions, the maximum angle ⁇ is 180 °.
  • the end region accordingly covers half the circumference of the hollow profile 1. This case is shown in FIG. 7.
  • 8 a-c show a circumferential coverage angle ⁇ of 90 °, which is sufficient for a necessary transmission of force into the hollow profile 2.
  • up to four hollow profiles 2 can be connected to the hollow profile 1.
  • a complete coverage of the U beginning of the hollow profile 1 by four hollow profiles 2 is shown in Fig. 8c.
  • the inner layer 3a of the end region 3 is cut free by partially removing the outer layer 3b.
  • the weld seam is a closed line 4a trained.
  • the cut edges in the outer layer 3b are connected to the surface of the inner layer 3a by a further weld 4b.
  • FIG. 11 shows a perspective view of the node structure in a further embodiment.
  • two elongated holes 5 running parallel to one another in the longitudinal direction are formed in the outer layer 3b of the end region 3.
  • the weld seams 4 lie within the elongated holes 5.
  • the longitudinal edges of the two elongated holes are connected to one another by solder 6 above the weld seams 4 and thus also the weld seams 4 are covered.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine aus Hohlprofilen gebildete Knotenstruktur eines Tragrahmens für Fahrzeuge mit einem ersten insbesondere als Längsträger ausgebildeten, gebogen oder geradlinig verlaufenden Hohlprofil (1) und wenigstens einem weiteren davon abzweigenden Hohlprofil (2). Dabei schmiegt sich das abzweigende Hohlprofil (2) mit seinem schalenförmig zusammengepreßten Endbereich (3), welcher aus einer inneren (3a) und einer äußeren Lage (3b) besteht, an die Außenkontur des ersten Hohlprofils (1) entlang dessen Längsachse an und ist mit diesem verbunden.

Description

Verzweigte Knotenstruktur
Die Erfindung betrifft eine aus Hohlprofilen gebildete Knotenstruktur eines Tragrahmens für Fahrzeuge mit einem ersten insbesondere als Längsträger ausgebildeten, gebogen oder geradlinig verlaufenden Hohlprofil und wenigstens einem weiteren davon abzweigenden Hohlprofil.
Knotenstrukturen für Fahrzeugtragrahmen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. In der EP 0 780 285 Bl ist ein Längsträger als Teil eines Fahrzeugtragrahmens beschrieben, welcher aus einem Bündel aus mehreren stranggepreßten Aluminium-Hohlprofilen mit identischen Querschnitten zusammengesetzt ist. Die Hohlprofile sind entlang ihres gemeinsamen Verlaufes durch Schweißen oder auch durch mechanische Verbindungstechniken untereinander verbunden. Verzweigungen bzw. Anbindungen an andere Träger des Tragrahmens sind durch das Abzweigen eines oder mehrerer Einzelprofile aus dem Profilbündel realisiert. Diese vereinigen sich mit anderen Hohlprofilen zu weiteren, wiederum aus mehreren Hohlprofilen bestehenden Trägern. Durch diese Art der Verbindung, die sich durch großflächige Anbindungszonen auszeichnet, ist eine relativ homogene Verteilung der auf den Längsträger im Falle eines Crashs wirkenden Kräfte auf mehrere Elemente des Tragrahmens unter Vermeidung lokaler Belastungsspitzen möglich. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß der in diesem Stand der Technik beschriebene Längsträger hinter einer Verzweigung infolge des reduzierten Querschnitts eine notwendigerweise geringere Steifigkeit aufweist. Dies gilt ebenso für die abgezweigten Hohlprofile, welche zudem im Bereich ihrer Biegung eine starke Knickgefährdung zeigen. Weiterhin ist ein derart ausgebildeter Längsträger auf für die Stragpreßtechnologie geeignete Werkstoffe, wie Aluminium und seine Legierungen, beschränkt und somit beispielsweise für Stahlwerkstoffe nicht einsetzbar.
Aus der EP 0 683 741 Bl ist eine aus Hohlprofilen zusammengesetzte Baugruppe bekannt, die als Front- oder Heckabschluß eines Fahrzeugtragrahmens dient. Die Baugruppe besteht im wesentlichen aus zwei Längsträgern und einem mit diesen verbundenen Querträger. Kennzeichnend für diese Konstruktion ist, daß die einander zugekehrten Enden der Längsträger bzw. des Querträgers derart abgewinkelt sind, daß sie in ihren Endbereichen parallel zueinander verlaufen. In diesen Bereichen greifen sie aufgrund ihrer komplementär ausgebildeten Querschnitte ineinander und sind durch Schweißen miteinander und mit einem Seitenschweller des Tragrahmens verbunden. Die komplementäre Form ergibt sich entweder durch in Richtung des jeweils anderen Trägerendes abstehende Flansche und/oder durch einen Beschnitt eines der Trägerenden in Längsrichtung, wodurch diese ineinander greifen. Vorteilhaft an dieser Konstruktion ist wiederum, daß die im Falle eines Crashs auf die Träger wirkenden Kräfte relativ homogen auf längs und quer zur Fahrtrichtung verlaufende Träger verteilt werden. Nachteilig ist jedoch, daß es sich insbesondere bei dem Querträger wiederum um ein stranggepreßtes Bauteil handelt, weshalb Baugruppen mit Knotenstrukturen dieser Art bei Verwendung von Stahlwerkstoffen in der Praxis nicht realisiert werden können.
In der EP 0 568 215 AI ist ein Fahrzeugtragrahmen beschrieben, bestehend aus mehreren Baugruppen auf Basis von Hohlprofilen, nämlich einer die Fahrzeugfront sowie einer das Fahrzeugheck bildenden Baugruppe, einer zentralen Bodengruppe und einer darauf aufsetzenden Fahrgastzelle. Die in der Fahrzeugfront angeordneten Längsträger bestehen jeweils aus einem geradlinig verlaufenden Ein- oder Zweikammerprofil, welches sich auf Höhe des hinteren Endes der Baugruppe in zwei übereinander liegende gekrümmte Abschnitte verzweigt. Der obere Abschnitt ist in die Vertikale gebogen und liegt somit im montierten Zustand des Tragrahmens am Türrahmen der Fahrgastzelle an. Der untere Abschnitt verläuft schräg nach unten und ist mit seinem wieder in Fahrzeuglängsrichtung gebogenen Ende in eine kanalartige Ausnehmung des Seitenschwellers der zentralen Bodengruppe eingelegt und mit diesem verklebt. In gleicher Weise sind entsprechend ausgebildete Profilenden der das Fahrzeugheck bildenden Baugruppe in die Ausnehmungen der Seitenschweller eingelegt und mit diesen verklebt. Das vorgestellte Konzept eines Tragrahmens, welcher aus einzelnen, über die Seitenschweller verbundenen Baugruppen besteht, bietet Vorteile hinsichtlich einer flexiblen Fertigung. In der Druckschrift finden sich jedoch keine Angaben über die Lastverteilung auf die einzelnen Baugruppen des Tragrahmens im Falle eines Crashs. Aufgrund der starken Krümmung der sich in Richtung der Fahrgastzelle verzweigenden Abschnitte der vorderen Längsträger ist von einer erhöhten Knickgefährdung in diesen Bereichen auszugehen.
Aus der Praxis sind schließlich verzweigte, aus Schalenprofilen bestehende Knotenstrukturen bekannt. Diese sind paarweise über in Längsrichtung der Schalenprofile geführte Schweißflansche mittels Punktschweißung zu einem geschlossenen Profil verbunden. Im Bereich einer Verzweigung spaltet sich das geschlossene Profil unter einem bestimmten Verzweigungswinkel in einzeln geführte Schalenprofile auf, an die ein weiteres entsprechend dem Verzweigungswinkel gebogenes Schalenprofil angelegt und mit diesen in der genannten Weise verbunden ist. Somit sind die verzweigten Abschnitte ebenfalls als geschlossene Profile ausgebildet. Nachteilig an Knotenstrukturen dieser Art ist ihre mangelhafte Steifigkeit sowie ihr hohes Gewicht infolge der erforderlichen, über die gesamte Profillänge geführten Schweißflansche.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine verzweigte Knotenstruktur der eingangs genannten Art zu schaffen, die aus Hohlprofilen, insbesondere aus Stahl, herstellbar ist und sich durch eine hohe Steifigkeit und günstige Lastverteilung bei gleichzeitig geringem Gewicht und geringer Teilezahl auszeichnet.
Diese Aufgabe wird mit einer Knotenstruktur der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das abzweigende Hohlprofil einen schalenförmig zusammengepreßten Endbereich, welcher aus einer inneren und einer äußeren Lage besteht, aufweist und sich mit diesem Endbereich an die Außenkontur des ersten Hohlprofils entlang dessen Längsachse anschmiegt und mit diesem verbunden ist.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß das erste Hohlprofil durch die Anbindung des in seinem Endbereich schalenförmig zusammengepreßten abzweigenden Hohlprofils in einem besonders belasteten Bereich durch Materialdopplung verstärkt werden kann. Dadurch wird die Gefahr eines Einknickens in diesem Bereich entscheidend vermindert. Das abzweigende Profil leitet zudem einen Teil der im Falle eines Crashs wirkenden Längskräfte in andere Teile des Tragrahmens weiter, woraus sich eine Entlastung des hinter der Verzweigung fortgeführten Längsträgers ergibt . Das durch das Zusammenpressen verringerte Flächenträgheitsmoment des abzweigenden Hohlprofils im Bereich hinter der Anbindungszone wird durch eine mit dem Zusammenpressen einhergehende Erhöhung seiner Festigkeit kompensiert.
Weiterhin ist vorteilhaft, daß sich gegenüber der im Stand der Technik verwirklichten Lösung unter Verwendung von Schalenprofilen eine Reduktion der benötigten Bauteile ergibt und auf bezüglich des Gewichts problematische Schweißflansche entlang des Längsträgers verzichtet werden kann.
Da die Verwendung von Profilen mit kompliziert geformten Querschnitten, die eine Herstellung im Strangpreßverfahren bedingen, nicht erforderlich ist, können aus Stahlwerkstoffen hergestellte Hohlprofile uneingeschränkt zum Einsatz kommen. Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung eines Hohlprofils mit rundem, insbesondere ovalem oder kreisförmigem Querschnitt in der Funktion des abzweigenden Hohlprofils. Neben diesen für viele Anwendungen bevorzugten Hohlprofilen sind auch andere Hohlprofile z.B. mit polygonalem Querschnitt geeignet.
Ein Hohlprofil mit kreisförmigem Querschnitt ist für den Einsatz als Längsträger besonders geeignet. In diesem Falle ist insbesondere dann eine ausreichende Kraftübertragung von dem ersten Hohlprofil in das abzweigende Hohlprofil gewährleistet, wenn der sich an das erste Profil anschmiegende Endbereich den Umfang des ersten Hohlprofils mit einem Winkel von 90° überdeckt. Mit einer derartigen Überdeckung ist die Anbindung von bis zu vier abzweigenden Profilen möglich.
Die Verbindung der beiden Hohlprofile kann auf verschiedene Art realisiert sein. So ist eine mechanische Verbindung, z.B. durch Vernieten, ebenso möglich, wie eine Stoffschlüssige Verbindung in Form einer Schweißverbindung, wobei letztere bevorzugt zum Einsatz kommt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Hohlprofile in Längsrichtung mittels Durchschweißens durch die äußere und innere Lage des zusammengepreßten Endbereichs verbunden sind. Im Falle einer mechanischen Verbindung kann diese zusätzlich durch eine Stoffschlüssige Verbindung, insbesondere durch eine Schweiß-, Klebe- oder Lötverbindung verstärkt sein.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß die innere Lage des Endbereichs des abzweigenden Hohlprofils im Bereich der Verbindungszone freigeschnitten ist. Somit läßt sich zwischen dem ersten Hohlprofil und dem abzweigenden Hohlprofil eine einfache Materialdopplung realisieren, was sich im Hinblick auf eine zuverlässige Schweißverbindung vorteilhaft auswirkt. In diesem Fall ist es besonders zweckmäßig, wenn die Hohlprofile in dem freigeschnittenen Bereich mittels Durchschweißens verbunden sind. Vorzugsweise ist die Schweißnaht als geschlossener Linienzug ausgebildet.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind in der äußeren Lage des Endbereichs zwei parallel zueinander in Längsrichtung verlaufende Langlöcher für die Schweißnähte ausgebildet. Dabei sind die beiden Hohlprofile entlang dieser Langlöcher durchgeschweißt. Diese Ausgestaltung verbindet den Vorteil einer einfachen Materialdopplung in bezug auf eine sicher realisierbare Schweißverbindung mit der besonders hohen lokalen Steifigkeit, die durch die aufeinander liegende innere und äußere Lage des sich an das erste Hohlprofil anschmiegenden Endbereichs gewährleistet wird. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die Längskanten der Langlöcher oberhalb der Schweißnaht durch Löten miteinander verbunden sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 zwei in den Frontbereich einer
Fahrzeugkarosserie integrierte, als Längsträger ausgebildete Hohlprofile mit jeweils einem über eine verzweigte Knotenstruktur angebundenen Hohlprofil in perspektivischer, stark schematischer Ansicht,
Fig. 2 die Knotenstruktur der Fig. 1 mit einem als Längsträger ausgebildete Hohlprofil mit kreisförmigem Querschnitt in perspektivischer Ansicht,
Fig. 3 die Knotenstruktur der Fig. 2 in vergrößerter perspektivischer Ansicht,
Fig. 4 die Knotenstruktur der Fig. 2 im Querschnitt nach Linie A-A der Fig. 3,
Fig. 5 die Knotenstruktur der Fig. 1 mit einem als Längsträger ausgebildeten Hohlprofil mit quadratischem Querschnitt in perspektivischer Ansicht,
Fig. 6 die Knotenstruktur der Fig. 5 im Querschnitt nach Linie B-B der Fig. 5,
Fig. 7 die Knotenstruktur der Fig. 1 mit einem im
Querschnitt kreisförmigen Längsträger mit einem Umfangsüberdeckungswinkel von 180°, bei Anbindung eines abzweigenden Hohlprofils mit einem kreisförmigen Querschnitt,
Fig. 8 a-c die Knotenstruktur der Fig. 1 im Querschnitt mit einem Umfangsüberdeckungswinkel von 90° bei Anbindung eines oder mehrerer abzweigender Hohlprofile,
Fig. 9 die Knotenstruktur der Fig. 1 mit freigeschnittener innerer Lage des Endbereichs eines abzweigenden Hohlprofils in perspektivischer Ansicht,
Fig. 10 die Knotenstruktur der Fig. 9 im Querschnitt nach Linie C-C der Fig. 9,
Fig. 11 die Knotenstruktur der Fig. 1 mit in der äußeren Lage des Endbereichs eines abzweigenden Hohlprofils ausgebildeten Langlöchern,
Fig. 12 die Knotenstruktur der Fig. 11 im Querschnitt nach Linie D-D der Fig. 11 und
Fig. 13 die Knotenstruktur im Querschnitt gem. Fig. 12 mit durch Löten verbundenen Längskanten der Langlöcher.
In Fig. 1 sind in perspektivischer, stark schematisierter Darstellung zwei als Längsträger ausgebildete Hohlprofile 1 dargestellt, welche in den Frontbereich einer Fahrzeugkarosserie integriert sind. Allerdings kann die Erfindung auch an anderen Trägern einer Träger- und Rahmenstruktur eines Fahrzeuges mit technischen Vorteilen realisiert werden. Beim Ausführungsbeispiel mit als Hohlprofilenl ausgebildeten Längsträgern ist an deren Innenseiten jeweils ein weiteres Hohlprofil 2 angebunden. Die Hohlprofile 1 verlaufen gegen die Fahrtrichtung gesehen zunächst geradlinig und sind hinter der Anbindungszone in einer leichten Krümmung jeweils nach außen gebogen. Die angebundenen Hohlprofile 2 sind hinter der Anbindungszone zunächst von den Hohlprofilen 1 weggebogen und verlaufen sodann nach einer weiteren, entgegengesetzten Krümmung wieder in Fahrzeuglängsrichtung.
Wie in Fig. 2, 3 und 4 dargestellt ist, weisen sowohl das Hohlprofil 1 für den Längsträger als auch das abzweigende Hohlprofil 2 einen kreisförmigen Querschnitt auf. Das abzweigende Hohlprofil 2 weist einen schalenförmig zusammengepreßten Endbereich 3 auf, welcher aus einer inneren Lage 3a und einer äußeren Lage 3b besteht. Dieser schmiegt sich an die Außenkontur des Hohlprofils 1 entlang dessen Längsachse an. In seinem Endbereich 3 ist das Hohlprofil 2 mit dem Hohlprofil 1 über zwei parallel in Längsrichtung geführte Schweißnähte 4 Stoffschlüssig verbunden. Die Schweißverbindung zwischen den Hohlprofilen 1, 2 ist mittels Durchschweißens durch die äußere Lage 3b und innere Lage 3a des Endbereichs 3 realisiert. Hinter der Anbindungszone geht der Querschnitt des Hohlprofils 2 von seiner schalenförmig zusammengepreßten Form kontinuierlich in den kreisförmigen Querschnitt über. Aufgrund dieser Art der Anbindung ergibt sich eine Verzweigung der im Falle eines Crashs auf das Hohlprofil 1 wirkenden Kräfte über die Knotenstruktur und damit eine Entlastung des Hohlprofils 1 im Bereich hinter der Knotenstruktur.
Die Knotenstruktur ist nicht auf Hohlprofile mit kreisförmigem Querschnitt beschränkt. Fig. 5 zeigt das als Längsträger dienende Hohlprofil 1 mit quadratischem Querschnitt, an welches das mit kreisförmigem Querschnitt versehene Hohlprofil 2 in der beschriebenen Weise angebunden ist. Der Endbereich 3 des Hohlprofils 2 ist in diesem Falle als winkelförmige Rinne ausgebildet, da die Anbindung entlang einer Längskante des Hohlprofils 1 verwirklicht ist.
Die Anbindung des schalenförmig zusammengepreßten Endbereichs 3 des Hohlprofils 2 an das mit kreisförmigem Querschnitt versehene Hohlprofil 1 kann mit unterschiedlichem Umfangsüberdeckungswinkel α realisiert sein. Aufgrund fertigungstechnischer Beschränkungen beträgt der Maximalwinkel α dabei 180°. Entsprechend überdeckt der Endbereich den halben Umfang des Hohlprofils 1. Dieser Fall ist in Fig. 7 dargestellt. Die Fig. 8 a-c zeigen einen Umfangsüberdeckungswinkel α von 90°, welcher für eine notwendige Kraftübertragung in das Hohlprofil 2 ausreichend ist. In diesem Falle ist die Anbindung von bis zu vier Hohlprofilen 2 an das Hohlprofil 1 möglich. Eine vollständige Überdeckung des U fangs des Hohlprofils 1 durch vier Hohlprofile 2 ist in Fig. 8c abgebildet.
Bei der in Fig. 9 in perspektivischer Ansicht und der in Fig. 10 im Querschnitt dargestellten Knotenstruktur ist die innere Lage 3a des Endbereichs 3 durch partielles Entfernen der äußeren Lage 3b freigeschnitten. Daraus ergeben sich besondere Vorteile hinsichtlich einer einfach realisierbaren und zuverlässigen Schweißverbindung, da lediglich die innere Lage 3a durchgeschweißt ist. Vorliegend ist die Schweißnaht als geschlossener Linienzug 4a ausgebildet. Ferner sind die Schnittkanten in der äußeren Lage 3b mit der Oberfläche der inneren Lage 3a durch eine weitere Schweißnaht 4b verbunden.
Fig. 11 zeigt in perspektivischer Darstellung die Knotenstruktur in einer weiteren Ausfuhrungsform. Hierbei sind in die äußere Lage 3b des Endbereichs 3 zwei parallel zueinander in Längsrichtung verlaufende Langlöcher 5 eingeformt. Die Schweißnähte 4 liegen innerhalb der Langlöcher 5. Wie der Querschnittsdarstellung aus Fig. 12 zu entnehmen ist, ist somit ebenfalls nur die innere Lage 3a des Endbereichs 3 durchgeschweißt. Gemäß dem in Fig. 13 dargestellten Querschnitt einer speziellen Ausfuhrungsform der Knotenstruktur sind die Längskanten der beiden Langlöcher durch Lötlot 6 oberhalb der Schweißnähte 4 miteinander verbunden und damit auch die Schweißnähte 4 abgedeckt .

Claims

P A T E NT A N S P R Ü C H E
Aus Hohlprofilen gebildete Knotenstruktur eines Tragrahmens für Fahrzeuge mit einem ersten gebogen oder geradlinig verlaufenden Hohlprofil (1) und wenigstens einem weiteren davon abzweigenden Hohlprofil (2) 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 abzweigende Hohlprofil (2) einen schalenförmig zusammengepreßten Endbereich (3) , welcher aus einer inneren (3a) und einer äußeren Lage (3b) besteht, aufweist und sich mit diesem Endbereich an die Außenkontur des ersten Hohlprofils (1) entlang dessen Längsachse anschmiegt und mit diesem verbunden ist.
Knotenstruktur 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 Hohlprofile (1, 2) aus einem Stahlwerkstoff gefertigt sind.
Knotenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, 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 abzweigende Hohlprofil (2) einen runden Querschnitt aufweist .
Knotenstruktur nach Anspruch 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 abzweigende Hohlprofil (2) einen ovalen Querschnitt aufweist .
5. Knotenstruktur nach Anspruch 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 abzweigende Hohlprofil (2) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
6. Knotenstruktur 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 t, d a ß das erste Hohlprofil (1) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist .
7. Knotenstruktur nach Anspruch 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 der Endbereich (3) des abzweigenden Hohlprofils (2) einen Umfangsüberdeckungswinkel (α) von bis zu 180° aufweist .
8. Knotenstruktur nach einem der Ansprüche 5 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 bis zu vier Hohlprofile (2) an das Hohlprofil (1) angebunden sind.
9. Knotenstruktur 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 die Hohlprofile (1, 2) mechanisch miteinander verbunden sind.
10. Knotenstruktur 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 die Hohlprofile (1, 2) Stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
11. Knotenstruktur nach Anspruch 10, 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 Schweißverbindung ist .
12. Knotenstruktur nach Anspruch 11, 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 Hohlprofile (1, 2) mittels Durchschweißens in Längsrichtung verbunden sind.
13. Knotenstruktur nach einem der Ansprüche 9 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß eine zusätzliche Klebverbindung realisiert ist.
14. Knotenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 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 innere Lage (3a) des Endbereichs (3) im Bereich der Verbindungszone freigeschnitten ist.
15. Knotenstruktur nach Anspruch 11 und 14, 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 Hohlprofile (1, 2) in dem freigeschnittenen Bereich mittels Durchschweißens verbunden sind.
16. Knotenstruktur nach Anspruch 15, 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 Schweißnaht als geschlossener Linienzug (4a) ausgebildet ist.
17. Knotenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß in der äußeren Lage (3b) des Endbereichs zwei parallel zueinander in Längsrichtung verlaufende Langlöcher (5) für die Schweißnähte (4) ausgebildet sind.
18. Knotenstruktur nach Anspruch 17, 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 Längskanten (5a) der Langlöcher (5) oberhalb der Schweißnaht (4) durch Löten miteinander verbunden sind.
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