WO2005019015A1 - Knotenstruktur zur verbindung von zwei profilen in einem fahrzeugtragrahmen - Google Patents

Knotenstruktur zur verbindung von zwei profilen in einem fahrzeugtragrahmen Download PDF

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WO2005019015A1
WO2005019015A1 PCT/EP2004/008725 EP2004008725W WO2005019015A1 WO 2005019015 A1 WO2005019015 A1 WO 2005019015A1 EP 2004008725 W EP2004008725 W EP 2004008725W WO 2005019015 A1 WO2005019015 A1 WO 2005019015A1
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WO
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profile
node structure
structure according
profiles
web
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PCT/EP2004/008725
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English (en)
French (fr)
Inventor
Axel GRÜNEKLEE
Lothar Patberg
Original Assignee
Thyssenkrupp Steel Ag
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Publication date
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Priority to JP2006522954A priority patent/JP2007501736A/ja
Priority to BRPI0413522-9A priority patent/BRPI0413522A/pt
Priority to US10/568,404 priority patent/US7690721B2/en
Priority to EP04763776A priority patent/EP1654150B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D27/00—Connections between superstructure or understructure sub-units
    • B62D27/02—Connections between superstructure or understructure sub-units rigid
    • B62D27/023—Assembly of structural joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/02—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted comprising longitudinally or transversely arranged frame members

Definitions

  • the invention relates to a node structure for connecting two profiles, in particular in one
  • Vehicle support frame of which the first profile has at least two flat, parallel sides and the second profile consists of two parallel, opposing belts and at least one web connecting the belts, the belts projecting with their lateral ends opposite the web and with these projections in pairs form parallel flanges.
  • hollow profiles i.e. Closed cross-section profiles.
  • hollow profiles made of high-strength and high-strength steel materials offer great weight saving potential.
  • a central problem when using hollow profiles is their connection to one another via connecting nodes.
  • EP 0 568 251 B1 describes a T-shaped knot structure for connecting a cross member designed as a hollow profile with a rectangular cross section to the side skirts.
  • the cross member is at one End cut open longitudinally and bent in such a way that two sections with a C-shaped cross section, bent by 90 ° and aligned with one another, are formed, to which the side skirts are placed and welded to them.
  • a node structure described in DE 196 53 509 AI in a vehicle support frame is based on a node element made of sheet steel by hydroforming (IHU) with at least two connecting pieces.
  • the hollow profiles to be connected are attached to the connecting pieces and fixed by welding or gluing.
  • a node structure for connecting two profiles according to the generic term is known from practice, in which the web (s) connecting the straps of the second profile are trimmed longitudinally with respect to the straps, so that the resulting protrusions of the straps enclose the first profile, which is applied at right angles, in a form-fitting manner.
  • This knot structure which is fixed by means of a welded joint, is also characterized by high rigidity. With a small wall thickness and at the same time large profile cross-sections, bulging effects or twisting of the first profile, which is generally designed as a longitudinal beam, can occur under load, as a result of which the rigidity of the node structure is considerably reduced.
  • the frontal trimming of the second profile means that it cannot be removed from a continuous profile production due to the intermediate processing to be carried out, which leads to increased costs.
  • the second profile can also be manufactured individually, but this is also associated with high costs
  • the invention is therefore based on the object of creating a node structure of the type mentioned at the outset which enables a highly rigid connection of the profiles, tolerance compensation of the profiles being ensured as well as the possibility of using profiles directly from a continuous production process.
  • the object is achieved according to the invention with a node structure according to the preamble, in that the first profile has a recess at the location of the connection, into which the second profile is inserted on the end face in such a way that the parallel sides of the opposite ones Recess-defining ends of the first profile fit positively on the inside of the opposite bottle of the second profile and are connected to them.
  • the node structure according to the invention is simple in design and can therefore be manufactured without great manufacturing outlay. It is particularly advantageous that the second profile can be taken directly from a continuous production and only has to be cut to length according to the user. In contrast to the prior art, trimming of the web on the end face is therefore not necessary.
  • the second profile is inserted into a recess provided in the first profile in its side walls, so that the web (s) of the second profile protrude into the node area.
  • Tolerance compensation of the profiles is possible in two dimensions. In the longitudinal direction of the first profile, this can be achieved by varying the width of the cutout and by varying the position of the inserted second profile perpendicular to the direction of insertion, so that the ends of the first profile are arranged at different distances from the web (s) of the second profile. On the other hand, tolerance compensation in the longitudinal direction of the second profile can also be realized, namely by varying the insertion depth of the second profile into the recess provided in the first profile.
  • the second profile is preferably a DAVEX profile. Due to production reasons, DAVEX profiles already have the required cross-sectional geometry with the parallel flanges protruding outwards. The thickness ratio between the belts and the web or webs can be easily adjusted according to the load profile of the later application. In contrast to an extruded profile, for example, DAVEX profiles can be easily manufactured from high-strength or ultra-high-strength steel materials. It is also possible to use different materials for the belts and the webs or webs, so that the belts, which may be particularly stressed during operation, can be made of a high-strength material, and the webs that are less loaded can be made of an inexpensive material.
  • the profiles are expediently connected to one another by welding.
  • a line weld seam through which the outer edges of the parallel flanges of the second profile are connected to the form-fitting sides of the first profile, is suitable as a concrete embodiment of this welded connection. With such a line weld seam, an elongated joining line is achieved, which additionally contributes to the high rigidity of the knot structure.
  • the first profile is expediently designed as a vehicle side member, in particular as a rear vehicle side member, and the second profile as a vehicle cross member.
  • the straps of the second profile with their outward-facing flanges provide a suitable contact surface, for example for elements of the vehicle floor.
  • the knot In the event of a rear-end collision in which a large force is applied to the front side member of the rear side member, the knot does not lose its stability due to the webs protruding into the first profile and sealing off the profile ends even if the weld seams tear.
  • the node structure according to the invention is also particularly suitable for use in buses, commercial vehicles and rail vehicles, since these usually have a lead frame as the basic structure.
  • the second profile is a DAVEX profile
  • this is particularly suitable as a vehicle seat carrier, i.e. as a cross member on which vehicle seats - in a passenger vehicle or a bus - can be screwed on. This makes use of the fact that a load acting vertically on the belt surface, for example by a person sitting in the vehicle, can be absorbed particularly well by the DAVEX profile.
  • the execution of the node structure with regard to the recess provided in the first profile can be implemented in different ways. So is after a first alternative completely cut the first profile at the point of connection. In this configuration, tolerance compensation in the longitudinal direction of the first profile is particularly easy. A slight transverse offset of the profile halves, which are arranged in alignment with one another, is also possible.
  • one end of the completely severed first profile has a projection on the side facing away from the second profile, via which it is connected to the other end of the first profile.
  • tolerance compensation can be carried out in the longitudinal direction of the first profile.
  • the knot structure is additionally secured by the protrusion of one profile end when the second profile is loaded in its longitudinal direction.
  • the first profile at the location of the connection is not completely severed, but only up to a web arranged on the side facing away from the second profile.
  • the first profile thus has a continuous fiber, which increases the fatigue strength of the node structure.
  • the knot structure is particularly effectively secured by the remaining web even when the second profile is heavily loaded in its longitudinal direction, for example in the event of a side impact.
  • the second profile has two webs, one of which one is cropped lengthways.
  • the one web is trimmed longitudinally to such an extent that the recess in the first profile can be selected to be significantly smaller, and thus the opposite ends of the first profile are mounted at a significantly smaller distance from one another are.
  • this is associated with a higher weight of the node structure and an additional work step (trimming) in the preparation of the second profile, the rigidity of the node structure can thus be increased considerably. Consequently, this embodiment is particularly suitable for applications which are less sensitive to weight, but are all the more associated with permanently high loads, for example in the commercial vehicle or rail vehicle sector.
  • the high stiffness of the knot structure according to the invention in particular its torsional strength, can be increased even further by additionally bordering it with shell elements.
  • the shell elements can be designed as deep-drawn or edged components.
  • FIG. 1 shows a node structure for connecting two profiles with a completely severed first profile in a perspective view
  • FIG. 2 is a top view of the node structure of FIG. 1, 3 shows the knot structure of FIG. 1 in an end view in the direction of arrow III,
  • FIG. 4 shows the node structure of FIG. 1 in section along the line IV-IV of FIG. 3,
  • FIG. 5 shows the node structure of FIG. 1 with double tolerance compensation in plan view
  • FIG. 6 is a top view of the knot structure of FIG. 1 with a trimmed second profile
  • FIG. 7 shows the node structure of FIG. 6 in a lateral section along the line VII-VII of FIG. 6,
  • Fig. 8 shows the node structure of Fig. 1, in which, as a modification, one end of the first profile has a projection, in a perspective view and
  • FIG. 9 shows the node structure of FIG. 1, in which, as a further modification, the first profile is severed except for a web, in a perspective view.
  • first profile 1 consists of a first profile 1, which is designed as a hollow profile with a rectangular cross section, and a second profile 2, which in turn consists of two parallel, opposing belts 3, 4 and two connecting the belts 3, 4, there are also parallel webs 5, 6, the belts 3, 4 with their lateral ends protrude from the web (s) 5, 6 and form parallel flanges 31, 42, 32, 42 with these projections.
  • the second profile 2 is preferably a DAVEX profile, in which the cross-sectional shape described is already predetermined for production reasons.
  • the first profile 1 is completely severed along its circumference, so that there are two opposite profile ends 8, 9 which delimit a recess 7.
  • the second profile 2 is inserted into this recess 7 in such a way that the respective upper and lower sides 81, 91, 82, 92 of the profile ends 8, 9 form-fit on the inner sides 31a, 41a, 32a, 42a of the opposite bottle 31, 41, 32, 42 of the second profile 2.
  • the second profile 2 is firmly connected to the profile ends 8, 9 of the first profile 1 by means of a total of four weld seams 3a, 4a, which are designed as line weld seams, which results in a simply designed, highly rigid Node structure with the webs 5, 6 acting as bulkheads for the profile 1 is formed.
  • the node structure according to the invention is characterized by very good crash properties. If, for example, there is a very strong introduction of force in the longitudinal direction into the first profile 1 forming the longitudinal beam as a result of a rear-end collision, the knot structure does not lose its stability even if the line welds 3a, 4a tear, since the profile ends 8, 9 act as bulkheads Web 5, 6 of the inserted second profile 2 are prevented from longitudinal displacement and a collapse, ie a strong cross-sectional change, of the profile ends 8, 9 and their excessive torsion at the location of the knot structure is prevented by the flanges formed by the straps 3, 4.
  • a two-dimensional tolerance compensation of the two profiles 1, 2 is possible.
  • the position of the second profile 2 can be varied perpendicular to the direction of insertion.
  • it is selected so that the profile ends 8, 9 are arranged at different distances from the webs 5, 6 of the second profile 2.
  • the length of the first profile 1 can be changed to a limited extent by varying the width of the recess 7.
  • tolerance compensation in the longitudinal direction of the second profile 2 the latter is not completely, but only partially inserted into the recess 7.
  • the one web 6 of the second profile 2 is trimmed longitudinally in such a way that the recess in the first profile 1 can be selected to be significantly smaller and thus the profile ends 8, 9 lie at a substantially smaller distance from one another.
  • this is associated with a higher weight of the knot structure and with a higher manufacturing effort, it ensures a significant increase in the rigidity of the knot structure.
  • the one profile end 9 has a protrusion 10 on the side facing away from the second profile 2, via which it is connected to the other profile end 8.
  • the connection is again formed as a line weld 10a. This arrangement additionally secures the node structure when the second profile 2 is loaded in its longitudinal direction, for example in the event of a side impact.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of the node structure.
  • the first profile 1 is not completely cut at the location of the connection, but is only severed except for a web 11 arranged on the side facing away from the second profile 2.
  • the first profile 1 thus has a continuous fiber, by means of which the fatigue strength of the node structure is increased.
  • the web 11 acts as a barrier, which effectively prevents the second profile 2 from being pushed through the recess 7 of the first profile 1 in the event of, for example, crash-induced tearing of the weld seams 3a, 4a.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Knotenstruktur zur Verbindung von zwei Profilen (1, 2), insbesondere in einem Fahrzeugtragrahmen, von denen das erste Profil (1) mindestens zwei ebene, parallele Seiten aufweist und das zweite Profil (2) aus zwei parallelen, sich gegenüberliegenden Gurten (3, 4) und mindestens einem die Gurte (3, 4) verbindenden Steg (5, 6) besteht, wobei die Gurte (3, 4) mit ihren seitlichen Enden gegenüber dem Steg (5, 6) überstehen und mit diesen Überständen paarweise parallele Flansche (31, 41, 32, 42) bilden. Die Knotenstruktur ist dadurch gekennzeichnet, daß das erste Profil (1) am Ort der Verbindung eine Aussparung (7) aufweist, in die das zweite Profil (2) stirnseitig derart eingesteckt ist, daß die parallelen Seiten der sich gegenüberliegenden, die Aussparung (7) begrenzenden Enden (8, 9) des ersten Profils formschlüssig an den Innenseiten (31a, 41a, 32a, 42a) der sich gegenüberliegenden Flasche (31, 41, 32, 42) des zweiten Profils (2) anliegen und mit diesen verbunden sind.

Description

Knotenstruktur zur Verbindung von zwei Profilen in einem Fahrzeugtragrahmen
Die Erfindung betrifft eine Knotenstruktur zur Verbindung von zwei Profilen, insbesondere in einem
Fahrzeugtragrahmen, von denen das erste Profil mindestens zwei ebene, parallele Seiten aufweist und das zweite Profil aus zwei parallelen, sich gegenüberliegenden Gurten und mindestens einem die Gurte verbindenden Steg besteht, wobei die Gurte mit ihren seitlichen Enden gegenüber dem Steg überstehen und mit diesen Überständen paarweise parallele Flansche bilden.
Seit einigen Jahren werden besonders im Fahrzeugbau vor dem Hintergrund neuer Leichtbaukonzepte wieder verstärkt Hohlprofile, d.h. Profile mit geschlossenem Querschnitt, eingesetzt. Dabei bieten insbesondere solche Hohlprofile, die aus hoch- und höchstfesten Stahlwerkstoffen gefertigt sind, ein hohes Gewichtseinsparungspotential. Eine zentrale Problemstellung beim Einsatz von Hohlprofilen ist deren Anbindung untereinander über Verbindungsknoten.
Knotenstrukturen zur Verbindung von Profilen, insbesondere von Hohlprofilen, sind seit langem bekannt. So ist in der europäischen Patentschrift EP 0 568 251 Bl eine T-förmige Knotenstruktur zur Anbindung eines als Hohlprofil mit rechteckigem Querschnitt ausgebildeten Querträgers an die Seitenschweller beschrieben. Gemäß einer Ausführungsform eines solchen T-Knotens ist der Querträger an seinem einen Ende längs aufgetrennt und derart aufgebogen, daß zwei um jeweils 90° umgebogene, zueinander fluchtend angeordnete Abschnitte mit C-fÖrmigem Querschnitt entstehen, an die der Seitenschweller angelegt und mit diesen verschweißt wird. Dadurch läßt sich zwar eine Knotenstruktur mit einer großen Anbindungszone und damit verbundener hoher Steifigkeit realisieren, die zudem einen Toleranzausgleich in Fahrzeuglängsrichtung ermöglicht, jedoch ist dies mit vergleichsweise hohem fertigungstechnischen Aufwand aufgrund der jeweils vorzunehmenden Einzelbearbeitung des Querträgerendes verbunden. Zudem kann es bei einem Frontaloder Heckaufprall, d.h. bei einer Krafteinleitung in den Fahrzeugrahmen in Längsrichtung, zu einem Aufreißen der Schweißnaht kommen, wodurch die Verbindung zwischen Querträger und Seitenschweller vollständig gelöst wird und der Fahrzeugtragrahmen in erheblichem Maße an Steifigkeit verliert.
Eine in der DE 196 53 509 AI beschriebene Knotenstruktur in einem Fahrzeugtragrahmen basiert auf einem aus Stahlblech durch Innenhochdruckumformen (IHU) hergestellten Knotenelement mit wenigstens zwei Anschlußstutzen. Auf die Anschlußstutzen werden die zu verbindenden Hohlprofile aufgesteckt und mittels Schweißen oder Kleben fixiert. Dies ermöglicht zwar die präzise Verbindung zweier oder mehrerer Profile, wobei ein gewisser Toleranzausgleich durch eine begrenzt variable Aufstecktiefe möglich ist. Die Herstellung eines solchen Knotenelementes ist jedoch nur in Einzelfertigung möglich und wegen der IHU-Technologie sehr aufwendig.
Aus der Praxis ist schließlich eine Knotenstruktur zur Verbindung zweier Profile gemäß dem Oberbegriff bekannt, bei welcher der bzw. die die Gurte verbindenden Stege des zweiten Profils gegenüber den Gurten längs beschnitten sind, so daß die dadurch entstehenden stirnseitigen Überstände der Gurte das im rechten Winkel angelegte erste Profil formschlüssig umschließen. Diese mittels einer Schweißverbindung fixierte Knotenstruktur zeichnet sich ebenfalls durch eine hohe Steifigkeit aus. Bei geringer Wandstärke und gleichzeitig großen Profilquerschnitten kann es jedoch unter Belastung zu Wölbeffekten bzw. zu einer Tordierung des in der Regel als Längsträger ausgebildeten ersten Profils kommen, wodurch die Steifigkeit der Knotenstruktur erheblich reduziert wird. Des weiteren hat der stirnseitige Beschnitt des zweiten Profils zur Folge, daß dieses infolge der vorzunehmenden Zwischenbearbeitung nicht einer kontinuierlichen Profilfertigung entnommen werden kann, was zu erhöhten Kosten führt. Alternativ zum nachträglichen Beschnitt kann das zweite Profil auch einzeln gefertigt werden, was jedoch ebenfalls mit hohen Kosten verbunden ist
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Knotenstruktur der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine hochsteife Verbindung der Profile ermöglicht, wobei ein Toleranzausgleich der Profile ebenso gewährleistet sein sollte, wie die Möglichkeit, Profile direkt aus einem kontinuierlichen Fertigungsprozeß einzusetzen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Knotenstruktur gemäß dem Oberbegriff gelöst, indem das erste Profil am Ort der Verbindung eine Aussparung aufweist, in die das zweite Profil stirnseitig derart eingesteckt ist, daß die parallelen Seiten der sich gegenüberliegenden, die Aussparung begrenzenden Enden des ersten Profils formschlüssig an den Innenseiten der sich gegenüberliegenden Flasche des zweite Profils anliegen und mit diesen verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Knotenstruktur ist einfach gestaltet und damit ohne großen fertigungstechnischen Aufwand herzustellen. Besonders vorteilhaft ist, daß das zweite Profil direkt einer kontinuierlichen Fertigung entnommen werden kann und lediglich nach Maßgabe des Anwenders abgelängt werden muß. Im Unterschied zum Stand der Technik ist somit ein stirnseitiger Beschnitt des Steges nicht erforderlich.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß das zweite Profil in eine im ersten Profil in dessen Seitenwänden vorgesehene Aussparung eingesteckt ist, so daß der oder die Stege des zweiten Profils in den Knotenbereich hineinragen. Dadurch wird ein Verbindungsknoten mit besonders hoher Steifigkeit geschaffen, da der eingesteckte Abschnitt des oder der Stege bei einer Längsbelastung des ersten Profils als Schottblech wirkt und somit den Knoten aussteift. Hierdurch wird sowohl eine Querschnittsveränderung der Profile bei starker Beanspruchung unterdrückt als auch deren Tordierung im Knotenbereich wirksam verhindert.
Ein Toleranzausgleich der Profile ist in zwei Dimensionen möglich. In Längsrichtung des ersten Profils ist dies realisierbar durch eine Variation der Breite der Aussparung sowie durch eine Variation der Lage des eingesteckten zweiten Profils senkrecht zur Einsteckrichtung, so daß die Enden des ersten Profils in unterschiedlichem Abstand zu dem oder den Stegen des zweiten Profils angeordnet sind. Andererseits läßt sich auch ein Toleranzausgleich in Längsrichtung des zweiten Profils realisieren, nämlich durch eine Variation der Einstecktiefe des zweiten Profils in die im ersten Profil vorgesehene Aussparung.
Vorzugsweise ist das zweite Profil ein DAVEX-Profil. DAVEX- Profile weisen fertigungsbedingt bereits die erforderliche Querschnittgeometrie mit den seitlich nach außen überstehenden parallelen Flanschen auf. Das Dickenverhältnis zwischen den Gurten und dem oder den Stegen läßt sich entsprechend dem Belastungsprofil der späteren Anwendung leicht einstellen. Im Unterschied beispielsweise zu einem Strangpreßprofil lassen sich DAVEX- Profile problemlos aus hochfesten oder höchstfesten Stahlwerkstoffen fertigen. Dabei ist ebenso die Verwendung jeweils verschiedener Werkstoffe für die Gurte und den bzw. die Stege möglich, so daß die im Betrieb möglicherweise besonders belasteten Gurte aus einem hochfesten Werkstoff, der geringer belasteten Stege aus einem kostengünstigen Werkstoff gefertigt sein können.
Zweckmäßigerweise sind die Profile durch Schweißen miteinander verbunden. Als konkrete Ausgestaltung dieser Schweißverbindung bietet sich eine Linienschweißnaht an, durch welche die äußeren Ränder der parallelen Flansche des zweiten Profils mit den formschlüssig anliegenden Seiten des ersten Profils verbunden sind. Durch eine solche Linienschweißnaht wird eine langgestreckte Fügelinie erreicht, welche zusätzlich zur hohen Steifigkeit der Knotenstruktur beiträgt.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Knotenstruktur als Verbindungsknoten von Profilelementen in einem Fahrzeugtragrahmen. Dabei ist zweckmäßigerweise das erste Profil als Fahrzeuglängsträger, insbesondere als hinterer Fahrzeuglängsträger, und das zweite Profil als Fahrzeugquerträger ausgebildet. Die Gurte des zweiten Profils bieten mit ihren nach außen weisenden Flanschen eine geeignete Anlagefläche beispielsweise für Elemente des Fahrzeugbodens .
Im Falle eines Heckaufpralls, bei dem eine große Kraft stirnseitig in den hinteren Längsträger eingeleitet wird, verliert der Knoten aufgrund der in das erste Profil hineinragenden und die Profilenden abschottenden Stege auch dann nicht seine Stabilität, wenn es zu einem Reißen der Schweißnähte kommt.
Neben einem Einsatz im Tragrahmen von Personenkraftfahrzeugen ist die erfindungsgemäße Knotenstruktur insbesondere auch für einen Einsatz in Omnibussen, Nutz- und Schienenfahrzeugen geeignet, da diese meist über einen Leiterrahmen als Grundstruktur verfügen.
Handelt es sich bei dem zweiten Profil um ein DAVEX-Profil, so eignet sich dieses insbesondere als Fahrzeugsitzträger, d.h. als Querträger auf welchen Fahrzeugsitze - in einem Personenfahrzeug oder einem Omnibus - aufschraubbar sind. Hierbei wird ausgenutzt, daß eine senkrecht auf die Gurtoberfläche wirkende Beanspruchung beispielsweise durch eine im Fahrzeug sitzende Person besonders gut von dem DAVEX-Profil aufgenommen werden kann.
Die Ausführung der Knotenstruktur hinsichtlich der im ersten Profil vorgesehenen Aussparung kann auf verschiedene Weise realisiert sein. So ist nach einer ersten Alternative das erste Profil am Ort der Verbindung vollständig durchtrennt. In dieser Konfiguration ist ein Toleranzausgleich in Längsrichtung des ersten Profils besonders einfach möglich. Ebenso ist ein geringfügiger Querversatz der an sich miteinander fluchtend angeordneten Profilhälften möglich.
Nach einer weitergehenden Ausgestaltung weist das eine Ende des vollständig durchtrennten ersten Profils auf der dem zweiten Profil abgewandten Seite einen Überstand auf, über den es mit dem anderen Ende des ersten Profils verbunden ist. In dieser Konfiguration kann einerseits ein Toleranzausgleich in Längsrichtung des ersten Profils vorgenommen werden. Andererseits ist die Knotenstruktur durch den Überstand des einen Profilendes bei einer Belastung des zweiten Profils in dessen Längsrichtung zusätzlich gesichert.
Nach einer anderen alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Knotenstruktur ist vorgesehen, daß das erste Profil am Ort der Verbindung nicht vollständig, sondern lediglich bis auf einen auf der dem zweiten Profil abgewandten Seite angeordneten Steg durchtrennt ist. Das erste Profil weist somit im Unterschied zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eine durchgehende Faser auf, wodurch die Dauerfestigkeit der Knotenstruktur erhöht wird. Weiterhin ist die Knotenstruktur durch den verbleibenden Steg auch bei einer starken Belastung des zweiten Profils in seiner Längsrichtung, beispielsweise bei einem Seitenaufprall, besonders effektiv gesichert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das zweite Profil zwei Stege auf, von denen der eine längs beschnitten ist. Im einzelnen ist bei dieser insbesondere bei DAVEX-Profilen bevorzugt gewählten Konfiguration mit zwei Stegen der eine Steg soweit längs beschnitten, daß die Aussparung im ersten Profil wesentlich kleiner gewählt werden kann und somit die sich gegenüber liegenden Enden des ersten Profils in wesentlich geringerem Abstand zueinander gelagert sind. Zwar ist dies mit einem höheren Gewicht der Knotenstruktur und einem zusätzlichen Arbeitsschritt (Beschnitt) bei der Vorbereitung des zweiten Profils verbunden, jedoch kann somit die Steifigkeit der Knotenstruktur weiter erheblich gesteigert werden. Folglich ist diese Ausführungsform besonders für weniger gewichtssensitive, aber dafür umso mehr mit dauerhaft hohen Belastungen verbundene Anwendungen, beispielsweise im Nutzfahrzeug- oder Schienenfahrzeugbereich, geeignet.
Schließlich kann die hohe Steifigkeit der erfindungsgemäßen Knotenstruktur, insbesondere ihre Torsionsfestigkeit, noch weiter gesteigert werden, indem sie zusätzlich mit Schalenelementen eingefaßt ist. Dabei können die Schalenelemente als Tiefzieh- oder Kantbauteile ausgebildet sein.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Knotenstruktur zur Verbindung von zwei Profilen mit einem vollständig durchtrennten ersten Profil in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 die Knotenstruktur der Fig. 1 in Draufsicht, Fig. 3 die Knotenstruktur der Fig. 1 in Stirnansicht in Richtung des Pfeiles III,
Fig. 4 die Knotenstruktur der Fig. 1 im Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3,
Fig. 5 die Knotenstruktur der Fig. 1 mit zweifachem Toleranzausgleich in Draufsicht,
Fig. 6 die Knotenstruktur der Fig. 1 mit beschnittenem zweiten Profil in Draufsicht,
Fig. 7 die Knotenstruktur der Fig. 6 im seitlichen Schnitt entlang der Linie VII-VII der Fig. 6,
Fig. 8 die Knotenstruktur der Fig. 1, bei der als Abwandlung das eine Ende des ersten Profils einen Überstand aufweist, in perspektivischer Ansicht und
Fig. 9 die Knotenstruktur der Fig. 1, bei der als weitere Abwandlung das erste Profil bis auf einen Steg durchtrennt ist, in perspektivischer Ansicht.
Die in Fig. 1 dargestellte Knotenstruktur besteht aus einem ersten Profil 1, welches als Hohlprofil mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist, und einem zweiten Profil 2, welches seinerseits aus zwei parallelen, sich gegenüberliegenden Gurten 3, 4 und zwei die Gurte 3, 4 verbindenden, ebenfalls parallel ausgerichteten Stegen 5, 6 besteht, wobei die Gurte 3, 4 mit ihren seitlichen Enden gegenüber dem bzw. den Stegen 5, 6 überstehen und mit diesen Überständen paarweise parallele Flansche 31, 42, 32, 42 bilden. Bei dem zweiten Profil 2 handelt es sich vorzugsweise um ein DAVEX-Profil, bei welchem die beschriebene Querschnittsform schon fertigungsbedingt vorgegeben ist. Das erste Profil 1 ist entlang seines Umfangs vollständig durchtrennt, so daß zwei sich gegenüberliegenden Profilenden 8, 9 vorliegen, die eine Aussparung 7 begrenzen. In diese Aussparung 7 ist das zweite Profil 2 derart eingesteckt, daß die jeweiligen Ober- und Unterseiten 81, 91, 82, 92 der Profilenden 8, 9 formschlüssig an den Innenseiten 31a, 41a, 32a, 42a der sich gegenüberliegenden Flasche 31, 41, 32, 42 des zweiten Profils 2 anliegen. Am äußeren Rand der Flansche 31, 41, 32, 42 ist das zweite Profil 2 über insgesamt vier Schweißnähte 3a, 4a, welche als Linienschweißnähte ausgebildet sind, fest mit den Profilenden 8, 9 des ersten Profils 1 verbunden, wodurch eine einfach gestaltete, hochsteife Knotenstruktur mit den als Schottwände für das Profil 1 wirkenden Stegen 5, 6 gebildet wird.
Als Teil eines Fahrzeugtragrahmens, wobei das erste Profil 1 beispielsweise einen hinteren Längsträger und das zweite Profil 2 einen Querträger bildet, zeichnet sich die erfindungsgemäße Knotenstruktur durch sehr gute Crasheigenschaften aus. Kommt es beispielsweise zu einer sehr starken Krafteinleitung in Längsrichtung in das den Längsträger bildende erste Profil 1 infolge eines Heckaufpralls, so verliert die Knotenstruktur selbst bei einem Reißen der Linienschweißnähte 3a, 4a nicht ihre Stabilität, da die Profilenden 8, 9 durch die als Schottwände wirkenden Stege 5, 6 des eingesteckten zweiten Profils 2 an einer Längsverschiebung gehindert werden und ein Kollabieren, d.h. eine starke Querschnittsveränderung, der Profilenden 8, 9 sowie deren übermäßige Torsion am Orte der Knotenstruktur durch die von den Gurten 3, 4 gebildeten Flansche verhindert wird.
Bei der erfindungsgemäßen Knotenstruktur ist, wie in Fig. 5 dargestellt, ein zweidimensionaler Toleranzausgleich der beiden Profile 1, 2 möglich. So ist als Toleranzausgleich in Längsrichtung des ersten Profils 1 die Lage des zweiten Profils 2 senkrecht zur Einsteckrichtung variierbar. Vorliegend ist sie so gewählt, daß die Profilenden 8, 9 in unterschiedlichem Abstand zu den Stegen 5, 6 des zweiten Profils 2 angeordnet sind. Zudem kann durch eine Variation der Breite der Aussparung 7 die Längsausdehnung des ersten Profils 1 begrenzt geändert werden. Wie Fig. 5 weiter zu entnehmen ist, ist als Toleranzausgleich in Längsrichtung des zweiten Profils 2 dieses nicht vollständig, sondern nur teilweise in die Aussparung 7 eingeschoben.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Knotenstruktur ist der eine Steg 6 des zweiten Profils 2 derart längs beschnitten, daß die Aussparung im ersten Profil 1 wesentlich kleiner gewählt werden kann und somit die Profilenden 8, 9 in wesentlich geringerem Abstand zueinander liegen. Dies ist zwar mit einem höheren Gewicht der Knotenstruktur sowie mit einem höheren Fertigungsaufwand verbunden, sorgt jedoch für eine nennenswerte Erhöhung der Steifigkeit der Knotenstruktur.
Gemäß der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform der Knotenstruktur weist das eine Profilende 9 auf der dem zweiten Profil 2 abgewandten Seite einen Überstand 10 auf, über den es mit dem anderen Profilende 8 verbunden ist. Die Verbindung ist wiederum als Linienschweißnaht 10a ausgebildet. Durch diese Anordnung ist die Knotenstruktur bei einer Belastung des zweiten Profils 2 in dessen Längsrichtung, beispielsweise bei einem Seitenaufprall, zusätzlich gesichert.
In Fig. 9 ist schließlich eine weitere Ausführungsform der Knotenstruktur dargestellt. Hierbei ist das erste Profil 1 am Ort der Verbindung nicht vollständig, sondern lediglich bis auf einen auf der dem zweiten Profil 2 abgewandten Seite angeordneten Steg 11 durchtrennt. Das erste Profil 1 weist somit im Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine durchgehende Faser auf, durch welche die Dauerfestigkeit der Knotenstruktur erhöht wird. Bei einer starken Längsbelastung des zweiten Profils 2 fungiert der Steg 11 als Sperre, welche effektiv verhindert, daß das zweite Profil 2 bei einem beispielsweise crashbedingtem Reißen der Schweißnähte 3a, 4a durch die Aussparung 7 des ersten Profils 1 hindurchgeschoben wird.

Claims

PA T E N TAN S P RÜ C H E
Knotenstruktur zur Verbindung von zwei Profilen (1, 2) , insbesondere in einem Fahrzeugtragrahmen, von denen das erste Profil (1) mindestens zwei ebene, parallele Seiten aufweist und das zweite Profil (2) aus zwei parallelen, sich gegenüberliegenden Gurten (3, 4) und mindestens einem die Gurte (3, 4) verbindenden Steg (5, 6) besteht, wobei die Gurte (3, 4) mit ihren seitlichen Enden gegenüber dem Steg (5, 6) überstehen und mit diesen Überständen paarweise parallele Flansche (31, 41, 32, 42) bilden, 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 Profil (1) am Ort der Verbindung eine Aussparung (7) aufweist, in die das zweite Profil (2) stirnseitig derart eingesteckt ist, daß die parallelen Seiten der sich gegenüberliegenden, die Aussparung begrenzenden Enden (8, 9) des ersten Profils (1) formschlüssig an den Innenseiten (31a, 41a, 32a, 42a) der sich gegenüberliegenden Flasche (31, 41, 32, 42) des zweiten Profils (2) anliegen und mit diesen verbunden sind.
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 das zweite Profil (2) ein DAVEX-Profil ist.
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 die Profile (1, 2) durch Schweißen miteinander verbunden sind.
4. 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 die Schweißverbindung als Linienschweißnaht (3a, 4a) ausgebildet ist.
5. Knotenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 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 das erste Profil (1) als Fahrzeuglängsträger, insbesondere als hinterer Fahrzeuglängsträger, und das zweite Profil (2) als Fahrzeugquerträger ausgebildet ist.
6. Knotenstruktur nach den Ansprüchen 2 und 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 zweite Profil (2) als Fahrzeugsitzträger ausgebildet ist.
7. Knotenstruktur 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 Profil (1) am Ort der Verbindung vollständig durchtrennt ist.
8. Knotenstruktur nach Anspruch 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 eine Ende (9) des vollständig durchtrennten ersten Profils (1) auf der dem zweiten Profil (2) abgewandten Seite einen Überstand (10) aufweist, über den es mit dem anderen Ende (8) des ersten Profils (1) verbunden ist.
9. Knotenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis β, 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 Profil (1) am Ort der Verbindung bis auf einen auf der dem zweiten Profil (2) abgewandten Seite angeordneten Steg (11) durchtrennt ist.
10. Knotenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 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 zweite Profil (2) zwei Stege (3, 4) aufweist, von denen der eine längs beschnitten ist.
11. Knotenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 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 Knotenstruktur zusätzlich mit Schalenelementen eingefaßt 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 Schalenelemente als Tiefzieh- oder Kantbauteile ausgebildet sind.
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