Trägerverbindung- insbesondere LängsträgerVerbindung, an einer Karosserie für einen Personenkraftwagen

Die Erfindung betrifft eine Trägerverbindung- insbesondere eine Längsträgerverbindung, an einer Karosserie für einen Per¬ sonenkraftwagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Übliche selbsttragende Fahrzeugkarosserien für Personenkraft¬ wagen sind, einschließlich der Tragstruktur, aus Blechteilen hergestellt. Träger mit Hohlprofilen werden dabei aus jeweils zwei tiefgezogenen und miteinander verschweißten Blechen her¬ gestellt. Trägerverbindungen werden meist dadurch herge¬ stellt, daß diese mit ihren Enden überlappend aneinanderge- führt sind und an den Anlagestellen mit Schweißnähten oder -punkten verbunden sind.

Die zum Aufbau solcher Karosserien verwendeten Stahlbleche werden im Tiefziehverfahren verformt. Die Preßwerkzeuge zum Verformen der Bleche sind verhältnismäßig teuer, lassen je¬ doch sehr hohe Stückzahlen zu, so daß für eine Großserienfer¬ tigung damit eine kostengünstige Lösung zur Verfügung steht. Aufgrund der hohen Werkzeuginvestitionen gestaltet sich das beschriebene Verfahren für Kleinserien jedoch sehr kosten¬ intensiv.

Es ist daher insbesondere für Kleinserien bekannt (EP 0 146 716 Bl) , Fahrzeugkarosserien für Personenkraftwagen mit einer Tragstruktur aus Hohlprofilen herzustellen, welche durch Kno¬ tenelemente miteinander verbunden sind. Die Hohlprofile sind

dabei als Leichtmetall-Strangprofile und die Knotenelemente als Leichtmetall-Gußteile ausgebildet. Neben einer kostengün¬ stigeren Lösung für Kleinserien werden mit einer solchen Kon¬ struktion auch geringere Karosseriegewichte und Verbesserun¬ gen beim Korrosionsschutz erreicht.

Bei einer solchen Leichtmetall-Karosserie sind die Träger durch Stecken oder formschlüssiges Anlegen zusammengefügt und durch bekannte Verbindungstechniken, insbesondere Schweißen oder Kleben, zusätzlich gesichert.

Die Anlegeverbindungen werden so durchgeführt, daß der zu ver¬ bindende Hohlprofilträger an einem Ende mit einer Ausklinkung versehen ist, derart, daß er senkrecht zu seiner Erstreckung an ein zugeordnetes Knotenelement anfügbar ist. Werden näm¬ lich alle Hohlprofilträger in die zugeordneten Knotenelemente eingesteckt, dann lassen sich die letzten Hohlprofilträger nur mit Mühe und durch Verwinden des bereits zusammenge¬ steckten Rahmens einfügen.

Bei solchen Anlegeverbindungen ist das Ende des Hohlprofilträ¬ gers nicht über den gesamten Umfang von einem Knotenelement umfaßt, so daß zur Stabilität der Verbindung im wesentlichen die Schweißung beiträgt. Für sehr hoch belastete Verbindungen wäre ein übergreifender Formschluß günstiger. Steckverbindun¬ gen, die diesen umgreifenden Formschluß aufweisen, haben aber den vorstehend genannten Nachteil.

Eine bekannte Trägerverbindung (DE-OS 38 11 427) zur Verlänge¬ rung bzw. Verbindung von Hohlprofilträgerteilen einer Fahr¬ zeugkarosserie verwendet ebenfalls eine Anlageverbindung mit Ausklinkungen und einer speziellen Klebetechnik. Eine solche Verbindung fluchtender Trägerteile mit unterschiedlichen Pro¬ filgestaltungen ist mit der bekannten Maßnahme nicht möglich, da dann die Profile und die Ausklinkungen am Längsstoß nicht mehr zusammenpassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hochbelastbare Trägerver¬ bindung, insbesondere zur Verbindung axial ausgerichteter Trä¬ gerteile unterschiedlichen Profilquerschnitts, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 besteht die Karosserie aus einer Tragstruk¬ tur mit Trägern, die durch Knotenelemente miteinander verbun¬ den sind. Die Träger sind als Hohlträger aus Leichtmetall- Strangprofilen und die Knotenelemente als Leichtmetall-Gußtei¬ le ausgebildet. Erfindungsgemäß besteht wenigstens ein Knoten¬ element aus wenigstens zwei .zusammenfügbaren Schalenteilen, die die Enden aneinandergrenzender und zu verbindender Träger formschlüssig umgreifen. Zudem sollen die Schalenteile mit¬ einander und/oder mit den Trägern verbunden sein.

Damit wird nach der Verbindung der Schalenteile ein umgreifen¬ der Formschluß um die Trägerenden erhalten, so daß diese sta¬ bil mit hoher Steifigkeit und hoher Belastbarkeit gehalten und miteinander verbunden sind.

Bei der Verbindung von Trägern mit unterschiedlichen Profil¬ querschnitten findet der Querschnittsübergang in den Schalen¬ teilen statt, wobei durch angepaßte Wandstärkenverläufe in den Schalenteilen ein solcher Querschnittsübergang mit günsti¬ gem Kraftverlauf gestaltet werden kann. Bei der Ausführung der Schalenteile als Gußteile sind solche angepaßten Wandstär¬ kenverläufe einfach herstellbar.

Gegenüber einem einteiligen Gußteil für eine Steckverbindung sind im Fügebereich keine Gußschrägen vorhanden und es sind keine Schieber bei der Herstellung der Schalenteile erforder¬ lich. Obwohl auch hier, ähnlich wie bei einer Steckverbin¬ dung, ein umfassender Formschluß möglich ist, treten die o.g. Nachteile der Steckverbindungen, insbesondere beim Einstecken der letzten Trägerteile, nicht auf, da die Halbschalen in Querrichtung zum Trägerverlauf herangeführt werden können. Damit ergibt sich insgesamt ein einfacher Zusammenbau.

Ein weiterer Vorteil besteht insbesondere gegenüber Steckver¬ bindungen darin, daß Toleranzen in den Schalenteilen besser ausgeglichen werden können.

Die Trennungslinie bzw. die Anlageflächen der Schalenteile untereinander und damit der Ort der Verbindungsnaht können je nach den Konstruktionsgegebenheiten oft vorteilhaft in einen unkritischen Belastungsbereich, in die Nähe der sog. neutra¬ len Faser, gelegt werden.

Eine geeignete Verbindung der Schalenteile untereinander und mit den Trägern wird gemäß Anspruch 2 durch Schweißverbindun¬ gen an den Außenrändern der Anlageflächen hergestellt. Wie bereits erwäht, soll dabei der Ort der Verbindungsnaht der Schalenteile möglichst in einem unkritischen Belastungsbe- reich liegen. Es sind jedoch auch andere, bekannte Verbin¬ dungstechniken verwendbar, wie beispielsweise nach Anspruch 3 Klebeverbindungen, wenn genügend große Anlageflächen vorge¬ sehen werden.

Die Schalenteile können als Gußteile stabil ausgeführt sein und damit in einer weiteren Funktion als Trägerteile verwen¬ det werden, wobei vorteilhaft Anschlußträger und/oder Aufnah¬ men für Anbauteile angeformt sind.

Wie bereits ausgeführt, eignet sich die erfindungsgemäße Trä¬ gerverbindung besonders als stark belastbare Verbindung für in axialer Richtung fluchtend verlaufende Trägerteile unter¬ schiedlicher Profilquerschnitte. In einer konkreten und bevor¬ zugten Ausführung nach Anspruch 5 werden mit der erfindungsge¬ mäßen Trägerverbindung ein vorderer, erster Trägerteil eines Längsträgers mit einem in Axialrichtung anschließenden, zwei¬ ten Trägerteil verbunden. Der erste Trägerteil hat ein be¬ stimmtes, erstes Querschnittsprofil und ist insgesamt mit ge¬ ringerer Steifigkeit gegenüber dem zweiten Trägerteil dimen¬ sioniert, der ein zweit-≥s, unterschiedliches Querschnittspro¬ fil aufweist. Einem solchen, an sich bekannten, Längsträger¬ aufbau liegt der Gedanke zugrunde, daß bei einem Frontalauf-

prall mit geringerer Aufprallenergie nur der vordere, erste Längsträgerteil verformt wird, während der nach hinten an¬ schließende, zweite Längsträgerteil mit weiteren, angeschlos¬ senen Rahmenteilen und Aggregaten unverfor t bleibt. Die Schä¬ den bei einem Frontalaufprall mit geringerer Aufprallenergie sind dadurch begrenzt und bei einer Reparatur braucht in der Tragstruktur nur jeweils der vordere, erste Trägerteil ausge¬ wechselt zu werden.

Die erfindungsgemäße Trägerverbindung über Schalenteile, die die aneinandergrenzenden Trägerenden formschlüssig übergrei¬ fen, eignet sich besonders gut zur Verbindung solcher unter¬ schiedlich dimensionierter Längsträgerteile. Aufgrund der unterschiedlichen Festigkeiten der Trägerteile haben diese auch unterschiedliche Profilquerschnitte. Der Querschnitts¬ übergang kann hier mit geeigneten Kraftverläufen bei geeignet angepaßten Wandstärken in den Schalenteilen durchgeführt wer¬ den.

Ein kostengünstiger und geeigneter Aufbau eines solchen Längs¬ trägers ergibt sich nach Anspruch 6 damit, daß der erste Trä¬ gerteil ein einfaches, zylindrisches Rohr ist. Das zweite Trä¬ gerteil höherer Steifigkeit wird als Strangprofilträger mit größerer Strukturierung ausgeführt.

Auch in axialer Richtung kann nach Anspruch 7 durch Rippen oder Abstützungen in den Schalenteilen ein Formschluß zwi¬ schen den Trägerteilen hergestellt sein. Ein solcher, axialer Formschluß wirkt sich für eine Längsträgeranordnung aus zwei Trägerteilen bei einem Frontalaufprall positiv aus.

Bei einer Längsträgeranordnung aus zwei Längsträgerteilen liegt der weniger kritische Belastungsbereich in einer senk¬ rechten Axialebene, so daß nach Anspruch 8 vorteilhaft die Trennungslinie der Schalenteilen, bzw. deren Anlageflächen, in eine solche senkrechte Ebene gelegt sind.

Zur Material- und Gewichtseinsparung können je nach Gegeben¬ heiten bei ausreichender Festigkeit Durchbrüche in den Scha¬ lenteilen enthalten sein.

Bei einer Verbindung von axial ausgerichteten Trägern liegen die Trennungslinien bzw. Anlageflächen der Schalenteile in einer Axialebene. Eine Verbesserung des Kraftverlaufs und eine geringere Belastung der Verbindungsnähte kann je nach Gegebenheiten mit den Merkmalen des Anspruchs 10 dadurch er¬ reicht werden, daß die gegenseitigen Anlageflächen der Scha¬ lenteile bezüglich der zu verbindenden Träger gegeneinander (in Umfangsrichtung) versetzt liegen.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin¬ dung mit weiteren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen näher erläutert.

Die einzige Fig. zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine erfindungsgemäße Längsträgerverbindung.

Ein Längsträger 1 im vorderen Bereich einer Karosserie eines Personenkraftwagens besteht aus einem vorderen, ersten Träger¬ teil 2 und einem in Axialrichtung anschließenden, zweiten Trä¬ gerteil 3. Das erste Trägerteil 2 ist ein zylindrisches Rohr aus einer Aluminiumlegierung. Das zweite Trägerteil 2 ist ein als Hohlprofil ausgeführtes Strangprofil, ebenfalls aus einer Aluminiumlegierung mit gegenüber dem ersten Trägerteil etwas größerem Querschnitt mit geraden Außenflächenteilen. Das erste Trägerteil 2 ist in seiner Steifigkeit gegenüber dem zweiten Trägerteil 3 geringer dimensioniert, so daß bei einem Frontalaufprall zuerst das erste Trägerteil 2 deformiert wird und bei geringer Aufprallenergie das zweite Trägerteil mit seinen Anschlußteilen unverformt bleibt.

Das erste Trägerteil 2 und das zweite Trägerteil 3 sind in Λxialrichtung 4 fluchtend ausgerichtet und stoßen mit Endsei¬ ten 5 und 6 aneinander.

Für eine Verbindung der Trägerteile 2 und 3 bzw. der Endsei¬ ten 5 und 6 sind ein erstes Schalenteil 7 und ein zweites Schalenteil 8 verwendet, die in Fig. 1 im noch nicht montier¬ ten Zustand dargestellt sind.

Die beiden Schalenteile 7 und 8 enthalten in einem vorderen Teil halbringförmige Anlageflächen 9 und 10, die beim Zusam¬ mensetzen der Schalenteile 7 und 8 die zylindrische Endseite 5 des ersten Trägerteils 2 formschlüssig umfassen. Zudem lie¬ gen dann im Bereich der Anlageflächen 9 und 10 senkrecht ste¬ hende Trennflächen 11 der Schalenteile 7 und 8 aneinander.

In einem zweiten, zur Fahrzeugmitte bzw. zum zweiten Träger¬ teil 3 hinweisenden Bereich der Schalenteile 7 und 8 sind innere Anlageflächen 12 und 13 enthalten, die so geformt sind, daß sie beim Zusammensetzen der Schalenteile 7 und 8 den Endbereich 6 des zweiten Trägerteils 3 formschlüssig um¬ fassen. Dabei liegen auch in diesem Bereich senkrecht stehen¬ de Trennflächen 14 der Schalenteile 7 und 8 aneinander. Die Trennflächen 11 und die Trennflächen 14 liegen nicht in einer Axialebene, sondern sind gegeneinander in Umfangrichtung ver¬ setzt.

Ein unterer, flacher Wandteil des zweiten Trägerteils 3 wird von einer unteren Platte 15 des zweiten Schalenteils 8 Unter¬ griffen und liegt mit einer Stirnseite an der Anlagefläche 12 des ersten Schalenteils 7 an.

An das zweite Schalenteil 8 ist ein Anschlußträger 16 ange¬ formt, der beispielsweise zu einer Federbeinaufnahme führt.

In einem mittleren Bereich der Wand des zweiten Schalenteils 8 ist ein Durchbruch 17 enthalten.

Die dargestellte Trägeranordnung wird folgendermaßen mon¬ tiert:

Es werden die beiden Trägerteile 2 und 3 axial fluchtend mit ihren Endseiten 5 und 6 aneinandergelegt. Anschließend werden die Schalenteile 7 und 8 um die Endseiten 5 und 6 herum ange¬ legt und geschlossen. Sowohl die Schalenteile 7 und 8 als auch die zugänglichen Außenränder der Anlageflächen zu den Trägerteilen 2 und 3 werden dann durch Schweißen miteinander verbunden, so daß ein stabiles Knotenelement mit einer form¬ schlüssigen Trägerverbindung entsteht, in der die Quer¬ schnittsübergänge zwischen den Trägerteilen 2 und 3 durchge¬ führt sind.