Knotenstrukturen für Fahrzeugtragrahmen sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. In der EP 0 780 285 B1 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 a realisiert sein. Aufgrund fertigungstechnischer Beschränkungen beträgt der Maximalwinkel a 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 a 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 Umfangs 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 Ausführungsform. 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 Ausführungsform der Knotenstruktur sind die Längskanten der beiden Langlöcher durch Lötlot 6 oberhalb der Schweißnähte 4 miteinander verbunden und damit auch die Schweißnähte 4 abgedeckt.