Verfahren zur Reparatur einer Fahrzeugkarosserie aus Knotenelementen und Hohlprofilträgern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur einer Fahr¬ zeugkarosserie aus Knotenelementen und Hohlprofilträgern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum Aufbau selbsttragender Karosserien werden im Tiefziehver¬ fahren verformte Stahlbleche verwendet. Träger mit Hohlprofi¬ len werden dabei jeweils aus wenigstens zwei tiefgezogenen und miteinander verschweißten Blechen hergestellt. Die Pre߬ werkzeuge zum Verformen der Bleche sind verhältnismäßig teuer, lassen jedoch hohe Stückzahlen zu, so daß für eine Großserienfertigung damit eine kostengünstige Lösung zur Ver¬ fügung steht. Für Kleinserien ist eine solche Karosserieher¬ stellung aufgrund der hohen erforderlichen Werkzeuginvesti¬ tionen sehr kostenintensiv.

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 vorteilhaft auch geringere Karosseriegewichte und Verbesserungen beim Korrosionsschutz erreicht.

Bei Aufprallunfällen werden Karosseriebereiche meist verformt und müssen wieder in ihren ursprünglichen Zustand gebracht werden. Bei Karosserien aus Blechteilen ist dies relativ ein¬ fach, da verformte Blechteile, beispielsweise auf einer Richt¬ bank, wieder zurückgeformt oder durch Einschweißen von neuen Ersatzblechteilen ausgewechselt werden können.

Bei einer Karosserie aus Leichtmetall-Knotenelementen und Leichtmetall-Strangprofilen aus Aluminium ist dagegen eine Reparatur verformter Trägerteile aus mehreren Gründen nicht in der gleichen Weise möglich:

Ein Trägerteil aus Aluminium darf nicht oder nur in geringem Maße rückgeformt werden, da sonst durch Änderungen der Mate¬ rialstruktur die Festigkeit unzulässig herabgesetzt wird. Die bei Blechkarosserien üblichen Rückformungen auf einer Richt¬ bank sind daher nicht oder nur in einem eng begrenztem Umfang möglich.

Es wäre denkbar, Trägerteile zwischen zwei Knotenelementen insgesamt auszuwechseln, indem die Schweißnähte zwischen Trä¬ gerteil und zugeordnetem Knotenelement aufgetrennt werden und ein entsprechendes, komplettes Ersatzträgerteil eingesetzt wird. Diese Vorgehensweise würde der beim Auswechseln eines Blechteils an einer Blechkarosserie entsprechen. Es ist je¬ doch bekannt, daß durch die hohen Temperaturen beim Schwei߬ vorgang eine Änderung der Materialstruktur hervorgerufen wird, die die Festigkeit im Bereich der Schweißverbindung her¬ absetzt. Eine besonders große und ungünstige Reduzierung der Festigkeit erfolgt dann, wenn mehrmals an derselben Stelle geschweißt wird. Daher ist der Austausch des gesamten Strang¬ profilträgers an den Knotenelementen wegen der dann erforder¬ lichen, erneuten Schweißung an derselben Stelle ungünstig und problematisch.

Weiter wäre es denkbar, nur einen Teil eines Trägers im Be¬ reich der Verformung herauszuschneiden, ein entsprechend un- verformtes Teil einzusetzen und durch eine "stumpfe" Schwei-

ßung zu verbinden. Eine solche Schweißung ist insbesondere in einer Werkstatt nur schwierig und nicht sicher genug durchzu¬ führen. Zudem ist es erforderlich, nach dem SchweißVorgang wieder eine glatte Außenkontur herzustellen, so daß dann wie¬ der ein Teil der (aufgewölbten) Schweißnaht weggeschliffen werden müßte. Aus dem gleichen Grund ist es auch nicht mög¬ lich, andere, an sich bekannte, stabile Verbindungsarten, wie Überlappungen von Trägerbereichen oder äußere Muffenverbin¬ dungen, vorzusehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reparatur einer Fahrzeugkarosserie aus Knotenelementen und Hohlprofil¬ trägern vorzuschlagen, mit dem insbesondere an Leichtmetall- Karosserien verformte Teile ohne Festigkeitsverlust ausgewech¬ selt werden können.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 wird ein beschädigtes bzw. verformtes Träger¬ teil eines Hohlprofilträgers zwischen zwei Knotenelementen und im Abstand vom jeweiligen Knotenelement abgetrennt und entfernt. Dadurch verbleibt an jedem Knotenelement ein Träger¬ stutzen des ursprünglichen Hohlprofilträgers. Zwischen diesen Trägerstutzen erstreckt sich ein Freiraum in der Länge des entfernten Trägerteils.

Die Abtrennung des Trägerteils erfolgt in der Weise, daß durch entsprechende Anbringung der Trennschnitte der Freiraum gegenüber dem Längsverlauf des Hohlprofilträgers konisch zu einer zugänglichen Seite hin, insbesondere zur Karosserie¬ außenseite hin, offen ist.

In die Trägerstutzen werden kurze Muffenstücke eingesteckt, die in ihrem Außenprofil dem Innenprofil der Trägerstutzen entsprechen und somit weitgehend formschlüssig gehalten sind. Diese Muffenstücke ragen mit einem Teilbereich in den jeweili¬ gen Trägerstutzen und stehen mit dem anderen Teilbereich aus dem Trägerstutzen vor.

Weiter wird ein Ersatzträgerteil vorbereitet, das in seiner Länge dem Freiraum entspricht und an den Endseiten die negati¬ ve Form der Trennstellen bzw. der Trägerstutzenenden auf¬ weist. Dieses Ersatzträgerteil wird von der konisch offenen Seite des Freiraums her in diesen weitgehend formschlüssig eingesetzt. Dazu sind die Muffenstücke mit ihrem vorstehenden Teil im Rahmen ihrer Einstecktoleranzen zu verkippen, um das Einsetzen bzw. Einschieben des Ersatzträgerteils zu ermögli¬ chen. Nach dem Einsetzen des Ersatzträgerteils bilden die Muf¬ fenstücke jeweils im Bereich des Spaltes zwischen dem Ersatz¬ trägerteil und den Trägerstutzen eine umlaufende Unterlage in der Art einer Innenmuffe. Um beim Einsetzen des Ersatzträger¬ teils ein Verschieben der Muffenstücke in die Trägerstutzen hinein zu verhindern, können dort an der Innenseite Schwei߬ punkte als Anschläge angebracht werden.

Anschließend wird entlang des jeweiligen Spaltes eine Schwei߬ naht angebracht, die jeweils den Trägerstutzen, das darunter liegende Muffenstück und das Ersatzträgerteil verbindet. Eine solche, mit dem jeweiligen Muffenstück unterlegte Schweißnaht ist relativ einfach mit hoher Festigkeit anbringbar, da das Muffenstück als Brücke zwischen den Trägerteilen mitverwendet wird. Die Schweißnaht kann im Spalt etwa in der Dicke der Trä- germaterialstärke angebracht werden, so daß sie nach außen praktisch nicht vorsteht und damit eine glatte Außenkontur er¬ zielbar ist, ohne daß viel und aufwendig bei gleichzeitiger Abtragung der Schweißnaht geschliffen werden muß.

Da ein verformtes Trägerteil insgesamt durch ein neues Träger¬ teil ersetzt wird, ist eine Rückformung, z.B. auf einer Richt¬ bank, mit den bekannten Festigkeitsverlusten nicht erforder¬ lich. Zudem liegen die neuen Schweißverbindungen jeweils in einem Abstand zum Knotenelement an Stellen, wo vorher noch keine Schweißung erfolgt ist, so daß eine Festigkeitsreduzie¬ rung durch Mehrfachschweißung nicht gegeben ist. Das erfin¬ dungsgemäße Verfahren ist zudem so einfach und sicher durch¬ führbar, daß es ohne Schwierigkeiten mit üblichen Werkstatt- mitteln ausgeführt werden kann.

Nach Anspruch 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft dann zu verwenden, wenn die Hohlprofilträger Strangprofile aus Leichtmetall, insbesondere aus einer Alu¬ miniumlegierung und entsprechend die Knotenelemente Gußteile aus Leichtmetall sind.

Besonders gefährdet sind bei Fahrzeugkollisionen von der Sei¬ te her die seitlichen Schweller, die relativ lange Trägertei¬ le darstellen. Gerade bei Verformungen dieser Schweller ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft einsetzbar. Grund¬ sätzlich können jedoch auch andere Trägerteile zwischen oder im Anschluß an Knotenelemente nach dem erfindungsgemäßen Ver¬ fahren ausgewechselt werden.

Für einen günstigen Schweißvorgang ist es nach Anspruch 4 vor¬ teilhaft, das Ersatzträgerteil so abzuschneiden, daß zu bei¬ den Endseiten zu den Trägerstutzen hin ein Spalt etwa in der Breite der Materialstärke der Trägerteile verbleibt.

Die Muffenstücke müssen einerseits so lange ausgeführt sein, daß sie als umlaufende Unterlage für die Schweißnaht dienen können. Andererseits sollen sie nicht zu lange sein, damit das Ersatzträgerteil auch noch aufgesteckt werden kann, wobei die Muffenstücke aus dem konischen Bereich in Richtung auf die endseitigen Öffnungen des Ersatzträgerteils hingekippt werden. Je länger die Muffenstücke sind, umso weniger weit können diese im Rahmen ihrer Einstecktoleranzen gekippt wer¬ den. Nach Anspruch 5 ist es daher zweckmäßig, die Muffen¬ stücke in ihrer Länge so zu wählen, daß sie etwa einem Drit¬ tel bis einem ganzen Durchmesser des Trägerprofildurchmessers entsprechen. Bei gängigen Trägerprofilen ist dies eine Länge von ca. 50 bis 60 mm.

Nach Anspruch 6 wird die konische Öffnung des Freiraums für das Ersatzträgerteil dadurch erreicht, daß der Trennschnitt schräg zum Trägerlängsverlauf geführt wird. Nach Anspruch 7 hat sich dazu ein Winkel von 30° bis 50° als zweckmäßig erwie¬ sen. Für eine gleiche Richtung der Schräge an den Träger-

stutzen und am Ersatzträgerteil können diese in einem Arbeits¬ gang gemeinsam bearbeitet werden: Dazu wird das Ersatzträger¬ teil neben den verformten Träger gelegt und beide zusammen ab¬ geschnitten.

Eine konische Öffnung des Freiraums kann nach Anspruch 8 aber auch dadurch erreicht werden, daß der Trennschnitt stufenför¬ mig oder sägezahnförmig hergestellt wird.

Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele mit weite¬ ren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Fahrzeugkarosse- rie mit einem eingebogenen Schweller,

Fig. 2 eine abstrahierte Darstellung des eingebogenen Schwel¬ lers nach Fig. 1 in einer Draufsicht,

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 mit einem abge¬ trennten und entfernten Trägerteil und neu einzusetzen¬ den Muffenstücken und einem Ersatzträgerteil,

Fig. 4 eine Darstellung entsprechend Fig. 3, bei der die Ein¬ zelteile bereits zusammengesteckt und verschweißt sind,

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht einer Verbindungsstelle mit einem geraden Trennschnitt und

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung einer Verbindungsstelle mit einem stufenförmigen Trennschnitt.

In Fig. 1 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Teils einer Fahrzeugkarosserie dargestellt. Diese Fahrzeugkarosse¬ rie 1 ist aus Knotenelementen 2, 3, 4 als Leichtmetall-Gußtei¬ le und aus Hohlprofilträgern 5, 6 als Leichtmetall-Strangpro-

file aufgebaut. Zwischen den Knotenelementen 3 und 4 verläuft ein weiterer Hohlprofilträger als Schweller 7.

Der Schweller 7 ist bei einem seitlichen Aufprall (Kraftrich¬ tung entsprechend Pfeil 8) zur Fahrzeuginnenseite hin eingebo¬ gen worden.

In Fig. 2 ist der Schweller 7 mit seinem mittleren, eingeboge¬ nen Bereich zwischen den Knotenelementen 3 und 4 in einer Draufsicht schematisch dargestellt. Die so im Schwellerbe¬ reich deformierte Karosserie soll nunmehr repariert werden, so daß nach der Reparatur wieder ein gerader Schwellerverlauf vorliegt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird dazu das beschädigte und ein¬ gebogene Trägerteil 9 bzw. dieser Bereich zwischen den Knoten¬ elementen 3 und 4 abgetrennt und entfernt. Die Abtrennung er¬ folgt in einem Abstand vom jeweiligen Knotenelement 3 bzw. 4, so daß an jedem Knotenelement 3, 4 ein Trägerstutzen 10, 11 des ursprünglichen Schwellers 7 verbleibt.

Die Trennschnitte 12, 13 werden dabei so geführt, daß sie in einem Winkel von ca. 40° zum Schwellerlängsverlauf liegen, so daß der Freiraum 14 zwischen den Trennschnitten 12, 13 ko¬ nisch zur Karosserieaußenseite hin offen ist.

In die Trägerstutzen werden kurze Muffenstücke 15 einge¬ steckt, die in ihrem Außenprofil dem Innenprofil der Träger¬ stutzen 10, 11 entsprechen.

Weiter liegt ein bereits vorbereitetes Ersatzträgerteil 17 vor, das in seiner Länge dem Freiraum 14 (minus 2 x die Mate¬ rialstärke der Trägerteile zur Bildung eines Schweißspalts) entspricht und an den Endseiten ebenfalls Trennschnitte in der negativen Form der Trägerstutzenenden aufweist.

Das Ersatzträgerteil 17 wird von der konisch offenen Seite des Freiraums 14 her formschlüssig in diesen eingesetzt. Dazu

werden die Muffenstücke 15, 16 im Rahmen ihrer Einstecktole¬ ranz etwas zur Außenseite hin verkippt, wie dies strichliert eingezeichnet ist.

Nach dem Einsetzen des Ersatzträgerteils 17 ragen die Muffen¬ stücke 15, 16 teilweise in die Trägerstutzen 10, 11 und in die Endbereiche des Ersatzteilträgers 17, so daß im Bereich der Spalte zwischen dem Ersatzteilträger 17 und den Träger¬ stutzen 10, 11 jeweils eine umlaufende Unterlage in der Art einer Innenmuffe gebildet ist.

Entlang jedes Spalts wird eine Schweißnaht 20, 21 angebracht, die die jeweiligen Trägerstutzen 10, 11, das zugeordnete Muffenstück 15, 16 und das Ersatzträgerteil 17 verbindet.

Die Schweißnähte 20, 21 sind ersichtlich von früheren Schwei߬ stellen entfernt angebracht, so daß keine Verringerung der Festigkeit durch Mehrfachschweißungen an derselben Stelle auf- trtt. Da der eingebogene, beschädigte Trägerteil 9 herausge¬ schnitten wurde, war für die Reparatur auch keine Rückformung eines Leichtmetall-Trägers erforderlich, die ebenfalls zu einem Verlust an Festigkeit und Steifigkeit geführt hätte.

In Fig. 5 ist eine vergrößerte Darstellung der Verbindungs¬ stelle im Bereich des Trägerstutzens 10 dargestellt. Auch hier ist der etwa um 40° gegenüber dem Längsverlauf geneigte Trennschnitt 12 zu erkennen, mit einem entsprechenden Trenn¬ schnittverlauf 18 am Ersatzträgerteil 17.

In den Trägerstutzen 10 ist das Muffenstück 15 eingesteckt, das beim Einstecken bzw. Einschieben des Ersatzträgerteils 17 entsprechend der Pfeilrichtung 22 etwas nach vorne gekippt wird.

Das Muffenstück 15 verläuft an seiner Endseite quer zur Trä¬ gerlängsrichtung. Um das Einstecken und Einschieben des Er¬ satzträgerteils 17 zu erleichtern, könnte das Muffenstück 15 aber auch schräg geschnitten sein, wie dies mit der strich-

lierten Linie 23 angedeutet ist, da auch dann noch eine Unter¬ lage unter der Schweißnaht 20 vorhanden ist.

In Fig. 6 ist eine modifizierte Ausführungsform dargestellt, bei der die insgesamt konische Öffnung des Freiraums 14 durch einen stufenförmigen Trennschnitt 24 am Trägerstutzen 10 und einem entsprechenden Trennschnitt 25 am Ersatzträgerteil 17 ausgeführt ist. Auch bei dieser Schnittführung ist es erfor¬ derlich, beim Einsetzen des Ersatzträgerteils 17 das Muffen¬ stück 15 entsprechend der Pfeilrichtung 22 etwas nach außen zu kippen. Die Schweißnaht wird auch hier entlang der Trenn¬ schnitte 24 bzw. 25 angebracht, wodurch der Trägerstutzen 10, das Muffenstück 15 und das Ersatzträgerteil 17 miteinander verbunden werden. Die Schweißnaht kann dabei so angebracht werden, daß sie in einem Spalt etwa in der Breite der Mate¬ rialstärke zwischen dem Trägerstutzen 10 und dem Ersatzträger¬ teil 17 auf dem Muffenstück 15 liegt und damit praktisch nicht zur Außenseite hin vorsteht. Dadurch kann eine glatte Außenkontur erzielt werden, bei der für die LackierVorberei¬ tung nur wenig Nacharbeit erforderlich ist und bei der nicht nachträglich die Schweißnaht wieder abgeschliffen und in ihrer Festigkeit reduziert wird.