Trägerverbindung an einer Fahrzeugkarosserie, insbesondere Längsträgerverbindung, und Verfahren zum Austausch eines Trägers

Die Erfindung betrifft eine Trägerverbindung an einer Fahr¬ zeugkarosserie, insbesondere eine Längsträgerverbindung, und ein Verfahren zum Austausch eines Aluminiumträgers an einer Trägerverbindung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Es ist bekannt (EP-PS 0 146 716), die Tragstruktur von Fahr¬ zeugkarosserien unter Verwendung von Hohlprofilträgern her¬ zustellen, die durch Knotenelemente miteinander verbunden sind. Als Hohlprofilträger werden Aluminium-Strangpreßprofile und als Knotenelemente Aluminium-Gußknotenteile eingesetzt.

Es ist weiter bekannt, als Hohlprofil ausgebildete Längs¬ träger eines Kraftfahrzeugrahmens aus verformbaren Längs¬ trägerabschnitten aufzubauen. Diese Längsträgerabschnitte sind durch in Querrichtung laufende Schweißnähte verbunden und durch unterschiedliche Wandstärken und/oder Werkstoff¬ güten so dimensioniert, daß jeder Längsträgerabschnitt zur Fahrzeugmitte hin eine zunehmend größere Steifigkeit auf¬ weist. Damit wird eine abgestufte Steifigkeit zur Fahrzeug¬ mitte hin erreicht, so daß bei leichteren Unfällen nur je¬ weils einer oder gegebenenfalls je nach Unfallschwere mehrere Längsträgerabschnitte, der Reihe nach deformiert werden ohne Beschädigung anschließender Abschnitte. Bei einer Reparatur brauchen nur die verformten Abschnitte ausgewechselt werden.

Damit wird eine unerwünschte Gesamtdeformation des Fahrzeug¬ rahmens schon bei kleineren Unfällen vermieden. Der darge¬ stellte Kraftfahrzeugrahmen ist aus Blechteilen aufgebaut, so daß das Auswechseln durch Abtrennen von Längsträgerabschnit¬ ten und erneutes Anschweißen neuer Abschnitte keine prinzi¬ piellen Probleme hervorruft.

Bei einer weiter bekannten Längsträgerausführung eines Fahr¬ zeugrahmens (DE-OS 37 40 402) sind die Längsträger vor der Aggregateaufhängung geteilt. Auch hier sind die vorderen Längsträgerteile als Deformationselemente so ausgebildet, daß sie gegenüber den hinteren Längsträgerteilen leichter verform¬ bar sind. Die Verbindung der hintereinander liegenden Längs¬ trägerteile erfolgt über Anlageflächen, die als in Querrich¬ tung liegende Rotationsflächen ausgeführt sind und über eine in Axialrichtung durchgehende, zentrale Verschraubung durch diese Anlageflächen. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei Verwendung von Aluminium-Strangprofilen als vorteilhaft herausgestellt. Ein Austausch eines vorderen, verformten Längsträgerteils nach einem leichteren Aufprall ist aufgrund der Verschraubung relativ einfach und schnell möglich, wobei die nachfolgend geschilderten Probleme beim Austausch von Aluminiumträgern mit Schweißverbindungen nicht auftreten. Die Kosten für solche Schraubverbindungen sind jedoch relativ hoch.

Ans dem eingangs erwähnten Stand der Technik (EP-PS 0 146 716) ist eine Trägerverbindung an einer Fahrzeugkarosserie bekannt, wobei ein Aluminiumträger als Strangprofil in eine rohrförmige Aluminiumaufnahme eines Gußteils eingesteckt ist und am stirnseitigen Rand dieser rohrförmigen Aufnahme um¬ laufend über eine Schweißnaht verschweißt ist. Eine solche Verbindung ist stabil und preiswert herstellbar.

Es ist aber nun allgemein bekannt, daß bei der Verwendung von aushärtbaren Aluminiumlegierungen eine Schmelzschweißung in der sog. Wärmeeinflußzone einen Festigkeitsabfall im Material erzeugt.

Dieses Problem tritt insbesondere bei der Trägerverbindung an einem geteilten Längsträger auf, da hier von vorneherein vor¬ gesehen ist, bei einer Reparatur nach einem Unfalll ^' den vorderen, leichter deformierbaren Längsträgerteil gegebenen¬ falls sogar öfter während der Lebensdauer eines Fahrzeugs auszuwechseln. Dabei würde durch die wiederholt notwendigen SchweißVorgänge die Verbindungsstelle durch einen fortschrei¬ tenden Strukturwandel in der Wärmeeinflußzone des Aluminium¬ legierungsmaterials untragbar geschwächt werden.

Es wäre denkbar, von vorneherein die Verbindungsstelle so stark zu dimensionieren, daß auch der vorstehend genannte starke, durch nacheinander durchgeführte Schweißungen verur¬ sachte Festigkeitsabfall zu keiner Bruchgefahr führt. Dies ist jedoch aus Kostengründen und Gewichtsgründen keine prakti¬ kable Lösung.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Trägerverbin¬ dung so zu gestalten, daß auch nach einem Austausch und einer Reparatur wieder eine feste Verbindung geschaffen wird. Wei¬ ter ist es Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Verfahren zum Austausch eines Trägers vorzuschlagen, wobei die Festig¬ keit der ursprünglichen Verbindung wieder erreicht wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 2 gelöst.

Nach Anspruch 1 ist eine Trägerverbindung an einer Fahrzeug¬ karosserie, insbesondere eine Längsträgerverbindung, dadurch hergestellt, daß ein Träger, insbesondere als Strangprofil oder Tiefziehteil, in eine rohrförmige Aufnahme mit ent¬ sprechendem Querschnitt eingesetzt ist und am stirnseitigen Rand dieser rohrförmigen Aufnahme umlaufend über eine Schwei߬ naht verschweißbar ist. Eine solche Schweißverbindung wird bei der Erstmontage hergestellt. Bei einem Austausch des Trä¬ gers kann nicht einfach die Schweißnaht aufgetrennt, ein neuer Träger eingesetzt und erneut verschweißt werden, da durch mehrere, aufeinanderfolgende Schweißvorgänge an densel-

ben Stellen und denselben Wärmeeinflußzonen durch weitere Strukturänderungen im Material ein unzulässiger Abfall in der Materialfestigkeit hervorgerufen würde.

Erfindungsgemäß wird daher eine Trägerverbindung vorgeschla¬ gen, die nach einem zu Reparaturzwecken ausgetauschten Träger eine Schraubverbindung aufweist. Dazu wird in den neuen Trä¬ ger ein zumindest teilweise formschlüssig an dessen Innenwand anliegender Einsatz als Mutternplatte mit Gewindebohrungen im Bereich der Aufnahme eingesetzt. In der Aufnahme und im Trä¬ ger sind mit den Gewindebohrungen fluchtende Bohrungen ange¬ bracht, durch die die Anordnung aus der Aufnahme, dem Träger und dem Einsatz mit Schraubbolzen verschraubt ist.

Bei einer solchen Trägerverbindung kann die Erstmontage im Herstellerwerk schnell und kostengünstig über eine Schweißung durchgeführt werden. In den Reparaturwerkstätten stehen u. U. die für eine geeignete Schweißung erforderlichen Geräte nicht zur Verfügung und gegebenenfalls fehlt dort auch die für eine stabile Schweißung erforderliche Erfahrung, insbesondere bei Schweißverbindungen an den kritischen Stellen einer Längsträ¬ gerverbindung, die sehr hohen Belastungen ausgesetzt sind. Außerdem sind für Schmelzschweißungen in diesem Bereich (Mo¬ torraum) Vorkehrungen, erstens zur Schaffung von Freiraum für den Schweißbrenner, das heißt evtl. Nebenaggregate- oder Motordemontage, und zweitens zur Brandverhütung, zu schaffen. Die?e Arbeiten entfallen bei einer Schraubverbindung, so daß hier ein Zeit- und Kostenvorteil entsteht. Die erfindungsge¬ mäße Schraubverbindung kann dagegen einfach bei Lieferung eines entsprechenden Reparatursatzes von jeder Werkstatt durchgeführt werden. Zudem tritt auch das Problem einer unzu¬ lässigen Festigkeitsreduzierung durch wiederholte Schweißvor¬ gänge am Material nicht auf, da an der Aufnahme nur einmal im Herstellzustand geschweißt wird und diese Maßnahme bei der Dimensionierung berücksichtig wird.

Vorteilhaft wird nach Anspruch 2 der Träger zylindrisch, ins¬ besondere als vorderes Längsträgerteil, ausgeführt, so daß

die Aufnahme entsprechend als Kreisring ausgebildet ist. Es sind jedoch auch andere Profilquerschnitte möglich, die bei¬ spielsweise einfach im Strangpreßverfahren herstellbar sind.

Zweckmäßig wird der Reparaturfall und Austausch des Trägers von vornherein vorgesehen und daher die Aufnahme im Bereich der Bohrungen nach Anspruch 3 durch eine Materialverdickung, bevorzugt mit planen Auflageflächen für die Schraubenkopf- anlage, verstärkt.

Für eine feste Trägerverbindung, bestehend aus der formschlüs¬ sigen Abstützung des Trägers in der Aufnahme in Verbindung mit der Verschraubung, wird nach Anspruch 4 vorgeschlagen, mehrere Bohrungen bzw. Gewindebohrungen am Umfang verteilt anzuordnen.

Zweckmäßig sind die Bohrungen nach Anspruch 5 in der Aufnahme und im Träger, z.B. als Ersatzteil, von vornherein enthalten, obwohl diese Bohrungen auch erst im Reparaturfall in der Werk¬ statt angebracht werden könnten.

Aus Gründen der Materialersparnis und eines günstigen Ge¬ wichts wird mit Anspruch 6 vorgeschlagen, den Einsatz als quer zur Längsachse verlaufende Platte, bevorzugt aus einem Strangpreßprofil, auszubilden mit einem freien Durchbruch im mittleren Bereich und einer umlaufenden Anlagefläche. Diese Anlagefläc ^h e wird zweckmäßig für einen Toleranzausgleich der Abmessungen des Trägerinnenraums durch einen Längsspalt auf¬ getrennt.

Für den erforderlichen festen Halt ist es nach Anspruch 7 zweckmäßig, im Bereich der Gewindebohrungen in den freien Durchbruch hinein Materialverdickungen vorzusehen.

Nach dem Verfahren zum Austausch eines Trägers an einer Trä¬ gerverbindung gemäß Anspruch 8 erfolgt die Demontage derge¬ stalt, daß lediglich die Schweißnaht an der Aufnahme aufge¬ trennt wird und der auszutauschende Träger abgenommen wird.

Anschließend wird in die Aufnahme ein neuer Träger mit einge¬ setzter Mutternplatte eingesteckt und mit Schraubbolzen ver¬ schraubt. Diese Arbeiten sind einfach und schnell durchzufüh¬ ren, so daß eine solche Reparatur kostengünstig auszuführen ist.

Nach Anspruch 9 ist die erfindungsgemäße Trägerverbindung be¬ sonders vorteilhaft bei einer Aluminium-Tragstruktur verwend¬ bar, wobei der Träger und die Aufnahme aus Aluminium herge¬ stellt sind.

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

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der Tragstruktur eines vorderen Bereichs einer Fahrzeugkarosserie mit einem zweiteiligen vorderen Längsträger,

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Trägerver¬ bindung zwischen einem ersten vorderen Längsträgerteil und einer Aufnahme an einem Gußteil,

Fig. 3, 4, 5 die erforderlichen Teile für eine Reparatur mit einer Schraubverbindung,

Fig. 6 eine Ansicht in Axialrichtung einer Trägerverbindung nach einer Reparatur mit einer Schraubverbindung.

In Fig. 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 1 im Schnitt dar¬ gestellt, wobei in der Seitenansicht der vordere Bereich der Tragstruktur der Fahrzeugkarosserie 2 zu ersehen ist. Ein vor¬ derer Längsträger 3 besteht aus einem ersten vorderen Längs¬ trägerteil 4 und einem anschließenden zweiten Längsträgerteil 5, der über eine seitliche Umlenkung 6 mit dem Fußpunkt 7 des Pfosten-A 8 und nachfolgend mit dem Schweller 9 verbunden

ist ,

Vom vorderen Ende des zweiten Längsträgerteils 5 verläuft ein Federbeinträger 10 schräg nach oben zur Halterung eines Feder¬ beintopfs 11, der über einen weiteren, etwa senkrecht stehen¬ den Träger 12 nach unten auf das zweite Längsträgerteil 5 und über einen Träger 13 zum mittleren Bereich 14 des Pfosten-A 8 abgestützt ist.

Der erste Längsträgerteil 4 und der zweite Längsträgerteil 5 sind über ein oder mehrere Gußteile 15 miteinander verbunden, an dem zusätzlich der Federbeinträger 10 angeformt ist. Das Gußteil 15 kann auch mehrteilig, z.B. in Form von Halbscha¬ len, ausgeführt sein.

In Fig. 2 ist das Gußteil 15 vergrößert dargestellt, wobei eine zylindrische, röhrstutzenförmige Aufnahme 16 zu erkennen ist, in die der erste zylindrische Längsträgerteil 4 form¬ schlüssig eingesteckt und mit einer Schweißnaht 17 ver¬ schweißt ist. Diese Anordnung stellt den Erstmontagefall dar, wo die Verbindung über die Schweißnaht 17 geschaffen ist. Es wäre aber auch bereits eine Verschraubung bei der Erstmontage möglich. Schon hier sind aber mehrere, am Umfang versetzt angeordnete Materialverdickungen 18 mit planen Anlageflächen und Bohrungen 19 an der Aufnahme 16 vorgesehen.

Nach einem „eichteren Unfall, wenn, wie konstruktiv vorge¬ sehen, nur der erste vordere Längsträgerteil 4 verformt ist, wird die Schweißnaht 17 aufgetrennt und der verformte Längs¬ trägerteil 4 abgenommen. Damit ergibt sich die freiliegende Aufnahme 16 entsprechend Fig. 5.

Nun steht ein Reparatursatz zur Verfügung bestehend aus einem neuen ersten vorderen Längsträgerteil 4 nach der Fig. 3, der im Einsteckbereich ebenfalls Bohrungen 20 entsprechend den Bohrungen 19 an der Aufnahme 16 enthält.

Der Reparatursatz enthält als weiteres Teil einen Einsatz 21 gemäß Fig. 4. Dieser ist als Platte mit einer zylindrischen Anlagefläche 22 ausgebildet, wobei im mittleren Bereich ein freier Durchbruch 23 angeordnet ist, der sich über einen Spalt 24 durch die Anlagefläche 22 fortsetzt. Im Bereich von Materialverdickungen 25 sind am Umfang versetzt mehrere Gewin¬ debohrungen 26 angeordnet.

Der Einsatz 21 wird an der Endseite des Längsträgerteils 4 (Fig. 3) so eingesetzt, daß die Gewindebohrungen 26 und die Bohrungen 20 fluchten. Anschließend wird diese Anordnung in die Aufnahme 16 so eingesteckt, daß auch hier die Bohrungen 19 fluchtend liegen.

Anschließend wird die Anordnung aus Längsträgerteil 4, Ein¬ satz 21 und Aufnahme 16 mit Hilfe von mehreren Schraubbolzen 27 verschraubt, so daß sich eine feste und formschlüssige Verbindung zwischen der Aufnahme 16 und dem Träger 4 ergibt.

Damit wird eine Trägerverbindung und ein Reparaturverfahren zur Verfügung gestellt, mit dem ohne Festigkeitseinbußen ur¬ sprünglich über Schweißverbindungen befestigte Träger einfach und kostengünstig ausgewechselt werden können.