DE102007063324B4

DE102007063324B4 - Karosseriekonstruktion für Automobile

Info

Publication number: DE102007063324B4
Application number: DE102007063324.8A
Authority: DE
Inventors: Dragan Stojkovic; Larry Dupuis; James Wayne Lowe
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-01-08
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2027-12-29
Also published as: DE102007063324A1; US7654607B2; CN101219679B; GB2445449B; US20080164717A1; GB2445449A; CN101219679A; GB0723789D0

Abstract

Karosseriekonstruktion für ein Automobil, umfassend:eine rohrförmige Tragstruktur (12) mit einer oberen Fläche (12a);eine Ausrüstungshalterung (16), die eine Grundplatte (20) mit einem ringförmigen, sich axial erstreckenden Reibschweißinitiator (22) aufweist;eine Reibschweißverbindung zwischen der Oberfläche (12a) der rohrförmigen Tragstruktur (12) und der Ausrüstungshalterung (16).

Description

Die Erfindung betrifft eine Karosseriekonstruktion für ein Automobil mit einer rohrförmigen Tragstruktur und einer Ausrüstungshalterung sowie ein Verfahren zum Anbringen von Ausrüstungsteilen an einer Karosserie für ein Automobil.
Die Entwickler von Automobilen sind ständig auf der Suche nach Möglichkeiten, die Wirtschaftlichkeit beim Kraftstoffverbrauch zu verbessern. Aufgrund des unbestreitbaren Zusammenhangs zwischen dem Gewicht des Fahrzeugs und der Wirtschaftlichkeit beim Kraftstoffverbrauch, ist die Reduzierung des Gewichts eine ständige unveränderliche Aufgabe für die Fahrzeugkonstrukteure. Das Streben nach Gewichtsreduzierung hat zu einer ansteigenden Verwendung von hydrogeformten Elementen bei der Fahrzeugkarosserie und anderen Bauteilen geführt. Das niedrige Gewicht kommt teilweise zustande, weil die Dickenabmessung der Wände der hydrogeformten Teile relativ gering sein kann. Unglücklicherweise erfordert dies besondere Maßnahmen bei der Anbringung von mit Gewinde versehenen Befestigungselementen an hydrogeformten Teilen. Beispielsweise ist es bekannt, Schweißmuttern zu verwenden, die an beiden Seiten der Oberfläche, in der die Mutter platziert wird, befestigt werden müssen. Dies erfordert das Ausarbeiten einer zusätzlichen Öffnung in dem hydrogeformten Teil, die den unerwünschten Effekt haben kann, die Stärke des Teils zu vermindern. Es ist ebenfalls bekannt zusätzliche Platten an hydrogeformten und anderen rohrförmigen Teilen anzuschweißen, um das Teil in einigen Bereichen zu verstärken, um dadurch einen hervorragenden Halt für ein Befestigungsmittel zu schaffen. Durch den zusätzlichen Aufwand für das Anschweißen dieser Teile erhöhen sich jedoch die Kosten und die Komplexität des Fahrzeugs.
DE 10 2005 028 092 A1 offenbart eine Haltereinheit zur Befestigung von Anbauteilen an einem Fahrzeugrahmen. An die Haltereinheit kann durch Reibschweißen das Kopfende eines Hohlprofils angesetzt werden. Die Haltereinheit mit Hohlprofil wird dann auf ein Hohlprofil einer Kraftfahrzeugkonstruktion durch Verschrauben aufgesetzt. Neben der Erfordernis eines zweistufigen Montageverfahrens ist der wesentliche Nachteil, das Hohlprofilelemente nach diesem Verfahren nur an den Kopfenden für Anbauteile zugänglich sind.
Ähnliche Verfahren wurden auch in der WO 2005/ 113 320 A1 und der US 2002 / 0 070 572 A1 offenbart. In der WO 2005/ 113 320 A1 wird unter anderem eine Lenkungslagerung beschrieben, an welche an den beiden Kopfenden durch Reibschweißen jeweils eine Montageklammer ansetzbar ist. US 2002 / 0 070 572 A1 hat eine verbundene Struktur und ein Verfahren zum Herstellen einer verbundenen Struktur zum Gegenstand. Die Verbindung erfolgt jeweils an den Kopfenden eines Hohlprofils durch Reibschweißen.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Konstruktion und ein Herstellverfahren dafür zu schaffen, die die einfache Anwendung von mit Gewinden versehenen Befestigungsmitteln bei rohrförmigen Teilen erlaubt.
Das Problem wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den unselbständigen Ansprüchen erfasst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Karosseriekonstruktion für ein Automobil eine rohrförmige Tragstruktur und eine Ausrüstungshalterung, die eine Grundplatte mit einem ringförmigen, sich axial erstreckenden Reibschweißinitiator aufweist. Es wird eine Reibschweißverbindung zwischen der Tragstruktur und der Ausrüstungshalterung gebildet. Um die Installation von Befestigungselementen in der Halterung zu ermöglichen, umfasst die Halterung vorzugsweise mindestens ein an der Grundplatte befestigtes Befestigungselement. Dieses Befestigungselement kann eine im Allgemeinen rohrförmige, mit einem Gewinde versehene Mutter oder ein mit Gewinde versehener Stehbolzen sein, der entweder einstückig mit der Grundplatte ausgebildet oder an der Grundplatte angeschweißt ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Grundplatte und die rohrförmige Mutter stranggepresst, vorzugsweise aus einem Eisenmetall wie beispielsweise Stahl.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ausrüstungshalterung mehr als ein integriertes Befestigungselement, das sich nach dem Reibschweißen durch eine gemeinsame Öffnung in das Innere einer rohrförmigen Tragstruktur erstreckt.
Bei noch einer anderen bevorzugen Ausführungsform ist eine mehr als ein Befestigungselement aufweisende Tragstruktur durch Drehen an einer vorbestimmten Position eingerastet, wenn die Reibschweißverbindung zwischen der Tragstruktur und der Ausrüstungshalterung fertiggestellt wurde. Die Reibschweiß-Ausrüstungshalterung kann verwendet werden, um Ausrüstungsteile an einem Fahrzeug durch mit Gewinde versehene Befestigungselemente anzubringen. Die Ausrüstungsteile können Artikel wie ein Türscharnier umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine örtliche Verstärkung an einer rohrförmigen Tragstruktur an der Position der Ausrüstungshalterung vor dem Reibschweißen der Ausrüstungshalterung angebracht werden.
Ein Vorteil des Verfahrens und der Konstruktion der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Ausrüstungshalterung an einer Tragstruktur für ein Kraftfahrzeug montiert werden kann, ohne dass die Notwendigkeit besteht, zusätzliche manuelle Schweißvorgänge durchzuführen, und dass sie zusätzliche strukturelle Festigkeit im Vergleich mit bekannten Verfahren und Konstruktionen aufweist.
Noch ein weiterer Vorteil des Verfahrens und der Konstruktion der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein ausgerichtetes Befestigen ermöglicht wird, indem eine mehrere Befestigungselemente aufweisende Basis als Teil des Reibschweißvorgangs durch Drehen eingerastet wird.
Noch ein weiterer Vorteil des Verfahrens und der Konstruktion der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Befestigungsplatte für Ausrüstungsteile vorgesehen werden kann, ohne dass die Festigkeit der die Basis bildenden rohrförmigen Struktur, an der die Platte befestigt wird, beeinträchtigt wird.
Andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Leser dieser Anmeldung bei Betrachtung der Zeichnungen deutlich werden. Es zeigen:

1 ist eine perspektivische Ansicht eines unteren Teils einer Grundplatte gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht der Oberseite der Grundplatte der 1 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Schnittansicht der Grundplatte der 1 und 2 auf der Linie 3-3 in der 2.
4 ist eine Schnittansicht einer rohrförmigen Tragstruktur, die eine durch Reibschweißen erzeugte Ausrüstungshalterung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung aufweist. Die 4 zeigt auch eine Maschine, die eine Ausrüstungshalterung gemäß der vorliegenden Erfindung montiert.
5 zeigt eine Van-Karosserie mit einer hydrogeformten D-Säule, die durch Drehen eingerastete, durch Reibschweißen erzeugte Ausrüstungshalterungen gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.

Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Ausrüstungshalterung 16 eine Grundplatte 20 mit zwei auf ihr angebrachten, im Allgemeinen rohrförmigen, ein Innengewinde aufweisenden oder schraubbaren Muttern 24. In der Ausführungsform der 3 ist als Alternative ein Stehbolzen 28, der an die Grundplatte angeschweißt oder in sie eingeschraubt sein kann, vorgesehen. Der Teil des Stehbolzens 28, der in eine der Muttern 24 eingeführt wird, kann entweder ein Gewinde aufweisen oder selbstschneidend sein. Wie in der 2 gezeigt ist, ist die obere Fläche der Grundplatte 20 glatt und bietet eine ideale Montagestelle für Automobilausrüstungsteile. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Muttern 24 einstückig mit der Grundplatte 20 durch Strangpressen hergestellt.
Die 3 zeigt einen Reibschweißinitiator 22, der als kreisförmiger, sich axial erstreckender Ring ausgebildet ist und für den Zweck verwendet wird, eine fertige Schweißstelle zwischen der Ausrüstungshalterung 16 und der Oberfläche, an der sie angebracht werden soll, zu erzeugen.
Das Verfahren zum Reibschweißen der Ausrüstungshalterung 16 ist in der 4 gezeigt. Die Halterung 16 wird durch den Drehantrieb 50, der auch einen axial ausgerichteten Druck auf die Grundplatte 20 ausübt, in Drehung versetzt. Die Reibung zwischen dem Reibschweißinitiator 22 und der oberen Fläche 12a der rohrförmigen Tragstruktur 12 führt zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen dem Initiator 22 und der Oberfläche 12a. Ein Drehgeber 54 zählt die Anzahl der Umdrehungen, die der Drehantrieb 50 durchgeführt hat, um ein genaues Einrasten in einer vorbestimmten „Uhr“-Stellung durch Drehen zu ermöglichen, wenn die Reibschweißverbindung 26 fertiggestellt ist. Dies erlaubt es, Ausrüstungsteile präzise anbringen zu können, indem Befestigungselemente in die rohrförmigen Muttern 24 hineingedreht werden.
Angesichts dieser Offenbarung ist es für einen Fachmann selbstverständlich, dass jede geeignete Anzahl von im Allgemeinen rohrförmigen Befestigungselementen 24 bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Es ist erforderlich, dass die Öffnung 30 in der Tragstruktur 12 eine ausreichende Größe hat, um einen Rotationsspielraum für die rohrförmigen, mit Gewinde versehenen Muttern 24 sowie für alle anderen sich von der Grundplatte 20 nach unten erstreckenden Befestigungselemente zur Verfügung zu stellen.
Die 5 zeigt eine Van-Karosserie 32, die eine hydrogeformte bügelförmige D-Säule 14 aufweist, an der zwei Ausrüstungshalterungen 16 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung angebracht wurden. Durch in die Ausrüstungshalterungen 16 eingeschraubte Bolzen 44 werden Scharniere 40 (bei einem gezeigt) befestigt. Die 5 zeigt auch Verstärkungen 36, die an der Tragstruktur in Form der D-Säule 14 durch eine Schweißverbindung oder andere, einem Fachmann bekannte Befestigungstechniken angebracht werden, bevor die Ausrüstungshalterungen 16 durch Reibschweißen mit der Verstärkung 36 verbunden werden. Wie oben erwähnt wurde, können die Grundplatte 20 und die im Allgemeinen rohrförmigen, mit Gewinde versehenen Muttern 24 in wirtschaftlicher Weise und präzise durch ein Strangpressverfahren hergestellt werden.

Claims

Karosseriekonstruktion für ein Automobil, umfassend: eine rohrförmige Tragstruktur (12) mit einer oberen Fläche (12a); eine Ausrüstungshalterung (16), die eine Grundplatte (20) mit einem ringförmigen, sich axial erstreckenden Reibschweißinitiator (22) aufweist; eine Reibschweißverbindung zwischen der Oberfläche (12a) der rohrförmigen Tragstruktur (12) und der Ausrüstungshalterung (16).
Karosseriekonstruktion für ein Automobil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrüstungshalterung (16) weiter ein an der Grundplatte (20) befestigtes Befestigungselement umfasst.
Karosseriekonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement eine im Allgemeinen rohrförmige mit einem Gewinde versehene Mutter (24) umfasst, die einstückig mit der Grundplatte (20) ausgebildet ist.
Karosseriekonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement einen mit Gewinde versehenen Stehbolzen umfasst, der einstückig mit der Grundplatte (20) ausgebildet ist.
Karosseriekonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement einen mit Gewinde versehenen Stehbolzen umfasst, der an der Grundplatte (20) angeschweißt ist.
Karosseriekonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmige Mutter (24) und die Grundplatte (20) als eine Einheit stranggepresst sind.
Karosseriekonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrüstungshalterung (16) weiter eine Anzahl von Befestigungselementen umfasst, die an der Grundplatte (20) befestigt sind.
Karosseriekonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrüstungshalterung (16) weiter eine Anzahl von im Allgemeinen rohrförmigen Befestigungselementen umfasst, die einstückig mit der Grundplatte (20) stranggepresst sind.
Karosseriekonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrüstungshalterung (16) weiter eine Anzahl von Befestigungselementen umfasst, die an der Grundplatte (20) befestigt sind, wobei sich die im Allgemeinen rohrförmigen Befestigungselemente durch eine gemeinsame Öffnung in das Innere der rohrförmigen Tragstruktur (12) erstrecken.
Karosseriekonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Befestigungselementen mindestens eine im Allgemeinen rohrförmige, mit einem Gewinde versehene Mutter (24) umfasst, die einstückig mit der Grundplatte (20) ausgebildet ist, wobei sich die im Allgemeinen rohrförmigen Befestigungselemente durch eine gemeinsame Öffnung in das Innere der rohrförmigen Tragstruktur (12) erstrecken.
Karosseriekonstruktion nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmige Tragstruktur (12) ein hydrogeformtes Element umfasst.
Verfahren zum Anbringen von Ausrüstungsteilen an einer Karosserie für ein Automobil, umfassend: Ausbilden einer rohrförmigen Tragstruktur (12) mit einer oberen Fläche (12a); Anbringen einer Ausrüstungshalterung (16) mit mindestens einem ersten Befestigungselement durch Reibschweißen an der Oberfläche (12a) der rohrförmigen Tragstruktur (12), und Anbringen eines Ausrüstungsteils an der Ausrüstungshalterung (16) mit mindestens einem zweiten Befestigungselement.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Befestigungselement ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungselement umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Befestigungselement ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungselement umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Befestigungselement eine mit einem Gewinde versehene Mutter (24) umfasst, die einstückig mit der Ausrüstungshalterung (16) ausgebildet ist, und das zweite Befestigungselement einen mit einem Gewinde versehenen Bolzen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Befestigungselement eine schraubbare Mutter (24) umfasst, die einstückig mit der Ausrüstungshalterung (16) ausgebildet ist, und das zweite Befestigungselement eine selbstschneidende Schraube umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, das weiter das Anbringen einer örtlichen Verstärkung an der rohrförmigen Tragstruktur (12) an der Position der Ausrüstungshalterung (16) vor dem Reibschweißen der Ausrüstungshalterung (16) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrüstungshalterung (16) eine Grundplatte (20) mit einem angeformten stranggepressten Reibschweißinitiator (22) und eine Anzahl von stranggepressten Befestigungselementen, die so ausgerichtet sind, dass sie sich durch eine gemeinsame Öffnung in das Innere der rohrförmigen Tragstruktur (12) erstrecken, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausrüstungsteil ein Scharnier (40) für eine Tür umfasst.