DE4138391A1 - Traegerverbindung an einer fahrzeugkarosserie, insbesondere laengstraegerverbindung, und verfahren zum austausch eines aluminiumtraegers - Google Patents

Description

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 01 46 716), 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 umlaufende Schweißnähte verbunden und durch unterschiedliche Wandstärken und/oder Werkstoff­ güten so dimensioniert, daß jeder Längsträgerabschnitt zur Fahrzeugmitte hin eine zunehmend größere Deformations-Steifig­ keit aufweist. Damit wird eine abgestufte Deformations-Stei­ figkeit zur Fahrzeugmitte hin erreicht, so daß bei leichteren Unfällen nur jeweils einer oder gegebenenfalls je nach Unfall­ schwere mehrere Längsträgerabschnitte der Reihe nach defor­ miert werden ohne Beschädigung anschließender Abschnitte. Bei einer Reparatur brauchen nur die verformten Abschnitte ausge­ wechselt werde. Damit wird eine unerwünschte Gesamtdeforma­ tion des Fahrzeugrahmens schon bei kleineren Unfällen vermie­ den. Der dargestellte Kraftfahrzeugrahmen ist aus Blechteilen aufgebaut, so daß das Auswechseln durch Abtrennen von Längs­ trägerabschnitten und erneutes Anschweißen neuer Abschnitte keine prinzipiellen 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 mit Schweißverbindungen nicht auftreten. Die Kosten für solche Schraubverbindungen sind jedoch relativ hoch.

Aus dem eingangs erwähnten Stand der Technik (EP-PS 01 46 716) 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 wesentlichen Festigkeitsab­ fall im Material erzeugt. Besonders eine umlaufende Schweiß­ verbindung, wie sie bei der vorstehend beschriebenen Träger­ verbindung verwendet wird, ist kritisch, da dadurch eine Schwächung in einer durchgehenden Querebene erfolgt. Der Festigkeitsabfall bei einer ersten Trägerverbindung und ersten Schweißung kann bei der Dimensionierung berücksichtigt werden. Das an sich übliche Auswechseln von Trägern durch Auftrennen der Schweißnaht, Einsetzen eines neuen Trägerteils und erneutes Verschweißen am stirnseitigen Rand der rohrförmi­ gen Aufnahme führt aber durch den erneuten Schweißvorgang zu einer weiteren unkontrollierbaren Gefügeschädigung mit ent­ sprechend hohem Festigkeitsabfall mit der Gefahr eines Bruches bei hoher Belastung.

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, außerdem soll dem Kunden nach der Reparatur eine Karosserie mit der Originalfestigkeit überlassen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Trägerverbin­ dung so zu gestalten, daß auch nach einem Austausch und einer Reparatur wieder eine Verbindung mit der Originalfestigkeit geschaffen wird. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Verfahren zum Austausch eines Trägers vorzuschla­ gen, wobei die Festigkeit der ursprünglichen Verbindung wie­ der hergestellt wird.

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

Nach Anspruch 1 ist eine Trägerverbindung an einer Fahrzeug­ karosserie, insbesondere eine Längsträgerverbindung, dadurch hergestellt, daß ein Aluminiumträger als Strangprofil in eine rohrförmige Aluminiumaufnahme mit entsprechendem Querschnitt eingesetzt ist und am stirnseitigen Rand dieser rohrförmigen Aufnahme umlaufend über eine Schweißnaht verschweißt ist. Er­ findungsgemäß umfaßt die Länge der Aufnahme wenigstens einen ersten Längsbereich, der für den Formschluß einer festen Verbindung erforderlich ist. Bei einer zu geringen Einsteck­ tiefe sind ersichtlich die Anlageflächen für eine gute form­ schlüssige Abstützung zu gering. Die Länge der Aufnahme bzw. die mögliche Einstecklänge für den Träger soll erfindungsge­ mäß einen zweiten Längsbereich umfassen, der der axialen Ausdehnung einer Wärmeeinflußzone an der umlaufenden Schweiß­ naht entspricht. Diese Wärmeeinflußzone bzw. deren axiale Ausdehnung in der rohrförmigen Aufnahme ist dadurch bestimmt, daß in diesem Bereich noch ein wesentlicher und für eine feste Verbindung kritischer Festigkeitsabfall festzustellen ist. Die rohrförmige Aluminiumaufnahme kann auch aus mehreren Gußteilen zusammengesetzt sein.

Bei einer solchen Ausbildung einer Trägerverbindung kann vorteilhaft ein Träger unter Beibehaltung der erforderlichen festen Verbindung ausgetauscht werden, wie dies anhand des nachfolgenden Verfahrens des Anspruchs 2 erläutert wird.

Gemäß Anspruch 2 wird für einen Austausch des Trägers dessen Demontage so durchgeführt, daß vom stirnseitigen Rand her ein Ring von der rohrförmigen Aufnahme einschließlich dem über die Schweißnaht damit verbundenen Aluminiumträger abgetrennt und abgenommen wird. Die axiale Länge des Rings entspricht dabei wenigstens dem zweiten Längsbereich bzw. der axialen Ausdehnung einer Wärmeeinflußzone in der Aufnahme. Damit ist der Bereich, in dem ein Festigkeitsabfall durch die ursprüng­ liche Schweißung aufgrund von Strukturänderungen im Material erfolgt ist, abgetrennt, so daß wieder die Aufnahme mit der ursprünglichen Festigkeit vor einer Schweißung zur Verfügung steht.

Anschließend wird beispielsweise für eine Reparatur nach einem Unfall ein neuer Aluminiumträger in die verkürzte Aufnahme eingesetzt und am stirnseitigen Rand der verkürzten Aufnahme umlaufend über eine neue Schweißnaht wieder ver­ schweißt. Die axiale Länge der Aufnahme ist erfindungsgemäß trotz der Verkürzung noch so lange, daß ein ausreichender Formschluß für eine neue feste Verbindung gewährleistet ist.

Damit wird erreicht, daß nicht durch mehrere aufeinanderfol­ gende Schweißvorgänge an denselben Stellen und denselben Wärmeeinflußzonen ein unzulässiger Abfall in der Material­ festigkeit hervorgerufen wird.

Zweckmäßig werden nach Anspruch 3 mehrere, bevorzugt zwei, zweite Längsbereiche hintereinander angeordnet. Damit sind beispielsweise zwei Reparaturen von vorderen Längsträger­ teilen durch deren einfachen Austausch möglich, ohne daß ein aufwendiger Austausch der Aluminiumaufnahme erforderlich ist. Der Austausch der Aluminiumaufnahme ist ersichtlich wesent­ lich aufwendiger, da diese üblicherweise Bestandteil eines oder mehrerer Aluminiumgußteile ist, das einen Knotenpunkt als Verbindungselement für mehrere Träger darstellt.

Mit Anspruch 4 wird vorgeschlagen, an der Außenfläche der Aufnahme Quermarkierungen im Abstand der zweiten Längsbe­ reiche anzubringen. Damit sind die axialen Längen der Wärme­ einflußzonen für den reparierenden Werker sichtbar gemacht, so daß dieser die Aufnahme jeweils an den Markierungen bei einer Reparatur abtrennen muß.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung 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 einen Schnitt durch die Längsträgerverbindung eines ersten vorderen Längsträgerteils und eines zweiten vorderen Längsträgerteils.

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 vorderer Längsträger 3 besteht aus einem ersten vorderen Längsträgerteil 4 und einem anschließenden zweiten Längs­ trägerteil 5, der über eine seitliche Umlenkung 6 mit dem Fußpunkt 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 A8 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.

In Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt durch das Gußteil 15 mit dem eingesetzten ersten Trägerteil 4 gezeigt. Das Träger­ teil 4 ist in der vorliegenden Ausführung zylindrisch ausge­ bildet und in eine entsprechend geformte zylindrische Auf­ nahme 16 am Gußteil 15 eingesetzt sowie am stirnseitigen Rand umlaufend über eine Schweißnaht 17 verschweißt.

Durch den Schweißvorgang für die Schweißnaht 17 wird eine erste Wärmeeinflußzone 18 geschaffen, in der durch eine Struk­ turänderung im Material ein wesentlicher Festigkeitsabfall festzustellen ist. Die axiale Längserstreckung dieser Wärme­ einflußzone im Material der Aufnahme 16 ist eingezeichnet. Der erste vordere Längsträgerteil 4 ist als Deformationsele­ ment so ausgebildet, daß bei einem leichteren Aufprall nur dieser Teil deformiert wird und die rückwärtig anschließenden Teile, insbesondere das oder der Gußteile 15 und der zweite Längsträgerteil 5 unbeschädigt bleiben. Bei einem solchen Aufprall braucht somit nur der vordere Längsträgerteil 4 ausgewechselt werden.

Dazu wird ein Ring 19 entlang der Linie 20 abgetrennt und ein­ schließlich dem über die Schweißnaht 17 damit verbundenen Aluminiumträger 4 aus der Aufnahme 16 abgenommen. An­ schließend wird ein neuer Längsträgerteil 4 in die Aufnahme 16 eingesetzt und mit einer neuen Schweißnaht 21 verschweißt, wodurch eine zweite Wärmeeinflußzone 22 gebildet wird.

Bei einem weiteren Aufprall, bei dem wieder der erste Längs­ trägerteil 4 verformt ist, kann eine weitere Reparatur ent­ sprechend vorgenommen werden, wobei die Wärmeeinflußzone 22 abgetrennt wird und wieder ein neuer Längsträgerteil 4 über die Schweißnaht 23 verbunden wird. Der dabei noch verbleiben­ de Einsteckbereich 24 ist so lange gewählt, daß noch eine ausreichend feste, formschlüssige Verbindung gewährleistet ist.

Damit wird eine Trägerverbindung und ein Reparaturverfahren zur Verfügung gestellt, mit dem ohne Festigkeitseinbußen ur­ sprünglich über Schweißverbindungen befestigte Träger ausge­ wechselt und erneut mit Schweißverbindungen befestigt werden können.

Claims (4)

1. Trägerverbindung an einer Fahrzeugkarosserie, insbesondere Längsträgerverbindung,
mit einem Aluminiumträger als Strangprofil, der in eine dem Querschnitt des Aluminiumträgers entsprechende rohrför­ mige Aluminiumaufnahme, insbesondere an einem Aluminium­ gußteil, eingesteckt und am stirnseitigen Rand dieser rohr­ förmigen Aufnahme umlaufend über eine Schweißnaht ver­ schweißt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge der Aufnahme (16) wenigstens einen ersten Längsbereich (24) umfaßt, der für den Formschluß einer festen Verbindung erforderlich ist, und wenigstens einen zweiten Längsbereich (18; 22) umfaßt, der der axialen Ausdehnung einer Wärmeeinflußzone entspricht, in der ein wesentlicher Festigkeitsabfall durch die Schweißung im Material der Ausnehmung (16) festzustellen ist.

2. Verfahren zum Austausch eines Aluminiumträgers an einer Trägerverbindung, insbesondere einer Längsträgerverbindung einer Fahrzeugkarosserie,
mit einem Aluminiumträger als Strangprofil, der in eine dem Querschnitt des Aluminiumträgers entsprechende rohrför­ mige Aluminiumaufnahme, insbesondere an einem Aluminium­ gußteil, eingesteckt und am stirnseitigen Rand dieser rohr­ förmigen Aufnahme umlaufend über eine Schweißnaht ver­ schweißt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Länge der Aufnahme (16) wenigstens einen ersten Längsbereich (24) umfaßt, der für den Formschluß einer festen Verbindung erforderlich ist, und wenigstens einen zweiten Längsbereich (18; 22) umfaßt, der der axialen Ausdehnung einer Wärmeeinflußzone entspricht, in der ein wesentlicher Festigkeitsabfall durch die Schweißung im Material der Ausnehmung (16) festzustellen ist,
daß für einen Austausch des Aluminiumträgers (4) die Demontage so durchgeführt wird, daß vom stirnseitigen Rand her ein Ring (19) von der rohrförmigen Aufnahme (16) abge­ trennt und einschließlich dem über die Schweißnaht (17) damit verbundenen Aluminiumträger (4) abgenommen wird, wobei die axiale Länge des Rings (19) wenigstens dem zweiten Längsbereich (18) bzw. der axialen Ausdehnung einer Wärmeeinflußzone in der Aufnahme (16) entspricht,
daß anschließend ein neuer Aluminiumträger (4) wieder in die verkürzte Aufnahme (16) eingesetzt wird, und
daß der eingesetzte Aluminiumträger (4) am neuen, stirn­ seitigen Rand der verkürzten Aufnahme (16) umlaufend über eine neue Schweißnaht (21) wieder verschweißt wird.

3. Trägerverbindung nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, bevorzugt zwei zweite Längsbereiche (18; 22) hintereinander vorge­ sehen sind.

4. Trägerverbindung oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenfläche der Aufnahme (16) Quermarkierungen an den Begrenzungen der zweiten Längsbereiche (18; 22) vorgesehen sind.