DE4335029C2 - A-Säulenverbindungsteil und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein A-Säulenverbindungsteil, bestehend aus einem A-Säulenknoten, einem seitlichen Dachrahmen, einem Frontscheibenquerträger, einer A-Säule und ggfs. einer Kot­ flügelbank sowie einer Scharniersäule und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Ein Karosserierahmensystem der eingangs genannten Art ist aus der US 4,618,163 bekannt. Dort wird ein Dachrahmen 5, eine Scheibenauflage 7, eine A-Säule 3 sowie ggfs. eine Kotflügelbank 15 über ein Knotenteil 11 miteinander ver­ bunden. Die Verbindungsteile werden durch Gießen herge­ stellt und mit stranggepreßten Rahmenteilen in einer Montagevorrichtung in Kontakt gebracht. Die eigentliche Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Schweißen, wozu eine genaue räumliche Fixierung der Teile in der Montagevor­ richtung und eine allseitige Zugänglichkeit an der Ver­ bindungsstelle erforderlich ist.

Als Vorteil des bekannten Verfahrens wird angegeben, daß es durch Verwendung von Aluminiumteilen eine nahezu voll­ ständige Recyclierung des ursprünglich eingesetzten Materials ermögliche. In der Praxis hat sich jedoch ge­ zeigt, daß durch die Verwendung von sehr unterschiedlich zusammengesetzten Legierungen, wie z. B. Guß- und Knet­ legierungen eine Recyclierung in wirtschaftlicher Weise nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich ist. Bei­ spielsweise müssen die Teile vor der Recyclierung nach Legierungsklassen sortiert werden. Es ist jedoch auch möglich, eine Mischung verschiedener Legierungen unter Verwendung von komplizierten Filtersystemen zu reinigen und später mit anderen Metallen zu verschneiden, damit daraus brauchbare Sekundärlegierungen hergestellt werden können.

Die vorbezeichneten Karosserierahmensysteme werden hin­ sichtlich ihrer Dehnung und Festigkeit auf verschiedene Crash-Fälle ausgelegt. Für den Frontalaufprall ist es entscheidend, wie die Kräfte aus der Kotflügelbank und das Dachrahmenprofil in das A-Säulenprofil übergeleitet werden.

In dem in der US 4,618,163 gezeigten Ausführungsbeispiel ist an dem Verbindungsteil eine Anschlußmöglichkeit für die Kotflügelbank vorgesehen. Bei einem frontalen Aufprall würde das Profil für die Kotflügelbank deformiert und bei entsprechend hohen Kräften die Schweißnaht am Verbindungs­ teil abreißen. Das als Gußteil konzipierte Verbindungsteil selbst kann die erforderliche Dehnung für die Vernichtung der Stoßenergie nicht leisten, sondern wird voraussicht­ lich als ein verhältnismäßig steif ausgebildetes Karosse­ rierahmenteil in seiner Position verschoben, so daß die Verformung nicht als Stauchbewegung, sondern als Scherbe­ wegung an das Dachrahmenprofil weitergegeben wird. Auch hierdurch kann es leicht zum Abreißen der Profilteile und damit zu einem Versagen der Sicherheitsfunktion der Fahr­ gastzelle kommen.

Herkömmlicherweise erfolgt die Verbindung zwischen Dach­ rahmen, Scharniersäule und Frontscheibenauflage durch Blechkonstruktionen unter Verwendung von tiefgezogenen Knotenblechen bzw. Integralblechen. Dabei werden Dach­ rahmen, Scharniersäule, Kotflügelbank und Anschlüsse für die Anbindung der Frontscheibenauflage sowie der Arma­ turentafel zu einer Baugruppe integriert. Durch eine spezielle Bearbeitung der Profilenden wird ein flächiger Kontakt herbeigeführt, der durch Schmelzschweißen genügt werden kann. Die mechanische Bearbeitung an den Enden von Profilen oder Blechen sowie das direkte Fügen ohne ent­ sprechende Knotenelemente ist aufgrund der erforderlichen, komplexen sphärischen Bahnkurven schwierig. Hierzu werden üblicherweise komplizierte Montagehilfen verwendet, die für Kleinserien zu teuer und daher unwirtschaftlich sind. In diesen Fällen müssen vergrößerte Toleranzbereiche und ungleichmäßige Schweißnähte in Kauf genommen werden.

Eine Schwierigkeit bei dem Verbinden herkömmlicher Profile besteht auch darin, daß der Schweißbrenner durch die Aus­ bildung einer sphärischen Schweißnaht von allen Seiten frei an das Profil heranführbar sein muß. Dies bedeutet eine erhebliche Einschränkung in der Gestaltungsbreite der Profilausbildung und ihrer Anbindung. Die schlechte Zu­ gänglichkeit und der schwierige Toleranzausgleich in der Fügezone verursachen neben hohen Fertigungskosten eine qualitativ minderwertige Schweißverbindung.

Ferner ist aus der DE 42 04 825 A1 ein Wagenkasten für Kraft­ fahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen bekannt, bei dem jedes Aufnahmeteil durch ein mit dem Wagenkasten verbundenes Strangpreßprofilteil gebildet wird. Das Aufnahmeteil kann entwe­ der mit einem Träger des Wagenkastens oder mit dem Radhaus einer selbsttragenden Karosserie verbunden sein. Die Verbindungen erfolgen durch Schweißen, Kleben, Schrauben oder Nieten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein A-Säulenverbin­ dungsteil der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß unter ausschließlicher Verwendung von Legierungsteilen gleich­ artiger Zusammensetzung stoff- und formschlüssige Verbindungen zu seitlichem Dachrahmen, A-Säule, Frontscheibenquerträger und gegebenenfalls einer Kotflügelbank hergestellt werden, die ein erhöhtes Stoßabsorb­ tionsverhalten aufweisen. Ferner soll ein Verbindungsverfahren vorgeschlagen werden, mit dem eine toleranzausgleichende Ver­ bindung zwischen A-Säulenknoten, seitlichem Dachrahmen, Frontscheiben­ querträger, A-Säule und gegebenenfalls einer Kotflügelbank sowie einer Scharniersäule hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Beschreibung der Fahrzeugebenen werden die Koordinaten wie folgt festgelegt:
x-Achse in Fahrzeugrichtung bzw. Fahrtrichtung
y-Achse in Fahrzeugquerrichtung
z-Achse Senkrechte zur x- und y-Achse

Die Anbindung von Dachrahmen, A-Säule, Frontscheibenquerträger und Kot­ flügelbank erfolgt durch Einstecken in einen entsprechend ausge­ bildeten A-Säulenknoten, wobei nach dem Einstecken der A-Säulenknoten an der Verbindungsstelle ringsherum durch Schmelzschweißen verbunden wird und die solcher Art gefügte Baugruppe auf einer nur schräg beschnittenen Profilebene mit rechteckförmigen Hohl­ kammern aufgesetzt wird, dessen Außenkammer durch den Beschnitt eine offene Nut bildet. Ein Toleranzausgleich ist einfach durch Verschieben auf der schrägen Ebene ohne einen erhöhten Luftspalt in der Fügezone zu erreichen. Die bisher schlechte Zugänglich­ keit und der schwierige Toleranzausgleich in der Fügezone wer­ den verbessert, so daß neben geringeren Fügekosten auch eine qualitativ hochwertige Schweißverbindung entsteht, die auch ohne Montagehilfen ausgeführt werden kann.

Bei der Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelang es ferner, die Form der Kraftüberleitung aus dem A-Säulenknoten in die Nachbarteile so abzuändern, daß die Fügetechnik zu den Anschlußteilen hin vereinfacht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Es hat sich gezeigt, daß sich durch Einstecken des seitlichen Dach­ rahmens in den A-Säulenknoten eine stoff- und form­ schlüssige Verbindung herstellen läßt, die bei einem Frontalaufprall die Kräfte vollständig in die Dachrahmen­ konstruktion überleitet. Das Crash-Verhalten ist dadurch verbessert, daß durch die Steckverbindung zwischen A-Säulen­ knoten und seitlichem Dachrahmen ein Abscheren an der Ver­ bindungsstelle nicht möglich ist. Die Kräfte werden grad­ linig aus der Kotflügelbank über den A-Säulenknoten in den seitlichen Dachrahmen übergeleitet, so daß das gesamte Karosserierahmensystem zur Aufname der Aufprallkräfte zur Verfügung steht.

Durch die einfache Konstruktion der das erfindungsgemäße Karosserierahmensystem bildenden Einzelprofile sind diese einfach herstellbar und leicht montierbar. Auch nach dem Crash-Fall lassen sich die erforderlichen Reparaturar­ beiten leicht ausführen. Das Bauteil aus Dachrahmen und Anschlußknoten kann dann mit Hilfe einer angepreßten und daher eindeutig positionierten Schweißnahtvorbereitung auf die nur schräg abgeschnittene A-Säule aufgesteckt und in eine Stumpfnahtverbindung gefügt werden. Die Mon­ tage des Frontscheibenquerträgerprofils kann sehr einfach nach einem geraden Beschnitt erfolgen, wobei eine gut zugäng­ liche Kehlnaht im Fügebereich gebildet wird.

Der Toleranzausgleich ist, bezogen auf die Fahrzeug-x- und -z-Richtung durch Verschieben auf dem schrägen Be­ schnitt der A-Säule möglich. Die schräge Anord­ nung der Kehlnaht hat den Vorteil, daß die Fügeverbindung luftspaltfrei gehalten werden kann.

Die sogenannte Kotflügelbank kann durch ein Weiterführen des seitlichen Dachrahmens gebildet werden. Es ist aber auch möglich - was das Handling der Teile wesentlich erleichtert - durch eine Kammerverlängerung des A-Säulenknotens die Kot­ flügelbank mit diesem zu integrieren.

Durch die Integration der Kotflügelbank in den seitlichen Dachrahmen wird im Crash-Fall ein rein formflüssiger Lastpfad zur Verfügung gestellt. Dies bewirkt ein hohes Dehnungs­ vermögen in der Verbindungszone und ein entsprechendes Sicherheitspotential für die Insassen der Fahrzeugzelle.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Aus­ führungsbeispielen näher dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 perspektivische Seitenansicht eines erfindungs­ gemäßen A-Säulenknoten,

Fig. 2 A-Säulenknoten mit verlängerter Kotflügelbank,

Fig. 3 Querschnitt durch den erfindungsgemäßen A-Säulen-Knoten sowie die A-Säule gemäß vorliegender Erfindung.

In Fig. 1 ist der A-Säulen-Knoten 1 bestehend aus dem Zentralknoten 1a und dem Scharnieranschlußteil 1b darge­ stellt. Ein seitlicher Dachrahmen 2 ist in den Knoten­ bereich 1 eingesteckt, wobei im unteren Abschnittsbereich 2a der seitliche Dachrahmen um einen Radius R gebogen ist.

Der Frontscheibenträger 3 ist im gebogenen Abschnitt 2a des seitlichen Dachrahmens 2 aufgesetzt und kann hier durch übliches Schmelzschweißen vorzugsweise durch eine Stumpf­ naht mit dem seitlichen Dachrahmen 11 verbunden werden.

Die A-Säule 4 besteht aus einem offenen Strangpreßprofil, das zum A-Säulenknoten 1 hin eine abgeschrägte Anschluß­ fläche 4a aufweist. Durch diese Anschlußfläche 4a ist es möglich, eine toleranzfreie Fügezone zwischen dem A-Säulenknoten 1 und der A-Säule 4 zu verwirklichen.

In dem gezeigten Beispiel in Fig. 1 ist die A-Säule 4 mit einer weiteren Scharniersäule 5 verbunden. Diese Scharniersäule 5 weist Anschlagflächen für die Scharniere sowie für Dichtungen und Kotflügelseitenteile 5a auf.

In Fig. 2 ist eine Möglichkeit zur Fortführung des A-Säulenknotens 1 in Form einer Kotflügelbank 1c darge­ stellt. Man erkennt auch die als Schweißnähte ausgeführten Fügestellen 6, die einerseits zwischen Knotenteilen 1a, 1b und seitlichem Dachrahmen 2 und andererseits zwischen A-Säule 4 und Scharniersäule 5 verlaufen.

In Fig. 3 ist der Querschnitt entlang der Linie A von Fig. 2 in vergrößerten Darstellung gezeigt. Man erkennt im oberen Bereich den Schnitt durch den erfindungsgemäßen A-Säulenknoten, wobei in der oberen Kammer des Säulen­ profils der seitliche Dachrahmen 2 im Querschnitt zu er­ kennen ist.

Im unteren Teil des A-Säulenknotenteils ist eine Schweiß­ nahtvorbereitung 7 zu erkennen, die aus einem nach innen versetzten Nutteil 7a und einem Steg 7b besteht. In der Schweißnahtvorbereitung 7 wird die abgeschrägte Ver­ bindungsfläche der A-Säule 3 aufgenommen. Der Fügebereich kann mit einer Stumpfnaht leicht verschlossen werden.

Aus dem vorstehenden ergibt sich, daß - im Gegensatz zu den bisher verwendeten Knotenblechen, bei denen die tragenden Blechkonstruktionen in Knotenteilen zu einer räumlichen Kontur angeordnet waren - bei der vorliegenden Erfindung lediglich gerade Schweißnähte auf plan liegenden Ebenen erforderlich sind. Sogenannte "Integralbleche" werden nicht mehr benötigt, da das erfindungsgemäße Karosserierahmensystem aus Strangpreßprofilen mit ebenen Schnittachsen hergestellt wird. Die Notwendigkeit von räumlich anzubringenden Schweißnähten ist daher entfallen.

Als Folge der gradlinigen Schnittebenen ist auch der Kraftverlauf im Crash-Fall wesentlich direkter. Während sich bei herkömmlichen Karosseriesystemen im Crash-Fall ein dreidimensionaler Spannungszustand mit hohen Dehnungsspitzen aufbaut, bleibt durch die Verwendung von formschlüssigen Verbindungen und einheitlichen Strangpreß­ profilen bei dem erfindungsgemäßen Karosseriesystem der Spannungszustand im Crash-Fall leichter beherrschbar, wobei die möglichen Dehnungen über größere Strecken und über den gesamten Profilquerschnitt erfolgen.

Claims (6)

1. A-Säulenverbindungsteil, bestehend aus einem A-Säulenknoten (1), einem seitlichen Dachrahmen (2), einem Frontscheiben­ querträger (3), einer A-Säule (4) und ggfs. einer Kotflü­ gelbank (1c) sowie einer Scharniersäule (5), dadurch gekennzeichnet,
daß der A-Säulenknoten (1) als Strangpreßprofil ausgebildet ist und aus einem Zentralknoten (1a) und einem Scharnier­ säulenanschlußteil (1b) besteht,
wobei in den Zentralknoten (1a) der seitliche Dachrahmen (2) eingesteckt ist und die zwischen den Knotenteilen (1a, 1b) und dem seitlichen Dachrahmen (2) verlaufenden Fügestellen (6) als Schweißnähte ausgebildet sind,
daß am offenen Ende des Scharniersäulenanschlußteils (1b) sich eine Schweißnahtvorbereitung (7) in Form eines nach innen versetzten Nutteils (7a) und einem Steg (7b) befin­ det,
daß die A-Säule (4) aus einem rechteckförmigen Hohlkammer­ strangpreßprofil besteht, das zum A-Säulenknoten (1) hin einen schrägen Beschnitt aufweist, so daß sich eine offene Nut bildet, auf die die Schweißnahtvorbereitung (7) des A-Säulenknotens (1) aufgesteckt und in einer Stumpfnahtver­ bindung gefügt ist,
daß der Frontscheibenquerträger (3) auf den A-Säulenknoten (1) oder den seitlichen Dachrahmen (2) aufgesetzt und durch eine Stumpfnaht mit diesem verbunden ist.

2. A-Säulenverbindungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der A-Säulenknoten (1) in Fahrzeuglängsrichtung verlän­ gert ist und in der Verlängerung als Kotflügelbank (1c) ausgebildet ist.

3. A-Säulenverbindungsteil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die A-Säule (4) und die Scharniersäule (5) aus einem einteiligen Strangpreßprofil bestehen.

4. A-Säulenverbindungsteil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnähte zwischen Zentralknoten (1a), A-Säule (4) und Scharniersäule (5) auf plan liegenden Ebenen ange­ ordnet sind.

5. A-Säulenverbindungsteil nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den durch Schweißnähte verbundenen Fügestellen (6) jeweils zusätzlich formschlüssige Verbindungen zur Fixie­ rung der zu verbindenden Teile angeordnet sind.

6. Verfahren zur Montage eines A-Säulenverbindungsteils gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einzelpro­ file für den seitlichen Dachrahmen (2), für die A-Säule (4), für den Frontscheibenquerträger (3) und ggfs. für die Kotflügelbank (1c) sowie für die Scharniersäule (5) in vorgegebener Position an ein A-Säulenverbindungsteil ange­ koppelt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß der seitliche Dachrahmen (2) in den A-Säulenknoten (1) eingeschoben und dieser mit einer vorher abgeschrägten Ver­ bindungsfläche der A-Säule (4) in Kontakt gebracht wird,
daß die A-Säule (4) mit dem Kontaktbereich der Scharnier­ säule (5) formschlüssig verbunden wird und
daß der Frontscheibenquerträger (3) mit dem A-Säulenknoten (1) oder dem seitlichen Dachrahmen (2) in Kontakt gebracht wird,
woraufhin die so positionierten Profilteile (1-5) durch Schmelzschweißen verbunden werden.