CN103085742B - 碰撞盒 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于布置在保险杠(40)和汽车车身(42)的纵梁(30)之间的碰撞盒，其中，所述碰撞盒可通过固定型材(11)至少局部与所述纵梁(30)的容纳型材(31)重叠地布置，并且所述碰撞盒具有支承元件(12)，该支承元件(12)横向于固定型材(11)的型材纵向(x)地贯穿该固定型材并且可与所述容纳型材(31)的端部区段(33)支承地贴靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于布置在保险杠和汽车车身的纵梁之间的碰撞盒。
背景技术
碰撞盒用作吸收碰撞能量的元件，它布置在保险杠尤其是保险杠横梁和汽车车身的纵梁之间，以便能够在以低速发生正面或尾部碰撞时在很大程度上避免车身的支承结构受损。已知的碰撞盒通常设计为由钢、铝或塑料制成的大约呈直角立方体的薄壁式元件。它们可以通过接合挤压的金属板壳制造或者一体式地例如设计为挤压成形的或挤压的铝型材。
在负载情况下作用在保险杠或保险杠横梁上的机械冲量或相应的动能在超过预设边界值时会导致设计为能量吸收单元的碰撞盒有针对性地变形并且在此保护与碰撞盒邻接的车身纵梁尽可能不受损坏。
存在不同的用于将碰撞盒固定在纵梁上的方式。例如所谓的插入固定方案(Stick-in-Befestigungskonzept)规定，碰撞盒通过朝向纵梁的固定型材至少局部地插入对应纵梁的型材横截面中并且碰撞盒和纵梁直接贴靠的重叠的型材区域优选可拆卸地相互连接，例如相互螺栓连接。
因此，例如由DE 10 2005 051 764 B4已知一种分为两个区段的碰撞盒，其具有啮合到纵梁中的固定区段以及设置在纵梁端面之前的变形区段。在此，变形区段由上下半壳组成，所述上下半壳在金属的构造方式中通过焊接相互连接。作为另一部件，每个碰撞盒均具有凸缘板，凸缘板具有一体铸造在其上的、形成啮合到纵梁中的固定区段的转换部(Umstellung)。按照安装技术，在此将预装配的碰撞盒插入纵梁中，直至凸缘板贴靠在与此对应设计的纵梁端面凸缘上。
这种碰撞盒具有相对复杂的结构并且需要固定区段和变形区段单独地相互固定或接合。
此外，在螺栓连接的插入固定方案中，在螺钉和螺纹孔的区域内会出现较大的点负荷。为了能够提供要求的稳定性，这种螺钉和螺栓以及与之对应的固定孔需要设计得足够稳定并且是厚壁式的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种碰撞盒，其在将力和能量传入邻接的纵梁方面具有改善的力和碰撞能量传导性能。该碰撞盒还应能成本低廉并且节省空间地制造并且简便地安装。它还应该有利于减少汽车和其车身的重量。
该技术问题按本发明通过一种用于布置在保险杠和汽车车身的纵梁之间的碰撞盒解决，该碰撞盒可通过固定型材至少局部与纵梁的容纳型材重叠地布置，并且碰撞盒具有支承元件，该支承元件横向于固定型材的型材纵向地贯穿该固定型材并且能够被置于与容纳型材的端部区段支承地贴靠。所述技术问题还通过一种具有至少一个纵梁和至少一个所述碰撞盒的汽车车身以及一种具有所述汽车车身或至少一个所述碰撞盒的汽车解决。
按本发明提供一种用于布置在保险杠尤其是保险杠横梁和汽车车身的纵梁之间的碰撞盒。在此，该碰撞盒具有固定型材，该固定型材可至少局部与纵梁的容纳型材重叠地布置。重叠的布置尤其是指插入装配方案，其中沿周向观察，面向纵梁的碰撞盒型材区段可完全插入或推入纵梁对应的容纳型材中。
彼此相互协调适配的型材，即碰撞盒的固定型材和纵梁的容纳型材在此设计为，使得所述型材通过至少两个相对置的侧壁几乎直接地彼此贴靠，并且可以在该处例如借助一个或多个沿型材横向贯穿重叠的型材的固定器件(如借助螺栓)可拆卸地相互连接。
按本发明的碰撞盒还具有至少一个支承元件，该支承元件横向于固定型材的型材纵向贯穿该固定型材并且能够被置于与容纳型材的端部区段支承地贴靠。沿型材横向观察，碰撞盒的至少一个支承元件突伸出纵梁容纳型材的横截面，因此支承元件在直接支承的贴靠位置中能够贴靠纵梁型材面向碰撞盒的自由端部区段。
因此，可能沿型材纵向作用在碰撞盒上的变形力可以通过支承元件以相对较大的面积并且均匀地传导至邻接的纵梁的型材横截面中。因此碰撞盒不再只是逐点地支承在螺栓连接的区域内，而是通过从侧面突伸出纵梁型材横截面自由端部的支承元件支承在该纵梁上。
因此可以有针对性地减小本来在负载情况下出现在碰撞盒与纵梁的螺栓连接区域内的点负荷。在此甚至可以考虑，减小固定螺栓以及容纳螺栓的壁区段的壁厚的尺寸和机械载荷要求，使得它们只需满足碰撞盒在纵梁上的保持或支承的功能。在此，对沿型材纵向作用在保险杠和碰撞盒上的力的支承可以几乎完全通过可借助支承元件实现的沿型材纵向的支承来提供。
按照一种有利的设计方案规定，支承元件设计为支承板，该支承板分别突伸出碰撞盒固定型材相对置的侧壁。因此，支承元件(包括支承板)沿型材横向贯穿碰撞盒的整个固定型材。在此，支承板的面法线优选基本上平行于固定型材的型材纵向延伸。
在此尤其规定，固定型材相对置的侧壁具有彼此对齐的、用于容纳所述支承板的通孔。在制造技术上，碰撞盒以及其固定型材可例如作为挤压成形构件或挤压构件提供，所述构件在沿型材横向相对置的侧壁上配设有与支承板尺寸相适配的通孔。这样支承板可以沿型材横向推移穿过两个彼此对齐的通孔并且与固定型材连接，例如焊接。支承板和固定型材的连接在此可仅用于防止丢失。
沿型材纵向的支承可以通过将支承板配合准确地装入碰撞盒的固定型材中来提供，只要支承板的自由端部从固定型材相对置的侧壁(被支承板贯穿)突伸出足够远，以便在推入对应的纵梁型材中时贴靠在纵梁的型材棱边上。
按照另一种优选的设计方案，固定型材在至少一个侧壁的区域内具有至少一个通孔，所述至少一个通孔在与纵梁的装配位置中与该纵梁的至少一个与之对应设计或与之对齐设置的通孔对齐。由于碰撞盒的固定型材和纵梁的容纳型材具有彼此对齐设计的通孔，所以固定型材因此也使碰撞盒能够以简单的方式方法与纵梁优选可拆卸地连接。
在另一种有利的设计方案中还规定，支承板在所述固定型材的型材横截面中横卧地占据该固定型材横截面面积的至少50％，优选75％，进一步优选至少80％或更高比例。支承板的从型材横截面优选向外突出的支承元件也相应于支承板的尺寸延伸，使得在达到最终安装状态时，沿侧向或型材横向延伸的支承元件能够以尽可能大的面积贴靠在纵梁容纳型材的端部区段上。
由此可以在很大程度上避免可能出现的点负荷，并且在负载情况下出现的机械能可以尽可能均匀地导入纵梁中，使得该纵梁能够在很大程度上不受损地承受更大的负荷。此外，与碰撞盒和纵梁单纯基于螺栓或螺钉而相互固定的情况相比，碰撞盒的能量吸收性能可以在总体上得到改善。碰撞盒具有更大承载能量地并且以更大的面积支承在纵梁上并且因此能够承接更高的能量和力。
在此甚至可考虑减小碰撞盒的几何尺寸，以便由此节省汽车内的结构空间，从而同时减小整车的尺寸。
按照另一有利的方面，碰撞盒固定型材的侧壁无缝地过渡为与所述固定型材邻接的能量吸收型材的侧壁。在此，固定型材和能量吸收型材的侧壁可以设计为一体，其中，碰撞盒的固定型材和能量吸收型材的区域通过支承板或至少一个支承元件的位置或布置在构造上相互分开。能量吸收型材在此是在碰撞盒安装于纵梁上的安装位置中从纵梁端部突伸出的碰撞盒区域。
固定型材侧壁和沿型材纵向与之邻接的能量吸收型材的侧壁的连续设计使得碰撞盒在很大程度上可设计为一体，例如形式为挤压型材或挤压成形型材。
在另一种优选的设计方案中还规定，至少在所述能量吸收型材的区域内设置有至少一个将能量吸收型材彼此对置的外侧侧壁相互连接的型材壁。所述至少一个型材壁同样沿型材纵向在能量吸收型材的横截面内部延伸并且与能量吸收型材相对置的侧壁的内侧邻接。所述至少一个型材壁将所述能量吸收型材划分为多个腔室。通过所述至少一个型材壁能够有针对性地改变能量吸收型材的结构钢性和可变形性。
在一种对此的扩展设计中，沿型材纵向(x)观察，能量吸收型材的内部型材壁与支承板邻接。内部型材壁和支承板可以但不是必须达到直接相互贴靠的位置。沿型材纵向观察，在内部型材壁和支承板之间可以形成至少一条缝隙，该缝隙在出现变形时(例如在负载情况下)才消失。
在另一种优选的设计方案中还规定，固定型材和/或能量吸收型材一体式地设计为挤压成形型材，其中，所述固定型材具有无型材壁的内横截面。也就是说固定型材只具有形成碰撞盒外轮廓的侧壁。在此，固定型材沿周向观察是封闭的，可以说设计为空心型材，而在其内横截面区域中不具有其它稳定结构的、例如设计为横向接片的型材壁。
在此，在制造技术方面尤其规定，首先将整个碰撞盒作为一体式挤压成型部件提供，接下来在固定型材区域内切割去掉可能存在的内部型材壁或连接片。然后需要在能量吸收型材和固定型材之间的过渡区域中开设用于使支承板进入碰撞盒外侧侧壁的相互对置的通孔，以便最后推动支承板穿过彼此对齐的通孔。
按照另一有利的方面，碰撞盒设计为铝制挤压成形件。这既适用于能量吸收型材也适用于与之邻接的固定型材。此外，支承板优选也设计为铝制板，其在能量吸收型材和固定型材之间的过渡区域内与碰撞盒的外侧侧壁连接，优选焊接。
作为对此的备选当然也可以规定，碰撞盒由另一种金属，例如由钢制成。在此，能量吸收型材和邻接的固定型材同样可以在很大程度上设计为一体。对于由钢板制造的碰撞盒，代替挤压成形件，两个或多个半壳也可以材料接合地相互连接，尤其是相互焊接，以形成与纵梁几何结构适配的封闭的空心型材。
按照另一独立的方面还提供一种汽车车身，其具有至少一个纵梁，优选具有两个沿汽车横向(y)彼此间隔且基本上相互平行地延伸的纵梁，其中，在至少一个纵梁的纵向侧端部上布置有至少一个前述碰撞盒。所述至少一个碰撞盒在此通过固定型材至少局部重叠地固定在与之对应设计的纵梁容纳型材上。此外，至少一个横向于固定型材延伸的支承元件在纵梁容纳型材面向碰撞盒的端部区段上沿型材纵向(x)支承在纵梁上。
在此，纵梁的端部区段和支承元件不是必须一定要直接相互贴靠。碰撞盒可以在保持纵梁侧容纳型材的端部区段与支承元件之间预设尺寸的缝隙的情况下固定在纵梁上。最晚在碰撞盒上的作用力超过阈值时，碰撞盒的支承元件与纵梁的容纳型材进入支承的直接贴靠位置，从而可以形成相应的支承作用。尽管碰撞盒与纵梁的相互布置可以在容纳型材和支承元件之间保持留有预设缝隙尺寸的情况下实现，但已经证明碰撞盒侧的支承元件直接贴靠在纵梁端部上是有利的。
按照另一种优选的设计方案，纵梁的容纳型材和碰撞盒的固定型材具有彼此对齐并且可由固定元件(如螺栓)贯穿的通孔。某一型材的至少一个通孔可以在背离另一型材的一侧具有焊接螺母或类似固定器件，以便容纳例如贯穿彼此对齐的通孔的螺栓或相应的螺钉。
最后在另一独立的方面提供一种汽车，其具有前述的汽车车身或至少一个前述的碰撞盒。此外需要注意，所有关于碰撞盒所提到的特征、优点和作用同样地适用于汽车车身和汽车，反之亦然。
附图说明
参照附图在以下对实施例的说明中阐述其它目的、特征以及有利的应用可能性。在附图中：
图1示出汽车车身的纵梁结构的立体图；
图2示出图1中纵梁结构在碰撞盒与纵梁的连接区域内的局部放大图；
图3示出图2中视图的侧视图；
图4示出从上方观察碰撞盒与纵梁的连接的俯视图；
图5示出沿图3中的剖切线A-A剖切得到的x-y平面内的横剖面视图；
图6示出碰撞盒在x-y平面内的横剖面视图；
图7示出配设有支承板的碰撞盒的单独立体图并且
图8示出碰撞盒的另一立体图。
具体实施方式
在图1的立体图中局部示出的汽车车身42具有两个基本上沿汽车纵向(x)延伸的纵梁30，在纵梁面向观察者的端部区段上分别可拆卸地固定有碰撞盒10。在碰撞盒10的另一端设置有保险杠40，该保险杠尤其在此处未详细示出的汽车发生正面或尾部碰撞时承接相应的碰撞能量并且将其导入碰撞盒10中。
因此在碰撞能量或机械负载未达到预设的边界值时，车身42与碰撞盒10邻接的纵梁30可以在很大程度上得到保护以防止变形和由此造成的损坏。动能和/或碰撞能量可以通过碰撞盒10有针对性的变形在很大程度上被吸收。
从按照图2的放大视图还可看出，碰撞盒10按照插入的方式与纵梁端部，即与纵梁30的端部区段33或容纳型材31连接。按照图5的横截面视图示出，碰撞盒10可通过固定区段11插入与之对应的、纵梁30端侧的容纳型材31中，并且可以在该处分别在相互对置的位于汽车横向(y)上的侧壁上借助两个固定螺栓44与纵梁30可拆卸地连接。
在图6、图7和图8中单独以横剖面和立体视图示出的碰撞盒10具有一体式的挤压型材或挤压成形型材，其在面向保险杠40的区段区域内具有能量吸收型材13并且在安装状态下具有与该能量吸收型材13相对置的位于纵梁30内部的固定型材11。在固定型材11的区域内，在相对置的侧壁18上分别设置有上部通孔24和下部通孔26，所述通孔在安装到纵梁30上的安装状态下(如图3中所示)和与之对应的、纵梁30侧壁中的通孔34、36对齐。
为了相互固定纵梁30和碰撞盒10，可以分别用固定元件44(例如螺钉或螺栓)贯穿彼此对齐设置的通孔24、34以及26和36。
在图6至图8中示出的碰撞盒10具有连续的侧壁18或连续的空心型材，其在能量吸收型材13和固定型材11之间的过渡区域内具有两个彼此沿型材横向对齐设计的通孔25，支承板12贯穿该通孔25。基本上设计为平的支承板12延伸超过型材横截面16，因此该支承板以其沿型材横向的端部区段构成两个突伸出型材横截面16的凸起14。
在安装状态下，如图2和图4所示，各凸起14也突伸出对应的纵梁30的端部区段33的横截面，因此借助从碰撞盒10的型材横截面16突伸出的板状凸起14可以为碰撞盒10和端部区段33(尤其是各对应纵梁30的端侧38)提供面积较大的贴靠位置。以这种方式方法，可能通常出现在固定元件44区域内的点负荷可以主要通过支承板12(即其凸起14)在纵梁30的端部区段33上相互贴靠的布置来减弱。
此外如图8所示，支承板12在超过碰撞盒10的净型材横截面16的50％，甚至超过75％上延伸。如图7所示，碰撞盒10尤其在其能量吸收型材13中具有多个内部型材壁20、22，所述内部型材壁接片状地将位于该区域内的碰撞盒10的侧壁18相互连接，并且在此形成单独的型材腔室。以这种方式方法可以有针对性地加强和加固碰撞盒10的能量吸收型材13并且使其单独地与承载或能量吸收的要求匹配。
在固定型材11的与能量吸收型材13邻接的区域内没有设置这种内部型材壁20、22。如图6所示，基本上垂直于型材纵向(x)延伸的支承板12通过单独的焊点28与碰撞盒10的外侧侧壁18焊接。在内部，各型材壁20、22可以直接与支承板12贴靠，但不与其在结构上相连。
尤其可以在内部型材壁20、22和基本上垂直于型材纵向(x)延伸的支承板12之间留有预设尺寸的缝隙，其使得沿型材横向装入支承板12更加容易。借助支承板12和其突伸出型材横截面的凸起14，可将一部分，优选大部分在碰撞中产生的并且在图6中画出的机械负载46传导至端部区段33，尤其是传导至邻接的纵梁30的棱边上(类似于地脚板或基础板的设计原理)。支承板12还可以通过其贯穿碰撞盒10的型材横截面16的设计直接承接可由内部型材壁20、22传递的负载46。
由此可以降低固定元件44区域内的点负荷。可能出现在所述型材区段中的塑性变形也可以明显减少。碰撞盒10与纵梁30之间由此得到改善的力传导和支承作用还可以使得固定元件44和为其设置的通孔24、34以及26、36的间距减小。碰撞盒10还可以沿型材纵向(x)观察在总体上设计得更短并且因此重量更轻。
最后，设置支承板12可以在负载状态下防止碰撞盒相对纵梁转动或倾斜。因为用于固定元件44的通孔34、36以及24、26在型材纵向(x)和型材高度方向(z)上均彼此错移，所以在出现机械载荷时，贯穿通孔24、34或通孔26、36的固定元件44可以用作倾翻轴或旋转轴，这可致使碰撞盒10相对纵梁30剪切偏移或扭转。由于支承板12及其向外伸出的凸起14几乎在侧壁18的整个在很大程度上笔直设计的区域上延伸，所以可以提供碰撞盒10与纵梁30的在很大程度上稳定且无倾翻的以及防倾翻或剪切式偏移的相互贴靠状态。
所示的实施方式仅仅示出了本发明的可能的设计方案，其它大量的变型方案也是可考虑的并且在本发明的范围内。示范性示出的实施例不以任何方式限制本发明的保护范围、适用性或者配置可能性。本说明书仅仅向本领域技术人员说明了按照本发明的实施例的一种可能的实现形式。因此可以对描述的元件的功能和布置进行各种修改，只要不背离权利要求书所述技术方案及其等同技术方案的保护范围。
附图标记清单
10 碰撞盒
11 固定型材
12 支承板
13 能量吸收型材
14 凸起
16 型材横截面
18 侧壁
20 型材壁
22 型材壁
24 通孔
25 通孔
26 通孔
28 焊点
30 纵梁
31 容纳型材
33 端部区段
34 通孔
36 通孔
38 端侧
40 保险杠
42 车身
44 固定元件
46 机械载荷
Claims (15)
1.一种用于布置在保险杠(40)和汽车车身(42)的纵梁(30)之间的碰撞盒，其中，所述碰撞盒(10)可通过固定型材(11)至少局部与所述纵梁(30)的容纳型材(31)重叠地布置，并且所述碰撞盒具有支承元件(12)，该支承元件(12)横向于所述固定型材(11)的型材纵向(x)地贯穿该固定型材并且能够被置于与所述容纳型材(31)的端部区段(33)支承地贴靠。
2.按权利要求1所述的碰撞盒，其中，所述支承元件(12)设计为支承板(12)，该支承板分别以凸起(14)突伸出所述固定型材(11)相对置的侧壁(18)。
3.按权利要求2所述的碰撞盒，其中，所述侧壁(18)具有彼此对齐的、用于容纳所述支承板(12)的通孔(25)。
4.按前述权利要求之一所述的碰撞盒，其中，所述固定型材(11)在至少一个侧壁(18)的区域内具有至少一个通孔(24、26)，所述至少一个通孔在位于所述纵梁(30)上的安装位置中与所述纵梁(30)的至少一个与之对应设计的通孔(34、36)对齐。
5.按权利要求2或3所述的碰撞盒，其中，所述支承板(12)在所述固定型材(11)的型材横截面(16)中横卧地占据该固定型材(11)横截面面积的至少50％。
6.按权利要求2或3所述的碰撞盒，其中，所述支承板(12)在所述固定型材(11)的型材横截面(16)中横卧地占据该固定型材(11)横截面面积的至少80％。
7.按权利要求2或3所述的碰撞盒，其中，所述固定型材(11)的侧壁(18)无缝地过渡为与所述固定型材(11)邻接的能量吸收型材(13)的侧壁(18)。
8.按权利要求7所述的碰撞盒，其中，在所述能量吸收型材(13)的区域内设置有至少一个将彼此对置的侧壁(18)相互连接的型材壁(20、22)。
9.按权利要求8所述的碰撞盒，其中，沿型材纵向(x)观察，所述型材壁(20、22)与所述支承板(12)邻接。
10.按权利要求7所述的碰撞盒，其中，所述固定型材(11)和/或所述能量吸收型材一体式地设计为挤压成形型材，并且其中，所述固定型材(11)具有无型材壁的型材横截面(16)。
11.按权利要求1至3之一所述的碰撞盒，其中，所述碰撞盒设计为铝制挤压成形件。
12.按权利要求1至3之一所述的碰撞盒，其中，所述碰撞盒基本上由钢板制成。
13.一种具有至少一个纵梁(30)和至少一个按前述权利要求之一所述的碰撞盒(10)的汽车车身，所述碰撞盒(10)的固定型材(11)至少局部重叠地与所述纵梁(30)的容纳型材(31)固定，并且横向于所述固定型材(11)延伸的支承元件(12)沿型材纵向(x)支承在所述容纳型材(31)的端部区段(33)上。
14.按权利要求13所述的汽车车身，其中，所述纵梁(30)的容纳型材(31)和所述碰撞盒(10)的固定型材(11)具有彼此对齐并且由至少一个固定元件(44)贯穿的通孔(24、26、34、36)。
15.一种汽车，其具有按权利要求13或14所述的汽车车身或至少一个按权利要求1至12之一所述的碰撞盒。
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