DE102004039592B4

DE102004039592B4 - Crashbox

Info

Publication number: DE102004039592B4
Application number: DE102004039592A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Hillekes; Achim Kröning; Hui Wang; Michael Roll; Dirk Kroeger
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2024-08-14
Also published as: DE102004039592A1; DE102004039592C5; EP1625978B1; ES2331190T3; US20060033363A1; US7201413B2; EP1625978A1; ATE441556T1; DE502005008031D1

Abstract

Crashbox (1) zur Eingliederung zwischen einem Längsträger (2) und einem Stoßfängerquerträger eines Kraftfahrzeugs, welche einen Deformationsabschnitt (3) besitzt, der der Stirnseite (18) des Längsträgers (2) vorgelagert ist sowie einen in den Längsträger (2) eingreifenden Befestigungsabschnitt (8), der über die Wandungen des Befestigungsabschnitts (8) und die Wandungen (12) des Längsträgers (2) durchsetzende Bolzen (9, 10, 11) mit den Längsträgern (2) lösbar verbunden ist, wobei der Deformationsabschnitt (3) und der Befestigungsabschnitt (8) Längenabschnitte eines gemeinsamen Blechbauteils sind, wobei das Energieaufnahmevermögen der Crashbox (1) durch die maximale Stauchung des Deformationsabschnitts (3) bestimmt ist und wobei zwischen dem Deformationsabschnitt (3) und dem Befestigungsabschnitt (8) ein Übergangsabschnitt vorgesehen ist, in welchem eine nach außen gerichtete Materialausstellung oder Wandstärkenverdickung der Crashbox (1) angeordnet ist, die als an der Stirnseite (18) des Längsträgers (2) anliegender Anschlag (13, 17, 19, 22) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Crashbox für den Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs mit einem Deformationsabschnitt und einem Befestigungsabschnitt, wobei das Energieaufnahmevermögen durch die maximale Stauchung des Deformationsabschnitts bestimmt ist, welcher der Stirnseite eines Längsträgers vorgelagert ist.

Stoßfänger werden quer an Front und Heck eines Kraftfahrzeugs zwischen der die Karosserie abschließenden Kunststoffverschalung und dem Rahmen des Kraftfahrzeugs angeordnet. Um Beschädigungen der Fahrzeugstruktur bei Front- oder Heckaufprällen mit geringen Geschwindigkeiten zu vermeiden, werden Deformationselemente, so genannte Crashboxen, integriert. Crashboxen sind dünnwandige, in der Regel rechteckige Elemente aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff. Sie können durch Fügen aus gepressten Blechschalen oder einteilig, beispielsweise als extrudiertes Aluminiumprofil, hergestellt sein.

Angeordnet zwischen Fahrzeuglängsträger und dem Stoßfängerquerträger absorbieren die Crashboxen die aus einem Anprall resultierende kinetische Energie, indem diese in Verformungsarbeit umgewandelt wird. Hierdurch soll vermieden werden, dass der Längsträger bleibend beschädigt wird, wenn ein kritisches Lastniveau überschritten wird.

Durch die DE 100 14 469 A1 zählt eine in der Praxis bewährte Crashbox zum Stand der Technik. Sie hat einen rechteckigen Querschnitt und ist aus einer Oberschale und einer Unterschale gefertigt. Diese Bauart zeichnet sich durch eine hohe Quersteifigkeit aus. Durch Sicken in den Crashboxen soll ein gezieltes Verformen an einem bestimmten Punkt eingeleitet werden. Die Crashbox ist über eine Flanschplatte an der Stirnseite des Längsträgers abgestützt. Über Verschraubungen in der Flanschplatte kann die Crashbox mit dem Längsträger verbunden werden. Hierzu ist auch im Bereich des Längsträgers ein entsprechender Anbindungsbereich, d.h. ein entsprechender Flansch erforderlich.

Die DE 296 22 715 U1 offenbart einen Prallträger für ein Kraftfahrzeug, der endseitig in den Stoßfängerquerträger einsteckbar und mit diesem durch quer eingesetzte Schrauben verbunden ist.

Teleskopierbare Dämpfer, die sich bei eine 2 Anprall in die Längsträger schieben, sind beispielsweise aus der WO 99/15364 und der US 3,633,934 A2 bekannt. Bei der DE 42 38 631 A1 werden z.B. Innen- und Außenrohr eines Dämpfers ineinander geschoben, wobei das Außenrohr allerdings wiederum durch einen Flansch an dem Längsträger abgestützt ist. Die DE 298 08 143 U1 offenbart eine Crashbox, die durch Querbolzen an den Längsträger fixiert ist. Die Anbindung erfolgt seitlich und nicht stirnseitig des Längsträgers, so dass bei dieser Form der Anbindung ebenso wie bei der stirnseitigen Abstützung durch Flansche erhöhter Bauraum erforderlich ist.

Durch die DE 195 22 575 C2 zählt eine Aufprallvorrichtung für Fahrzeuge zum Stand der Technik, wobei die Wandung eines Aufprallelements die Form der Mantelfläche eines Kegelstumpfs besitzt und wobei eine konvex ausgebildete Abschlusskappe einstückig am verjüngten Endabschnitt des Kegelstumpfs angeformt ist. Das Aufprallelement besteht aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei die Wandung des Aufprallelements wenigstens über Teilbereiche des Umfangs des erweiterten Endabschnitts des Aufprallelements von einem außen an der Wandung anliegenden Stützelement umfasst ist.

Ein Aufpralldämpfer in Wabenstruktur ist Gegenstand der DE 197 09 171 C1 . Die von Hohlkammern gebildete Wabenstruktur umfasst insbesondere vier zylinderförmig ausgebildete Hohlkammern, die über eine U-förmige Verbindungswand so miteinan der verbunden sind, dass sich eine etwa trapezförmige Randkontur ergibt. Die Anbindung an einen Stoßfänger erfolgt entweder über eine Steckhülse oder über Flanschplatten. Die Anbindung an den Längsträger erfolgt über außen abstehende Flansche.

Eine Anbindung über Flanschplatten schlägt auch die US 5,785,367 A , betreffend eine Stoßstange, vor. Die Crashbox ist vorzugsweise einstückig mit der Stoßstange in Schalenbauweise ausgebildet, wobei die Crashboxen Kastenprofile in Halbschalenbauweise sein können. Die Anbindung erfolgt durch Nieten, Schweißen oder Schrauben. Eine schweißtechnische Anbindung wird auch in der US 4,152,012 vorgeschlagen. Der endseitige Längsträgerabschnitt soll in mehrere Schüsse quer unterteilt sein, die als Rundschüsse oder als Mehrkantschüsse ausgebildet sein können. Die Schüsse weisen in fertigungsgünstiger Weise jeweils für sich eine gleichmäßige Wandstärke, untereinander aber eine in Richtung auf die Fahrzeugmitte hin stufenweise zunehmende Wandstärke auf. Die Schüsse sind miteinander bzw: an die angrenzenden Träger durch in Umfangsrichtung verlaufende Umfangsnähte verbunden, die insbesondere als Flanschnähte ausgebildet sind. Bei einem Unfall können die beschädigten Schüsse abgetrennt werden und gegen neue Schüsse ausgetauscht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Crashbox aufzuzeigen, mit einem Deformationsabschnitt und einem Befestigungsabschnitt, wobei das Energieaufnahmevermögen durch die maximale Stauchung des Deformationsabschnitts bestimmt ist, welcher der Stirnseite eines Längsträgers vorgelagert ist, wobei die Crashbox einerseits besonders Bauraum sparend, d.h. unter optimaler Ausnutzung des vorhandenen Bauraums an den Längsträgern fixierbar ist und andererseits ein reduziertes Eigengewicht besitzt.

Diese Aufgabe ist bei Crashboxen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Anbindung der Crashbox an den Längsträger erfolgt ohne Flanschplatte. Die erfindungsgemäße Crashbox ist in das stirnseitige Ende des Längsträgers eingesetzt. und lediglich über eine nach außen gerichtete Materialausstellung oder eine Wandstärkenverdickung an der Stirnseite des Längsträgers abgestützt. Die Materialausstellung oder auch Wandstärkenverdickung dient einerseits als Anschlag, um in die Crashbox eingeleitete Anprallkräfte in die Längsträger zu übertragen. Andererseits ist eine exakt positionierte Materialausstellung bzw. Wandstärkenverdickung gleichzeitig eine Montagehilfe, um die Crashbox mit den Längsträgern über Bolzen zu verbinden. Die Anbindung der Crashboxen an den Längsträger erfolgt mittels Schraubbolzen, die in Y-Richtung und/oder Z-Richtung eingesetzt sein können. Die Z-Richtung beschreibt die Hochachse des Kraftfahrzeugs und die Y-Richtung die Querachse des Kraftfahrzeugs. Durch den Wegfall der Flanschplatten sowohl an den Crashboxen als auch an den Längsträger ergibt sich eine nicht unerhebliche Gewichtsreduzierung. Gleichzeitig steht durch den Wegfall der Flanschplatte in unmittelbarer Nähe der Crashboxen zusätzlicher Bauraum zur Verfügung. Die vorgesehene Deformation der Crashbox erfolgt grundsätzlich im Bereich ihres Deformationsabschnitts und nicht innerhalb des Längsträgers. Die zur Befestigung vorgesehenen Schraubbolzen sind folglich keine Scherbolzen, die bei Überbelastung eine Verlagerung der Crashbox in den Längsträger hinein erlauben. Die Schraubbolzen dienen zur Krafteinbringung der Normalkraft in die Überlappungsfläche der Crashbox und des Längsträgers zur Erzeugung einer Reibkraft, die der beim Crash eingeleiteten Kraft entgegen wirkt. Die an der Stirnseite des Längsträgers anliegende Materialausstellung bzw. Wandstärkenverdickung nimmt weitere Kräfte auf.

In der Ausführungsform des Patentanspruchs 2 liegt der Anschlag an den Längsseiten und/oder Querseiten des Längsträgers an. Grundsätzlich wird eine maximale Anlagefläche an der Stirnseite des Längsträgers bzw. in Umfangsrichtung der Crashbox angestrebt, um Anprallkräfte mit niedriger Flächenpressung über den Anschlag in die Wände des Längsträgers einleiten zu können. Zugleich soll der Querschnitt der Crashbox durch den Anschlag nicht wesentlich vergrößert werden. Die Materialausstellung oder die Wandstärkenverdickung kann den maximalen Außendurchmesser der Crashbox bestimmen (Patentanspruchs 3). Grundsätzlich kann die Crashbox einen beliebigen, insbesondere mehreckigen, insbesondere rechteckigen Querschnitt aufweisen. Auch runde Querschnitte sind möglich. Der Querschnitt kann sich über die Längserstreckung der Crashbox ändern, z.B. vergrößern, insbesondere aber verjüngen. Eine rechteckige Crashbox kann sich z.B. pyramidenstumpfförmig verjüngen. Bei einer solchen Ausführungsform ist die maximale Querschnittsfläche in der den Anschlag schneidenden Querebene gegeben. Grundsätzlich ist der Durchmesser des Befestigungsabschnitts der Crashbox kleiner als der Durchmesser im Bereich des Anschlags, da der Befestigungsabschnitt stirnseitig in den Längsträger gesteckt wird und damit innerhalb des Längsträgers angeordnet ist. Die Länge des Befestigungsabschnitts kann wesentlich kürzer sein, als die Länge des Deformationsabschnitts. Das ist ein Vorteil gegenüber Lösungen, bei denen die Crashbox bei einem Anprall in den Längsträger hinein geschoben wird. Bei der erfindungsgemäßen Crashbox kann die Querschnittsgestaltung unmittelbar in Anschluss an den Befestigungsabschnitt eine an die lokalen Anforderungen angepasste Querschnittsgestaltung besitzen, d.h. z.B. im Durchmesser verkleinert sein. In der Ausführungsform des Patentanspruchs 4 ist vorgesehen, dass ein zweiter Anschlag im Inneren des Längsträgers angeordnet ist, an welchem der Befestigungsabschnitt in der Einbaulage anliegt. Über den zusätzlichen zweiten Anschlag erfolgt eine weitere Abstützung der Crashbox im Inneren des Längsträgers. Auf diese Weise werden die angreifenden Anprallkräfte sowohl in den ersten Anschlag als auch in den zweiten Anschlag und damit mit geringerer Flächenpressung in den Längsträger eingeleitet. Der zweite Anschlag ist an dem Längsträger angeordnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Crashbox, die in die Stirnseite eines Längsträgers eingesetzt ist;
2 in perspektivischer Darstellung die Crashbox der 1 mit halb geöffnetem Längsträger und
3 bis 5 zwei unterschiedliche Ausführungsformen von Materialausstellungen und einer Wandstärkenverdickung an dem Blechbauteil der Crashbox, das an der Stirnseite eines Längsträgers abgestützt ist.
1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Crashbox 1. Die Crashbox 1 kommt als Energie absorbierendes Deformationselement zwischen einem nicht näher einem nicht näher dargestellten Stoßfängerquerträger und einem Längsträger 2 des Kraftfahrzeugrahmens zum Einsatz. Die Crashbox 1 besitzt einen als länglichen Hohlkörper gestalteten Deformationsabschnitt 3, der als dünnwandige Metallkonstruktion aus zwei U-förmig konfigurierten Schalenkörpern 4, 5 zusammengesetzt ist. Die Schalenkörper 4, 5 überlappen sich endseitig ihrer in Z-Richtung verlaufenden Schenkel und sind entlang dieser gefügt. In dem Ausführungsbeispiel greifen die Schenkel des oberen Schalenkörpers 5 in die Schenkel des unteren Schalenkörpers 4 innenseitig ein.
Der Deformationsabschnitt 3 ist pyramidenstumpfartig ausgebildet und verjüngt sich vom längsträgerseitigen Ende 6 zum stoßfängerquerträgerseitigen Ende 7 hin. Der Deformationsabschnitt 3 weist sowohl in Z-Richtung als auch in Y-Richtung verlaufende Sicken auf, die an den in Z-Richtung verlaufenden Längsseiten nach innen und an den in Y-Richtung verlaufenden Ober- und Unterseiten des Deformationsabschnitts 3 nach außen ausgestellt sind. Das Sickenbild ist variabel und kann je nach Anforderungen auch Sicken in X-Richtung aufweisen. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Crashbox ohne Sicken auszugestalten.
Aus der in 2 dargestellten Perspektive ist zu erkennen, dass die Crashbox 1 einen sich an den Deformationsabschnitt 3 anschließenden Befestigungsabschnitt 8 aufweist, der in den Längsträger 2 eingesteckt ist und über Bolzen 9, 10, 11 in der Wandung 12 des Längsträgers 2 befestigt ist. Die Bolzen 9, 10, 11 sind in diesem Ausführungsbeispiel in Y-Richtung eingesetzt. Insgesamt sind vier Bolzen vorgesehen, die sich paarweise gegenüberliegen. Im Übergangsbereich zwischen dem Deformationsabschnitt 3 und dem Befestigungsabschnitt 8 ist ein Anschlag 13 ausgebildet. Der Anschlag 13 ist in den 1 und 2 als fett eingezeichnete Linie dargestellt. Der Anschlag 13 kann sowohl eine nach außen gerichtete Materialausstellung oder eine nach außen gerichtete Wandstärkenverdickung des Blechbauteils der Crashbox sein. Aus 1 ist erkennbar, dass der Anschlag sowohl in Y- als auch in Z-Richtung verläuft, d.h. unter Ausschluss der Eckbereiche 14 die gesamte Crashbox 1 kragenartig umgibt. Die Eckbereiche 14 des Befestigungsabschnitts 8 sind abgeschrägt. Die Schenkel der Schalenköper 4, 5 sind an ihrem dem Stoßfängerquerträger abgewandten Ende über Querstege 15, 16 miteinander verbunden.
Die 3 bis 5 zeigen unterschiedliche mögliche Ausführungsformen eines Anschlags. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Anschlag 17 eine nach außen gerichtete Materialausstellung ist, die an der Stirnseite 18 der Wandung 12 des Längsträgers 2 anliegt. Hinsichtlich d er Gestaltung der Materialausstellung sind unterschiedlichste Varianten denkbar. In 3 ist die Materialausstellung ein falzähnlicher Kragen.
4 zeigt eine weitere Möglichkeit, eine Materialausstellung eines Anschlags zu gestalten. Bei dieser Variante ist der Anschlag 19 nicht in Form einer Falzung realisiert, sondern im Querschnitt als dreieckförmige Ausstellung ausgebildet, wobei die Ausstellung anders als in der Ausführungsform der 3 zwei zueinander unsymmetrisch verlaufende Schenkel 20, 21 aufweist. Der erste Schenkel 20 ist wie in der Ausführungsform der 3 parallel zur Stirnseite 12 des Längsträgers 2 ausgerichtet, während der zweite Schenkel 21 rampenartig im Winkel auf den ersten Schenkel 20 zuläuft. Die Länge des zweiten Schenkels 21, der Steigungswinkel sowie die konkrete Gestaltung der Crashbox ist abhängig von dem eingesetzten Material, den damit einhergehenden Verformungseigenschaften und der gewünschten Verformungscharakteristik der Crashbox.
Die Ausführungsform der 5 zeigt eine Variante, bei welcher die Schalenkörper aus einem Blechbauteil mit partiell unterschiedlicher Wandstärke gefertigt sind. Der Anschlag 22 ist bei dieser Variante als Wandstärkenverdickung ausgebildet, die ebenfalls an der Stirnseite 12 des Längsträgers 2 zur Anlage gelangt und zur Abstützung der Crashbox 1 dient.
Bei allen dargestellten Varianten wird ein besonders Bauraum sparender Anschlag angestrebt, der zwar eine optimale Abstützung der Crashbox 1 an dem Längsträger 2 ermöglicht, allerdings gleichzeitig einfach in der Fertigung und gering im Gewicht ist. Daher ragt die Crashbox 1 im Bereich des Anschlags 17, 21 nicht über den stirnseitigen Querschnitt des Längsträgers hinaus. Zusätzlicher Bauraum wird allenfalls durch die Köpfe der Bolzen erforderlich, die zur schraubtechnischen Befestigung der Crashbox 1 an den Längsträgern 2 erforderlich sind.

1: Crashbox
2: Längsträger
3: Deformationsabschnitt v. 1
4: unterer Schalenkörper v. 1
5: oberer Schalenkörper v. 1
6: längsträgerseitige Ende v. 3
7: stoßfängerquerträgerseitige Ende v. 3
8: Befestigungsabschnitt v. 1
9: Bolzen
10: Bolzen
11: Bolzen
12: Wandung von 2
13: Anschlag
14: Eckbereich v. 8
15: Quersteg v. 5
16: Quersteg v. 4
17: Anschlag
18: Stirnseite von 12
19: Anschlag
20: Schenkel v. 19
21: Schenkel v. 19
22: Anschlag

Claims

Crashbox (1) zur Eingliederung zwischen einem Längsträger (2) und einem Stoßfängerquerträger eines Kraftfahrzeugs, welche einen Deformationsabschnitt (3) besitzt, der der Stirnseite (18) des Längsträgers (2) vorgelagert ist sowie einen in den Längsträger (2) eingreifenden Befestigungsabschnitt (8), der über die Wandungen des Befestigungsabschnitts (8) und die Wandungen (12) des Längsträgers (2) durchsetzende Bolzen (9, 10, 11) mit den Längsträgern (2) lösbar verbunden ist, wobei der Deformationsabschnitt (3) und der Befestigungsabschnitt (8) Längenabschnitte eines gemeinsamen Blechbauteils sind, wobei das Energieaufnahmevermögen der Crashbox (1) durch die maximale Stauchung des Deformationsabschnitts (3) bestimmt ist und wobei zwischen dem Deformationsabschnitt (3) und dem Befestigungsabschnitt (8) ein Übergangsabschnitt vorgesehen ist, in welchem eine nach außen gerichtete Materialausstellung oder Wandstärkenverdickung der Crashbox (1) angeordnet ist, die als an der Stirnseite (18) des Längsträgers (2) anliegender Anschlag (13, 17, 19, 22) ausgebildet ist.
Crashbox nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (13) an den Längsseiten und/oder Querseiten des Längsträgers (2) anliegt.
Crashbox nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialausstellung oder die Wandstärkenverdickung den maximalen Außendurchmesser der Crashbox (1) bestimmt.
Crashbox nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Anschlag im Inneren des Längsträgers (2) vorgesehen ist, an welchem der Befestigungsabschnitt (8) in der Einbaulage anliegt.