DE102005029738B4

DE102005029738B4 - Energieabsorberelement und dieses verwendende Kraftfahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102005029738B4
Application number: DE102005029738.2A
Authority: DE
Inventors: Bardo BRAUNBECK; Theobald HOCK
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2025-06-25
Also published as: US20110140465A1; US20080217935A1; US8177269B2; US7926868B2; EP1893449A1; RU2007140684A; RU2374097C2; WO2006136405A1; CN101171158A; CN101171158B; DE102005029738A1

Abstract

Energieabsorberelement (3) für eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Rohrabschnitt (6), dessen Querschnitt wenigstens eine Konkavität (9, 9a) aufweist, und der ein Abschnitt eines aus einem Stahlband rollgeformten Profils ist, wobei die Schweißnaht in der Konkavität (9a) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsform des Rohrabschnitts (6) von einer Rechteck-Grundform abgeleitet ist, wobei die Konkavität (9, 9a) in jeweiligen Längsseiten der Rechteck-Grundform in Form einer Nut mit Rechteckquerschnitt gebildet ist, und wobei Böden der zwei Nuten einander berühren, und am Boden einer der zwei Nuten jeweilige Ränder (10) des Stahlbandes, aus dem der Rohrabschnitt (6) rollgeformt ist, aufeinander treffen, so dass sich eine Querschnittsform aus zwei rechteckigen Hohlprofilen (11), verbunden durch einen doppelwandigen Steg (12), ergibt, wobei die Ränder (10) des Stahlbandes miteinander und mit einem Boden einer gegenüberliegenden Nut verschweißt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energieabsorberelement und eine Kraftfahrzeugkarosserie, in der es Verwendung findet.
Energieabsorberelemente, oft als Crash-Boxen bezeichnet, die Längs- und Querträger eines Kraftfahrzeugrahmens verbinden, sind aus diversen Quellen bekannt. DE 197 51 513 A1 beschreibt eine Crash-Box, die aus einem rechteckförmigen längsnahtgeschweißten Aluminiumrohr erhalten wird, indem in die Enden des Rohrs Schlitze geschnitten und dadurch erhaltene Laschen abgebogen werden, um Anlageflächen zum großflächigen Abstützen der Crash-Box an einen Träger des Rahmens zu erhalten. Diese Technik ist im wesentlichen festgelegt auf Rohre mit rechteckigem Querschnitt, denn je größter die Zahl der Ecken des Rohrquerschnitts ist, um so größer ist die Zahl der Schlitze, die geschnitten werden muss, um die Laschen biegen zu können, und deren erforderlichen Biegevorgänge. Außerdem kann sich bei nicht rechteckigen Querschnitten das Problem ergeben, das die abgebogenen Laschen nicht ohne weiteres an dem Träger, an dem sie sich abstützen sollen, unterzubringen sind.
Aus DE 195 40 787 A1 ist ein Energieabsorberelement bekannt, bei dem ein Rohrabschnitt aus einem Blech rollgeformt ist und an den Enden des Blechs nach außen abstehende Flansche geformt und aneinander befestigt sind.
Aus gattungsbildenden DE 694 00 849 T1 ist ein Energieabsorptionsträger, insbesondere für Rahmenlängsträger und Rahmenseitenträger von Fahrzeugen bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Energieabsorberelement anzugeben, das eine hohe Steifigkeit bei geringen Querabmessungen und mit geringem Material- und Kostenaufwand erreicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Energieabsorberelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
In Folge der Konkavität sind die Seitenwände des Rohrabschnitts im Querschnitt länger als ein imaginärer um den Querschnitt geschlungener Faden, der die am weitesten außen liegenden Punkte des Querschnitts miteinander verbindet, ohne in die Konkavität einzutauchen. Vorzugsweise ist die Länge der Seitenwände des Rohrabschnitts um wenigstens ein Viertel größer als die Länge des Fadens.
Eine vergleichsweise einfache, aber zur Versteifung wirksame Querschnittsform des Rohrabschnitts sind zwei durch einen Steg verbundene Hohlprofile.
Ein Befestigungsflansch zum Verbinden des Energieabsorberelements mit einem Karosserieteil ist zweckmäßigerweise an ein Längsende des Rohrabschnitts angeschweißt.
In einer Kraftfahrzeugskarosserie ist das Energieabsorberelement vorzugsweise zwischen einem Längsträger und einem Querträger der Karosserie sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckend angeordnet, um im Falle eines frontalen Zusammenstoßes mit niedriger Geschwindigkeit nachgeben und dem Längsträger vor Verformung schützen zu können.
Das Energieabsorberelement ist in einer Kraftfahrzeugkarosserie auf einfache und sichere Weise montierbar, indem ein Längsende des Rohrabschnitts in ein offenes Ende eines Rohrartigen Karosserieteils, insbesondere eines Längsträgers, eingeschoben ist. Es kann in dem rohrartigen Karosserieteil durch wenigstens ein das Karosserieteil kreuzende Stiftelement, wie etwa eine Niete oder Schraube, abgestützt sein.
Alternativ können an einander zugewandten Enden des Längsträgers und des Energieabsorbers befestigte Flanschplatten miteinander verschraubt sein.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Querträgers einer Kraftfahrzeugkarosserie, der über zwei Energieabsorberelemente gemäß der Erfindung mit zwei Längsträgern verbunden ist;
2 eine vergrößerte Darstellung eines Rohrabschnitts des Energieabsorberelements; und
3 einen Schnitt durch das Energieabsorberelement und einen es aufnehmenden Längsträger.
4 eine alternative Ausgestaltung des Querträgers und der daran angreifenden Energieabsorberelemente;
5 eine weitere alternative Ausgestaltung des Querträgers und eines daran angreifenden Energieabsorberelements;
6 eine abermals abgewandelte Ausgestaltung des Querträgers und eines daran angreifenden Energieabsorberelements;
7 eine Variante des Energieabsorberelements;

1 ist eine schematische Teilansicht eines Rahmens einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Querträger 1 und zwei ausschnittsweise dargestellten Längsträgern 2, die miteinander über Energieabsorberelemente 3 verbunden sind. Der Querträger 1 ist aus zwei Blechen 4, 5 zusammengefügt, wobei das innere Blech 4 zu einem in etwa U-förmigen Querschnitt mit nach oben und unten abstehenden Randstegen geformt ist, und das im wesentlichen ebene äußere Blech 5 die offene Seite des U-Querschnitts überdeckt und an den abstehenden Rändern verschweißt ist. Die Längsträger 2 sind in der Figur der Einfachheit halber als Rohre mit rechteckigem Querschnitt dargestellt, sie können jedoch in gleicher Weise wie der Querträger 1 aus Einzelblechen zusammengeschweißt sein.
Die Energieabsorberelemente 3 umfassen jeweils einen Rohrabschnitt 6, der durch Rollformen eines Stahlblechstreifens zu einem Hohlprofil und Abscheiden eines Stückes von diesem Hohlprofil erhalten ist. An ein Ende der Rohrabschnitte 6 sind jeweils 2 Befestigungsflansche 7 angeschweißt, von denen in 1 jeweils nur einer zu sehen ist. Die Befestigungsflansche 7 liegen jeweils am oberen und unteren Schenkel des U-Querschnitts des Blechs 4 des Querträgers 1 an und sind an diesen durch Schrauben gehalten.
Die rückwärtigen Enden der Rohrabschnitte 6 sind jeweils in die Längsträger 2 eingeschoben und in diesen durch Schrauben 8 befestigt, die jeweils durch Bohrungen in den Wänden des Längsträgers 2 und des darin eingeführten Rohrabschnitts 6 verlaufen.
3 zeigt einen Schnitt durch einen Längsträger 2 und den darin steckenden Rohrabschnitt 6 in Höhe der Schraube 8.
Wie in den 2 und 3 zu sehen, kann die Querschnittsform des Rohrabschnitts 6 aufgefasst werden als von einer Rechteck-Grundform abgeleitet, wobei in den zwei Längsseiten des Rechtecks jeweils eine Konkavität in Form einer Nut 9 mit Rechteckquerschnitt gebildet ist. Die Böden der zwei Nuten 9 berühren einander, und am Boden einer der zwei Nuten 9, mit 9a bezeichnet, treffen die Ränder 10 des Stahlbandes aufeinander, aus dem der Rohrabschnitt 6 rollgeformt ist, so dass sich eine Querschnittsform aus zwei rechteckigen Hohlprofilen 11, verbunden durch einen doppelwandigen Steg 12, ergibt. Die Ränder 10 sind miteinander und mit dem Boden der gegenüberliegenden Nut 9 verschweißt. Die Lokalisierung der Schweißung am Boden der Nut 9a hat somit einerseits den Vorteil, dass in einem einzigen Arbeitsgang die Ränder 10 miteinander und mit dem Boden der gegenüberliegenden Nut 9b verbunden werden können, was dem Rohrabschnitt 6 eine höhere Steifigkeit verleiht, als wenn diese Böden untereinander unverbunden wären. Zum anderen können auf Grund der Lage der Schweißnaht in der Nut 9a beim Schweißen eventuell entstehende Vorsprünge ein passgenaues Einfügen des Rohrabschnitts 6 in den Längsträger 2 nicht behindern.
Die Länge der Wand des Rohrabschnitts 6 im Querschnitt, d. h. die Breite des Blechstreifens, aus dem der Rohrabschnitt 6 geformt ist, ist um die doppelte Länge einer Schmalseite größer als die Länge eines imaginären, um den Rohrabschnitt 6 geschlungenen Fadens. Bei einem Verhältnis der Seitenlängen der Rechteck-Grundform von z. B. 1 zu 1,5 bedeutet dies, dass die Wandlänge um ca. 40% größer als die des Fadens ist. Die zum Unterbringen dieser großen Wandlänge erforderliche vielfach gefaltete Querschnittstruktur mit insgesamt 12 Kanten anstelle von vier bei einem einfachen Rechteckquerschnitt führt zu einer im Vergleich zu dem Rechteckquerschnitt verbesserten Steifigkeit selbst dann, wenn die Wandquerschnittsfläche und damit die aufgewandte Materialmenge und das Gewicht des erfindungsgemäßen Rohrabschnitts nicht größer ist als die des einfachen Rechteckprofils.
4 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Querträgers 1 und der daran befestigten Energieabsorberelemente 3. Die horizontalen Flansche 7 der 1 sind hier ersetzt durch zwei vertikale Flansche 7a, 7b, von denen der eine 7a an dem U-förmigen Blech 4 des Querträgers 1 und der andere an einem Ende eines der Energieabsorberelemente 3 verschweißt ist und die durch Schrauben 14 zusammengehalten sind.
5 zeigt in einer vergrößerten Teilansicht eine weitere alternative Ausgestaltung des Querträgers 1 und eines der daran befestigten Energieabsorberelemente 3. Das Energieabsorberelement 3 ist an dem Querträger 1 wie in 4 gezeigt durch zwei miteinander verschraubte vertikale Flansche 7a, 7b befestigt. Das Energieabsorberelement 3 greift hier nicht in den Längsträger 2 ein, sondern die einander zugewandten Enden von Energieabsorberelement 3 und Längsträger 2 sind jeweils durch eine angeschweißte Flanschplatte 7c bzw. 7d verschlossen, die wie die Flanschplatten 7a, 7b durch Schrauben 14 verbunden sind. Schweißnähte zwischen dem U-förmigen Blech 4 und der Flanschplatte 7a bzw. zwischen dem Energieabsorberelement 3 und der Flanschplatte 7c sind mit 15 bezeichnet.
Wie 6 zeigt, kann die Verbindung über Flansche 7 oder 7a, 7b zwischen dem Energieabsorberelement 3 und dem Querträger 1 auch durch eine direkte Verschweißung mit Schweißnähten 15 ersetzt werden.
Das innere Blech 4 des Querträgers hat hier kein einfaches U-Profil wie in den oben betrachteten Ausgestaltungen, sondern der erhöhten Steifigkeit wegen ein doppeltes, wobei die Nuten 9 des Energieabsorberelements 3 mit einem Zwischenraum 16 zwischen zwei U-Profilstegen des inneren Blechs 4 fluchten. Ein solches doppeltes U-Profil kann selbstverständlich auch mit den oben beschriebenen Ausgestaltungen kombiniert werden.
Die an den Rohrabschnitt 6 des Energieabsorbers 3 angeschweißten Flansche 7b oder 7c können auch ersetzt sein durch Flansche, die, wie in der Teilansicht eines Energieabsorberelements in 7 gezeigt, durch Schlitzen des Rohrabschnitts 6 entlang seiner Kanten und Abbiegen im rechten Winkel erhalten sind.

Claims

Energieabsorberelement (3) für eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Rohrabschnitt (6), dessen Querschnitt wenigstens eine Konkavität (9, 9a) aufweist, und der ein Abschnitt eines aus einem Stahlband rollgeformten Profils ist, wobei die Schweißnaht in der Konkavität (9a) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsform des Rohrabschnitts (6) von einer Rechteck-Grundform abgeleitet ist, wobei die Konkavität (9, 9a) in jeweiligen Längsseiten der Rechteck-Grundform in Form einer Nut mit Rechteckquerschnitt gebildet ist, und wobei Böden der zwei Nuten einander berühren, und am Boden einer der zwei Nuten jeweilige Ränder (10) des Stahlbandes, aus dem der Rohrabschnitt (6) rollgeformt ist, aufeinander treffen, so dass sich eine Querschnittsform aus zwei rechteckigen Hohlprofilen (11), verbunden durch einen doppelwandigen Steg (12), ergibt, wobei die Ränder (10) des Stahlbandes miteinander und mit einem Boden einer gegenüberliegenden Nut verschweißt sind.
Energieabsorberelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände des Rohrabschnitts (6) im Querschnitt eine Länge aufweisen, die um wenigstens ein Viertel größer als die Länge eines um den Querschnitt geschlungenen Fadens ist.
Energieabsorberelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt (6) im Querschnitt mehr als vier Kanten hat.
Energieabsorberelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an ein Längsende des Rohrabschnitts (6) ein Befestigungsflansch (7, 7b, 7c) zum Verbinden mit einem Karosserieteil angeschweißt ist.
Energieabsorberelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Längsende des Rohrabschnitts (6) ein Befestigungsflansch zum Verbinden mit einem Karosserieteil einteilig abgewinkelt ist.
Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Energieabsorberelement (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorberelement (3) zwischen einem Längsträger (2) und einem Querträger (1) der Karosserie sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckend angeordnet ist.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Längsende des Rohrabschnitts (6) in ein offenes Ende eines rohrartigen Karosserieteils (2) eingeschoben ist.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorberelement (3) in dem rohrartigen Karosserieteil durch wenigstens ein das Karosserieteil (2) kreuzendes Stiftelement (8) abgestützt ist.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabsorberelement (3) und der Längsträger (2) an einander zugewandten Enden miteinander verschraubte Flansche (7c, 7d) tragen.