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Die
Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen einer Crashbox
und einem Längsträger eines
Kraftfahrzeuges sowie ein Verfahren zur Festlegung einer Crashbox
an einem Längsträger eines
Kraftfahrzeugs.
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Stoßfängersysteme
werden heute bei Kraftfahrzeugen standardmäßig sowohl front- als auch heckmäßig eingebaut,
um die Stoßenergie
kleinerer Stöße abzufangen,
so dass die eigentliche Tragstruktur des Kraftfahrzeugs möglichst
nicht beschädigt wird.
Ein Stoßfängersystem
besteht üblicherweise aus
einem Querträger,
der unter Eingliederung von Crashboxen quer zu den Längsträgern des
Kraftfahrzeugrahmens festlegbar ist. Der Querträger dient dazu die aus einem
Anprall resultierende Energie in die Crashboxen einzuleiten, wo
die Stoßenergie
in Verformungsarbeit umgewandelt werden soll. Das Stoßfängersystem
wird dabei so aufeinander abgestimmt, dass die Crashboxen jeweils
möglichst
mittig auf den Längsträgern des
Kraftfahrzeugs sitzen und die Stoßenergie über den Querträger mit
einem möglichst
geringen Biegemoment in die Crashbox und damit auch in die Längsträger eingeleitet
wird.
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Crashboxen
werden heute vielfach über Flanschplatten
mit den Längsträgern verschraubt. Eine
solche in der Praxis bewährte
Crashbox geht aus der
DE
100 14 469 A1 hervor.
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Die
aus der
DE 10
2004 039 592 B4 bekannte Crashbox besitzt einen vorderen
Deformationsabschnitt und einen Befestigungsabschnitt, mit welchem
die Crashbox in das Ende eines Längsträgers eingreift
und dort mittels Bolzen verschraubt ist.
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Die
gängige
Methode der Festlegung einer Crashbox am Längsträger mittels Flanschplatten und/oder
Schraubbolzen erfordert entsprechenden Montageaufwand. Zudem tragen
Schrauben und Flanschplatten zur Erhöhung des Gesamtgewichts eines
Kraftfahrzeugs bei, ebenso wie zu einer Kostensteigerung.
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Der
Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe
zugrunde, eine montagetechnisch und gewichtsmäßig verbesserte Verbindungsanordnung
zwischen einer Crashbox und einem Längsträger eines Kraftfahrzeugs zu
schaffen sowie ein rationelles Verfahren zur Befestigung einer Crashbox
an einem Längsträger eines
Kraftfahrzeuges aufzuzeigen.
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Die
Lösung
des gegenständlichen
Teils der Aufgabe besteht in einer Verbindungsanordnung gemäß den Merkmalen
von Anspruch 1.
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Der
verfahrensmäßige Teil
der Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsranordnung
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche
2 bis 10. Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
Ansprüchen
12 und 13 charakterisiert.
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Kernpunkt
der Erfindung bildet die Maßnahme,
dass der Befestigungsabschnitt der Crashbox und das Ende des Längsträgers klebetechnisch
gefügt
sind bzw. werden. Dies ermöglicht
eine rationelle sowie schnelle Montage und eine qualitativ hochwertige
Verbindung der Crashboxen mit den Längsträgern, welche die geforderten
hohen Sicherheitsstandards zuverlässig erfüllt. Die Verbindungsanordnung und
deren Herstellung ist kostengünstig
und gewichtssparend. Ein Toleranzausgleich zwischen dem Befestigungsabschnitt
einer Crashbox und dem Ende des Längsträgers stellt sich durch den
Klebstoff selbständig
ein. Die Verbindung ist dynamisch hoch belastbar. Die im Falle eines
Crashs auftretenden Energien werden durch die Crashboxen umgewandelt und
in die Kraftfahrzeugstruktur eingeleitet. Auch Kräfte in umgekehrter
Richtung, beispielsweise beim Abschleppen eines Kraftfahrzeugs,
werden zuverlässig
durch die Klebstoffverbindung übertragen.
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Vorzugsweise
ist die Crashbox mit ihrem Befestigungsabschnitt in das Ende des
Längsträgers eingeführt und
dort verklebt. Grundsätzlich
kann der Befestigungsabschnitt der Crashbox aber auch über das
Ende des Längsträgers geführt und
klebetechnisch gefügt
sein. Beide Varianten ermöglichen
auch im Schadensfall eine einfache Austauschbarkeit der Crashboxen.
Hierzu braucht lediglich die Klebeverbindung gelöst werden, beispielsweise durch
Wärmezufuhr
oder ein chemisches Lösungsmittel.
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Vorteilhafterweise
sind Fixiermittel vorgesehen, welche die Befestigungsabschnitte
der Crashboxen in den Enden der Längsträger lageorientiert halten.
Diese dienen zur Fixierung und Ausrichtung der Crashboxen in den
Längsträgern bis
zum Abbinden bzw. Aushärten
der Klebeverbindung.
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Jede
Crashbox weist zweckmäßigerweise einen
Anschlag auf, welche an der Stirnseite eines Längsträgers anliegt. Die Crashbox
gliedert sich so in einen querträgerseitigen
Deformationsabschnitt und den Befestigungsabschnitt mit dem dazwischen
liegenden Anschlag. Insbesondere ist der Anschlag als eine nach
außen
gerichtete Materialausstellung oder Wandstärkenverdickung in der Crashbox
ausgebildet. Hierbei kann sich der Anschlag umlaufend über die
Außenfläche der
Crashbox erstrecken. Durch den oder die Anschläge stützt sich die Crashbox stirnseitig
am Längsträger ab.
Im Crashfall wird die Energie über
die Abstützung
in die Fahrzeugkarosserie eingeleitet. Der Anschlag trägt dazu
bei, dass die verschiedenen Low-Speed-Crashs (Crashs bis 16 km/h) zuverlässig bestanden
werden.
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Zur
Injektion von Klebstoff können
in den Wänden
der Längsträger Einfüllöffnungen
vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise
sind in allen vier Seiten des Längsträgers Einfüllöffnungen
eingebracht. Der Klebstoff kann nach dem Ausrichten des Stoßfängersystems
relativ zum Längsträger über die
Einfüllöffnungen
in den Hohlraum bzw. Spalt zwischen der Außenseite der Befestigungsabschnitte
und der Innenseite der Enden der Längsträger eingebracht werden. Die
Klebstoffmenge und die Größe der Klebefläche ist
abhängig
vom jeweiligen Klebstoff sowie den zu übertragenden Kräften und
wird entsprechend eingestellt.
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Als
Klebstoff können
expandierende Klebstoffsysteme ebenso wie hochfeste Einkomponenten-
oder Zweikomponentenklebstoffsysteme zum Einsatz gelangen. Die Klebeverbindung
bildet einen Toleranzausgleich zwischen dem Befestigungsabschnitt
der Crashbox und dem Ende des Längsträgers. Dies
erfolgt bei expandierenden Klebstoffen selbsttätig mit der Volumenzunahme
des Klebstoffs. Bei hochfesten Ein- oder Zweikomponentenkiebstoffsystemen
erfolgt dies über
die injizierte Menge an Klebstoff.
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Die
Aushärtung
der Klebeverbindung kann insbesondere bei expandierenden Klebstoffsystemen
durch eine äußere Wärmezufuhr
eingeleitet werden. Dies kann bei einer Oberflächenbeschichtung der Crashbox
und des Längsträgers, beispielsweise
einer kathodischen Tauchlackierung (KTL) erfolgen. In diesem Fall
wird das Stoßfängersystem
zusammen mit der Rohkarosse durch die kathodische Tauchlackierung
geführt.
Der vorher applizierte Klebstoff im Verbindungsbereich zwischen
Crashbox und Längsträger reagiert
unter dem Wärmeeinfluss
im KTL-Ofen und bindet ab. Diese Vorgehensweise ist insbesondere
bei expandierenden Klebstoffsystemen oder warmhärtenden Einkomponenten-Klebstoffsystemen
vorteilhaft.
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Selbstverständlich kann
die Verbindung zwischen Crashbox und Längsträger generell vor oder nach
einer Oberflächenbeschichtung
erfolgen. In diesem Falle kommen dann vorzugsweise Zweikomponenten-Klebstoffsysteme
zur Anwendung, die nach der Montage und Fixierung auch über einen
längeren Zeitraum
aushärten
können.
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Bevorzugt
werden Epoxidharz-Klebstoffe verwendet. Der Klebstoff kann entweder
durch eine chemische Reaktion bei Zweikomponenten-Klebstoffen oder
einen physikalischen Vorgang, wie das Verdunsten des Lösungsmittels
abbinden.
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Die
Bindung an den Fügeflächen zwischen den
Befestigungsabschnitten und den Enden der Längsträger beruht vorwiegend auf der
Adhäsion zwischen
Klebstoff und Metall sowie der Kohäsionskräfte innerhalb des Klebstoffs.
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Es
kann ein anaerob aushärtender
Klebstoff zum Einsatz gelangen. Die zuverlässige Abbindung und damit Verklebung
erfolgt bei diesem Klebstoff auch ohne Verdunsten eines Lösungsmittels.
Der Klebstoff gewährleistet
eine gute gleichmäßige Benetzbarkeit
der Klebeflächen
und geringe innere Spannungen nach dem Abbinden. Die Neigung zum Schrumpfen
beim Abbinden ist gering.
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Ein
ebenfalls für
die Praxis gut geeigneter Klebstoff ist ein Reaktionsklebstoff.
Ein Polyadditionsklebstoff beispielsweise härtet ohne Freiwerden von Spaltprodukten
durch eine Additionsreaktion aus. Der Klebstoff ist ohne Druck kalt
und warm aushärtbar
und weist gegenüber
anaeroben Klebstoffsystemen eine höhere Viskosität auf. Der
Einsatz eines solchen Klebstoffs bietet sich daher insbesondere
wegen der herstellungsbedingten Bauteiltoleranzen zwischen Crashbox
und Längsträger an.
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Möglich ist
ferner der Einsatz von physikalisch aushärtenden Klebstoffen, wie Schmelzklebstoffen.
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Wie
bereits erwähnt
können
expandierbare Klebstoffsysteme zum Einsatz gelangen. Für die Praxis
bieten sich hier auch thermisch expandierbare Schaumwerkstoffe an,
welche nach Expansion eine zuverlässige Haftung zwischen Crashbox
und Längsträger gewährleiten.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 in
einer vertikalen Schnittdarstellung einen Ausschnitt aus dem Verbindungsbereich
zwischen einer Crashbox und einem Längsträger eines Kraftfahrzeugs;
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2 in
vergrößertem Maßstab den
Ausschnitt X der 1;
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3 in
schematischer Darstellungsweise eine Ansicht auf das Ende eines
Längsträgers und den
Befestigungsabschnitt einer Crashbox vor der Herstellung einer Klebeverbindung;
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4 die
Anordnung gemäß der 3 nach Herstellung
der Klebeverbindung und
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5 ebenfalls
in schematischer Darstellungsweise eine weitere Ausführungsform
einer Verbindungsanordnung zwischen einer Crashbox und einem Längsträger.
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Die 1 zeigt
einen Ausschnitt aus dem Verbindungsbereich zwischen einer Crashbox 1 und einem
Längsträger 2 eines
Kraftfahrzeugs. Die Crashbox 1 kommt in einem Stoßfängersystem
als energieabsorbierendes Deformationselement zwischen einem hier
nicht dargestellten Querträger
und dem Längsträger 2 zum
Einsatz. Die Crashbox 1 besteht aus Metall und besitzt
einen als länglichen Hohlkörper gestalteten
querträgerseitigen
Deformationsabschnitt 3 sowie einen sich an den Deformationsabschnitt 3 anschließenden Befestigungsabschnitt 4.
Der Befestigungsabschnitt 4 ist in das Ende 5 des
Längsträgers 2 eingesteckt
und dort befestigt.
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Im Übergangsbereich
zwischen dem Deformationsabschnitt 3 und dem Befestigungsabschnitt 4 ist
ein Anschlag 6 ausgebildet, mit welchem die Crashbox 1 an
der Stirnseite 7 des Längsträgers 2 anliegt
und sich dort abstützt.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Anschlag 6 als eine nach außen gerichtete Materialausstellung
in der Crashbox 1 gestaltet, welche radial um den Außenumfang
der Crashbox 1 verläuft.
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Die
Fügung
zwischen dem Befestigungsabschnitt 4 der Crashbox 2 und
dem Ende 5 des Längsträgers 2 ist
durch eine Klebeverbindung 8 hergestellt. Siehe hierzu
auch 2, welche das Detail X der Verbindungsanordnung
gemäß der 1 in
vergrößerter Darstellung
zeigt.
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Zu
der Herstellung der Verbindungsanordnung wird der Befestigungsabschnitt 4 in
das Ende 5 des Längsträgers 2 eingeführt und
dort klebetechnisch gefügt.
Hierzu werden die Klebe- bzw. Fügeflächen mit
Klebstoff K benetzt oder Klebstoffkomponenten K sind auf den Befestigungsabschnitt 4 und/oder
im Ende 5 appliziert, welche bei Kontakt oder durch äußere Wärmezufuhr
reagieren und die Klebeverbindung 8 herstellen. Die Klebeverbindung 8 kann
vollflächig
im gesamten Verbindungsbereich von Befestigungsabschnitt 4 und
Ende 5 oder teilflächig
ausgeführt
sein.
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Es
kommt ein Klebstoff K hoher Festigkeit und Alterungsbeständigkeit
mit im anwendungstechnisch relevanten Temperaturbereich zuverlässiger Wärmebeständigkeit
zum Einsatz. Durch die Adhäsion
zwischen dem Klebstoff und dem Metall des Befestigungsabschnitts 4 sowie
des Endes 5 wird ein kombinierter Kraft-/Formschluss mit
hoher Binde- und Tragfähigkeit
zwischen Crashbox 1 und Längsträger 2 erreicht.
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In
der 1, untere Bildhälfte, sind noch Fixiermittel 9 andeutungsweise
dargestellt, welche den Befestigungsabschnitt 4 der Crashbox 1 im
Ende 5 des Längsträgers ausrichten
und lageorientiert halten. Um die Fixiermittel 9 erkennen
zu können,
ist in der unteren Bildhälfte
von 1 die Klebeverbindung 8 nicht eingezeichnet.
Fixiermittel 9 können durch
Schrauben, Rastnasen, Sicken oder Nieten realisiert werden. Die
Lageorientierung der Crashbox 1 bzw. des Befestigungsabschnittes 4 im
Ende 5 ist unter anderem vorteilhaft, wenn das Stoßfängersystem
mit der Rohkarosse einer Oberflächenbeschichtung,
beispielsweise einer kathodischen Tauchlackierung, unterzogen wird
und die Kle beverbindung 8 zwischen Crashbox 1 und
Längsträger 2 im
Zuge des Baddurchlaufs hergestellt wird.
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Die 3 und 4 zeigen
technisch stark schematisiert eine Verbindungsanordnung zwischen dem
Befestigungsabschnitt 4 einer Crashbox 1 und dem
Ende 5 eines Längsträgers 2 über eine
Klebeverbindung 8, welche durch einen expandierenden Klebstoff
K1 hergestellt wird.
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Die 3 zeigt
die Verbindungsanordnung vor dem Herstellen der Klebeverbindung 8.
Auf dem Befestigungsabschnitt 4 sind Klebstoffkomponenten K1
appliziert. Durch äußere Einwirkung,
beispielsweise Wärmezufuhr,
wird die Reaktion der Klebstoffkomponenten K1 ausgelöst. Die
Klebstoffkomponenten K1 expandieren, härten aus und die hochfeste Klebeverbindung 8 stellt
sich ein.
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Hierbei
bildet die Klebeverbindung 8 einen Toleranzausgleich y,
z zwischen dem Befestigungsabschnitt 4 der Crashbox 1 und
dem Ende 5 des Längsträgers 2.
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Bei
der Verbindungsanordnung wie in der 5 wiederum
schematisch dargestellt, kommt ein hochfester Ein- oder Zweikomponentenklebstoff
K2 zur Anwendung. Dieser wird über
Einfüllöffnungen 10 in
den Zwischenraum zwischen den Befestigungsabschnitt 4 einer
Crashbox 1 und dem Ende 5 eines Längsträgers 2 injiziert.
Hierbei breitet sich der Klebstoff K2 zwischen dem Befestigungsabschnitt 4 und dem
Ende 5 aus. Die Größe der Klebefläche wird
in Abhängigkeit
vom verwendeten Klebstoff K2 und den zu übertragenden Kräften eingestellt.
Zweckmäßigerweise
erfolgt die Injizierung des Klebstoffes K2 von allen vier Seiten
des Längsträgers 2.
Ein Toleranzausgleich zwischen dem Befestigungsabschnitt 4 und
dem Ende 5 stellt sich selbstständig über die injizierte Menge an
Klebstoff K2 ein.
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Bei
Verwendung eines warmhärtenden
Einkomponentenklebstoffs kann die Aushärtung auch während des
Durchlaufs der Verbindungsanordnung durch eine Oberflächenbehandlung,
wie der kathodischen Tauchlackierung, durch die dort herrschenden Temperaturen
erfolgen. Bei Verwendung eines Zweikomponentenklebstoffes kann die
Montage sowie die Aushärtung
vor oder nach der Tauchlackierung durchgeführt werden.
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- 1
- Crashbox
- 2
- Längsträger
- 3
- Deformationsabschnitt
- 4
- Befestigungsabschnitt
- 5
- Ende
v. 2
- 6
- Anschlag
- 7
- Stirnseite
v. 2
- 8
- Klebeverbindung
- 9
- Fixiermittel
- 10
- Einfüllöffnung
- K
- Klebstoff
- K1
- Klebstoff
- K2
- Klebstoff
- y
- Toleranz
- z
- Toleranz