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Die
Erfindung betrifft ein Energie absorbierendes Verbindungselement
zur Anbindung eines Längsträgers eines Kraftfahrzeuges
an mindestens einen Stoßfänger, insbesondere eine
Crashbox mit mindestens einem ersten Anbindungsbereich zum Verbinden
des Verbindungselements mit dem Stoßfänger und
einem zweiten Anbindungsbereich zum Verbinden des Verbindungselements
mit dem Längsträger.
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In
vielen Kraftfahrzeugen werden zur Anbindung eines Stoßfängers
an die Kraftfahrzeugkarosserie Crashboxen eingesetzt, welche die
Längsträger eines Kraftfahrzeugs mit dem Stoßfänger
verbinden. Diese Crashboxen bzw. Verbindungselemente dienen dazu,
den Stoßfänger an die Fahrzeugkarosserie bzw.
an den Fahrzeugtragrahmen anzubinden und gleichzeitig den mit einer
hohen Steifigkeit versehenen Fahrzeugtragrahmen vor Verformungen
im Falle eines Unfalls zu schützen. Die über die
Stoßfänger im Falle eines Unfalls aufgenommene
Energie wird im Energie absorbierenden Verbindungselement in Verformungsenergie
umgesetzt, so dass zunächst nur eine Verformung des Energie
absorbierenden Verbindungselements stattfindet und der Fahrzeugtragrahmen
unverformt bleibt. Da das Energie absorbierende Verbindungselement
Teil des Fahrzeugtragrahmens ist, besteht zudem die Forderung, dass das
Verbindungselement ein minimales Gewicht aufweisen darf. Eine dritte
Forderung besteht darin, dass das Verbindungselement möglichst
kostengünstig sein sollte.
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Aus
dem Stand der Technik sind für das Energie absorbierende
Verbindungselement unterschiedliche Lösungen bekannt. So
beschreibt das deutsche Patent
DE 102 34 253 B eine Crashbox, welche ein
aus Leichtmetall bestehendes Mehrfachkammerprofil ist. Zur Anbindung
an ein Fahrzeug wird eine Befestigungsplatte vorgeschlagen. Neben den
erhöhten Kosten für das aus Leichtmetall bestehende
Mehrkammerprofil ist die Anbindung an beispielsweise einen Längsträger
aufgrund der notwendigen Befestigungsplatte relativ komplex und
aufwändig.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 019 653 A1 ist
ein weiteres Verbindungselement zur Verbindung von Längsträgern
und Stoßfängern bekannt, welches ebenfalls aus
einem Leichtmetall besteht und in einen Längsträger
einsteckbar ist. Das Verbindungselement besteht aus einem Hohlprofil,
in welches zusätzlich Einsätze eingesteckt sind,
die ebenfalls ein Mehrkammerprofil bilden. Auch dieses Verbindungselement
ist sehr komplex und insofern kostenaufwändig.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Energie absorbierendes Verbindungselement zur Verfügung
zu stellen, welches neben einem geringen Gewicht einfach aufgebaut
ist, leicht an einen Längsträger angebunden werden
kann und kostengünstig herstellbar ist.
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Die
oben aufgezeigte Aufgabe wird gemäß der Lehre
der vorliegenden Erfindung durch ein gattungsgemäßes,
Energie absorbierendes Verbindungselement dadurch gelöst,
dass das Verbindungselement aus mindestens zwei separaten Profilen
besteht, welche mit dem Längsträger und dem Stoßfänger
kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden sind.
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Die
Verwendung von zwei separaten Profilen führt einerseits
dazu, dass bei höherem Energieabsorptionsvermögen
das Gewicht des Verbindungselements reduziert werden kann. Dies
hat seine Ursache darin, dass die einzelnen Profile in Kombination miteinander
eine höhere Steifigkeit aufweisen und höhere Verformungsenergien
absorbieren können, so dass die Wandstärken der
einzelnen Profile verringert werden kann. Darüber hinaus
sind separate Profile wesentlich einfacher herstellbar als komplex
aufgebaute, gebogene Mehrfachkammerprofile. Die kraft-, form- und/oder
stoffschlüssige Verbindung des Verbindungselements mit
dem Längsträger und dem Stoßfänger
ermöglicht, dass der Stoßfänger auf das Verbindungselement
beispielsweise die Aufprallenergien im Falle eines Unfalls übertragen
kann, und das Verbindungselement durch Verformung die Energie zumindest
zum großen Teil absorbieren kann. Der Kraft-, Form- oder
Stoffschluss kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die
Profile mit dem Stoßfänger bzw. dem Längsträger
eines Kraftfahrzeugs verklemmt, verschraubt, verschweißt
oder verlötet werden. Darüber hinaus sind natürlich
auch die Kombinationen von Kraft-, Form- und Stoffschluss zur Verbindung
dem Stoßfänger und/oder einem Längsträger
denkbar.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbindungselements
sind als Verbindungselement mindestens zwei separate Hohlprofile
vorgesehen. Hohlprofile weisen gegenüber beispielsweise
offenen Profilen eine noch höhere Steifigkeit auf und können
daher höhere Verformungsenergien aufnehmen und absorbieren.
Deshalb ermöglicht die Verwendung von separaten Hohlprofilen
eine weitere Reduzierung der Wanddicken der Hohlprofile, die im
Ergebnis zu einer weiteren Gewichtsreduktion des Verbindungselements
führen.
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Entspricht
die Außenkontur des zweiten Anbindungsbereichs jedes Profils
der Innenkontur eines zugehörigen Teilquerschnittbereichs
des Längsträgers, kann eine einfache Anbindung
der Profile an den Längsträger durch Einstecken
in den jeweiligen, zugehörigen Teilquerschnittbereich erreicht
werden.
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Eine
einfache Anbindung des Verbindungselements an den Stoßfänger
wird dadurch erreicht, dass der erste Anbindungsbereich des Verbindungselements
durch Flansche der Profile gebildet wird. Flansche können
beispielsweise durch Anbindung des Stoßfängers
an das Verbindungselement durch Verwendung von Schraubverbindungen
verwendet werden.
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Die
Anbindungsbereiche des Verbindungselements können dadurch
besonders gut an die geometrischen Gegebenheiten des Längsträgers
bzw. des Stoßfängers angepasst werden, indem die
Profile im ersten Anbindungsbereich des Verbindungselements eine
andere Querschnittsfläche als im zweiten Anbindungsbereich
aufweisen. Wie bereits ausgeführt, sind die Querschnittsflächen
der Profile an den jeweiligen Stoßfänger bzw.
Längsträger angepasst. Darüber hinaus
kann durch die Querschnittsflächenänderung eine
zusätzliche Aussteifung des Verbindungselements erzielt
werden.
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Ein
gezieltes Verformungsverhalten wird bei einer weiteren Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verbindungselements dadurch
erreicht, dass die Profile Verformungselemente aufweisen, welche
eine gezielte Verformung der Profile bei der Absorption von in Längsrichtung
der Profile einwirkender Verformungsenergie bewirken. Diese kann
beispielsweise durch quer zur Längsrichtung verlaufende
Sicken und Falten der Profile erreicht werden, welche als potentielle
Knickstellen der Verbindungselemente dienen.
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Vorzugsweise
sind lösbare Anbindungen des Verbindungselements an den
Stoßfänger und/oder an den Längsträger
vorgesehen. Diese ermöglichen beispielsweise den einfachen
Austausch des Verbindungselements, wenn dieses durch Aufnahme von Verformungsenergie
verformt worden ist.
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Eine
einfache lösbare Anbindung der Profile kann dadurch erreicht
werden, dass als lösbare Anbindungen Schraubverbindungen
mit optionalen Hülsen und angeschweißten Schweißmuttern
vorgesehen sind. Hülsen und angeschweißte Schweißmuttern
erleichtern insbesondere die Montage des Verbindungselements und
dienen gleichzeitig auch zur Aussteifung des Anbindungsbereichs.
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Gemäß einer
nächsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verbindungselements ist dieses zumindest in den Anbindungsbereichen
zu einer horizontal verlaufenden Längsebene spiegelsymmetrisch
ausgebildet. Dies ermöglicht, dass das Verbindungselement
sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite eines Kraftfahrzeugs
zur Anbindung des Stoßfängers an einen Längsträger
geeignet ist. Das Verbindungselement muss hierzu lediglich um seine
Symmetrieachse um 180° gedreht werden. Damit können
die Herstellungskosten des Verbindungselements verringert werden.
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Um
die notwendigen Festigkeiten und ein gutes Umformverhalten bei geringen
Materialkosten zu gewährleisten, sind die Profile des Verbindungselements
aus Platinen aus Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt. Vorzugsweise
werden die Profile aus „Tailored Blanks” hergestellt,
so dass ein optimaler Kompromiss zwischen Energieaufnahmevermögen
und Gewicht erzielt wird. Insbesondere höherfeste Stähle
ermöglichen eine zusätzliche Wanddickenreduzierung
bei gleichem Energieabsorptionsvermögen.
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Gemäß einer
zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte
Aufgabe durch einen Fahrzeugtragrahmen, umfassend mindestens einen
Längsträger und einen Stoßfänger, zwischen
welchen ein erfindungsgemäßes Verbindungselement
angeordnet ist.
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Der
erfindungsgemäße Fahrzeugtragrahmen gewährleistet
einerseits ausreichende Energieabsorptionseigenschaften zwischen
dem Stoßfänger und dem Längsträger
des Fahrzeugtragrahmens, so dass im Falle eines Unfalls zuerst der
Stoßfänger und das Energie absorbierende Verbindungselement
verformt werden. Andererseits kann ein entsprechender Fahrzeugtragrahmen
kostengünstig durch die Verwendung des erfindungsgemäßen
Verbindungselements an einen Stoßfänger angebunden
und vor Verformungen bei geringeren Aufprallenergien geschützt
werden.
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Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße,
Energie absorbierende Verbindungselement auszugestalten und weiterzubilden.
Hierzu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten
Patentansprüche und andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in
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1 einen
Längsträger in einer perspektivischen Darstellung,
verbunden mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verbindungselements mit einem Stoßfänger,
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2 den
Verbindungsbereich zwischen Längsträger und Stoßfänger
aus 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung,
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3 die
Hohlprofile des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Verbindungselements in einer perspektivischen Darstellung,
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4 eine
Schnittansicht des zweiten Anbindungsbereichs des erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels aus 1 quer zur
Längsachse des Längsträgers und
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5 eine
Schnittansicht entlang der Längsachse des Ausführungsbeispiels
aus 1.
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1 zeigt
zunächst perspektivisch einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Fahrzeugtragrahmen F mit
einem erfindungsgemäßen, Energie absorbierenden
Verbindungselement 1 zur Anbindung eines Längsträgers 2 an
einen Stoßfänger 3. Wie man aus 1 erkennt, ist
das Ausführungsbeispiel des Energie absorbierenden Verbindungselements 1 in
den Längsträger 2 eingesteckt und über
Schraubverbindungen sowohl mit dem Längsträger 2 als
auch mit dem Stoßfänger 3 verbunden.
Den Aufbau des Ausführungsbeispiels des Energie absorbierenden
Verbindungselements 1 zeigt genauer 2. Das Energie
absorbierende Verbindungselement 1 besteht aus zwei separaten Profilen 4, 5,
welche vorliegend als Hohlprofile ausgebildet sind. Denkbar ist
allerdings auch die Ausbildung dieser beiden Profile als nicht geschlossene Profile
sowie die Ausbildung des Verbindungselements durch eine Mehrzahl,
beispielsweise drei Profile.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Hohlprofile 4, 5 jeweils
einen ersten Anbindungsbereich 6 auf, welcher an die Anbindung
des Verbindungselements 1 an den Stoßfänger 3,
welcher aus beispielsweise einem Blech 3a und einem Profil 3b besteht,
angepasst ist. Der zweite Anbindungsbereich 7 der Hohlprofile 4, 5 ist
an die Innenkontur des Längsträgers 2,
insbesondere an die Innenkontur der Teilquerschnittsbereiche 2a, 2b des
Längsträgers 2 angepasst, so dass die
Anbindungsbereiche in den Längsträger einsteckbar
sind. Im zweiten Anbindungsbereich 7 sind in jedem Profil
Löcher 8 vorgesehen, welche zur Aufnahme von Schrauben
zur Herstellung einer Schraubverbindung zwischen dem Verbindungselement 1 und
dem Längsträger 2 dienen. Diese Art der
Verbindung ist auch in 1 dargestellt. Darüber
hinaus sind im ersten Anbindungsbereich 6 Flansche der
Hohlprofile 4, 5 ausgebildet, die Löcher 9 zur
Aufnahme von Schrauben aufweisen. Im Profil 3b des Stoßfängers 3 sind
Schraubhülsen 10 vorgesehen, um die Schraubverbindung
zwischen Verbindungselement 1 und dem Stoßfänger 3 zu
stabilisieren. Wie bereits ausgeführt, erleichtern die
Schraubhülsen 10 gleichzeitig die Montage des Verbindungselements.
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In 3 sind
die Hohlprofile 4, 5 des Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verbindungselements 1 perspektivisch
dargestellt. Zu erkennen ist, dass das Hohlprofil 4 spiegelsymmetrisch zum
Hohlprofil 5 aufgebaut ist, so dass das Verbindungselement 1 durch
eine einfache Drehung um 180° um seine Längsachse
sowohl auf der linken als auch auf der rechten Fahrzeugseite einsetzbar
ist. Ebenfalls zu erkennen sind in 3 die Verformungselemente 11,
welche vorliegend in Form von Sicken in die Hohlprofile eingebracht
sind. Diese ermöglichen eine gezielte Deformation der Hohlprofile 4, 5.
Bei einem Unfall kann die Aufprallenergie dann gezielt in Verformungsenergie
umgesetzt werden, so dass viel Energie absorbiert werden kann.
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Eine
Querschnittsansicht des zweiten Anbindungsbereichs samt Längsträger
zeigt 4. Die Hohlprofile 4, 5 sind
in den Längsträger 2 eingesteckt, und
zwar in die jeweiligen Teilquerschnittsflächen 2a und 2b des
Längsträgers 2. Auch hier ist der spiegelsymmetrische
Aufbau der Hohlprofile 4, 5 zueinander zu erkennen.
Die Anbindung des zweiten Anbindungsbereichs der Hohlprofile 4, 5 an
den Längsträger 2 erfolgt in dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel über eine Schraubverbindung,
bestehend aus einer Schraube 12, einer Schraubhülse 13 und
einer Schweißmutter 14. Die Schweißmutter 14 zusammen
mit der Schraubhülse 13 erleichtern die Montage
und das Befestigen des Verbindungselements 1 an dem Längsträger
deutlich. Darüber hinaus sind auch weitere Möglichkeiten
zur Anbindung des Längsträgers 2 an das
Verbindungselement 1 denkbar, beispielsweise über
einen Kraftschluss durch Einklemmen der Hohlprofile 4,5 im Längsträger 2 oder
aber auch durch eine stoffschlüssige Verbindung wie Schweißen
und Löten.
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Schließlich
zeigt 5 eine Schnittansicht in Längsrichtung
des Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Verbindungselements aus 1. Zu erkennen ist einerseits
der Längsträger 2 und der Stoßfänger 3 bestehend
aus einem vorderen Blech 3a und einem zur Aussteifung umgeformten
Profil 3b. Die Hohlprofile 4 und 5 sind über
eine Schraubverbindung jeweils getrennt an dem Profil 3b des
Stoßfängers 3 befestigt. Eine besonders
einfache Verbindung der Hohlprofile ergibt sich durch die Verwendung
einer Schraubverbindung zwischen den Hohlprofilen und dem Profil
des Stoßfängers 3b, welche wie bereits
im zweiten Anwendungsbereich 7 durch eine Schraube 15,
eine Schraubhülse 16 und eine Schweißmutter 17 realisiert
wird. Die Hohlprofile 4, 5 sind zur Gewichtseinsparung
vorzugsweise aus „Tailored Blanks” hergestellt,
so dass sich zusammen mit der Reduzierung der Wandstärke
bei dem erfindungsgemäßen Verbindungselement 1 neben
einem sehr guten Energieabsorptionsvermögen ein geringes
Gewicht ergibt. Gleichzeitig können die Hohlprofile 4, 5 sowohl
für die rechte als auch die linke Seite des Kraftfahrzeugs
für ein Verbindungselement 1 verwendet werden,
so dass sich zusammen mit dem einfachen Aufbau der Hohlprofile 4, 5 eine
besonders gute Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen
Verbindungselements 1 ergibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10234253
B [0003]
- - DE 102006019653 A1 [0004]