-
Die Erfindung betrifft ein Energie absorbierendes Verbindungselement zur Anbindung eines Längsträgers eines Kraftfahrzeuges an mindestens einen Stoßfänger mit mindestens einem ersten Anbindungsbereich zum Verbinden des Verbindungselements mit dem Stoßfänger und einem zweiten Anbindungsbereich zum Verbinden des Verbindungselements mit dem Längsträger.
-
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.
-
Aus dem Stand der Technik sind für das Energie absorbierende Verbindungselement unterschiedliche Lösungen bekannt. So beschreibt das deutsche Patent
DE 102 34 253 B3 eine Crashbox, welche ein aus einem Blech 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.
-
Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2006 019 653 A1 ist ein weiteres Verbindungselement zur Verbindung von Längsträgern und Stoßfängern bekannt, welches ebenfalls 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.
-
Die Druckschrift
JP 2005 162 049 A beschreibt einen Dämpfer für ein Fahrzeug, welcher aus zwei Profilen besteht. Diese Profile werden zusammengesteckt und jeweils mit einem Ende an dem Stoßfänger bzw. an einem Fahrzeugelement befestigt.
-
Die US-Patentanmeldung US 2007/0176443 A1 beschreibt eine Frontstruktur eines Automobils, welche einen Frontseitenrahmen und einen unteren Rahmen aufweist. Die beiden Rahmen laufen V-förmig zusammen und werden über einen Dämpfer mit einem Stoßfänger verbunden. Durch diese Anordnung wird die Kraft auf die beiden Rahmen verteilt.
-
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.
-
Die oben aufgezeigte Aufgabe wird mit einem Energie absorbierenden Verbindungselement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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
-
1 einen Längsträger in einer perspektivischen Darstellung, verbunden mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungselements mit einem Stoßfänger,
-
2 den Verbindungsbereich zwischen Längsträger und Stoßfänger aus 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung,
-
3 die Hohlprofile des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verbindungselements in einer perspektivischen Darstellung,
-
4 eine Schnittansicht des zweiten Anbindungsbereichs des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels aus 1 quer zur Längsachse des Längsträgers und
-
5 eine Schnittansicht entlang der Längsachse des Ausführungsbeispiels aus 1.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
