-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stoßenergieaufnahme
durch plastische Verformung nach dem Prinzip der rollenden Biegung
für Kraftfahrzeuge, mit einem rohrförmigen Aufnahmeabschnitt und
einem rohrförmigen, relativ zum Aufnahmeabschnitt durchmesserverringerten
und im Wesentlichen koaxial zu diesem ausgerichteten Intrusionsabschnitt,
der im Aufprallfall unter rollender Biegung zumindest teilweise
in den Aufnahmeabschnitt eindringt, und mit einem Übergangsbereich,
in welchem der Intrusionsabschnitt kontinuierlich in den Aufnahmeabschnitt übergeht.
-
-
Derartige
Vorrichtungen, die auch als Crashboxen bezeichnet werden, werden
im Fahrzeugbau dazu verwendet, bei Auffahrunfällen mit
geringer Fahrzeuggeschwindigkeit die beim Aufprall auf ein Hindernis
auf das Fahrzeug einwirkende Stoßenergie durch Verformungsarbeit
abzubauen, so dass es nicht zu einer reparaturintensiven plastischen
Verformung der tragenden Karosserieteile kommt. Hierdurch sollen
die Reparaturkosten bei Unfällen mit geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten
so gering wie möglich gehalten werden.
-
Aus
der
DE 199 59 701
A1 ist eine Crashbox bekannt, die für den vorstehend
genannten Anwendungsfall vorgesehen ist. Diese bekannte Crashbox weist
ein über seine Längserstreckung im Wesentlichen
gleich bleibendes Kastenprofil auf, welches in Einleitungsrichtung
der aufzunehmenden Kraft mit einer derartigen konischen Erweiterung
ausgebildet ist, dass sich bei einem Zusammendrücken durch
die aufzunehmende Kraft das deformierte Material im Wesentlichen
innerhalb des Querschnitts der verbleibenden Deformationslänge
des Kastenprofils wenigstens annähernd faltenartig anhäuft.
Bei dieser bekannten Crashbox sind in das Kastenprofil Sicken eingebracht,
die die Faltungsart des Materials vorgeben und dadurch eine gleichmäßige
Kraftaufnahme bewirken sollen. Diese bekannte Crashbox ist in Schalenbauweise
ausgeführt und besteht aus zwei Blechschalen, die als Blechpressteile
ausgebildet und miteinander verschweißt sind. Weiterhin
weisen die Blechschalen Anschlussflansche auf, mit denen die Crashbox
mit der Fahrzeugkarosserie verbindbar ist.
-
Bei
der aus der
DE 199
59 701 A1 bekannten Crashbox ist nachteilig, dass die Blechpressteile
vergleichsweise aufwendig gestaltet sind. Insbesondere die in die
Blechhalbschalen eingebrachten Sicken und die angeformten Befestigungsflansche
bedingen vergleichsweise hohe Werkzeugkosten und eine aufwendige
Fertigungsweise.
-
Des
Weiteren sind aus dem Stand der Technik zahlreiche so genannte Stülprohr-Energieabsorptionselemente
bekannt, die nach dem Prinzip der rollenden Biegung arbeiten und
eine hohe Energieabsorption mit gleichmäßigem
Kraftniveau ermöglichen. Ein derartiges Crashelement ist
beispielsweise aus der
DE
198 03 156 C1 bekannt. Bei diesem bekannten Crashelement
ist es erforderlich, dass das Stülpprofil vor dem Aufprall
des Kraftfahrzeugs auf das Hindernis aus einer Ruhelage in eine
Deformationsposition/Absorptionsposition geschoben wird. Hierzu
ist eine Antriebsvorrichtung vorgesehen, mittels der das Stülpprofil
schlagartig in eine Absorptionsposition überführbar
ist. Damit dieses System arbeiten kann, ist darüber hinaus
eine Aktivierungssteuerung sowie eine Aufprallsensorik erforderlich. Dieses
bekannte System ist somit vorrichtungstechnisch aufwendig und dementsprechend
kostenintensiv.
-
Aus
der
DE-AS 1 931 844 ist
ebenfalls eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt.
Bei dieser bekannten Vorrichtung handelt es sich um ein Stülprohr-Energieabsorptionselement,
welches einen Stülprohrabschnitt und einen Aufnahmerohrabschnitt aufweist.
Stülprohrabschnitt und Aufnahmerohrabschnitt sind über
einen Übergangsbereich miteinander verbunden. Das so gestaltete
Crashelement ist entweder als einteiliges Rohr ausgebildet oder
es besteht aus in einer Vertikalebene geteilten separaten Rohrabschnitten.
Im Falle des einteiligen Rohres ist ein zusätzlicher Ring
erforderlich, der den Aufnahmerohrabschnitt im Übergangsbereich
vom großen Querschnitt auf den kleinen Querschnitt lokal
verstärkt und der einen Widerstand entgegen der Wirkungslinie
der Aufprallkraft darstellt, welcher die einrollende Biegung des
Stülprohrabschnitts und damit die Energieabsorption ermöglicht.
-
Bei
Vorrichtungen der vorstehend genannten Art besteht die Bestrebung,
sie dahingehend zu optimieren, dass sie einer aufzunehmenden Stoßkraft ein
möglichst gleichmäßiges, konstantes Gegenkraftniveau
entgegensetzen, um so eine hohe Energieaufnahme ohne ein Kollabieren
des jeweiligen Stülprohr-Energieabsorptionselements bzw.
Crashboxsystems sicherzustellen. In Crashtests mit herkömmlichen
Crashboxen wurde festgestellt, dass die Gefahr besteht, dass es
bei ungleichmäßiger Belastung der Crashbox auf
der Innen- oder Außenseite zu einem Einknicken (Kollabieren)
der Crashbox kommt, wodurch die optimale Energieaufnahme gestört
wird. Das Einknicken der Crashbox kann zu einer unerwünschten
Drehung des damit verbundenen Stoßfängers um dessen
Mittelachse führen, wodurch Fahrzeugteile wie Lampen, Kotflügel,
Motorhaube und Kühler beschädigt werden können.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Crashbox
für ein Stoßfänger- oder Biegeträgersystem
eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen, die ein möglichst
gleichmäßiges, gleichbleibend hohes Kraftniveau
zur Erzielung einer hohen Energieaufnahme bietet, und zwar auch
bei ungleichmäßiger Belastung durch einen schrägen
Aufprall. Die Gefahr eines Einknickens der Crashbox bei schrägem
Aufprall auf den Stoßfänger bzw. Biegeträger
soll dementsprechend weitgehend beseitigt werden.
-
Gelöst
wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung, die auch als Crash-
oder Krempelbox bezeichnet werden kann, umfasst einen rohrförmigen
Aufnahmeabschnitt und einen rohrförmigen, relativ zum Aufnahmeabschnitt
durchmesserverringerten Intrusionsabschnitt, der im Wesentlichen
koaxial zum Aufnahmeabschnitt ausgerichtet ist, in einem Übergangsbereich
kontinuierlich in den Aufnahmeabschnitt übergeht, im Aufprallfall
unter rollender Biegung zumindest teilweise in den Aufnahmeabschnitt
eindringt und von seinem dem Aufnahmeabschnitt abgewandten Ende
aus gesehen in Richtung des Übergangsbereiches hin konisch
verjüngt ausgebildet ist. Die konische Verjüngung
erstreckt sich dabei vorzugsweise im Wesentlichen von dem offenen
bzw. dem Aufnahmeabschnitt abgewandten Ende des Intrusionsabschnitts
aus bis zu dem Übergangsbereich.
-
Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Intrusionsabschnitts
in Bezug auf den Aufnahmeabschnitt wird eine Führung der
Vorrichtung (Crashbox) während der Stoßenergieaufnahme
erreicht, wodurch die Vorrichtung in sich zentriert wird. Ein Einknicken
(Kollabieren) der Vorrichtung bei Aufprall des damit verbundenen
Stoßfängers oder Biegeträgers auf eine
beispielsweise um ca. 10 Grad schräg gestellte Barriere
mit einer relativ geringen Geschwindigkeit von ca. 15 km/h wird
gezielt verhindert.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung bietet den Vorteil,
dass sie ein konstant gleichmäßiges Kraftniveau
bei der plastischen Verformung durch rollende Biegung (Krempeln)
des Intrusionsabschnitts einstellt. Eine zusätzliche Erhöhung
des Kraftniveaus kann durch die Keilwirkung des konisch ausgebildeten
Intrusionsabschnitts und eine damit einhergehende Aufweitung des
Aufnahmeabschnitts beim Intrudieren unter rollender Biegung des
Intrusionsabschnitts erreicht werden. Somit kann für den
konstruktiv eingestellten Öffnungswinkels des konischen Intrusionsabschnitts
das Kraftniveau in Abhängigkeit von der Blechstärke
und dem Werkstoff relativ fein eingestellt werden. Andererseits
bietet die Keilwirkung bzw. die damit erzielte Erhöhung
des Kraftniveaus die Möglichkeit, die Blechdicke im Gegenzug zu
reduzieren, was zu einer entsprechenden Gewichtsreduktion entsprechend
ausgerüsteter Kraftfahrzeuge führt und hinsichtlich
einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs von Vorteil ist.
-
Versuche
seitens der Anmelderin haben ergeben, dass eine ausreichend hohe
Sicherheit gegen Einknicken (Kollabieren) des Intrusionsabschnitts
erreicht werden kann, wenn der Öffnungswinkel des konisch
ausgebildeten Intrusionsabschnitts in einem Bereich von 1° bis
15°, vorzugsweise in einem Bereich von 1,25° bis
8° liegt. Mit zunehmenden Öffnungswinkel ergibt
sich eine entsprechende Erhöhung des Kraftniveaus. Der Öffnungswinkel
des konischen Intrusionsabschnitts kann gegebenenfalls auch größer
als 15° ausgebildet werden.
-
Der
Aufnahmeabschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann im Wesentlichen zylindrisch, also mit zueinander parallel verlaufenden Wandabschnitten
ausgebildet sein.
-
Eine
andere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung besteht darin, dass der Aufnahmeabschnitt ebenfalls
konisch ausgebildet ist, wobei er sich zu seinem dem Intrusionsabschnitt
abgewandten Ende hin verjüngt bzw. in Richtung des Übergangsbereichs
hin aufgeweitet ist. Durch diese Ausgestaltung wird die Führung
des Intrusionsabschnitts durch den Aufnahmeabschnitt während
der Stoßenergieaufnahme verbessert und somit die Sicherheit
gegen ein Einknicken des Intrusionsabschnitts optimiert. Der Aufnahmeabschnitt weist
dabei einen Aufweitungswinkel im Bereich von 1° bis 15°,
vorzugsweise einen Aufweitungswinkel von größer/gleich
1,25° auf.
-
Eine
einfache und kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung lässt sich erreichen, indem dieselbe gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung in Längsrichtung geteilt aus
zwei pressgeformten Blechschalen gebildet ist, die stoffschlüssig
miteinander verbunden sind. Die beiden Blechschalen sind dabei vorzugsweise
als identische Blechhalbschalen ausgebildet. Die Blechhalbschalen sind
durch Umformung entsprechender Blechzuschnitte auf relativ einfache
und kostengünstige Weise herstellbar. Auch das stoffschlüssige
Verbinden der Blechhalbschalen durch Verschweißen derselben
ist ein kostengünstiger und einfach durchführbarer
Fertigungsschritt. Die Blechhalbschalen können durch Punkt-,
Naht- oder Laserstrahlschweißen miteinander verbunden werden.
Die erfindungsgemäße Crashbox lässt sich
somit kostengünstig herstellen.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung verbindet die Vorteile
eines nach dem Prinzip der Stülprohr-Energieabsorptionselemente
funktionierenden Crashelements mit den Vorteilen der Schalenbauweise
unter Verwendung pressgeformter Blechschalen.
-
Als
Ausgangsmaterial für die Blechschalen eignen sich insbesondere
hochfeste Werkstoffe, vorzugsweise hochfeste Stahlbleche, mit einer
Streckgrenze größer 300 MPa, vorzugsweise im Bereich von
700 MPa bis 1.900 MPa.
-
Erfindungsgemäße
Crashboxen sind insbesondere für den Einbau zwischen dem
Ende eines Karosserielängsträgers und einem Stoßfänger
oder Heckbiegeträgers bestimmt. Zu diesem Zweck sind gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
an deren Aufnahmeabschnitt und Intrusionsabschnitt stirnseitig je
eine Anschlussplatte angebracht, die mit dem Aufnahmeabschnitt bzw.
dem Intrusionsabschnitt vorzugsweise verschweißt sind.
Die Anschlussplatten sind dabei vorzugsweise mit Befestigungslöchern
zur Aufnahme von Schraubbolzen versehen.
-
Um
sicherzustellen, dass der Intrusionsabschnitt aufgrund der im Aufprallfall
auf ihn einwirkenden Kraft die beabsichtigte rollende Biegebewegung, bei
der die Energieabsorption stattfindet, ausführt, umfasst
der Übergangsbereich zwischen Aufnahmeabschnitt und Intrusionsabschnitt
vorzugsweise einen ersten bogenförmigen Abschnitt, der
vom Aufnahmeabschnitt ausgehend einwärts gebogen ist und
einen ersten Radius aufweist, und einen zweiten bogenförmigen
Abschnitt, der vom Intrusionsabschnitt ausgehend auswärts
gebogen ist und einen zweiten Radius aufweist, wobei die beiden
Radien über eine Absatzfläche miteinander verbunden
sind. Durch eine geeignete Dimensionierung dieser Radien lässt
sich ein verlässliches Einrollen des Intrusionsabschnitts
erreichen, ohne dass ein zusätzlicher Ring, wie er z. B.
bei dem aus der
DE-AS 1 931 844 bekannten
Crashelement vorgesehen ist, erforderlich wäre. Alleine
durch das geeignete Zusammenspiel der unter Berücksichtigung
der Blechdicke aufeinander abgestimmten Radien im Übergangsbereich
wird ein sicheres Einrollen des Intrusionsabschnitts erreicht und
die ordnungsgemäße Funktion der Crashbox sichergestellt.
-
In
weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorgesehen, dass die Dicke der Blechschalen im Bereich von 1,5
mm bis 3,0 mm, vorzugsweise im Bereich von 1,5 mm bis 2,5 mm liegt und
der erste Radius, d. h. der Radius an dem vom Aufnahmeabschnitt
ausgehenden, einwärts gebogenen Abschnitt des Übergangsbereichs
im Bereich von 4 mm bis 9 mm und der zweite Radius, d. h. der Radius
an dem nach außen gebogenen Abschnitt des Übergangsbereichs
im Bereich von 6 mm und 10 mm liegt. Die Radiusangaben beziehen
sich dabei jeweils auf die neutrale Faser des verwendeten Bleches.
Besonders bevorzugt sind Werte für die Dicke der Blechschalen
im Bereich von 1,8 bis 2,5 mm. In diesem Fall sollte der erste Radius
5 mm bis 8 mm betragen und der zweite Radius im Bereich von 7 mm und
9 mm liegen.
-
Die
im Bereich des Kraftfahrzeugkarosseriebaus bekannte und erprobte
Tailored-Blanks-Technologie ist auch in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung
vorteilhaft einsetzbar. Unter Tailored-Blanks-Technologie ist in
diesem Zusammenhang das Kombinieren von Stahlblechen unterschiedlicher
Dicken und/oder Werkstoffgüten durch Laserstrahlschweißen
zu verstehen. Auf diese Weise können ebene Blechhalbzeuge
hergestellt werden, die Abschnitte oder Bereiche unterschiedlicher
Eigenschaften, z. B. Festigkeitseigenschaften aufweisen. Aus diesen
Halbzeugen lassen sich dann z. B. durch Pressformen Bauteile herstellen,
deren Eigenschaften lokal an die im Einsatzfall auftretenden Belastungen
und Anforderungen angepasst sind.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Crashbox können
die Blechschalen vorteilhaft aus mehreren miteinander verschweißten
Blechabschnitten unterschiedlicher Stahlwerkstoffe und/oder Blechdicke
gebildet sein. Auf diese Weise können über die
Längserstreckung der Crashbox abschnittsweise die Eigenschaften
der Blechschalen an die Anforderungen angepasst werden, welche die
Crashbox lokal zu erfüllen hat. So kann beispielsweise
der Aufnahmeabschnitt aus einem Blechabschnitt, größerer
Dicke und/oder höherer Festigkeit bestehen, während
der Intrusionsabschnitt aus einem dünneren Material und/oder
einem Material geringerer Festigkeit gebildet ist. Auf diese Weise
lässt sich das Energieabsorptionsverhalten der erfindungsgemäßen
Crashbox an die Anforderungen des Einzelfalls anpassen. Es kann
beispielsweise die Höhe der maximal absorbierbaren Energie
variiert werden. Ebenso ist es möglich, das Kraftniveau
der Energieabsorption einzustellen.
-
Weitere
bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
perspektivische Darstellung eines Stoßfängersystems
mit zwei einfindungsgemäßen Vorrichtungen in Form
von Crashboxen;
-
2a die
rechte Crashbox der 1 mit einer Anschlussplatte,
jedoch ohne Stoßfänger (Querträger),
in perspektivischer Darstellung;
-
2b die
Crashbox der 2a mit zwei Anschlussplatten
in perspektivischer Darstellung;
-
3 eine
Detaildarstellung der 1 mit der rechten Crashbox und
einem Abschnitt des Stoßfängers in Draufsicht;
-
4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel einer einfindungsgemäßen
Crashbox mit einer Anschlussplatte und einem Abschnitt eines Stoßfängers in
Draufsicht; und
-
5 Kraftkurvenverläufe
einer erfindungsgemäßen Crashbox und einer herkömmlichen
Crashbox.
-
Die
in den 1 bis 3 schematisch dargestellte Krempelbox
(Crashbox) 1 umfasst einen rohrförmigen Aufnahmeabschnitt 1.1 und
einen rohrförmigen Intrusionsabschnitt 1.2. Der
Aufnahmeabschnitt 1.1 und der im Wesentlichen koaxial zu
demselben ausgerichtete Intrusionsabschnitt 1.2 sind über
einen Übergangsbereich 1.3 miteinander verbunden.
Dabei gehen der Intrusionsabschnitt 1.2 und der Aufnahmeabschnitt 1.1 kontinuierlich
ineinander über.
-
Der
rohrförmige Intrusionsabschnitt 1.2 weist gegenüber
dem rohrförmigen Aufnahmeabschnitt 1.1 einen verringerten
Durchmesser bzw. Querschnitt auf. Der Querschnitt des Intrusionsabschnitts 1.2 und der
demgegenüber größere Querschnitt des
Aufnahmeabschnitts 1.1 sind beide im Wesentlichen rechteckig
ausgebildet. Der Intrusionsabschnitt 1.2 ist deutlich länger
als der Aufnahmeabschnitt 1.1. Vorzugsweise beträgt
die axiale Länge des Intrusionsabschnitts 1.2 mindestens
das 1,2-fache der axialen Länge des Aufnahmeabschnitts 1.1.
-
In
dem Bereich 1.31, in welchem der Querschnitt des Aufnahmeabschnitt 1.1 eine
Querschnittsverjüngung erfährt und in den Übergangsbereich 1.3 übergeht,
ist ein erster Radius R1 ausgebildet. Dementsprechend ist in dem
Bereich 1.32, in welchem der Querschnitt des Intrusionsabschnitts 1.2 eine
Querschnittserweiterung erfährt und in den Übergangsbereich 1.3 übergeht,
ein zweiter Radius R2 ausgebildet. Die beiden Radienbereiche sind
im Übergangsbereich 1.3 über eine Absatzfläche 1.4 miteinander
kontinuierlich verbunden. Die Absatzfläche 1.4 ist
vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der
rohrförmigen Krempelbox 1 ausgerichtet.
-
Die
in den 1 bis 3 dargestellte Krempelbox 1 ist
aus zwei miteinander über Punktschweißungen 2 verbundene
Blechschalen 3, 4 gebildet, die als pressgeformte
Blechhalbschalen ausgeführt sind. Derartige pressgeformte
Blechhalbschalen 3, 4 sind mittels entsprechenden
Umformwerkzeugen auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar.
-
Die
Krempelbox 1 ist stirnseitig mit Anschlussplatten 5, 5', 6 versehen,
die als Blechplatten bzw. Blechformteile ausgebildet und mit dem
offenen Ende des Intrusionsabschnitts 1.2 bzw. dem offenen Ende
des Aufnahmeabschnitts 1.1 verschweißt sind. Über
diese Anschlussplatten 5, 5', 6 kann
die Krempelbox 1 mit den Bauteilen einer Karosserie verbunden
werden, zwischen denen es Stoßenergie im Falle eines Auffahrunfalls
aufnehmen soll. So kann beispielsweise die erfindungsgemäße
Crashbox zwischen einem Querträger 7 und einem
Längsträger (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs eingebaut
werden, indem die mit dem Intrusionsabschnitt 1.2 verbundene
Anschlussplatte 6 mit dem Querträger 7 und die
Anschlussplatte 5, 6 mit dem Längsträger
(verbunden wird. Die Verbindung kann dabei z. B. durch Schweißen
oder durch Schraubverbindungen erzielt werden.
-
Durch
eine geeignete Dimensionierung der Radien R1 und R2 wird bei der
erfindungsgemäßen Crashbox 1 sichergestellt,
dass im Crashfall durch die auf die Crashbox 1 in Längsrichtung
derselben einwirkende Kraft eine Einstülpung des rohrförmigen Intrusionsabschnitts 1.2 in
den rohrförmigen Aufnahmeabschnitt 1.1 nach dem
Prinzip der rollenden Biegung erfolgt. Dabei wird die kinetische
Energie des Aufpralls in Verformungsarbeit im Rahmen der rollenden
Biegung umgewandelt und auf diese Weise absorbiert.
-
Bei
der Dimensionierung der Radien R1 und R2 ist insbesondere auch die
Blechdicke der Blechhalbschalen 3, 4 zu beachten.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
beträgt die Blechdicke der Blechhalbschalen 3, 4 zwischen
1,5 mm und 3,0 mm, während der erste Radius R1 einen Wert
im Bereich von 4 mm bis 9 mm und der zweite Radius R2 einen Wert
im Bereich von 6 mm bis 10 mm aufweist. Dabei beziehen sich die
Radiusangaben stets auf die neutrale Faser des umgeformten Blechs.
-
Eine
besonders sichere Einstülpung des rohrförmigen
Intrusionsabschnitts 1.2 in den Aufnahmerohrabschnitt 1.1 unter
Energieabsorption nach dem Prinzip der rollenden Biegung wird erreicht, wenn
die Dicke der Blechhalbschalen 3, 4 zwischen 1,8
mm und 2,5 mm, der erste Radius R1 zwischen 5 mm und 8 mm und der
zweite Radius R2 zwischen 7 mm und 9 mm beträgt.
-
Erfindungsgemäß ist
der Intrusionsabschnitt 1.2 der Krempelbox 1 konisch
geformt, und zwar dergestalt, dass sein kleinerer Querschnitt an
dem als Krempelstufe dienenden Übergangsbereich 1.3 liegt und
sein größerer Querschnitt auf dem gegenüberliegenden
offenen Ende 8 (vgl. 2).
Der Intrusionsabschnitt 1.2 der Krempelbox 1 ist
also in Einleitungsrichtung einer aufzunehmenden Aufprallkraft konisch verjüngt
ausgebildet. Die konische Verjüngung erstreckt sich dabei
im Wesentlichen von dem offenen Ende 8 bis zum Übergangsbereich 1.3.
-
Der
rohrförmige Aufnahmeabschnitt 1.1 der in den 1 bis 3 dargestellten
Krempelbox 1 ist (im Gegensatz zum Intrusionsabschnitt 1.2)
zylindrisch ausgebildet, d. h. er weist im Wesentlichen parallel
zueinander verlaufenden Seitenflächen auf.
-
Der
von den jeweiligen im Wesentlichen ebenen Seitenfläche
des Intrusionsabschnitts 1.2 in Bezug auf dessen Längsmittelachse
definierte Öffnungswinkel α liegt in einem Bereich
von 1° bis 15°, kann aber auch größer
sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt
der Öffnungswinkel α etwa 7°. Durch die
konische Verjüngung in Richtung des Übergangsbereichs 1.3 wird
beim Intrudieren des Abschnitts 1.2 in den im Wesentlichen
zylindrischen Aufnahmeabschnitt 1.1 der Krempelbox eine Führung
des Gesamtsystems erreicht, wodurch die Krempelbox 1 in
sich zentriert wird. Ein Ausknicken der Krempelbox 1 bei
schrägem Aufprall auf den Stoßfänger 7 bzw.
einen mit der Krempelbox 1 verbundenen Heckbiegeträger
wird gezielt verhindert. Dies gilt zumindest für einen
Aufprall mit einer beweglichen Barriere auf den Heckbiegeträger,
wobei die Barriere gegenüber der im Wesentlichen vertikalen
Ebene, in der das offene Ende 8 des Intrusionsabschnitts 1.2 liegt,
um bis zu 10° schräg gestellt ist.
-
In 5 sind
die Kraftkurve einer herkömmlichen Crashbox und die Kraftkurve
einer erfindungsgemäßen Krempelbox 1 gegenübergestellt.
Die dargestellten Kraftkurven wurden durch Crashsimulationen ermittelt.
Die Kraftkurve der erfindungsgemäßen Krempelbox 1 ist
als durchgezogene Linie dargestellt, während die Kraftkurve
einer herkömmlichen Crashbox gestrichelt dargestellt ist. 5 zeigt,
dass die erfindungsgemäße Krempelbox 1 mehr
Stoßenergie bei kürzerem Deformationsweg aufnimmt
als eine herkömmliche Crashbox. Insbesondere ist in 5 zu
erkennen, dass die erfindungsgemäße Krempelbox
gegenüber der herkömmlichen Crashbox ein im Wesentlichen
gleichmäßiges, gleichbleibendes Kraftniveau bietet.
-
Die
in 4 schematisch dargestellte Krempelbox 1' unterscheidet
sich von dem in den 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass dort nicht
nur der Intrusionsabschnitt 1.2, sondern auch der rohrförmige
Aufnahmeabschnitt 1.1 der Krempelbox 1' konisch
ausgeführt ist. Der Aufnahmeabschnitt 1.1 ist
dabei zu seinem dem Intrusionsabschnitt 1.2 abgewandten
oder offenen Ende 9 hin konisch verjüngt. Anders
ausgedrückt ist bei dieser Variante der Aufnahmeabschnitt 1.1 in Richtung
des Übergangsbereichs 1.3 konisch aufgeweitet.
-
Der
von der jeweiligen Seitenfläche des Aufnahmeabschnitts 1.1 und
dessen Längsmittelachse eingeschlossene Aufweitungswinkel β liegt
wiederum im Bereich von 1° bis 15°, kann gegebenenfalls
aber auch größer sein. Vorzugsweise ist der Aufweitungswinkel β des
Aufnahmeabschnitts 1.1 – entsprechend dem bevorzugten Öffnungswinkel α des
Intrusionsabschnitts 1.2 – größer/gleich
1,25°.
-
Die
Fertigung der erfindungsgemäßen Krempelbox 1, 1' erfolgt
beispielweise wie folgt:
Als Ausgangspunkt für die
Herstellung der Blechhalbschalen 3, 4 werden ebene
Bleche mit einheitlicher, gleichförmiger Dicke und gleichförmigen
Materialeigenschaften/Festigkeiten gewählt. Diese ebenen
Bleche werden sodann in einer Presse mit relativ einfach aufgebauten
Umformwerkzeugen zu im Wesentlichen U-förmigen Profilen
umgeformt, wobei das jeweilige Profil einen ersten Längsabschnitt
und einen zweiten, gegenüber dem ersten Abschnitt verjüngten
Längsabschnitt aufweist, und wobei zumindest der verjüngte
Längsabschnitt konisch ausgebildet wird, derart, dass dessen
kleinere Querschnitt an dem stufenförmigen Übergangsbereich 1.3 liegt.
-
Anschließend
werden die U-förmigen Profile mit ihren offenen Seiten
ineinander geschoben, sodass sich die Schenkel der Profile in einem Überlappungsbereich überlappen
und sich ein geschlossenes, lediglich an den Stirnseiten offenes
Profil bildet. In dem Überlappungsbereich werden die Blechhalbschalen 3, 4 dann
durch Punktschweißungen 2 miteinander stoffschlüssig
verbunden.
-
Um
eine einbaufähige Crashbox zu erzeugen, werden sodann stirnseitig
vor die Blechhalbschalen 3, 4 Anschlussplatten 5, 5', 6 geschweißt. Über
diese Anschlussplatten 5, 5', 6 kann
die Crashbox 1, 1' mit den Karosseriebauteilen
verbunden werden, zwischen denen es bei einem dortigen Aufprall Stoßenergie
durch rollenden Biegung des Intrusionsabschnitts 1.2 absorbieren
soll.
-
Alternativ
zu den ebenen Blechen mit über ihre Fläche gleichförmiger
Dicke und gleichförmigen Materialeigenschaften als Halbzeuge
für die Blechhalbschalen 3, 4 können
erfindungsgemäß auch ebene Blechplatinen zum Einsatz
kommen, die nach der so genannten Tailored-Blanks-Technik hergestellt sind.
Die aus dem technischen Gebiet des Kraftfahrzeugkarosseriebaus bekannte
und in der Praxis gut beherrschbare Technologie der Tailored-Blanks-Fertigung
lässt sich auf die erfindungsgemäße Krempelbox 1, 1' vorteilhaft
anwenden. Bei der Tailored-Blanks-Technologie werden ebene Blechplatinen aus
Blechabschnitten unterschiedlicher Dicke und/oder unterschiedlicher
Werkstoffeigenschaften/Festigkeiten mittels Laserstrahlschweißen
gefertigt. In der Regel werden die Blechabschnitte mittels Laserstrahlschweißen
im Stumpfstoß miteinander verbunden. In Bezug auf die erfindungsgemäße Krempelbox 1, 1' können
die Vorteile der Tailored-Blanks-Technik dadurch genutzt werden,
dass z. B. der Aufnahmerohrabschnitt 1.1 aus einem Stahlblech
größerer Dicke und/oder höherer Festigkeit
besteht als der rohrförmige Intrusionsabschnitt 1.2.
Um dies zu erreichen, werden die ebenen Bleche, aus denen die Blechhalbschalen 3, 4 pressgeformt
werden, aus entsprechend ausgewählten Blechabschnitten
unterschiedlicher Dicke und/oder unterschiedlicher Festigkeiten
gebildet, indem die Blechabschnitte im ebenen Zustand im Stumpfstoß miteinander mittels
Laserstrahlschweißen verschweißt werden. Die auf
diese Weise hergestellten ebenen Blechplatinen werden sodann in
einem Pressformschritt umgeformt, sodass sie im Wesentlichen eine
U-förmige Form erhalten. Die offenen Seiten der U-förmigen Profile
werden dann, analog zu der oben bereits beschriebenen Vorgehensweise,
einander zugewandt und die Blechhalbschalen 3, 4 werden
ineinander geschoben, sodass sich ein Überlappungsbereich
bildet. Die beiden Blechhalbschalen 3, 4 werden
anschließend mittels Punktschweißungen 2,
die im Überlappungsbereich angeordnet werden, miteinander
stoffschlüssig verbunden.
-
Durch
Wahl der Materialdicke und der Festigkeitseigenschaften der Blechabschnitte,
aus denen die Tailored-Blanks-Blechplatinen gebildet sind, kann
der Konstrukteur beeinflussen, wie groß die Energieaufnahme
der Krempelbox 1, 1' im Aufprallfall ist. Wird
z. B. für den Intrusionsabschnitt 1.2 eine Stahlgüte
mit einer hohen Festigkeit gewählt, so wird eine größere
Energiemenge absorbiert als im Falle einer Stahlgüte geringerer
Festigkeit. Andererseits kann z. B. durch die gezielte Wahl einer
größeren Materialdicke für den den Aufnahmerohrabschnitt 1.1 bildenden
Blechabschnitt das gewünschte mechanische Verhalten des
Aufnahmerohrabschnitts 1.1 unabhängig von dem
Intrusionsabschnitt 1.2 eingestellt werden. Selbstverständlich
ermöglicht die Verwendung von Tailored-Blanks-Platinen
als Halbzeuge für die Blechhalbschalen auch die Herstellung
von gewichtsoptimierten Crashboxen (Leichtbau). Werden z. B. Blechabschnitte
mit hoher Festigkeit für den Intrusionsabschnitt 1.2 verwendet,
so kann eine ausreichend hohe Energieabsorption bei gleichzeitig
geringer Blechdicke des Intrusionsabschnitts 1.2 erreicht werden.
Auf diese Weise können Crashboxen 1, 1' in Leichtbauweise
erzeugt werden, die einen Beitrag zur Kraftstoffeinsparung des Fahrzeugs
leisten.
-
Die
Ausführung der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind
zahlreiche Varianten denkbar, die auch bei grundsätzlich
abweichender Gestaltung von der in den beiliegenden Ansprüchen
angegebenen Erfindung Gebrauch machen. So liegt es beispielsweise
auch im Rahmen der Erfindung, eine erfindungsgemäße
Krempelbox 1, 1' nicht zweischalig, sondern einteilig,
d. h. einschalig auszuführen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004041476
A1 [0002]
- - DE 19959701 A1 [0004, 0005]
- - DE 19803156 C1 [0006]
- - DE 1931844 [0007, 0021]