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Die
Erfindung betrifft ein Energieabsorptionselement nach dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Die
DE 10 2004 060 088
B3 offenbart eine Stoßfängeranordnung
für ein Kraftfahrzeug mit einer gattungsgemäßen
Crashbox, welche über Befestigungsabschnitte mit einem
Längsträger der Stoßfängeranordnung
durch Bolzen verbunden ist. Dieses aus zwei Teilblechschalen gebildete
Energieabsorptionselement umfasst dabei einen Längenbereich, welcher
bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung unter Energieverzehrung
gezielt deformierbar ist und welcher zumindest ein umlaufend geschlossenes
Hohlkammerprofil aufweist, an welches sich an einer Oberseite und
einer entgegen gesetzten Unterseite jeweilige Wandbereiche des Längenbereichs des
Energieabsorptionselements anschließen.
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Zudem
sind gesteckte Aluminium-Crashboxen aus Strangpressprofilen bekannt,
welche ebenso wie die zuvor genannte Crashbox den Nachteil aufweisen,
dass sie aufgrund ihrer Abmessungen bei einem Unfalltest mit einem
Aufprallhindernis, welches mit einem Versatz und unter einem Winkel
von ca. 10° auf die entsprechende Crashbox aufprallt, sehr stark
einknicken. Um dieses, für das Unfallverhalten des Kraftwagens
negative Einknicken zu verhindern, können beispielsweise
Wanddicken der Crashbox erhöht werden, was allerdings gegenläufig
zu dem Unfallverhalten der Crashbox bei anderweitigen Unfallbedingungen
ist. Zudem ist diese Wanddickenerhöhung mit einem unerwünschten
Anwachsen des Fahrzeuggewichts verbunden.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Energieabsorptionselement
der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass dieses
ein verbessertes Unfallverhalten aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Energieabsorptionselement mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der
Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um
ein Energieabsorptionselement, insbesondere eine Crashbox, für
einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, zu schaffen, welches
ein verbessertes Unfallverhalten aufweist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass das zumindest eine Hohlkammerprofil quer zur Erstreckungsrichtung
des Längenbereichs verläuft, wobei sich die jeweiligen
Wandbereiche des Längenbereichs vor bzw. hinter dem Hohlkammerprofil
in Erstreckungsrichtung des Längenbereichs anschließen.
Durch dieses in das erfindungsgemäße Energieabsorptionselement
integrierte Hohlkammerprofil, welches insbesondere in Fahrzeughochrichtung
verläuft, ist das Energieabsorptionselement insbesondere
gegen ein eingangs beschriebenes Einknicken bei einem Aufprall eines
Hindernisses unter einem bestimmten Winkel, welches beispielsweise
im Rahmen eines Unfall- beziehungsweise Versicherungseinstufungstests
simuliert wird, verstärkt. Darüber hinaus ist
das erfindungsgemäße Energieabsorptionselement
durch das Vorsehen des zumindest einen Hohlkammerprofils in Querrichtung
des entsprechenden Längenbereichs auch für andere
Lastfälle gezielt einstellbar.
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Neben
erheblichen sicherheitstechnischen Vorteilen ergibt eine Verbesserung
des Unfallverhaltens besonders bei einem Versicherungseinstufungstest
den Vorteil geringerer Unterhaltskosten für einen Halter
des Kraftwagens. Dies bedeutet somit einen zusätzlichen
höheren Kundennutzen.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist das zumindest eine Hohlkammerprofil asymmetrisch zu der Mittelachse
des Energieabsorptionselements, insbesondere zur im Wesentlichen
in Längsrichtung des Längenbereichs verlaufenden
neutralen Faser, ausgebildet. Diese asymmetrische Ausbildung des
zumindest einen Hohlkammerprofils bezüglich der Mittelachse
bzw. der neutralen Faser bietet die Möglichkeit einer gezielten
Einstellung eines Biegeverhaltens und damit des Unfallverhaltens
des erfindungsgemäßen Energieabsorptionselements,
wodurch das Unfallverhalten gezielt auf bestimmte Lastfälle,
insbesondere wie sie im Rahmen eines Versicherungseinstufungstests vorkommen,
abstimmbar ist. Eine größere Ausbildung eines
Profilhalbbereichs des Hohlkammerprofils einerseits der Mittelachse
bzw. der neutralen Faser realisiert eine niedrigere Biegesteifigkeit
des Energieabsorptionselements in eben diese Richtung, während
eine entsprechende kleinere Ausbildung eines korrespondierenden
Profilhalbbereichs jenseits der Mittelachse bzw. der neutralen Faser
eine höhere Biegesteifigkeit bedeutet. Dadurch sind unterschiedliche
Belastungen diesseits und jenseits der neutralen Faser differenziert
einstellbar.
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Vorteilhafterweise
ist das erfindungsgemäße Energieabsorptionselement
im Wesentlichen aus Aluminium gebildet, was ein geringes spezifisches Gewicht
des Energieabsorptionselements bedeutet, wodurch ein Kraftstoffverbrauch
und damit CO2-Emissionen des Kraftwagens
gering gehalten werden können. Nichtsdestotrotz ist auch
eine Ausbildung des Energieabsorptionselements im Wesentlichen aus
Stahl möglich. Zudem sind alle gängigen Walz-
und Platinenherstellungsverfahren möglich, um das erfindungsgemäße
Energieabsorptionselement herzustellen.
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In
jeglicher Hinsicht erlaubt das Energieabsorptionselement eine Anpassung
an Unfallanforderungen ohne Neukonstruktion bestehender Längsträger
des Kraftwagens, was Änderungs- und Konstruktionskosten
vermeidet beziehungsweise gering hält. Darüber
hinaus erlaubt eine Anpassung des Unfallverhaltens durch höherfeste
Werkstoffe eine Verbesserung des Unfallverhaltens ohne mehr Gewicht.
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Ist
das Energieabsorptionselement beispielsweise als Faltteil ausgebildet,
welches vorzugsweise als Platte abgepresst und anschließend
zu dem Energieabsorptionselement mit dem entsprechenden Längenbereich
und dem Hohlkammerprofil abgekantet ist, so bedeutet dies eine besonders
kostengünstige Herstellungsart.
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Alternativ
ist das Energieabsorptionselement beispielsweise aus zumindest zwei
Teilschalen gebildet, die beispielsweise sogar spiegelsymmetrisch ausgebildet
und über entsprechende Fügeverfahren miteinander
verbunden sind. So birgt dies den Vorteil, dass dadurch eine kostengünstige
Herstellung des Energieabsorptionselements ermöglicht ist.
Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass diese Teilschalen
an einem Ende einstückig ausgebildet sind und quasi durch
Umklappen miteinander verbunden sind zur Ausbildung des erfindungsgemäßen Hohlkammerprofils.
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Ebenso
kann vorgesehen sein, dass die Teilschalen aus voneinander verschiedenen
Werkstoffen ausgebildet sind, wodurch unterschiedliche Festigkeits-
und Steifigkeitswerte darstellbar sind. Durch diese unterschiedlichen
Werkstoffe ist eine weitere Möglichkeit geschaffen, das
Biegeverhalten und damit das Unfallverhalten des Energieabsorptionselements
diesseits und jenseits der neutralen Faser gezielt einzustellen
und somit auf bestimmte Lastfälle abzustimmen. Die zuvor
beschriebene, asymmetrische Ausbildung des Hohlkammerprofils bezüglich der
neutralen Faser ist dabei ebenso möglich. Durch den Einsatz
von Teilschalen aus unterschiedlichen Werkstoffen kann aber auf
diese asymmetrische Ausbildung bei gleichzeitiger Beibehaltung des
gezielten Biegeverhaltens verzichtet werden.
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Da
vorteilhafterweise eine Blechbreite, also eine Beaufschlagungsbreite
infolge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Energieabsorptionselements,
einer Länge des Längenbereichs beziehungsweise
des gesamten Energieabsorptionselements entspricht, sind zur Herstellung
des Energieabsorptionselements beispielsweise auch Halbzeuge mit
konstanter Blechdicke, sowie maßgeschneiderte Platinen
(Tailored Blanks, Tailored Roll Blanks), gewalzte Stufenbleche oder
flexibel gewalzte Bleche, auch mit unterschiedlichen Blechdicken,
einsetzbar.
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Zudem
ist eine Verwendung aller gängigen Tiefziehbleche im Wesentlichen
aus Stahl oder Aluminium bis hin zu warm umgeformten Stahlblechen möglich.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung
genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend
in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine
gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der
jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Die
Zeichnungen zeigen in:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Energieabsorptionselements für
einen Kraftwagen mit einer Mehrzahl von senkrecht zur Längserstreckungsrichtung
des Energieabsorptionselements verlaufenden Hohlkammerprofilen;
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2 eine
perspektivische Ansicht des Energieabsorptionselements gemäß 1 mit
einer Verdeutlichung einer Anordnung der Hohlkammerprofile;
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3 zwei
Querschnittsansichten des Energieabsorptionselements gemäß den
vorhergehenden Figuren, wobei das Energieabsorptionselement aus einem Faltteil
gebildet ist;
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4 eine
Querschnittsansicht des Energieabsorptionselements gemäß den 1 bis 3, wobei
das Energieabsorptionselement aus zwei spiegelsymmetrischen Halbschalen
gebildet ist; und
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5 zwei
schematische Längsschnittansichten je eines Energieabsorptionselements
gemäß den vorhergehenden Figuren mit zwei alternativen Ausführungsformen
von Querschnitten der Hohlkammerprofile.
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Während
die 1 und 2 ein Energieabsorptionselement
zeigen, welches eine Mehrzahl von Hohlkammerprofilen aufweist, die
senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung des Energieabsorptionselements
verlaufen, wodurch ein Unfallverhalten des Energieabsorptionselements
verbessert ist, zeigen die 3 und 4 jeweils
eine Möglichkeit zur Herstellung dieses Energieabsorptionselements.
Die 5 zeigt Möglichkeiten zur Gestaltung eines
Querschnitts der Hohlkammerprofile auf, wodurch ein Biegeverhalten
und damit das Unfallverhalten des Energieabsorptionselements gezielt
einstellbar und verbesserbar ist.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
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Die 1 zeigt
ein Energieabsorptionselement 10 in Form einer Crashbox
für einen Personenkraftwagen mit vier Längenbereichen 12, 14, 16 und 18,
welche jeweils zwei Hohlkammerprofile 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 aufweisen.
Die Hohlkammerprofile 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 verlaufen dabei
senkrecht zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Längenbereichs 12, 14, 16 und 18 und
damit senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Energieabsorptionselements 10 gemäß einem
Richtungspfeil 36. Die Längserstreckungsrichtung
des Energieabsorptionselements 10 gemäß dem
Richtungspfeil 36 entspricht dabei auch der Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung)
des Kraftwagens.
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Vor
bzw. hinter den Hohlkammerprofilen 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 schließen
sich jeweilige Wandbereiche des jeweiligen Längenbereichs 12, 14, 16 und 18 des
Energieabsorptionselements in dessen Erstreckungsrichtung an. Die
Ausbildung dieser Wandbereiche wird insbesondere in Zusammenschau
mit 5 deutlich.
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Die 2 verdeutlicht
eine Anordnung der besagten Hohlkammerprofile 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 und 34 und
deren Integration in das Energieabsorptionselement 10 sowie
deren Querschnittsform in Form eines Sechsecks. Alternativ zu der
gezeigten Sechseckform ist beispielsweise auch eine Achteck- oder
eine Trapezform möglich.
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In
Zusammenschau der 1 und 2 ist erkennbar,
dass die Hohlkammerprofile 22, 26, 30 und 34 oberhalb
und die Hohlkammerprofile 20, 24, 28 und 32 unterhalb
eines mittleren Kastenprofils 33 anschließen,
welches sich in Längserstreckungsrichtung des Energieabsorptionselements 10 erstreckt. Oberseitig
und unterseitig der jeweiligen Gruppe von Hohlkammerprofilen 22, 26, 30 und 34 bzw. 20, 24, 28 und 32 schließt
sich zudem ein jeweiligen weiteres, oberes bzw. unteres Kastenprofils 35 bzw. 37 an, welches
ebenfalls in Längserstreckungsrichtung des Energieabsorptionselements 10 verläuft.
Somit sind insgesamt drei Kastenprofile 33, 35 und 37 vorgesehen,
welche das Energieabsorptionselement 10 verstärken.
Zudem sind in dem Energieabsorptionselement 10 Distanzhülsen 38, 40 und 42 vorgesehen
zur weiteren Versteifung des Energieabsorptionselements 10.
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Zur
Erhöhung eines Funktionserfüllungsumfangs des
Energieabsorptionselements 10 ist zudem eine Abschleppösenanbindung 44 in
das Energieabsorptionselement 10 integriert, wodurch zusätzliche Anbindungselemente
für eine entsprechende Abschleppösenanbindung
vermieden sind. Dies senkt Kosten für einen Kraftwagen
mit dem Energieabsorptionselement 10.
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Wie
in Zusammenschau mit der 3 deutlich wird, ist das Energieabsorptionselement 10 aus einem
Faltteil gebildet, wobei eine entsprechende Platine als Platte abgepresst
und anschließend zu dem Energieabsorptionselement 10 mit
dem in 3 gezeigten Querschnitt abgekantet wird.
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Alternativ
möglich ist eine Herstellung aus zwei symmetrischen Halbschalen 46 und 48 gemäß 4,
in welcher ein Energieabsorptionselement 10' gezeigt ist,
wobei auf das Energieabsorptionselement 10' das zu dem
Energieabsorptionselement 10 Gesagte analog zutrifft. Zur
Verbindung der Halbschalen 46 und 48 zur Bildung
der Energieabsorptionselemente 10 und 10' sowie
zur dauerhaften Verbindung dieser in überlappenden und/oder
kontaktierenden Bereichen 50, 52, 54, 56 und 58 sind Schweiß-
bzw. Lötpunkte vorgesehen, durch welche die entsprechenden
Bereiche 50, 52, 54, 56 und 58 der
Energieabsorptionselemente 10 beziehungsweise 10' verbunden
sind.
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Die 5 zeigt
das Energieabsorptionselement 10 in einer schematischen
Längsschnittansicht, aus der zu entnehmen ist, dass die
Hohlkammerprofile 22, 26, 30 und 34 in
ihren Querschnitten symmetrisch zur Mittelachse des Energieabsorptionselements 10,
welche die neutrale Faser 60 des Energieabsorptionselements 10 darstellt,
ausgebildet sind.
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Im
Gegensatz dazu zeigt die 5 auch ein Energieabsorptionselement 10'',
auf welches das zu den Energieabsorptionselementen 10 beziehungsweise 10' Gesagte
analog zutrifft, wobei das Energieabsorptionselement 10'' Hohlkammerprofile 22', 26' und 34' aufweist,
welche nicht nur unterschiedlich zueinander, sondern auch asymmetrisch
zur Mittelachse des Energieabsorptionselements 10'', welche
die neutrale Faser 60' des Energieabsorptionselements 10'' darstellt,
ausgebildet sind.
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Wie
zu sehen ist, weisen die Hohlkammerprofile 22', 26' und 34' auf
einer diesseitigen Seite der neutralen Faser 60' gemäß einem
Richtungspfeil 62 Profilhalbbereiche auf, welche größer
ausgebildet sind als Profilhalbbereiche auf einer jenseitigen Seite der
neutralen Faser 60' gemäß einem Richtungspfeil 64.
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Eine
Ausbildung der größeren Profilhalbbereiche bedeutet
dabei eine geringere Biegesteifigkeit des Energieabsorptionselements 10''.
Dementsprechend bedeutet eine Ausbildung der kleineren Profilhalbbereiche
eine höhere Biegesteifigkeit des Energieabsorptionselements 10'' beziehungsweise
der entsprechenden Längenbereiche desselbigen.
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Der 5 sind
auch die erwähnten Wandbereiche 23, 25, 27, 29 und 31 bzw. 23', 25', 27' und 29' des
jeweiligen Längenbereichs des Energieabsorptionselements 10 bzw. 10' und 10'' zu
entnehmen, die sich vor bzw. hinter den Hohlkammerprofilen 22, 26, 30 und 34 bzw. 22', 26' und 34' in
Erstreckungsrichtung des Energieabsorptionselements 10 bzw. 10' und 10'' anschließen.
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Die
in der 5 gezeigte, zu der neutralen Faser 60 symmetrische
wie auch asymmetrische Ausbildung der Hohlkammerprofile 22, 26, 30 und 34 schafft
beispielsweise auch die Möglichkeit einer Herstellung des
Energieabsorptionselements 10 als Strangpressprofil. In
diesem Fall wären die Wandbereiche 23, 25, 27, 29 und 31 bzw. 23', 25', 27' und 29' dann
einteilig.
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Ist
das Energieabsorptionselement 10 analog zu dem Energieabsorptionselement 10' (4) aus
zwei Halbschalen gebildet, und sind die Halbschalen wiederum aus
unterschiedlichen Werkstoffen gebildet, so birgt dies die Möglichkeit,
die Biegesteifigkeit des Energieabsorptionselements 10 gezielt
einzustellen, und zwar analog zu der zu der neutralen Faser 60' asymmetrischen
Ausbildung der Hohlkammerprofile 22', 26' und 34' des
Energieabsorptionselements 10''. Dies ist beispielsweise
dann der Fall, wenn eine Halbschale aus Aluminium und die andere
Halbschale aus Stahl ausgebildet ist, wobei die aus Stahl gebildete
Halbschale eine größere Biegesteifigkeit aufweist
als die aus Aluminium gebildete Halbschale.
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Das
Biegeverhalten kann somit diesseits und jenseits der neutralen Faser 60 auch
mit symmetrischer Ausbildung der Hohlkammerprofile 22, 26, 30 und 34 gezielt
eingestellt werden. So kann beispielsweise das Verformungsverhalten
des Energieabsorptionselements 10, 10'' des jeweiligen
Längenbereichs 12, 14, 16, 18 links
und rechts der neutralen Faser 60, 60' unterschiedlich
eingestellt werden, so dass sich bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung – insbesondere
mit einem Versatz und unter einem Winkel – eine unterschiedliche
Deformation links und rechts der neutralen Faser 60, 60' ergibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004060088
B3 [0002]