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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung an einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, zur crashoptimierten Befestigung eines Montageteils an einem tragenden Bauteil des Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung.
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Aus dem Kraftfahrzeugbau ist es zur Verhinderung des Eindringens von Bauteilen in die Fahrgastzelle bzw. zur Erhaltung des Überlebensraumes der Fahrgastzelle seit geraumer Zeit bekannt, bei der Befestigung von Anbauteilen an tragenden Bauteilen sogenannte Sollbruchstellen vorzusehen. Diese Sollbruchstellen sollen im Falle eines Crashereignisses bei einer bestimmten Belastung ein definiertes Versagen der Befestigungen gewährleisten sowie einem Eindringen besagter Anbauteile in die Fahrgastzelle vorbeugen.
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So ist es bekannt, zur Befestigung eines Anbauteils an einem tragenden Bauteil eines Fahrzeugs, Befestigungsschrauben mit Schraubbolzen vorzusehen, die ihrerseits eine oder mehrere Querschnittsverengungen bzw. Materialausdünnungen aufweisen, welche im Falle einer Überlastung der Befestigungsschraube ein Versagen durch sogenanntes Abscheren derselben gestatten (vgl. z. B.
DE 86 10 402 U1 ,
DE 10 2005 005 004 A1 ,
DE 10 2005 051 050 A1 ). Neben derartigen sogenannten passiv wirkenden Abschermitteln sind auch Mittel bekannt, die ihrerseits aktiv das Versagen einer Befestigungsschraube bewirken. So ist aus der
DE 1 428 643 A1 eine Abreißschraube mit Sollbruchstelle, vorliegend zur Befestigung von Raketen in ihrer Abschussvorrichtung bekannt, wobei innerhalb einer zentralen Bohrung der Befestigungsschraube eine Sprengpulverladung angebracht ist, die ihrerseits von der Treibladungszündflamme besagter Rakete gezündet wird, mit der Folge, dass die Rakete freigegeben wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Befestigungsanordnung an einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, zur crashoptimierten Befestigung eines Montageteils an einem tragenden Bauteil des Fahrzeugs mit einer zum Stand der Technik alternativen aktiven Abschermaßnahme zu schaffen, welche ihrerseits einfach und kostengünstig zu bewerkstelligen ist.
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Ausgehend von einer Befestigungsanordnung an einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, zur crashoptimierten Befestigung eines Montageteils an einem tragenden Bauteil des Fahrzeugs mittels wenigstens eines stiftartigen Befestigungselementes, wobei dem stiftartigen Befestigungselement zumindest ein Abschermittel zugeordnet ist, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das besagte zumindest eine Abschermittel durch eine mit dem Montageteil oder dem tragenden Bauteil wenigstens radial fest verbindbare oder verbundene sowie das stiftartige Befestigungselement zumindest teilringförmig umschlingende und nach radial innen weisende Schneidkante gebildet ist.
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Infolge einer Relativbewegung zwischen dem Montageteil und dem dasselbe tragenden Bauteil, beispielsweise resultierend aus einem Crashereignis, sowie infolge einer daraus resultierenden Relativbewegung zwischen der Schneidkante und dem stiftartigen Befestigungselement ist mit dieser Maßnahme ein Aufeinandertreffen derselben und eine Schädigung des stiftartigen Befestigungselementes derart gestattet, dass erst während des Crashereignisses eine Sollbruchstelle erzeugt wird, an welcher das stiftartige Befestigungselement versagt. Im günstigsten Fall ist demgegenüber auch ein aktives Abscheren respektive Durchtrennen des stiftartigen Befestigungselementes nach Art einer „Guillotine” bewirkbar. Vorab am stiftartigen Befestigungselement angebrachte Sollbruchstellen in Form von Querschnittsverengungen bzw. Materialausdünnungen, die ihrerseits im Hinblick auf die zu berücksichtigenden Festigkeiten im Normalbetrieb komplizierter Berechnungen und/oder Versuche bedürfen, werden vorteilhaft vermieden. Allein durch die crashbedingte Dynamik der Schneidkante ist das gewünschte Versagen des Befestigungselementes bewirkt.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach kann das freie Ende der Schneidkante im Querschnitt gesehen spitz, gerundet oder abgeflacht ausgebildet sein. Für den Fachmann leicht nachvollziehbar, wird die gewünschte Schädigung des stiftartigen Befestigungselementes oder gar das Durchtrennen desselben durch eine im Querschnitt gesehen spitz auslaufende Schneidkante besonders vorteilhaft unterstützt. Jedoch beschränkt sich die Erfindung nicht auf spitz auslaufende Schneidkanten, sondern erfasst auch abgerundete oder abgeflachte Schneidkanten, welche infolge der hohen Dynamik, die eine solche Schneidkante im Crashfall aufweist, zumindest eine Schädigung im Sinne der Erzeugung einer Sollbruchstelle bewirken. Des Weiteren kann die Schneidkante eine höhere Festigkeit aufweisen als das stiftartige Befestigungselement, wodurch im Crashfall die gewünschte Schädigung des stiftartigen Befestigungselementes weiter erleichtert ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann die Schneidkante am Bohrungsdurchmesser einer auf das stiftartige Befestigungselement auffädelbaren oder aufgefädelten und am Montageteil oder dem tragenden Bauteil wenigstens radial fixierbaren oder fixierten ring- oder teilringförmigen Trennscheibe ausgebildet sein. Eine derartige Trennscheibe ist einfach und kostengünstig in der Herstellung und lässt sich leicht montieren. Zur radialen Fixierung der Trennscheibe am Montageteil oder tragenden Bauteil kann dieselbe zumindest einen Axialsteg aufweisen, der seinerseits axial in eine korrespondierende Stegaufnahme des Montageteils oder tragenden Bauteils formschlüssig eingreift. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann die Schneidkante auch einstückig am Bohrungsdurchmesser einer von dem stiftartigen Befestigungselement durchsetzen Bohrung des Montageteils oder tragenden Bauteils ausgebildet sein, woraus insbesondere Einsparungen an Bauraum und Montageeinsparungen resultieren. In Weiterbildung der Erfindung kann dabei die Schneidkante zweckmäßigerweise an einem axialen Ende der Bohrung des Montageteils oder tragenden Bauteils angeordnet sein, wodurch das gewünschte Versagen des stiftartigen Befestigungselementes erleichtert ist. Die in Rede stehende Befestigungsanordnung bietet sich insbesondere für stiftartige Befestigungselement in Form von Befestigungsschrauben und Befestigungsnieten an. Ungeachtet dessen sind jedwede an sich bekannten geeigneten stiftartigen Befestigungselemente mit erfasst, wie beispielsweise Befestigungsbolzen, die endseitig mittels Sicherungsringen oder anderen an sich bekannten äquivalenten Mitteln axial gesichert sind. Als besonders vorteilhaft hat sich in umfangreichen Versuchen besagte Befestigungsanordnung zur Befestigung eines Montageteils in Form eines Hilfsrahmens am Fahrzeugaufbau erwiesen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer Befestigungsanordnung der vorstehend beschriebenen Art.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung in einer perspektivischen Schnittansicht gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsvariante,
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2 eine Explosionsdarstellung der Befestigungsanordnung nach 1,
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3 eine Schnittansicht einer erfindungswesentlichen Trennscheibe der Befestigungsanordnung nach 1 und 2,
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4a–4e eine äußerst schematische Darstellung verschiedener Ausführungsformen der Trennscheibe nach 3,
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5 eine perspektivische Schnittansicht der Befestigungsanordnung gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante, und
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6a, 6b die Befestigungsanordnung nach 1 bis 3 äußerst schematisch in ihrer Funktion, gezeigt zum einen im Normalzustand und zum anderen während eines Crashereignisses.
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Die 1 und 2 zeigen ausschnittsweise ein Montageteil 1, beispielsweise einen an sich bekannten Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeugs, welches/r mittels eines an sich bekannten mechanischen, stiftartigen Befestigungselementes 2, vorliegend einer Befestigungsschraube mit einem Schraubenkopf 2a, einem Schraubenbolzen 2b und einer Schraubenmutter 2c an einem ebenfalls ausschnittsweise gezeigten tragenden Bauteil 3, vorliegend an einem an sich bekannten Fahrzeugaufbau respektive an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist. Das stiftartige Befestigungselement 2 respektive die Befestigungsschraube durchsetzt dabei eine Bohrung 4 des Montageteils 1 und eine Bohrung 5 des tragenden Bauteils 3.
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Statt besagter Befestigungsschraube kann auch jegliches andere an sich bekannte stiftartige Befestigungselement 2, wie beispielsweise ein Befestigungsniet oder ein Befestigungsbolzen mit einem oder mehreren an sich bekannten axialen Sicherungselementen, beispielsweise Sicherungsringen, Verwendung finden und ist demgemäß durch die Erfindung mit erfasst (nicht näher dargestellt).
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Dem stiftartigen Befestigungselement 2 ist ein sogenanntes Abschermittel in Form einer Schneidkante 6 zugeordnet, welche ihrerseits vorliegend am Bohrungsdurchmesser einer ringförmigen Trennscheibe 7 ausgebildet ist und nach radial innen weist. Die besagte ringförmige Trennscheibe 7 ist axial zwischen dem Montageteil 1 (Hilfsrahmen) und dem tragenden Bauteil 3 (Fahrzeugaufbau) auf das stiftartige Befestigungselement 2, vorliegend auf den Schraubenbolzen 2b der Befestigungsschraube, denselben somit vollständig umschlingend, aufgefädelt und durch Formschluss am Montageteil 1 radial fixiert.
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Insoweit verfügt die Trennscheibe 7 über einen Axialsteg 8, welcher in eine korrespondierende Stegaufnahme 9 des Montageteils 1 eingreift. Besagte Stegaufnahme 9 ist vorliegend durch eine axial respektive stirnseitig des Montageteils 1 und radial zur Bohrung 4 des Montageteils 1 hin offene ringförmige Ausnehmung im Montageteil 1 gebildet. An die Trennscheibe 7 schließt axial das tragende Bauteil 3 an.
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Die Schraubenmutter 2c bewirkt im angezogenen Zustand die kraftschlüssige Verbindung der vorgenannten Fügepartner untereinander. Bevorzugt wird die Schraubenmutter 2c derart angezogen, dass das stiftartige Befestigungselement 2 in Form besagter Befestigungsschraube unter axialer Vorspannung gesetzt ist.
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Wie den 3 bis 4e weiter zu entnehmen ist, ist das freie Ende der Schneidkante 6 im Querschnitt gesehen spitz bzw. spitz auslaufend ausgebildet. Hier bieten sich in Abhängigkeit von der gewünschten Wirkung der Schneidkante 6 auf den verwendeten Werkstoff des stiftartigen Befestigungselementes 2, beispielsweise explizit schneidend oder „nur” schädigend im Crashfall die unterschiedlichsten Querschnitte mit unterschiedlichen Schneidwinkel an, die ihrerseits in weiten Grenzen variieren können. Demnach kann es auch angezeigt sein, und ist durch die Erfindung demgemäß mit erfasst, das besagte freie Ende der Schneidkante gerundet oder abgeflacht auszubilden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen (nicht näher dargestellt).
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Gemäß den 3 bis 4e beschränkt sich die Erfindung auch nicht auf die vorbeschriebene Variante der radialen Fixierung der Trennscheibe 7. So kann die Trennscheibe 7 beispielsweise euch einen Axialsteg 8 aufweisen, der in eine hier nicht näher gezeigte nutenförmige Stegaufnahme 9, insbesondere Ringnut oder Teilringnut, formschlüssig eingreift (vgl. 4d). Demgegenüber kann besagte Stegaufnahme 9 statt am Montageteil 1 auch am tragenden Bauteil 3 ausgebildet sein, in welche dann die Trennscheibe 7 formschlüssig eingreift (nicht näher dargestellt). Ebenso ist es denkbar, auf einen Axialsteg 8 gänzlich zu verzichten (vgl. 4e) und die Trennscheibe 7 mit ihrer von der Schneidkante 6 abgewandten Stirnkontur innerhalb einer entsprechend dimensionierten Ausnehmung des Montageteils 1 oder des tragenden Bauteils 3 radial abzustützen, wobei dann die Trennscheibe 7 vorteilhaft nicht mehr zwischen dem Montageteil 1 und dem tragenden Anbauteil 3 angeordnet sein muss, sondern mit der Oberflächenkontur des Montageteils 1 bzw. tragenden Bauteils 3 abschließen und sozusagen in dieselben integriert sein kann (nicht näher dargestellt).
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Um die Schädigungs- bzw. Schneidwirkung der Schneidkante 6 weiter zu verbessern, weist dieselbe vorteilhaft eine höhere Festigkeit als das stiftartige Befestigungselement 2 bzw. die Befestigungsschraube auf. Vorliegend ist die gesamte Trennscheibe 7 inklusive Schneidkante 6 aus einem gehärteten Stahl ausgebildet. Allerdings kann es auch angezeigt sein, lediglich besagte Schneidkante 6 gehärtet auszubilden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel stellt auf eine Schneidkante 6 ab, die von einer separaten, ringförmigen und das stiftartige Befestigungselement 2 demgemäß vollständig umschlingenden Trennscheibe 7 gebildet ist. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Ausführungsvariante, sondern erfasst auch Trennscheiben 7, die ihrerseits teilringförmig ausgebildet sind. Abgesehen von der dadurch vorteilhaft erzielbaren Material und Gewichtseinsparung kann durch diese Maßnahme die Wirkung der Schneidkante 6 auf ein ganz bestimmtes Crashereignis beschränkt werden. So kann es beispielgebend wünschenswert sein, dass bei einem Frontalcrash die Schneidkante 6 zur Wirkung kommt, jedoch nicht bei einem Seitencrash des Fahrzeugs, oder umgekehrt. Hier stehen dem Crashspezialisten die unterschiedlichsten Modifikationen zur Verfügung.
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Gemäß einer in 5 dargestellten weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann die Schneidkante 6 auch einstückig bereits am Bohrungsdurchmesser einer der von dem stiftartigen Befestigungselement 2 durchsetzten Bohrungen 4, 5 des Montageteils 1 bzw. tragenden Bauteils 3 ausgebildet sein. Vorliegend ist besagte Schneidkante 6 zweckmäßigerweise am dem tragenden Bauteil 3 zugewandten Ende des Bohrungsdurchmessers des Montageteils 1 angeordnet. Auch hier besteht die Möglichkeit, in Anlehnung an das oben beschriebene Ausführungsbeispiel die Schneidkante 6 sowohl ringförmig (Vollring) als auch teilringförmig auszubilden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 6a und 6b, welche die Erfindung gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 in ihrer Funktion zeigen, beschrieben.
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Danach zeigt 6a zunächst die erfindungsgemäß ausgebildete Befestigungsanordnung in ihrem Normalzustand. Die das Abschermittel respektive die Schneidkante 6 aufweisende Trennscheibe 7 ist in einer bestimmten Ausgangstellung zum stiftartigen Befestigungselement 2 bzw. zum Schraubenbolzen 2b der Befestigungsschraube am Montageteil 1, vorliegend am Hilfsrahmen, durch Formschluss mit demselben radial fixiert. Die axiale Fixierung der Trennscheibe 7 ist durch das plan aufliegende tragende Bauteil 3 gegeben.
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Gesetzt den Fall, es ist gemäß 6b infolge beispielsweise eines Frontalcrashs des Fahrzeugs eine radiale Anstoßkraft „F” auf das Montagteil 1/den Hilfsrahmen zu verzeichnen, so wird das Montageteil 1 mit hoher Geschwindigkeit in Kraftrichtung relativ zum tragenden Bauteil 3 radial verschoben. Gleichzeitig wird die formschlüssig mit dem Montageteil 1 verbundene Trennscheibe 7 radial verschoben, die ihrerseits mit der daran ausgebildeten Schneidkante 6 auf die Außenmantelfläche des stiftartigen Befestigungselementes 2 bzw. des Schraubenbolzens 2b der Befestigungsschraube trifft. Ist die besagte Anstoßkraft „F” ausreichend hoch, wird das stiftartige Befestigungselement 2 bzw. wird der Schraubenbolzen 2b der Befestigungsschraube derart geschädigt, dass eine Sollbruchstelle 10 geschaffen wird, die ihrerseits ein Versagen bzw. Abreißen oder Abscheren des stiftartigen Befestigungselementes 2 bzw. des Schraubenbolzens 2b der Befestigungsschraube bewirkt.
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Unterstützt wird ein derartiges Versagen insbesondere auch durch das üblicherweise Befestigen des stiftartigen Befestigungselementes 2 bzw. des Schraubenbolzens 2b der Befestigungsschraube unter Vorspannung. Im günstigsten Fall fungiert die Trennscheibe 7 samt Schneidkante 6 sozusagen als „Guillotine”, in dem das stiftartige Befestigungselement 2 bzw. der Schraubenbolzen 2b der Befestigungsschraube entweder in einem Zuge durchtrennt wird oder gegebenenfalls in Kombination mit einem Abreißen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Montageteil
- 2
- Befestigungselement/Befestigungsschraube
- 2a
- Schraubenkopf
- 2b
- Schraubenbolzen
- 2c
- Schraubenmutter
- 3
- tragendes Bauteil
- 4
- Bohrung (Montageteil 1)
- 5
- Bohrung (tragendes Bauteil 3)
- 6
- Schneidkante
- 7
- Trennscheibe
- 8
- Axialsteg
- 9
- Stegaufnahme
- 10
- Sollbruchstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 8610402 U1 [0003]
- DE 102005005004 A1 [0003]
- DE 102005051050 A1 [0003]
- DE 1428643 A1 [0003]
