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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Längsträger, einem Stoßfänger und einer Crashbox, die den Stoßfänger mit dem Längsträger verbindet und vorgesehen ist, um im Falle eines Zusammenstoßes durch Verformung Aufprallenergie zu dissipieren und dadurch eine nur unter großen Schwierigkeiten wieder zu behebende Verformung des Längsträgers zu vermeiden.
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In
DE 10 2004 060 088 B3 sind verschiedene Ausgestaltungen von Crashboxen und ihrer Verbindungen zu einem Längsträger beschrieben. Einer ersten dort beschriebenen Ausgestaltung zufolge umfasst die Crashbox zwei rinnenförmige Elemente mit einem U-förmigen, jeweils eine vertikale Wand und zwei horizontale Wände umfassenden Querschnitt. In einem Hauptabschnitt der Crashbox überlappen horizontalen Wände der rinnenförmigen Elemente miteinander und sind paarweise miteinander verschweißt; in einem in den Längsträger eingreifenden Verankerungsabschnitt der Crashbox sind sie untereinander unverbunden, um beim Festschrauben der Crashbox im Längsträger auseinanderrücken und so eine dichte Anlage der vertikale Wänden der beiden rinnenförmigen Elemente an entsprechenden Wänden des Längsträgers zu ermöglichen. Die breiten, auch im Verankerungsabschnitt miteinander überlappenden horizontalen Wände verleihen der Crashbox in Fahrzeugquerrichtung eine erhebliche Steifigkeit, so dass die vertikalen Wände des Verankerungsabschnitts nur mit erheblichem Kraftaufwand und unter Ausübung einer erheblichen Spannung auf die die rinnenförmigen Elemente im Hauptabschnitt verbindenden Schweißpunkte an den Seitenwänden des Längsträgers zur Anlage gebracht werden können. Durch Fertigungstoleranzen beim Schweißen kann der Abstand zwischen den vertikalen Wänden der rinnenförmigen Elemente variieren und dementsprechend variabel ist die Kraft, die erforderlich ist, um im Verankerungsabschnitt einen flächigen Kontakt mit den Seitenwänden des Längsträgers herzustellen. Wenn diese Kraft zu groß ist und die Befestigung des Verankerungsabschnitts im Längsträger zu einer Verformung des letzteren führt, so besteht die Gefahr, dass bei einer Kollision die Crashbox ihre Aufgabe nicht korrekt erfüllt und der Längsträger vorzeitig in Mitleidenschaft gezogen wird.
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Eine zweite aus dem oben zitierten Dokument bekannte Crashbox umfasst zwei rinnenförmige Elemente, die im Hauptabschnitt über randseitlich abstehende Flansche verbunden sind, in dem über das Ende des Längsträgers geschobenen Verankerungsabschnitt berühren die randseitlich abstehenden Flansche einander nicht, um dazwischen Platz zu lassen für miteinander verbundene, abstehende Flansche des Längsträgers. Eine solche Crashbox ist aufwendig zu formen, da ihr Querschnitt mit engen Toleranzen an die Kontur des Längsträgers angepasst sein muss, um ohne übermäßige plastische Verformung einen großflächigen, stabilen Kontakt zwischen den vertikalen Wänden der Crashbox und denen des Längsträgers herstellen zu können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem eine Crashbox sowohl in der Fertigung als auch in der Montage einfach, preiswert und wirksam ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Kraftfahrzeug mit einem Längsträger, einem Stoßfänger und einer aus zwei rinnenförmigen Elementen zusammengefügten Crashbox, die den Stoßfänger mit dem Längsträger verbindet, indem ein Verankerungsabschnitt der Crashbox in ein offenes Ende des Längsträgers eingeschoben ist, in einem über den Längsträger vorspringenden Hauptabschnitt der Crashbox die rinnenförmigen Elemente über randseitig überstehende Flansche miteinander verbunden sind, die am Übergang vom Hauptabschnitt zum Verankerungsabschnitt enden. Die randseitig abstehenden Flansche können zuverlässig miteinander in Kontakt gebracht und miteinander verbunden, insbesondere verschweißt werden, auch wenn die Querschnitte der sich jeweils zwischen den Flanschen erstreckenden rinnenförmigen Elemente voneinander fertigungsbedingt abweichen. Das Fehlen der abstehenden Flansche im Verankerungsabschnitt erlaubt es, diesen in den Längsträger einzuschieben; da außerdem die rinnenförmigen Elemente im Verankerungsabschnitt aufgrund des Fehlens der Flansche flexibler sind als im Hauptabschnitt, können sie mit relativ geringem Kraftaufwand und dementsprechend geringer Gefahr einer Verformung des Längsträgers an diesem befestigt werden.
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Die rinnenförmigen Elemente können insbesondere aus Stahl oder Aluminium geformt sein; im Rahmen der Erfindung ist Stahl bevorzugt, zum einen, da Bauelemente aus Stahl im Allgemeinen preiswerter verfügbar sind als solche aus Aluminium bei gleicher Belastbarkeit, zum anderen, weil auch die Längsträger im Allgemeinen aus Stahl bestehen und bei Werkstoffgleichheit keine Gefahr beschleunigter Korrosion durch Ausbildung eines galvanischen Elements zwischen Crashbox und Längsträger zu befürchten ist.
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Wenigstens eines, vorzugsweise beide rinnenförmigen Elemente sollten im Längsschnitt Wellen aufweisen, um eine Belastung, oberhalb derer eine plastische Verformung der Crashbox einsetzt, reproduzierbar einzustellen.
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Zweckmäßig ist insbesondere, wenn die Amplitude der Wellen in Längsrichtung der Crashbox veränderlich ist und vorzugsweise vom Längsträger zum Stoßfänger hin zunimmt. Die plastische Verformung setzt dann jeweils an den Wellen mit der größte Amplitude ein und kann sich je nach Stärke der Belastung auf weitere Wellen ausdehnen. So kann sich im Idealfall eine Stauchung je nach Stärke des Zusammenstoßes mehr oder weniger weit über die Crashbox hinweg ausbreiten.
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Vorzugsweise sind die Wellen lokal kongruent; dies erlaubt es, sie trotz unterschiedlicher Amplitude mit einem gleichen Werkzeug zu formen, indem lediglich die Auslenkung des Werkzeugs variiert wird.
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Die miteinander verbundenen Flansche der zwei rinnenförmigen Elemente sollten vorzugsweise mit jeweils miteinander überlappenden Kerben versehen sein, um ein Einknicken auch der Flansche unter Last zu erleichtern.
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Um ein reproduzierbares Nachgeben der Crashbox und ggf. insbesondere einen Beginn des Nachgebens in Höhe der Welle mit der höchsten Amplitude zu gewährleisten, ist der Abstand zwischen zwei dieser Kerben vorzugsweise gleich der Länge der Wellen der rinnenförmigen Elemente oder einem ganzzahligen Bruchteil davon gewählt.
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Im Verankerungsabschnitt sollten die zwei rinnenförmigen Elemente untereinander unverbunden sein; vorzugsweise berühren sie einander dort nicht.
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Zur Erleichterung des Zusammenfügens kann ein Einbauhilfsmittel vorgesehen sein, das zwei an Innen- und Außenseite eines rinnenförmigen Elements im Verankerungsabschnitt anliegende Platten umfasst, wobei eine Mutter zum Festschrauben des rinnenförmigen Elements am Längsträger an der an der Innenseite anliegenden Wand des Einbauhilfsmittels befestigt ist. Indem ein solches Einbauhilfsmittel über eine Wand des rinnenförmigen Elements gestülpt wird, kann auf eine vorherige Befestigung der Mutter an dem rinnenförmigen Element verzichtet werden, und ggf. können Fertigungstoleranzen vor oder während des Festschraubens durch Verschieben der Mutter ausgeglichen werden.
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Vorzugsweise ist das Einbauhilfsmittel am rinnenförmigen Element klemmend gehalten. So genügt es, das Einbauhilfsmittel auf das rinnenförmige Element aufzustecken, um die Mutter für den nachfolgenden Schritt des Festschraubens zu positionieren.
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Um die Schraube aufzunehmen, haben das rinnenförmige Element und die Platten des Einbauhilfsmittels vorzugsweise überlappende Bohrungen.
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Die an der Außenseite anliegende Platte des Einbauhilfsmittels kann einen nach außen abgewinkelten Randsteg aufweisen, um die Einschubtiefe des Verankerungsabschnitts in den Längsträger durch Anschlagen an dessen Vorderkante zu begrenzen.
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Vordere Kanten beider rinnenförmigen Elemente sind vorzugsweise am Stoßfänger verschweißt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Stoßfängers mit zwei Crashboxen gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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2 eine perspektivische Ansicht einer isolierten Crashbox;
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3 eine Seitenansicht der Crashbox aus 2;
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4 eine Draufsicht auf die Crashbox aus 2;
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5 einen schematischen Längsschnitt eines rinnenförmigen Elements einer Crashbox gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
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6 einen Querschnitt durch den in einem Längsträger befestigten Verankerungsabschnitt einer Crashbox;
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7 eine perspektivische Ansicht eines Stoßfängers mit Crashboxen gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung; und
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8 einen schematischen partiellen Längsschnitt des in einen Längsträger eingeschobenen Verankerungsabschnitts gemäß der dritten Ausgestaltung.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht von außen einen Stoßfänger 1 eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit zwei an seiner Rückseite befestigten Crashboxen 2. Der Stoßfänger 1 ist hier ein einfaches einwandiges Stahlprofil von im Wesentlichen C-förmigem Querschnitt mit einer durch zwei sich in Fahrzeugsquerrichtung zwischen den Crashboxen 2 eingeprägte Sicken 4 versteiften Frontplatte 3 und vom oberen und unteren Rand der Frontplatte 3 aus zum Fahrzeuginneren hin horizontal abgewinkelten Flanken 5. Die Crashboxen 2 greifen von der Fahrzeuginnenseite her in den von der Frontplatte 3 und den Flanken 5 begrenzten Hohlraum an der Rückseite des Stoßfängers 1 ein und sind dort verschweißt.
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Die Crashboxen 2 umfassen ihrerseits jeweils zwei im Wesentlichen rinnenförmige Elemente, die wie der Stoßfänger 1 aus Stahlblech geformt sind und von denen jeweils ein zur Fahrzeugaußenseite hin angeordnetes mit 6 und ein zur Fahrzeugmitte hin angeordnetes mit 7 bezeichnet ist. Die rinnenförmigen Elemente 6, 7 weisen jeweils, wie insbesondere in 2 zu erkennen, eine großflächige vertikale Wand 8 und an deren oberen und unteren Rand abgewinkelte horizontale Flanken 9, 10 auf. An einem dem Stoßfänger 1 zugewandten Abschnitt 11 (siehe 1), im Folgenden auch als Hauptabschnitt bezeichnet, der Crashbox 2 sind an den einander zugewandten Rändern der horizontalen Flanken 9, 10 der Elemente 6, 7 streifenförmige, miteinander verschweißte Flansche 12 abgewinkelt.
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Die vertikale Wand 8 beider Elemente 6, 7 ist im Hauptabschnitt 11 im Längsschnitt wellenförmig. In einem dem Stoßfänger 1 abgewandten Abschnitt, als Verankerungsabschnitt 13 bezeichnet, fehlen die Flansche 12, und die vertikalen Wände 8 verlaufen im Längsschnitt geradlinig.
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Wie insbesondere in 3 zu erkennen, sind die Flansche 12 in gleichmäßigen Abständen d durch Kerben 14 unterteilt. Der Abstand der Kerben 14 entspricht der Länge der in den vertikalen Wänden 8 geformten Wellen; im vorliegenden Fall liegen die Kerben 14 jeweils in Ebenen, die auch durch die am weitesten von der durch die sich berührenden Flansche 12 definierten Mittelebene der Crashbox 2 ausgelenkten Scheitelpunkte 15 der in den Wänden 8 geformten Wellen verlaufen. Die Aufgabe der Wellen ist, bei Längsbeanspruchung der Crashbox 2 im Falle eines Zusammenstoßes eine Verformung der Crashbox 2 zu ermöglichen, indem die Wellen ziehharmonikaartig gestaucht werden, und die Kraft, bei der eine solche Verformung einsetzt, reproduzierbar einzustellen. Die jeweils im gleichen Abstand d wie die Scheitelpunkte 15 angeordneten Kerben 14 erleichtern es auch den miteinander verschweißten Flanschen 12, der Beanspruchung nachzugeben. Beim Stauchen der Crashbox 2 weichen die Kerben 14 in der Regel jeweils abwechselnd nach unten und nach oben aus, so dass Abschnitte der Flansche 12, die auf verschiedenen Seiten einer gleichen Kerbe 14 liegen, jeweils gegensinnig rotieren.
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Einer Weiterbildung zufolge könnten zwischen je zwei der in 3 gezeigten Kerben 14 weitere Kerben in den Flanschen 12 gebildet sein, insbesondere auf halbem Wege zwischen je zweien der Kerben 14, in einer Ebene mit den jeweils zu der Mittelebene am nächsten benachbarten Scheitelpunkten 16 der Wellen. Da bei einer Stauchung der Crashbox 2 die Scheitelpunkte 15 dazu neigen, auseinanderzurücken, können dann die mit ihnen in einer gleichen Ebene liegenden Kerben 14 aufeinander zurücken, während die jeweils in der Ebene der bei Stauchung aufeinander zurückenden Scheitelpunkte 16 liegenden Kerben auseinanderrücken können.
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In der Draufsicht der 4 erkennt, man dass die Wellen in den vertikalen Wänden 8 eines jeden rinnenförmigen Elements 6 bzw. 7 kongruent sind, und dass lediglich das aufgrund der Krümmung des Stoßfängers 1 etwas längere innere Element 7 eine Welle mehr aufweist als das außen liegende Element 6.
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5 zeigt einen Längsschnitt durch ein rinnenförmiges Element 6 gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Die Wellen haben hier jeweils die Form von kreisbogenförmigen Vertiefungen 17 und dazwischenliegenden ebenen Abschnitten 18 in der ansonsten ebenen vertikalen Wand 8, wobei die Tiefe dieser Vertiefungen 17 vom Verankerungsabschnitt 13 zu dem am Stoßfänger 1 angreifenden linken Ende des Elements 6 zunimmt. Der Krümmungsradius ist bei allen Vertiefungen 17 derselbe, da sie durch Eindrücken eines gleichen Stempels 19 mit jeweils unterschiedlicher Tiefe in die Wand 8 erhalten sind. Die Kontur der hintersten, flachsten Vertiefung 17 findet sich daher, wie in der Figur durch strichpunktierte Linienpaare angedeutet, in einem zentralen Bereich jeder anderen Vertiefung 17 kongruent wieder. Randabschnitte 20, die an diesen zentralen kongruenten Bereich anschließen, sind von hinten nach vorn immer weiter gegen die Fahrzeuglängsrichtung ausgelenkt, sodass die Kraft, bei der eine plastische Verformung einsetzt, von hinten nach vorn jeweils von einer Vertiefung 17 zur nächsten geringer wird. Im Falle einer Kollision kollabieren daher die Vertiefungen 17 der Reihe nach von vorn nach hinten, so dass eine grolle Energiemenge dissipiert werden kann, bevor auch ein Längsträger, an dem die Crashbox 2 befestigt ist, in Mitleidenschaft gezogen wird.
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6 verdeutlicht die Art der Befestigung der Crashbox 2 in dem Längsträger anhand eines Querschnitts durch die in 3 mit VI-VI bezeichnete Ebene. Man erkennt hier die im Verankerungsabschnitt 13 ebenen vertikalen Wände 8 und horizontalen Flanken 9, 10 der beiden rinnenförmigen Elemente 6, 7. Der Längsträger 21, in dem der Verankerungsabschnitt 13 aufgenommen ist, ist in ähnlicher Weise wie die Crashbox 2 in ihrem Hauptabschnitt 11 durch zwei rinnen- oder hutförmige Profilelemente 22, 23 gebildet, deren nach unten und oben abgewinkelte Ränder jeweils aneinander verschweißte Flansche 24 bilden. Die vertikalen Wände 8 sind mit Hilfe von Schrauben 25 fest gegen vertikale Wände 26 der Profilelemente 22, 23 gedrückt gehalten, wobei die Schrauben 24 durch Bohrungen 27, 28 der Wände 26, 8 hindurch in an der Innenseite der Wände 8 fixierte, z. B. verlötete, Muttern 29 eingreifen. Da die rinnenförmigen Elemente 6, 7 im Verankerungsabschnitt 13 untereinander unverbunden sind, können sie der beim Anziehen der Schrauben 25 auf sie ausgeübten Kraft relativ leicht nachgeben, ohne dass eine Gefahr einer Verformung des Längsträgers 20 besteht.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht des Stoßfängers 1 und daran befestigter Crashboxen 2 gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung. Deutlich zu erkennen sind hier Schweißnähte 30, die die Crashboxen an der Rückseite der Frontplatte 3 des Stoßfängers 1 befestigen. Die rinnenförmigen Elemente 6, 7, aus denen die Crashboxen 2 zusammengefügt sind, haben dieselbe Gestalt wie bei der ersten Ausgestaltung der 1–4. Anders als in der ersten Ausgestaltung sind jedoch die Muttern 29, durch die in dem Verankerungsabschnitt 13 im Längsträger 20 befestigt wird, nicht wie in 6 an den Elementen 6, 7 befestigt, sondern an aus dünnwandigem Blech haarnadelförmig gebogene Einbauhilfsmitteln 31, die in 7 in perspektivischer Ansicht und in 8 in einem Längsschnitt gezeigt sind. Die auf das vom Stoßfänger 1 abgewandte Ende jeder vertikalen Wand 8 der Crashbox 2 aufgesteckten Einbauhilfsmittel 31 haben im Längsschnitt eine haarnadelartige Gestalt, mit zwei über eine enge 180°-Biegung 32 verbundenen Platten 33, 34, die jeweils im Innern bzw. an einer Außenseite der Crashbox 2 an der Wand 8 anliegen. Die äußere Platte 33 weist an ihrer der Biegung 32 gegenüberliegenden Wand einen nach außen abgewinkelten Randsteg 35 auf. Die Platten 33, 34 haben jeweils zwei Paare von miteinander fluchtenden Bohrungen, von denen ein Paar, mit 36, 37 bezeichnet, in 8 im Schnitt gezeigt ist. An der Bohrung 36 der inneren Platte 32 ist eine der Muttern 29 befestigt.
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Beim Zusammenbau des Kraftfahrzeugs werden zunächst die Einbauhilfsmittel 31 auf die Wände 8 der Crashboxen 2 aufgesteckt, und dann werden die Verankerungsabschnitte 13 zusammen mit den Einbauhilfsmitteln 31 in die Längsträger 21 der Kraftfahrzeugkarosserie eingeschoben, bis die Randstege 35, wie in 8 gezeigt, an einer Vorderkante 38 der Wände 26 des Längsträgers 21 anschlagen. In dieser Stellung überlappen die Bohrungen 36, 37 des Einbauhilfsmittels 30 mit den Bohrungen 27, 28 der Wand 8 und des Längsträgers 21. Die Bohrung 28 der Wand 8 kann deutlich größer sein als die Bohrung 27 des Längsträgers 21, um trotz Fertigungstoleranzen der Crashbox 2 und des Längsträgers 21 sicherzustellen, dass die Überlappung beider groß genug ist, um eine Schraube 25 passieren zu lassen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Einbauhilfsmittel 31 noch nicht zwischen der Wand 8 und den Längsträger 21 geklemmt und kann begrenzt verschoben werden, um die Mutter 29 so auszurichten, dass sich ihre Gewindebohrung vollständig mit der Bohrung 27 überschneidet und die durch die Bohrung 27 eingeführte Schraube 25 das Gewinde problemlos zu fassen bekommt und festgezogen werden kann. Erst durch das Festziehen der Schraube 25 wird auch das Einbauhilfsmittel 31 zwischen den Längsträger 21 und der Crashbox 2 fest eingespannt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stoßfänger
- 2
- Crashbox
- 3
- Frontplatte
- 4
- Sicke
- 5
- Flanke
- 6
- rinnenförmiges Element
- 7
- rinnenförmiges Element
- 8
- vertikale Wand
- 9
- horizontale Flanke
- 10
- horizontale Flanke
- 11
- Abschnitt (Hauptabschnitt)
- 12
- Flansch
- 13
- Verankerungsabschnitt
- 14
- Kerbe
- 15
- Scheitelpunkt
- 16
- Scheitelpunkt
- 17
- Vertiefung
- 18
- Abschnitt
- 19
- Stempel
- 20
- Wandabschnitt
- 21
- Längsträger
- 22
- rinnenförmiges Profilelement
- 23
- rinnenförmiges Prfoilelement
- 24
- Flansch
- 25
- Schraube
- 26
- vertikale Wand
- 27
- Bohrung
- 28
- Bohrung
- 29
- Mutter
- 30
- Schweißnähte
- 31
- Einbauhilfsmittel
- 32
- Biegung
- 33
- Platte
- 34
- Platte
- 35
- Randsteg
- 36
- Bohrung
- 37
- Bohrung
- 38
- Vorderkante
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004060088 B3 [0002]
