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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Rahmenstruktur mit einem Längsträger, einem Stoßfängerquerträger und einer den Stoßfängerquerträger mit dem Längsträger verbindenden Crashbox.
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Die Crashbox dient dazu, sich bei einem Zusammenstoß gezielt vor allem in Fahrzeuglängsrichtung zu verformen und dabei Aufprallenergie abzubauen. Dadurch soll der Längsträger vor Verformungen geschützt werden, so dass nach einem Zusammenstoß nur die Crashbox ausgetauscht werden muss.
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Aus
DE 10 2004 039 592 A1 ist eine Crashbox bekannt, die die Gestalt eines länglichen, mehrkantigen, hohlen Blechbauteils hat, das in Längsrichtung gegliedert ist in einen Verformungsabschnitt, einen Befestigungsabschnitt, der in den Längsträger eingeschoben ist, und einen dazwischenliegenden Übergangsbereich. Der Übergangsbereich weist eine nach außen gerichtete Materialausstellung auf, die als an der Stirnseite des Längsträgers anliegende Schulter ausgebildet ist. Die Schulter umgibt die Crashbox kragenförmig, die Eckbereiche werden jedoch ausgespart.
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Bei einem Aufprall des Fahrzeugs wird die Aufprallenergie zumindest teilweise durch eine Verformung der Crashbox dissipiert. Konstruktionsbedingt findet dabei die Verformung der Crashbox vor allem im Verformungsabschnitt statt. Bei einem heftigen Aufprall müssen jedoch große Kräfte von der Crashbox in den Längsträger eingeleitet werden. Bei
DE 10 2004 039 592 A1 erfolgt die Übertragung der auf die Crashbox einwirkenden Kräfte über die Schulter der Crashbox auf die stirnseitigen Kanten des Längsträgers und damit in die Seitenwandungen des Längsträgers. Die Eckbereiche der Stirnseite werden von der Schulter ausgespart. Bei einem heftigen Aufprall kann es zu einem Eindringen der Schulter in die stirnseitigen Kanten des Längsträgers kommen oder es kann eine Verformung der Seitenwandung des Längsträgers durch mechanische Überlastung auftreten. Eine kostengünstige Reparatur durch Austausch der Crashbox ist dann nicht mehr möglich.
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Aufgabe einer Ausgestaltung der Erfindung ist daher, eine Crashbox bzw. eine Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, bei der die Crashbox wirksamer als bisher eine Verformung eines Längsträgers bei einem Zusammenstoß verhüten kann.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einer Rahmenstruktur für ein Kraftfahrzeug, mit einem Längsträger, der wenigstens eine Längskante aufweist, einem Stoßfängerquerträger und einer den Stoßfängerquerträger mit dem Längsträger verbindenden Crashbox zwischen einem mit dem Längsträger steckverbundenen Befestigungsabschnitt und einem Verformurigsabschnitt wenigstens eine Schulter geformt ist und eine die Längskante des Längsträgers verlängernde Gerade die Schulter kreuzt. Dadurch kann sich die Crashbox bei einem Zusammenstoß auf der im Vergleich zu den Wänden höher belastbaren Längskante und nicht (oder nicht nur) auf den im Wesentlichen ebenen Wänden des Längsträgers abstützen.
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Die Schulter kann an einer Stirnseite des Längsträgers unmittelbar anliegen. Dadurch erfolgt bei einem Aufprall des Fahrzeugs die Krafteinleitung über die Schulter der Crashbox auf die Stirnseite des Längsträgers gezielt in dessen tragende Längskante.
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Alternativ kann die Schulter von einer Stirnseite des Längsträgers geringfügig beabstandet sein, so dass sie mit der Stirnseite in Kontakt kommt und sich an dieser abstützt, wenn der Verformungsabschnitt bei einer Kollision gestaucht wird.
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Vorzugsweise sind mehrere Schultern über den Umfang der Crashbox verteilt.
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Vorzugsweise beträgt die Zahl der Schultern wenigstens vier, in bevorzugter Weise mehr als vier.
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Der Längsträger ist vorzugsweise als geschlossenes Hohlprofil gestaltet.
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Die Gestaltung des Längsträgers erfolgt vorzugsweise durch Hydroforming.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung greift der Befestigungsabschnitt der Crashbox in den Längsträger ein.
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung umgreift der Befestigungsabschnitt der Crashbox den Längsträger außen. Eine deformierte Crashbox kann in dieser Anordnung einfacher und kostengünstiger ausgetauscht werden.
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Die Schulter wird vorzugsweise durch einen einer Stirnseite des Längsträgers zugewandten Wandabschnitt einer Sicke der Crashbox gebildet. Unter dem Begriff Sicke sind auch Materialausbuchtungen mit kurzer Längsausdehnung zu verstehen
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Die Sicke kann auch eine Längskante der Crashbox kreuzen, um sich an der Längskante des Längsträgers abzustützen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Rahmenstruktur;
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2 einen Schnitt durch die Crashbox und den Längsträger entlang der Schnittebene II-II in 1 gemäß einer ersten Ausgestaltung;
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3 einen Schnitt entlang der Schnittebene II-II gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
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4 einen Querschnitt der Crashbox entlang der Ebene IV-IV in 1;
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5 eine zu 1 analoge Ansicht einer Abwandlung der Erfindung, bei der der Befestigungsabschnitt der Crashbox in den Längsträger eingreift;
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6 einen Schnitt durch die Crashbox und den Längsträger entlang der Schnittebene V-V in 5 gemäß einer ersten Ausgestaltung;
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7 einen Schnitt entlang der Schnittebene V-V gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
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8 einen zu 4 analogen Querschnitt der Abwandlung der Erfindung entlang der Ebene VI-VI in 5.
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1 zeigt gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht das Ende eines Längsträgers 1 eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftfahrzeuges, mit einer montierten Crashbox 2 und einem an der Crashbox befestigten Stoßfängerquerträger 3. Der Längsträger 1 erstreckt sich über einen Großteil der Länge der Karosserie des Kraftfahrzeugs und reicht insbesondere nach vorn über eine Vorderachse, nach hinten über eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs hinaus. Der dargestellte Aufbau ist Teil einer Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeugs und kann an jedem Ende eines Längsträgers als Verbindung zum Stoßfängerquerträger ausgebildet werden.
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Der Längsträger 1 ist hier als geschlossenes Hohlprofil mit nahezu achteckigem Querschnitt durch Hydroforming gestaltet.
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Die Crashbox 2 ist als einteiliges, geschlossenes Hohlprofil gestaltet. Ihr Querschnitt entspricht im Wesentlichen der Querschnittsform des Längsträgers 1.
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Die Crashbox 2 gliedert sich in einen Befestigungsabschnitt 4, der auf das stirnseitige Ende des Längsträgers 1 aufgesteckt ist, den Längsträger von außen umfasst und mit Schrauben 5 und 6 an diesem befestigt ist, sowie einen Verformungsabschnitt 7, an dessen vom Längsträger 1 abgewandten Ende der Stoßfängerquerträger 3 montiert ist.
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Zwischen Befestigungsabschnitt 4 und Verformungsabschnitt 7 ist auf vorzugsweise mehreren Längskanten 8 der Crashbox 2 jeweils eine Schulter 9 ausgeformt, die in die Crashbox 2 hineinweist. Die Lage der Schultern 9 ist in identischer Weise so gewählt, dass jeweils eine eine Längskante 10 des Längsträgers 1 verlängernde Gerade eine Schulter 9 kreuzt. 2 stellt dies an einem Querschnitt durch die Crashbox 2 und den Längsträger 1 entlang einer Längskante 10 des Längsträgers 1 in der Schnittebene II-II in 1 dar.
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In 2 liegt die der Befestigungsabschnitt 4 der Crashbox 2 an einer Außenseite 16a des Längsträgers 1 und die Schulter 9 an einer Stirnseite 11 desselben an. Vorzugsweise, um eine sichere Abstützung am Längsträger 1 zu gewährleisten, erstreckt sich die Schulter 9 über die Innenfläche 16b hinweg bis vor den inneren Hohlraum des Längsträgers 1.
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In einer alternativen Ausgestaltung können die Schultern 9 dergestalt von der Stirnseite 11 beabstandet sein, dass sie erst beim Aufprall durch ein Verschieben oder eine Verformung der Crashbox 2 in Fahrzeuglängsrichtung mit der Stirnseite 11 des Längsträgers 1 in Kontakt gebracht werden.
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Bei einer Ausgestaltung, bei der die Schultern 9 dergestalt von der Stirnseite 11 beabstandet sind, dass sie erst beim Aufprall durch ein Verschieben der Crashbox 2 in Fahrzeuglängsrichtung mit der Stirnseite 11 des Längsträgers in Kontakt gebracht werden, kann die Festigkeit der Schrauben 5 und 6 so gewählt werden, dass diese beim Aufprall abscheren und sich die Crashbox 2 über den Längsträger 1 schieben kann, ohne dass es zu einer Deformation des Längsträgers 1 im Verschraubungsbereich kommt.
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Jede Schulter 9 kann als Teil einer Materialausbuchtung oder kurzen Sicke ausgeformt sein. In 2 ist die Schulter 9 Teil einer Sicke 12, deren Kontur im Querschnitt annähernd trapezförmig ist. Eine alternative Form mit engem Radius ist in 3 in der Schnittebene II-II dargestellt. Es ist jedoch auch eine Vielzahl anderer Formen von Sicken oder Materialausbuchtungen möglich. Dabei sollte die dem Längsträger 1 zugewandte Schulter 9 im Wesentlichen orthogonal zum Befestigungsabschnitt 4 der Crashbox ausgestellt sein, damit sie bei einem Aufprall mit der Stirnseite 11 des Längsträgers 1 so in Kontakt gebracht wird, dass sich die Crashbox 2 auf der Stirnseite 11 abstützt, ohne in den Längsträger 1 einzudringen. Die Ausdehnung der Schultern 9 senkrecht zum Befestigungsabschnitt 4 sollte so groß sein, dass der Punkt 13 der maximalen Ausdehnung auf oder außerhalb der gedachten Verlängerungsgeraden 14 der Wandung des Längsträgers 1 liegt.
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4 zeigt eine bevorzugte Anordnung der Schultern 9 auf dem Umfang 15 der Crashbox 1 anhand eines Querschnitts entlang der Ebene IV-IV in 1. Vier Schultern 9 sind am Umfang der Crashbox 1 verteilt. Die strichpunktierte Linie stellt den Umriss des Befestigungsabschnitts 21 der Crashbox 2 dar.
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5. zeigt für eine zweite Ausgestaltung der Erfindung das Ende eines Längsträgers 17 mit einer montierten Crashbox 18 und einem an der Crashbox befestigten Stoßfängerquerträger 19.
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Der Längsträger 17 kann als mehrteiliges Blechteil gestaltet sein. Hier ist er aus einem Außen- und einem Innenteil zusammengesetzt, die an entlang des Längsträgers 17 nach oben und unten abstehenden Flanschen miteinander verschweißt sind. Der Querschnitt an der offenen Stirnseite 20 ist hier als unregelmäßiges Viereck ausgebildet. Andere Querschnittsformen sind als Alternativen denkbar.
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Die Crashbox 18 ist als geschlossenes Hohlprofil gestaltet. Sie gliedert sich in einen Befestigungsabschnitt 21, der an der Stirnseite 20 in das offene Ende des Längsträgers 17 eingreift, an dessen Innenseite 16b anliegt, vom Längsträger formschlüssig umfasst ist und mit Schrauben 22 und 23 an diesem fixiert ist sowie einen Verformungsabschnitt 24, an dem der Stoßfängerquerträger 19 montiert ist.
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Zwischen Befestigungsabschnitt 21 und Verformungsabschnitt 24 ist auf vorzugsweise mehreren Längskanten 25 der Crashbox 18 jeweils eine Schulter 26 ausgeformt, die aus dem Hohlprofil herausragt. Die Lage der Schultern 26 ist wie bei der Ausgestaltung der 1 so gewählt, dass jeweils eine eine Längskante 27 des Längsträgers 17 verlängernde Gerade eine Schulter 26 kreuzt. 6 stellt dies detaillierter an einem Querschnitt durch die Crashbox 18 und den Längsträger 17 entlang einer Längskante 25 des Längsträgers in der Schnittebene V-V in 5 dar. Die Schulter 26 kann nach außen über die Außenfläche 16a des Längsträgers 17 hinaus vorspringen.
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In 6 liegt die Schulter 26 an der Stirnseite 20 des Längsträgers 17 an. In einer alternativen Ausgestaltung können die Schultern 26 dergestalt von der Stirnseite 20 beabstandet sein, dass sie erst beim Aufprall durch ein Verschieben oder eine Verformung der Crashbox 18 in Fahrzeuglängsrichtung mit der Stirnseite 20 des Längsträgers 17 in Kontakt gebracht werden.
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Bei einer Ausgestaltung, bei der die Schultern 26 dergestalt von der Stirnseite 20 beabstandet sind, dass sie erst beim Aufprall durch ein Verschieben der Crashbox 18 in Fahrzeuglängsrichtung mit der Stirnseite 20 des Längsträgers in Kontakt gebracht werden, kann die Festigkeit der Schrauben 22 und 23 so gewählt werden, dass diese beim Aufprall zunächst abscheren und sich die Crashbox 18 in den Längsträger 17 hineinschiebt, ohne diesen zu verformen, und die Stauchung des Verformungsabschnitts 24 spätestens dann einsetzt, wenn die Schultern 26 an die Stirnseite 20 anschlagen.
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Jede Schulter 26 kann als Teil einer Materialausbuchtung oder kurzen Sicke ausgeformt sein. In 6 ist die Schulter 26 Teil einer Sicke 28, deren Kontur im Querschnitt annähernd trapezförmig ist. Eine alternative Form mit engem Radius ist in 7 in der Schnittebene V-V dargestellt. Es ist jedoch auch eine Vielzahl anderer Formen von Sicken oder Materialausbuchtungen möglich. Dabei sollte die dem Längsträger 17 zugewandte Schulter 26 im Wesentlichen orthogonal zum Befestigungsabschnitt 21 der Crashbox ausgestellt sein, damit sie bei einem Aufprall mit der Stirnseite 20 des Längsträgers 17 so in Kontakt gebracht wird, dass sich die Crashbox 18 auf der Stirnseite 20 abstützt, ohne von dem Längsträger 17 aufgeweitet zu werden. Die Ausdehnung der Schultern 26 senkrecht zum Befestigungsabschnitt 21, sollte so groß sein, dass der Punkt 29 der maximalen Ausdehnung auf oder jenseits einer die Außenseite der Wandung des Längsträgers 17 verlängernden Gerade 30 liegt.
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8 zeigt eine bevorzugte Anordnung der Schultern 26 auf dem Umfang 31 der Crashbox anhand eines Querschnitts durch die in 5 mit VI-VI bezeichnete Ebene. Die strichpunktierte Linie stellt den Querschnitt des von den Sicken freiten Befestigungsabschnitts 21 der Crashbox 18 dar.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren 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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Längsträgers
- 2
- Crashbox
- 3
- Stoßfängerquerträger
- 4
- Befestigungsabschnitt
- 5
- Schraube
- 6
- Schraube
- 7
- Verformungsabschnitt
- 8
- Längskanten
- 9
- Schulter
- 10
- Längskante
- 11
- Stirnseite
- 12
- Sicke
- 13
- Punkt
- 14
- Verlängerungsgerade
- 15
- Umfang
- 16a
- Außenseite
- 16b
- Innenseite
- 17
- Längsträgers
- 18
- Crashbox
- 19
- Stoßfängerquerträger
- 20
- Stirnseite
- 21
- Befestigungsabschnitt
- 22
- Schraube
- 23
- Schraube
- 24
- Verformungsabschnitt
- 25
- Längskante
- 26
- Schulter
- 27
- Längskante
- 28
- Sicke
- 29
- Punkt
- 30
- Verlängerungsgerade
- 31
- Umfang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004039592 A1 [0003, 0004]
