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Die Erfindung betrifft eine Stoßfängereinheit für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Bei modernen Kraftfahrzeugen ist ein wesentlicher Aspekt bei der Planung die Gestaltung der Knautschzonen, also der Bereiche bzw. Bauteile des Fahrzeugs, die bei einem Unfall durch Verformung Energie aufnehmen und somit andere Fahrzeugbereiche sowie insbesondere die Insassen vor Schaden schützen. Wesentlich sind hierbei u.a. die Stoßfänger, die in Fahrtrichtung vorne und hinten angeordnet sind und sich im Wesentlichen quer zur Fahrtrichtung erstrecken. Bei einem typischen Konstruktionskonzept ist hierbei der eigentliche Stoßfänger oder Stoßfängerquerträger über Energieabsorptionselemente (bspw. Crashboxen, Crashtubes oder Knautschdosen), die auch als Knautschelemente bezeichnet werden können, mit einer Fahrzeugstruktur, z.B. den Längsträgern, verbunden. Hierbei kann der Stoßfängerquerträger selber aufgrund seiner Formgebung und/oder des verwendeten Materials stabiler ausgelegt sein, während die Energieabsorptionselemente, die sich in etwa in Fahrtrichtung erstrecken, weniger stabil sind. Diese können bspw. aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung bestehen und verformen sich vergleichsweise leicht, wenn über den Stoßfänger eine Kraft auf sie ausgeübt wird. Insbesondere bei Auffahrunfällen mit geringer Geschwindigkeit kann so idealerweise die Verformung im Wesentlichen auf die Energieabsorptionselemente beschränkt bleiben, während die Fahrzeugstruktur unbeschädigt bleibt. Dies reduziert selbstverständlich die Reparaturkosten erheblich. Der Stoßfänger kann ggf. auch einteilig mit den Energieabsorptionselementen ausgebildet sein. Die eigentliche Anbindung an den Fahrzeugrahmen erfolgt üblicherweise über Verbindungsplatten, die an die Energieabsorptionselemente angeschweißt sind und mit der Fahrzeugstruktur, bspw. einem Längsträger, verbunden werden können, bspw. durch Anschrauben.
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Sicherheitstechnisch bilden die sogenannten SORB-Kollisionen (small offset rigid barrier) eine besondere Herausforderung. Hierbei kollidiert das Fahrzeug mit einem zur Fahrzeugmitte deutlich versetzten Hindernis bzw. anderen Fahrzeug, wobei eine nur geringe Überlappung besteht. Das eigentliche Auftreffen kann sogar außenseitig des jeweiligen Knautschelements erfolgen, so dass die Gefahr besteht, dass dieses nur vergleichsweise wenig Energie aufnimmt, während das kollidierende Hindernis weit vordringen kann, ggf. bis in den Bereich des Vorderrades. Dies kann zu weiteren Deformationen führen, die sich bis in den Fahrerinnenraum fortsetzen können. Ein grundlegendes Problem in diesem Zusammenhang ist, dass derjenige Teil des Stoßfängerquerträgers, der außenseitig des Knautschelements angeordnet ist und somit bei einer SORB-Kollision primär Kontakt mit dem Hindernis hat, sich zu leicht verformt, um bspw. eine effektive Energieaufnahme oder auch eine seitliche Ablenkung des Fahrzeugs von dem Hindernis zu bewirken. Im Stand der Technik ist versucht worden, dies einerseits durch das Vorsehen von Ablenkblechen, Prallblechen oder ähnlichen Strukturen, die seitlich an den Stoßfängerquerträger angesetzt sind, zu beheben, andererseits durch eine Verbindung zwischen dem Stoßfängerquerträger (bzw. hieran angesetzten Seitenteilen) und einem Längsträger, an den der Stoßfängerquerträger über ein Knautschelement angebunden ist. Durch letztere Maßnahme wird versucht, eine Umlenkung der einwirkenden Kraft zu erreichen, wobei der Querträger idealerweise durch eine seitlich einwirkende Kraft verformt wird und somit Energie aufnimmt. Problematisch ist bei all diesen Maßnahmen, dass zum einen das Fahrzeuggewicht sich nicht übermäßig erhöhen darf, zum anderen das Crashverhalten bei SORB-Kollisionen nicht auf Kosten des Crashverhaltens in anderen Situationen verbessert werden soll. D.h. die zusätzlichen bzw. modifizierten Elemente dürfen nicht das sonstige Crashverhalten, insbesondere die Funktion der Knautschelemente, beeinträchtigen.
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Die
US 2014 / 0 312 637 A1 sowie die
US 2014 / 0 091 585 A1 zeigen eine Baugruppe eines Fahrzeugs mit einem Längsträger sowie einer Stoßstange, die eine Stoßstangenverlängerung aufweist, die sich seitlich außerhalb des Längsträgers erstreckt. Weiterhin umfasst die Baugruppe ein Verbindungselement, das mit einem inneren Anbindungsabschnitt mit dem Längsträger und mit einem äußeren Anbindungsabschnitt mit der Stoßstange verbunden ist. Die genannten Verbindungen sind als Scharnierverbindungen ausgebildet, so dass das Verbindungselement bei einem Frontalzusammenstoß gegenüber der Stoßstange sowie dem Längsträger schwenken kann und dazu dient, von der Stoßstange eine seitliche Kraft in den Längsträger einzuleiten, die zu einer Deformation desselben führt.
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Die
US 2014 / 0 361 559 A1 beschreibt eine Frontstruktur eines Kraftfahrzeugs mit einem vorderen Element, das an einem Längsträger angeordnet ist und einen energieabsorbierenden Abschnitt umfasst, und einer Stoßstange, an welcher das vordere Element befestigt ist. Weiterhin umfasst die Struktur ein erstes Lastübertragungselement, das an einer hinteren Seite des energieabsorbierenden Abschnitts, seitlich nach außen von dem vorderen Element abragt, sowie ein zweites Lastübertragungselement, das an einer vorderen Seite des energieabsorbierenden Abschnitts vom vorderen Element abragt. Bei einer Kollision mit geringem Überlappungsbereich ist vorgesehen, dass der energieabsorbierende Bereich zusammengedrückt wird, wobei das zweite Lastübertragungselement gegen das erste Lastübertragungselement geschoben wird, was zu einer seitlichen Deformation des Längsträgers führt.
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Die
US 9 010 845 B1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem seitlichen Trägerelement, z.B. einem Längsträger, einer hiermit verbundenen Stoßfängerbaugruppe, die sich in Querrichtung des Fahrzeugs erstreckt, sowie einer beweglichen Verbindungsbaugruppe, die sich zwischen dem Trägerelement und der Stoßfängerbaugruppe erstreckt. Sie besteht aus einem inneren und einem äußeren Verbindungselement, die miteinander schwenkbar verbunden sind. Ebenso ist eine schwenkbare Verbindung mit der Stoßfängerbaugruppe einerseits sowie mit dem Trägerelement andererseits gegeben. Bei einem Frontalzusammenstoß können die beiden Verbindungselemente je nach Art des Aufpralls unterschiedlich stark gegeneinander schwenken. So ist bei einem Zusammenstoß mit geringer Überlappung vorgesehen, dass die beiden Elemente so weit schwenken, dass sie aneinander anliegen und eine seitliche Kraft auf das Trägerelement übertragen wird, die dieses deformiert.
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Die
US 2015 /0 137 556 A1 offenbart eine Ablenkblechanordnung für ein Fahrzeug mit einem Stoßfänger und einem Längsträger. Die Anordnung umfasst ein Ablenkblech, das sich von seitlich außerhalb des Stoßfängers bis zu einem Außenende erstreckt und zu einem hinteren Ende in der Nähe des Längsträgers zurückkehrt, ein Führungselement, das an dem hinteren Ende befestigt ist und eine sich in Längsrichtung ersteckende Führungsfläche aufweist, sowie einen Mitnehmer, der an dem Längsträger befestigt ist von dem Führungselement aufgenommen wird. Bei einem Frontalaufprall wirken der Mitnehmer, der z.B. als Rolle ausgebildet sein kann, sowie die Führungsfläche, die z.B. als Führungsschiene ausgebildet sein kann, zur Führung des hinteren Endes zusammen. Die Ablenkblechanordnung soll bei einem Aufprall mit geringer Überlappung eine seitliche Ablenkung des Fahrzeugs ermöglichen, gleichzeitig aber nicht die Funktion einer Knautschdose beeinträchtigen.
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Die
US 8 733 823 B2 offenbart ein Stoßfängersystem für ein Kraftfahrzeug, mit einem quer zur Fahrtrichtung angeordneten Querträger und zwei parallel zur Fahrtrichtung angeordneten Längsträgern, wobei der Querträger direkt oder mittels eines Koppelelementes mit den Längsträgern verbunden ist. Der Querträger weist zwei Anbindungsabschnitte zum Anbinden an die Längsträger oder an zwei Koppelelemente auf, einen Mittelabschnitt zwischen den Anbindungsabschnitten sowie zwei Endabschnitte, die den Querträger zu den Fahrzeugseiten hin abschließen. Der Querträger ist dazu vorgesehen, im Falle eines Frontalaufpralls mit geringer Überlappung mit einem Endabschnitt einzuknicken, wobei dieser sich dabei an einem dahinter angeordneten Deformationselement abstützt.
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Die
DE 10 2007 017 857 A1 beschreibt eine Stoßfängeranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem quer zu Längsträgern des Fahrzeugs verlaufenden Stoßfängerquerträger, der einen Mittelabschnitt und über die Längsträger hinausragende Endabschnitte umfasst, die nach hinten gekrümmt oder abgewinkelt sind. Um bei einem Aufprall mit geringer Überlappung ein Abgleiten des Hindernisses von dem jeweiligen Endabschnitt zu begrenzen, weist jeder Endabschnitt an seinem äußeren Ende ein in Querrichtung des Fahrzeugs orientiertes Aufhalteelement auf. Das Aufhalteelement kann dem Endabschnitt z.B. ein S-förmiges Profil verleihen.
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Die
US 2015 / 0 097 394 A1 zeigt eine frontseitige Baugruppe eines Kraftfahrzeugs mit einem Rahmenlängsträger, einer vor diesem angeordneten Stoßstange, einem Prallblech sowie einem Greifbügel. Das Prallblech umfasst einen vorderen Schenkel, der sich außerhalb von der Stoßstange erstreckt und an dieser befestigt ist, sowie einen hinteren Schenkel, der sich von einem äußeren Ende des vorderen Schenkels zu dem Rahmenlängsträger erstreckt. Der Greifbügel ist an dem Rahmenlängsträger hinter dem hinteren Schenkel befestigt. Bei einem Frontalzusammenstoß gleitet der hintere Schenkel nach hinten am Längsträger entlang, bis er mit dem Greifbügel zusammenstößt, wodurch seine Bewegung gestoppt wird.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Bereitstellung einer Stoßfängereinheit mit optimiertem Crashverhalten im Hinblick auf Frontalzusammenstöße mit geringer Überlappung, wobei das Crashverhalten bei Zusammenstößen mit größerer Überlappung nicht beeinträchtigt wird, noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stoßfängereinheit zur Verfügung zu stellen, die ein optimales Crashverhalten bei Frontalzusammenstößen sowohl mit geringer Überlappung als auch mit größerer Überlappung zeigt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Stoßfängereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei das Dornelement einen nach hinten verlaufenden Verbindungsabschnitt, der mit dem Stoßfängerquerträger verbunden ist, sowie einen vom Verbindungsabschnitt nach außen verlaufenden Mittelabschnitt aufweist, an welchen sich der Dornabschnitt anschließt. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird eine Stoßfängereinheit für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Als Kraftfahrzeuge kommen hierbei insbesondere PKW oder LKW infrage. Die Stoßfängereinheit weist einen Stoßfängerquerträger auf, der über ein Knautschelement mit einer Fahrzeugstruktur verbunden ist. Das Knautschelement, das auch als Energieabsorptionselement bezeichnet werden kann, kann bspw. als Crashbox, Crashtube oder Knautschdose ausgebildet sein. Seine Funktion besteht darin, bei einem Unfall, insbesondere einem Auffahrunfall, sich im Vergleich zu angrenzenden Bauteilen relativ leicht zu verformen und hierdurch idealerweise angrenzende Bauteile zumindest vor plastischer Verformung zu schützen. Der Stoßfängerquerträger, der ggf. auch einfach als Stoßfänger oder Stoßstange bezeichnet werden kann, ist über das Knautschelement mit einer Fahrzeugstruktur verbunden. D.h. der Stoßfängerquerträger ist mit dem Knautschelement verbunden und dieses wiederum mit der Fahrzeugstruktur, was ausdrücklich die Möglichkeit einschließt, dass das Knautschelement einstückig mit dem Stoßfängerquerträger ausgebildet ist. Normalerweise ist der Stoßfängerquerträger mit zwei bezüglich der Fahrzeugmitte symmetrisch angeordneten Knautschelementen verbunden. Der Begriff „Fahrzeugstruktur“ umfasst hierbei insbesondere tragende Teile des Fahrzeugs, wie z.B. den Rahmen oder z.B. einen Längsträger. Typischerweise ist das Knautschelement mit einem Längsträger verbunden. In jedem Fall kann die Verbindung des Knautschelements mit der Fahrzeugstruktur indirekt gegeben sein, d.h. über ein zwischengeschaltetes Bauteil, bspw. eine Verbindungsplatte, die mit dem Knautschelement verschweißt sein kann. Bekannter Weise erstreckt sich der Stoßfänger in eingebautem Zustand quer zur Fahrtrichtung, also entlang der Y-Achse (Querachse) des Fahrzeugs, wenngleich er oftmals nicht vollständig parallel zur Y-Achse verläuft, sondern bspw. gekrümmt sein kann. Die Stoßfängereinheit ist normalerweise für den Einbau an der Front des Fahrzeugs vorgesehen. In diesem Sinne erfolgt die weitere Beschreibung entsprechend einer Konfiguration, in der sich der Stoßfängerquerträger (in Richtung der X-Achse) vor dem Knautschelement befindet, das wiederum vor der Fahrzeugstruktur angeordnet ist.
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Außenseitig des Knautschelements ist am Stoßfängerquerträger ein Dornelement angeordnet, mit einem schräg zur Fahrzeuglängsachse auf die Fahrzeugstruktur zulaufenden, von dieser beabstandeten Dornabschnitt zur Verformung der Fahrzeugstruktur. Hier, wie im folgenden bedeutet „außenseitig“ oder „außen“, dass sich das betreffende Element entlang der Y-Achse (Querachse) des Fahrzeugs auf der von der Fahrzeugmitte abgewandten Seite befindet. Entsprechend bedeutet „innenseitig“ oder „innen“, dass sich das entsprechende Element entlang der Y-Achse auf der, der Fahrzeugmitte zugewandten Seite befindet. Das Dornelement ist somit in dem Bereich des Stoßfängerquerträgers angeordnet, der seitlich über das Knautschelement hinausragt. Dieser Bereich kann ggf. sehr kurz ausgebildet sein.
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Das Dornelement weist den Dornabschnitt auf, der zur Verformung der Fahrzeugstruktur vorgesehen ist bzw. diese bewirken soll. Diese Funktion, die nachfolgend noch weiter erläutert wird, beschreibt, dass der Dornabschnitt zumindest bei geeignetem Auftreffpunkt und -winkel in der Lage ist, durch Krafteinwirkung auf die Fahrzeugstruktur diese zu verformen. Hierbei kann selbstverständlich auch eine Verformung des Dornabschnitts selbst und/oder anderer Teile des Dornelements erfolgen. Die Begriffe „Dornelement“ und „Dornabschnitt“ sind hinsichtlich der Ausgestaltung nicht einschränkend auszulegen, sondern bezeichnen lediglich die Eigenschaft, verformen und auf die Fahrzeugstruktur einwirken zu können, was mit der Funktionsweise eines Dorns verglichen werden kann. Man könnte alternativ auch bspw. von „Druckelement“ und „Druckabschnitt“ oder „Verformungselement“ und „Verformungsabschnitt“ sprechen, da das Element sowie der Abschnitt dazu vorgesehen sind, eine Kraft in die Fahrzeugstruktur einzuleiten und diese dadurch zu verformen. Der Dornabschnitt verläuft schräg zur Fahrzeuglängsachse (X-Achse) auf die Fahrzeugstruktur zu. Dies bedeutet, dass der Dornabschnitt, von vorne nach hinten betrachtet, schräg nach innen verläuft. Der Dornabschnitt muss hierbei nicht gerade sein, sondern kann bspw. auch gekrümmt oder abgewinkelt sein.
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Die Fahrzeugstruktur, also der Längsträger kann auch als Fangstruktur bezeichnet werden. Die genannte Fangstruktur, also der Längsträger dient gewissermaßen dazu, den Dornabschnitt aufzufangen, also seine Bewegung zu begrenzen oder völlig zu stoppen. Man könnte also sagen, dass die Struktur eine Art Widerlager für den Dornabschnitt bildet.
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Allerdings ist der Längsträger in nicht deformiertem Zustand bezüglich des Dornabschnitts innen angeordnet, ist also weiter innen angeordnet als der Dornabschnitt, so dass bei einer reinen Bewegung des Dornabschnitts nach hinten kein Zusammentreffen mit der Fangstruktur erfolgt. Hierzu ist es vielmehr notwendig, dass sich der Dornabschnitt deformationsbedingt nach innen bewegt (also in Richtung der Y-Achse auf die Fahrzeugmitte zu). Die genannte Bewegung kann selbstverständlich mit einer Bewegung entlang der X-Achse (insbesondere nach hinten) kombiniert sein. Im allgemeinen ist der Längsträger bezüglich des Dornabschnitts nicht nur (in Richtung der Y-Achse) weiter innen angeordnet, sondern auch (in Richtung der X-Achse) hinter diesem. Bevorzugt befindet sich der Längsträger entlang der Z-Achse (Hochachse) auf gleicher Höhe wie der Dornabschnitt.
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„Deformationsbedingt“ bedeutet, dass eine Deformation wenigstens eines Teils der Stoßfängereinheit erfolgt, bspw. des Stoßfängerquerträgers, des Knautschelements und/oder des Dornelements. Als Ergebnis dieser Deformation kann sich also der Dornabschnitt nach innen bewegen, so dass er in Y-Richtung in den Bereich des Längsträgers gelangt. Im Zuge dieser Bewegung kann der Dornabschnitt bereits in Kontakt mit dem Längsträger gelangen oder er kann zunächst noch entlang der X-Achse von dem Längsträger beabstandet sein. In jedem Fall bewirkt die Struktur, also der Längsträger, dass beim Auftreffen des Dornabschnitts dessen Bewegung nach hinten begrenzt wird. Es erfolgt somit gewissermaßen ein Verzahnen, Eingreifen oder Festsetzen des Dornabschnitts an der Fahrzeugstruktur, also an dem Längsträger. Hierdurch wird verhindert, dass der Dornabschnitt mehr oder weniger an der Fahrzeugstruktur abgleitet, ohne eine wesentliche Deformation derselben zu verursachen. In einem typischen SORB-Szenario verfehlt ein Hindernis den Bereich des Knautschelements zumindest größtenteils und trifft stattdessen auf den außen liegenden Bereich des Stoßfängerquerträgers und/oder auf das dort angeordnete Dornelement. Es erfolgt eine Deformation, die dazu führt, dass sich der Dornabschnitt nach innen bewegt und von dem Längsträger aufgehalten wird. Aufgrund der Schrägstellung des Dornabschnitts ergibt sich eine nach innen gerichtete Kraftkomponente, die vom Hindernis über den Dornabschnitt auf die Fahrzeugstruktur, also auf den Längsträger wirkt und diesen verformt. Die hierbei absorbierte Verformungsenergie sorgt dafür, dass auch in Fällen, in denen sich keine nennenswerte Verformung des Knautschelements ergibt, andere Teile des Fahrzeugs besser geschützt sind.
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Da sich der Dornabschnitt in nicht-deformiertem Zustand allerdings außen bezüglich des Längsträgers befindet, gelangt er dann nicht in Wechselwirkung mit diesem, wenn er sich nur nach hinten bewegt (oder nach hinten und nach außen). Daher wird bei einem Frontalaufprall mit größerer Überlappung, bei dem das bzw. die Knautschelemente einen Großteil der Verformungsenergie aufnehmen, der Dornabschnitt normalerweise an dem Längsträger vorbei bewegt, so dass er gewissermaßen nicht in Erscheinung tritt und die normale Verformung des Knautschelements nicht beeinträchtigt. Somit wird durch die erfindungsgemäße Stoßfängereinheit eine deutliche Verbesserung des Crashverhaltens bei SORB-Unfällen erreicht, ohne dass sich hierdurch das Crashverhalten bei Unfällen mit größerer Überlappung im Vergleich zu einer Einheit ohne das Dornelement verschlechtert.
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Prinzipiell sind Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, bei denen das Dornelement eine gewisse, wenn auch begrenzte Beweglichkeit gegenüber dem Stoßfängerquerträger aufweist. Bevorzugt ist das Dornelement allerdings starr mit dem Stoßfängerquerträger verbunden. Dies bedeutet, dass während des normalen Betriebs des Fahrzeugs, d.h. ohne Kollision, keine Relativbewegung zwischen dem Dornelement und dem Stoßfängerquerträger stattfindet. Eine solche starre Verbindung kann formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig gegeben sein. Ggf. kann das Dornelement sogar einstückig mit dem Stoßfängerquerträger ausgebildet sein. Bevorzugte Ausgestaltungen der Verbindung werden nachfolgend noch besprochen.
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Wie bereits oben dargelegt, kann das Knautschelement über eine Verbindungsplatte mit der Fahrzeugstruktur verbunden sein, bspw. durch Verschweißen. Die Verbindungsplatte kann mit einem Flansch der Fahrzeugstruktur, bspw. eines Längsträgers, verbunden sein, z.B. durch Verschrauben. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Dornabschnitt außen bezüglich der Verbindungsplatte angeordnet. Normalerweise ist der Dornabschnitt hierbei von der Verbindungsplatte beabstandet, jedenfalls nicht mit dieser verbunden. In jedem Fall befindet sich hier der gesamte Dornabschnitt (entlang der Y-Achse) weiter außen als die Verbindungsplatte. Auf diese Weise ist von vornherein ausgeschlossen, dass der Dornabschnitt bei einer deformationsbedingten Bewegung in Richtung der X-Achse (also nach hinten) mit der Verbindungsplatte kollidiert. So kann bspw. verhindert werden, dass bei einer Frontalkollision mit größerer Überlappung, bei der die Funktion des Knautschelements an sich ausreichend ist, der Dornabschnitt in unerwünschter Weise mit der Verbindungsplatte zusammenwirkt und so das Crashverhalten beeinträchtigt.
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Der Verbindungsabschnitt kann im Wesentlichen parallel zur X-Achse und insbesondere im Wesentlichen parallel zum Knautschelement verlaufen. Der Mittelabschnitt kann parallel zur Y-Achse oder auch im Winkel hierzu verlaufen. Eine Funktion des Verbindungsabschnitts ist, den Dornabschnitt hinreichend weit nach außen zu verlagern, so dass er weiter außen als die Verbindungsplatte angeordnet ist und somit außen an dieser vorbei verläuft. Die genannten drei Abschnitte können wenigstens teilweise einstückig ausgebildet sein, bspw. aus dem gleichen Blechformteil. Das Dornelement kann aus den genannten Elementen Verbindungabschnitt, Mittelabschnitt und Dornabschnitt zusammengesetzt, oder einstückig ausgeführt sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an einer Innenseite des Dornelements eine erste Leitfläche ausgebildet, die vor der Verbindungsplatte angeordnet ist und von vorne nach hinten schräg nach außen verläuft. Anders ausgedrückt, ein vorderer Teil der Leitfläche befindet sich weiter innen als ein hinterer Teil bzw. ein innerer Teil befindet sich weiter vorne als ein äußerer Teil. Die Leitfläche muss hierbei nicht eben ausgebildet sein, sondern kann bspw. eine Krümmung aufweisen. Sie ist vor der Verbindungsplatte angeordnet, wobei insbesondere wenigstens Teile der Leitfläche in Verlaufsrichtung der X-Achse vor der Verbindungsplatte liegen. Bei einem Frontalzusammenstoß mit größerer Überlappung, bei dem das Knautschelement zusammengedrückt wird, bewegt sich der Stoßfängerquerträger mit dem Dornelement auf die Verbindungsplatte zu, bis schließlich die Leitfläche auf die Verbindungsplatte trifft. Aufgrund der Neigung, also Krümmung der Leitfläche kommt es hierbei zu einer resultierenden Kraft in Querrichtung (entlang der Y-Achse), die ggf. zu einer Verformung der Verbindungsplatte führen kann, in jedem Fall aber das Dornelement oder zumindest Teile desselben nach außen biegt, also leitet. Bei geeigneter Ausgestaltung weicht das Dornelement in einem solchen Fall, in dem die Funktion des Knautschelements ausreichend ist, einfach seitlich aus, so dass der Dornabschnitt kontaktfrei zum Längsträger bleibt. D.h. es kommt zu keiner nennenswerten Beeinträchtigung der Funktion des Knautschelements. Die mit der seitlichen Ausweichbewegung bzw. Verbiegung des Dornelements verbundene Energieaufnahme kann ggf. das Crashverhalten positiv beeinflussen. Die genannte erste Leitfläche kann insbesondere am Mittelabschnitt ausgebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Dornelement eine vor dem Dornabschnitt angeordnete, sich von innen nach außen erstreckende Anlagefläche auf. Die genannte Anlagefläche ist in X-Richtung vor dem Dornabschnitt angeordnet, was die Möglichkeit einschließt, dass sie an dessen Vorderseite ausgebildet ist. Die Anlagefläche erstreckt sich von innen nach außen, hat also von vorne betrachtet zumindest eine gewisse Ausdehnung. Sie kann hierbei wenigstens abschnittsweise eben ausgebildet sein, dies ist allerdings nicht unbedingt notwendig. Wenigstens abschnittsweise kann sich die Anlagefläche parallel zur Y-Z-Ebene erstrecken oder mit dieser einen Winkel von weniger als 30° einschließen. Die Funktion der Anlagefläche besteht darin, ein besseres Eingreifen mit einem kollidierenden Hindernis zu ermöglichen, so dass an dieser Stelle eine erhebliche Krafteinwirkung durch das Hindernis erfolgt. Da sich die Anlagefläche vor dem Dornabschnitt befindet, kann die Wirkung auf den Dornabschnitt mit einem Hammerschlag auf den Kopf eines Meißels verglichen werden. Allerdings ist im Unterschied hierzu normalerweise nicht eine reine Bewegung des Dornabschnitts in Richtung der Krafteinwirkung (also normalerweise in etwa in Richtung der X-Achse) erwünscht, sondern eine Art Schwenkbewegung und/oder ein seitliches Ausweichen des Dornabschnitts, wodurch sich dieser (oder zumindest ein Ende desselben) in Richtung der Fahrzeugstruktur, also in Richtung zum Längsträger bewegt.
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Dies kann gemäß einer Weiterentwicklung dadurch begünstigt werden, dass die Anlagefläche nach außen geneigt ist. D.h., die Anlagefläche verläuft nicht parallel zur Y-Z-Ebene, sondern ein innerer Teil der Anlagefläche liegt weiter vorne als ein äußerer Teil. Die Neigung gegenüber der genannten Ebene kann hierbei relativ geringfügig sein, bspw. weniger als 30° oder weniger als 15° betragen. In jedem Fall kann hierdurch erreicht werden, dass sich auch bei einem vollständig frontalen Zusammenstoß (also parallel zur X-Achse) eine resultierende Kraft zwischen Hindernis und Anlagefläche ergibt, die in Richtung der Y-Achse verläuft und somit eine nach außen gerichtete Kraft auf das Hindernis sowie eine nach innen gerichtete Kraft auf den Dornabschnitt hervorruft.
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Hierbei kann sich innenseitig an die Anlagefläche eine zweite Leitfläche anschließen. Diese kann bspw. außenseitig am Verbindungsabschnitt ausgebildet sein. Sie kann gegenüber der X-Z-Ebene leicht nach vorne geneigt sein, d.h. einen vorderer Teil der zweiten Leitfläche liegt weiter innen als ein hinterer Teil. Eine solche Leitfläche vermittelt ebenfalls eine entlang der Y-Achse gerichtete Kraft zwischen dem Dornelement und dem Hindernis, wobei diese allerdings relativ gering ist. Sie kann jedoch dazu dienen, das Hindernis auf die Anlagefläche hin zu leiten bzw. umgekehrt das Dornelement geringfügig zu verformen, so dass das Hindernis auf die Anlagefläche trifft.
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Zur Verbindung des Dornelements mit dem Stoßfängerquerträger sind verschiedene Mittel denkbar. So könnte das Dornelement stoffschlüssig, bspw. durch Verschweißen, mit dem Stoßfängerquerträger verbunden sein oder sogar einstückig mit diesem ausgebildet sein. Bevorzugt ist allerdings das Dornelement durch formschlüssige Verbindungsmittel mit dem Stoßfängerquerträger verbunden. Solche Verbindungsmittel können insbesondere Schrauben und/oder Nieten sein. Hierbei muss der Stoßfängerquerträger im Vergleich zu einer Stoßfängereinheit ohne Dornelement nur minimal modifiziert werden, wobei Bohrungen, ggf. mit Gewinde, für die genannten Verbindungsmittel vorgesehen werden können. Beim Zusammenbau kann das Dornelement ggf. als letztes Teil der Baugruppe angeschweißt, angeschraubt oder angenietet werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Dornelement wenigstens ein Blechformteil. Es kann hierbei insbesondere aus einem oder mehreren Blechformteilen bestehen. Die mehreren Blechformteile können miteinander verschweißt sein, wobei sie bspw. insgesamt ein Hohlprofil bilden können. Als Material für das Blech kommt insbesondere Stahl infrage, wenngleich andere Metalle nicht ausgeschlossen sind. Die genannte Ausgestaltung ermöglicht eine relativ leichte Bauweise des Dornelements, wobei sich allerdings gezeigt hat, dass trotz allem eine hinreichende Stabilität vorhanden ist, um durch Krafteinwirkung auf die Fahrzeugstruktur, bspw. einen Längsträger, eine Verformung derselben zu bewirken. Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, dass das Blech des Dornelements beim Auftreffen auf die Fahrzeugstruktur so orientiert ist, dass die Krafteinwirkung im Wesentlichen in der Ebene des Blechs erfolgt, während die Krafteinwirkung in einem relativ großen Winkel, ggf. sogar senkrecht, zur Ebene eines Blechs der Fahrzeugstruktur erfolgt. Somit kann unter Umständen selbst dann eine Verformung der Fahrzeugstruktur erfolgen, wenn das Dornelement aus einem dünneren Blech gefertigt ist als die Fahrzeugstruktur selber. Das Dornelement kann allerdings auch beispielsweise aus Stahl oder einem anderen Metall, z.B. Aluminium, gegossen sein. Auch ist es z.B. denkbar, dass das Dornelement wenigstens teilweise als Aluminium-Extrusionsprofil gefertigt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung verjüngt sich das Dornelement endseitig. Insbesondere kann dies bedeuten, dass sich der Dornabschnitt endseitig verjüngt. Das entsprechende Ende, das dem Teil, der mit dem Stoßfängerquerträger verbunden ist, gegenüber liegt, kann sich bspw. innerhalb der X-Y-Ebene verjüngen, also z.B. keilförmig ausgebildet sein. In jedem Fall bewirkt die Verjüngung, also die Verringerung des Querschnitts, dass das Ende, wenn es an der Fahrzeugstruktur zur Anlage kommt, dort bei zunächst geringerer Auflagefläche einen größeren Druck aufbaut, was mit dem Effekt eines Dorns oder Meißels vergleichbar ist. Hierdurch kann die Verformung der Fahrzeugstruktur begünstigt werden.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Stoßfängereinheit;
- 2 eine Draufsicht der Stoßfängereinheit aus 1;
- 3 eine Draufsicht der Stoßfängereinheit aus 1 sowie eines Hindernisses in einer ersten Unfallsituation;
- 4 eine Draufsicht der Stoßfängereinheit aus 1 sowie des Hindernisses in einer zweiten Unfallsituation; sowie
- 5A - 5C einen zeitlichen Ablauf eines Zusammenstoßes zwischen einer erfindungsgemäßen Stoßfängereinheit und einem Hindernis
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stoßfängereinheit 1 für ein Kraftfahrzeug, wobei 1 eine perspektivische Ansicht und 2 eine Draufsicht zeigt, bei der die Zeichenebene der X-Y-Ebene entspricht. Die Stoßfängereinheit 1 ist insgesamt symmetrisch zur Mittelachse des Fahrzeugs aufgebaut, wobei die Figuren jeweils nur einen Teil zeigen. Ein in etwa in Richtung der Y-Achse (Querachse) verlaufender Stoßfängerquerträger 2 ist durch eine Schweißverbindung mit einer Knautschdose 3 verbunden, die sich als annähernd rechteckiges Hohlprofil in etwa in Richtung der X-Achse (Längsachse) erstreckt. Die Knautschdose 3 ist wiederum mit einer Verbindungsplatte 4 verschweißt, die sich in etwa in der Y-Z-Ebene erstreckt. Mittels mehrerer Schrauben 8.1 ist die Verbindungsplatte 4 mit einem Flansch 6.1 eines Längsträgers 6 verbunden, der einen Teil einer Fahrzeugstruktur 5 bildet. Es handelt sich um eine Stoßfängereinheit 1, die sich beispielhaft an der Fahrzeugfront befindet, so dass in diesem Sinne der Stoßfängerquerträger 2 vorne angeordnet ist und die Knautschdose 3 sowie der Längsträger 6 dahinter.
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An einem außenseitig der Knautschdose 3 befindlichen Seitenbereich 2.1 des Stoßfängerquerträgers 2 ist ein Dornelement 7 angeordnet, das aus mehreren miteinander verbundenen, bevorzugt miteinander verschweißten Blechformteilen aus Stahl bestehen kann oder einstückig ausgebildet ist. Es weist einen Verbindungsabschnitt 7.1 auf, der sich in etwa in X-Richtung nach hinten erstreckt und mittels Schrauben 8.2 am Seitenbereich 2.1 des Stoßfängerquerträgers 2 gesichert ist, so dass sich eine starre Verbindung ergibt. An den Verbindungsabschnitt 7.1 schließt sich ein Mittelabschnitt 7.2 an, der sich nach außen in etwa entlang der Y-Achse erstreckt. An diesen schließt sich wiederum ein Dornabschnitt 7.3 an, der schräg zur X-Achse nach innen verläuft. Wie insbesondere in 2 zu erkennen ist, befinden sich der Verbindungabschnitt 7.1 sowie Teile des Mittelabschnitts 7.2 in X-Richtung vor der Verbindungsplatte 4 bzw. in Y-Richtung auf Höhe derselben. Demgegenüber ist der Dornabschnitt 7.3 seitlich außerhalb der Verbindungsplatte 4 angeordnet. In einem Endbereich 7.4 verjüngt sich der Dornabschnitt 7.3, wobei dieser spitz zulaufend ist. An einer Innenseite des Mittelabschnitts 7.2 ist eine gekrümmte und insgesamt schräg zur X-Achse verlaufende erste Leitfläche 7.5 ausgebildet. Vorderseitig des Dornabschnitts 7.3 ist eine Anlagefläche 7.6 ausgebildet, die gegenüber der Y-Z-Ebene leicht nach außen geneigt ist. Diese geht in eine zweite Leitfläche 7.7 über, die am Verbindungsabschnitt 7.1 angeordnet ist und von vorn nach hinten betrachtet schräg nach außen verläuft.
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3 zeigt in einer Draufsicht, die 2 entspricht, die Stoßfängereinheit 1 sowie einen mit geringer Überlappung hierauf treffendes Hindernis 20. Es handelt sich um eine SORB-Kollision, bei der vornehmlich der Seitenbereich 2.1 des Stoßfängerquerträgers 2 getroffen wird, was dazu führen kann, dass die Knautschdose 3 keiner wesentlichen Verformung unterliegt und somit auch kaum Energie aufnimmt. Bei der gezeigten Stoßfängereinheit 1 wird allerdings neben dem Seitenbereich 2.1 auch das Dornelement 7 getroffen, wobei in einer ersten Phase der Kollision der Seitenbereich 2.1 sowie der sich hieran anschließende Verbindungsabschnitt 7.1 verformen und bis zu einem gewissen Grad nach innen gedrückt werden, wie durch den fetten schwarzen Pfeil P angedeutet ist. Gleichzeitig wird allerdings das Hindernis 20 - zumindest in Relation zur Stoßfängereinheit 1 - leicht nach außen gelenkt, was auch durch die Formgebung der zweiten Leitfläche 7.7 bedingt ist. Die Bewegung der Anlagefläche 7.6 ist durch den fetten Pfeil P1 angedeutet. Im weiteren Verlauf trifft das Hindernis 20 auf die Anlagefläche 7.6 und übt hierüber eine erhebliche Kraft auf den Dornabschnitt 7.3 aus. U.a. dadurch, dass die Anlagefläche 7.6 leicht nach außen geneigt ist, wird der Dornabschnitt 7.3 durch eine Kombination aus Verschiebung und Drehung nach innen auf den Längsträger 6 zubewegt (angedeutet durch den fetten schwarzen Pfeil P2), bis er an diesem in Eingriff kommt. Im Allgemeinen wirkt weiterhin eine Kraft durch das Hindernis über die Anlagefläche 7.6 auf den Dornabschnitt 7.3, die diesen weiter nach hinten treibt, so dass er schließlich mit seinem, bevorzugt verjüngten Endabschnitt 7.4 auf den Längsträger 6 trifft. Dieser ist hinreichend stabil, um eine weitere Bewegung des Dornabschnitts 7.3 nach hinten zumindest einzuschränken. Es erfolgt hierdurch eine Art Verzahnung des Dornabschnitts 7.3 mit dem Längsträger 6. Über die Anlagefläche 7.6 gibt sich auch eine seitliche Kraftkomponente, die den Dornabschnitt in die Seite des Längsträgers 6 hinein treibt, wodurch dieser verformt wird. Es erfolgt somit, auch wenn die Knautschdose 3 nur in geringerem Maße Energie aufnimmt, eine effektive Energieaufnahme durch den Längsträger 6. Außerdem werden das Hindernis 20 und die Stoßfängereinheit 1 (und somit das Fahrzeug) seitlich voneinander abgelenkt. Der Ablauf ist schematisch in den 5a bis 5c dargestellt.
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4 illustriert eine andere Unfallsituation, bei der ein Hindernis 30 frontal mit großer Überlappung getroffen wird. In einer solchen Situation ist normalerweise ein ausreichender Schutz durch die Knautschdosen 3 gegeben, sofern sie sich in zuverlässiger Weise verformen und somit Energie absorbieren können. Um die Funktion der Knautschdose 3 nicht zu beeinträchtigen, ist es selbst verständlich wünschenswert, dass das Dornelement 7 den Verformungsvorgang möglichst wenig beeinflusst. Wie durch die fetten schwarzen Pfeile P3 dargestellt, erfolgt die Verformung und Bewegung des Stoßfängerquerträgers 2 sowie der hieran angeschlossenen Knautschdose 3 im Wesentlichen in Richtung der X-Achse. Dies führt dazu, dass der Mittelabschnitt 7.2 sich mit der ersten Leitfläche 7.5 auf die Verbindungsplatte 4 zubewegt und schließlich auf diese trifft. Würde er sich dort verkeilen oder in irgendeiner Weise festsetzen, könnte dies die Funktionen der Knautschdose 3 beeinträchtigen. Durch die abgeschrägte erste Leitfläche 7.5 erfolgt aber ein seitliches Abgleiten von der Verbindungsplatte 4, das von einer Verbiegung des Verbindungsabschnitts 7.1 sowie ggf. der Verbindungsplatte 4 begleitet sein kann. In jedem Fall weichen der Mittelabschnitt 7.2 sowie der Dornabschnitt 7.3 seitwärts aus, wie durch die fetten schwarzen Pfeile P4 angedeutet.
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Die 5A-5C illustrieren nochmals den Ablauf eines Zusammenstoßes mit einem Hindernis 20 bei geringer Überlappung.
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In 5A erfolgt das Auftreffen des Hindernisses 20 in einem Bereich, der teilweise noch die Knautschdose 3 erfasst, aber vor allen Dingen den äußeren Bereich des Stoßfängerquerträgers 2. Durch die anfänglich noch geringe Deformation der Knautschdose 3 sowie des Stoßfängerquerträgers 2 wird das Dornelement 7 in diesem Falle bereits leicht nach hinten und nach innen bewegt. Dieser Vorgang ist in 5B bereits weiter fortgeschritten, wobei das Dornelement 7 aber noch nicht in den Längsträger 6-eingreift. Die Knautschdose 3 verformt, also verbiegt sich weiter, während sich das Hindernis 20 am Stoßfängerquerträger 2 entlang bewegt und hierbei über den Stoßfängerquerträger 2 eine Kraft auf das Dornelement 7 ausübt, die wiederum auf den Längsträger 6 wirkt und beginnt, diesen zu verformen, wie in 5C dargestellt. In 5C ist die Verformung des Längsträgers 6 erkennbar, wobei die Verformung des Dornelements 7 insgesamt gering bleibt, da dessen Längserstreckung im wesentlichen mit der Richtung der Krafteinwirkung übereinstimmt. In 5C ist auch zu erkennen, wie das Hindernis 20 gegenüber der Stoßfängereinheit 11 (und somit dem Fahrzeug) seitlich abgelenkt wird, so dass ein Eindringen in den Bereich eines Fahrzeugrades unwahrscheinlich ist bzw. begrenzt bleibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 11
- Stoßfängereinheit
- 2, 12
- Stoßfängerquerträger
- 2.1
- Seitenbereich
- 3
- Knautschdose
- 4
- Verbindungsplatte
- 5
- Fahrzeugstruktur
- 6
- Längsträger
- 6.1
- Flansch
- 7, 17
- Dornelement
- 7.1
- Verbindungsabschnitt
- 7.2
- Mittelabschnitt
- 7.3, 17.3
- Dornabschnitt
- 7.4
- Endbereich
- 7.5
- erste Leitfläche
- 7.6
- Anlagefläche
- 7.7
- zweite Leitfläche
- 8.1, 8.2
- Schraube
- 20, 30
- Hindernis
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse
