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Die Erfindung betrifft eine Crashbox-Anordnung für ein Kraftfahrzeug sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug, umfassend eine derartige Crashbox-Anordnung.
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Für die Absorption der Energie beim Zusammenprall eines Kraftfahrzeuges mit einem Gegenstand bei niedrigen Geschwindigkeiten wird üblicherweise ein leicht demontierbares Element verwendet, das als Crashbox bezeichnet wird und üblicherweise an einem Längsträger des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Nach einem leichten Unfall, dessen Deformationsenergie von der Crashbox aufgenommen und dadurch von der Karosserie des Kraftfahrzeugs ferngehalten wurde, kann die Crashbox einfach ausgetauscht werden und reduziert somit die Reparaturkosten.
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Um Beschädigungen bei leichten Unfällen zu minimieren und entsprechend Reparaturkosten zu verringern, beschreibt beispielsweise das deutsche Patent
DE 10 2006 013 273 B4 eine Stoßfängeranordnung, bei der ein Stoßfängerquerträger schwenkbeweglich zwischen auf den beiden Fahrzeugseiten einander jeweils gegenüberliegenden Crashboxen gelagert ist, so dass bei Stauchung einer Crashbox die jeweils auf der anderen Fahrzeugseite gelegene Crashbox nicht in Mitleidenschaft gezogen wird.
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Jedoch treten in der Praxis weitere verbesserungsbedürftige Schwachstellen von Crashbox-Anordnungen zu Tage. Gemäß einem gängigen Konzept bei der Anbindung der Crashbox an die Vorbaustruktur des Kraftfahrzeugs wird diese nämlich in das Längsträgerprofil, das üblicherweise aus Blechschalen besteht, eingesteckt. Anschließend werden die Teile des Längsträgers, üblicherweise Halbschalen, und der Crashbox unter Spielpassung grob gesichert, etwa durch Einführung eines Bolzens oder einer Schraube, wobei anschließend unter Bewirken einer Flächenpressung und Reibung der eigentliche Verbund zwischen den Bauteilen hergestellt wird. Um den Montagevorgang zu ermöglichen ist zwischen den Teilen des Längsträgers und der Crashbox ein Toleranzabstand erforderlich. Werden nach Einsetzen einer Crashbox nun die entsprechenden Schrauben angezogen, um die Crashbox am Längsträger beziehungsweise an dessen Halbschalen zu fixieren, so wird ein Teil der Schraubenkraft für die Verformung der Halbschalen des Trägers aufgewendet, bis der Toleranzabstand aufgehoben ist. Dadurch reduziert sich die mögliche Vorspannkraft, sodass ein unerwünschtes Rutschen bei hohen Lasten auftreten kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, diesen unerwünschten Verlust an Vorspannkraft zu minimieren.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft dementsprechend eine Crashbox-Anordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen zwei Halbschalen umfassenden Längsträger und eine zwischen den Halbschalen angeordnete Crashbox, wobei zur Aufnahme wenigstens einer Schraube die Halbschalen und die Crashbox jeweils fluchtend zueinander angeordnete Durchgangslöcher aufweisen, wobei die Halbschalen von der Crashbox im unverschraubten Zustand einen Toleranzabstand einhalten und im verschraubten Zustand wenigstens abschnittsweise an der Crashbox anliegen, wobei wenigstens eine Halbschale ein Mittel zur Steifigkeitsreduzierung entlang der Schraubachse aufweist.
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Die Durchmesser der Durchgangslöcher der Halbschalen und der Crashbox sind in Bezug auf die Durchmesser der durchzuführenden Schrauben so bemessen, dass die Schrauben mit einem deutlichen Spiel eingeführt werden. Insofern dienen die durch die Durchgangslöcher geführten Schrauben lediglich der Grobfixierung der Crashbox in Bezug auf die Halbschalen des Längsträgers und ermöglichen darüber hinaus einen Toleranzausgleich, wohingegen die eigentliche Fixierung der Crashbox relativ zu den Halbschalen des Längsträgers durch Herbeiführen eines Kontakts zwischen der Crashbox und den Halbschalen und den Aufbau einer Reibkraft durch Flächenpressung bewirkt wird.
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Zu diesem Zweck müssen die Halbschalen verformt werden, bis sich ein Kontakt mit der Crashbox einstellt. Das Mittel zur Steifigkeitsreduzierung, welches die Steifigkeit der betreffenden Halbschale entlang der Schraubachse verringert, ermöglicht nun, dass bei Anziehen der Schraube die Halbschale sich unter verringertem Verlust an Vorspannkraft an die Crashbox anlegt. Sobald die Halbschale wenigstens abschnittsweise an der Crashbox anliegt, womit an dieser Stelle der Toleranzabstand auf Null reduziert wurde, führt jedes weitere Anziehen der Schraube zu einer Vorspannkraft, die unmittelbar zur Fixierung der Crashbox beiträgt, wobei Verluste für eine Verformung der Halbschale verringert wurden. Die Steifigkeit wird entlang der Schraubachse reduziert, sodass die Verformung der Halbschale in Richtung der Crashbox unter Abbau des Toleranzabstands erleichtert wird, die Steifigkeit der Halbschale in anderen Richtungen jedoch nicht oder nicht wesentlich beeinträchtigt wird. Das Mittel zur Steifigkeitsreduzierung kann an einer der beiden Halbschalen des Längsträgers vorliegen oder an beiden Halbschalen. Gemäß besonderen Weiterbildungen liegen auf jeder Halbschale wenigstens zwei Durchgangslöcher, vorzugsweise zwei bis vier Durchgangslöcher wie beispielsweise drei Durchgangslöcher, vor und eine entsprechende Anzahl in der Crashbox, wobei jedes der Durchgangslöcher jeweils eine Schraube aufnehmen kann. Die Crashbox kann neben dem Längsträger mit weiteren Bauteilen verbunden sein, beispielsweise mit Querstreben.
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Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Mittel zur Steifigkeitsreduzierung um eine im Wesentlichen in Längsrichtung der Halbschale verlaufende Ausnehmung der Halbschale. Die Ausnehmung erhöht die Verformbarkeit der Halbschale senkrecht zur Längsachse und ist gemäß einer Weiterbildung als halboffenes Langloch ausgebildet, und lässt sich somit mit geringem konstruktiven Aufwand bereitstellen, beispielsweise durch Fräsen oder als Beschnitt beim Tiefziehen. Das offene Ende befindet sich an demjenigen Ende der Halbschale des Längsträgers, der als ein Haltebereich für die Fixierung der Crashbox fungiert, wohingegen das Ende in entgegengesetzter Richtung als übliches Langloch ausgebildet ist. Hin zum offenen Ende lässt sich die Halbschale quer zur Längsachse erleichtert verformen. Gemäß einer besonderen Weiterbildung entspricht die Breite des halboffenen Langlochs dem Toleranzabstand, den die Halbschalen von der Crashbox im unverschraubten Zustand einnehmen. Dementsprechend lässt bei einer Verformung, die zu einer Annäherung der einander gegenüberliegenden Wände des halboffenen Langlochs führt, das Langloch sich im Wesentlichen unter verringerter Steifigkeit verformen, bis der Toleranzabstand zur Crashbox überwunden ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Mittel zur Steifigkeitsreduzierung um eine im Wesentlichen in Längsrichtung einer Halbschale verlaufende Verprägung. Analog zur Ausnehmung verringert die Verprägung die Steifigkeit der Halbschale senkrecht zur Längsrichtung und ermöglicht dadurch vorteilhaft die Verringerung des Toleranzabstandes unter verringertem Verlust an Vorspannkraft.
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Gemäß einer Ausführungsform liegt das Mittel zur Steifigkeitsreduzierung im Obergurt und/oder im Untergurt der Halbschale vor. Insbesondere bei der Ausführungsform, bei welcher ein halboffenes Langloch mit einer Breite vorgesehen ist, welche dem Toleranzabstand der Halbschalen von der Crashbox im unverschraubten Zustand entspricht, ermöglicht eine Anordnung im Obergurt und/oder im Untergurt eine angesichts der Steifigkeitsreduzierung erleichterte Verformung so lange, bis der Toleranzabstand überwunden ist und zumindest Teile der einander gegenüberliegenden Wände des Langlochs sich berühren. Gemäß einer weiteren Ausführungsform liegt das Mittel zur Steifigkeitsreduzierung im Steg der Halbschale vor. Insbesondere geeignet als Mittel zur Steifigkeitsreduzierung für eine derartige Ausführungsform ist eine Ausnehmung, beispielsweise ein halboffenes Langloch.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Mittel zur Steifigkeitsreduzierung eine im Steg der Halbschale eingeschnittene Zunge, innerhalb derer ein Durchgangsloch zur Aufnahme einer Schraube angeordnet ist. Der Einschnitt betrifft die gesamte Dicke, sodass die eingeschnittene Zunge aus der Ebene der Halbschale gebogen werden kann. Die Zunge ist in der Draufsicht auf die Halbschale beispielsweise U-förmig, halbkreisförmig oder rechteckig ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Mittel zur Steifigkeitsreduzierung eine sich entlang der Längsachse wenigstens einer Halbschale an deren Ende über die Halbschale hinaus erstreckende Lasche, in welcher das Durchgangsloch zur Aufnahme der wenigstens einen Schraube angeordnet ist bzw. die Durchgangslöcher zur Aufnahme der entsprechend mehreren Schrauben angeordnet sind. Die sich über das Ende der jeweiligen Halbschale hinaus erstreckende Lasche stellt eine Fortsetzung des Stegs der Halbschale dar, die entweder über die gesamte Breite des Stegs oder vorzugsweise einen Teil der Breite des Stegs umfasst. Sofern die Lasche nur an einer Halbschale ausgebildet ist, liegt ihr gegenüber eine vollständig ausgebildete Halbschale. Gemäß einer besonderen Weiterbildung weisen beide Halbschalen des Längsträgers eine derartige Lasche auf.
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Die hierin beschriebenen Mittel zur Steifigkeitsreduzierung, also Ausnehmungen, Verprägungen und Laschen können jeweils einfach oder mehrfach auf einer Halbschale vorliegen, oder jeweils einfach oder mehrfach auf beiden Halbschalen vorliegen. Gemäß besonderen Weiterbildungen liegen Ausnehmungen und Verprägungen jeweils einfach auf einer Halbschale vor, Laschen in einfacher Form auf beiden Halbschalen. Eine Kombination zweier oder aller drei der genannten Mittel zur Steifigkeitsreduzierung auf einem Längsträger ist ebenfalls von dem Erfindungsgedanken umfasst.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, welches eine Crashbox-Anordnung wie hierin beschrieben umfasst.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der – gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnungen – zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 Längsträger mit halboffenem Langloch auf einer Halbschale sowie eine entsprechende Crashbox-Anordnung,
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2 Längsträger mit Verprägung auf einer Halbschale sowie eine entsprechende Crashbox-Anordnung,
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3 Längsträger mit Laschen auf beiden Halbschalen sowie eine entsprechende Crashbox-Anordnung,
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4 Längsträger mit Zungen auf beiden Halbschalen sowie eine entsprechende Crashbox-Anordnung,
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5 Crashbox-Anordnungen im verschraubten Zustand, und
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6 eine Crashbox-Anordnung in einem Kraftfahrzeug.
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1 zeigt in der linken Teilfigur 1A einen Teil eines Längsträgers 12, der eine Halbschale 14a und eine Halbschale 14b umfasst, die jeweils Durchgangslöcher 16a, 16b und 16c bzw. 16d, 16e und 16f in den Stegen 30a bzw. 30b zur Aufnahme nicht dargestellter Schrauben aufweisen. Als Mittel 18 zur Steifigkeitsreduzierung weist die Halbschale 14b in ihrem Obergurt 26b eine Ausnehmung 20 auf, die als halboffenes Langloch ausgebildet ist. Es ist ersichtlich, dass unter einer Kraft, die senkrecht zur Längsachse des Längsträgers 12 und in Richtung der Halbschale 14a einwirkt, die Verformung der Halbschale 14b erleichtert wird, da deren Steifigkeit in diese Richtung durch die Ausnehmung 20 verringert ist. In der rechten Teilfigur 1B ist in etwas verkleinerter Darstellung der Längsträger 12 aus 1A gezeigt, in den unter Bildung einer Crashbox-Anordnung 10 eine Crashbox 34 eingeführt ist. Die Crashbox 34 hält noch einen Toleranzabstand von der Halbschale 14b ein. Bei Einführung von nicht dargestellten Schrauben in die Durchgangslöcher 16a–f, von denen nur die Durchgangslöcher 16d, e, f sichtbar sind, und Festziehen der Schrauben wirkt eine Kraft in Richtung der beiden mit Punktlinie dargestellten Pfeile, wodurch dieser Toleranzabstand unter Verformung der Ausnehmung 20 als Mittel 18 zur Steifigkeitsreduzierung abgebaut und der Aufbau einer Reibkraft unter Flächenpressung zwischen der Crashbox 34 und dem Längsträger 12 ermöglicht wird. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in der 1B nicht alle der in 1A bezeichneten Elemente mit Bezugszeichen versehen. Punktlinien stellen auch in den nachfolgenden 2 bis 4 Oberflächenwölbungen dar, die Strichlinien an den Halbschalen 14a und 14b die ungefähre Eindringtiefe der Crashbox 34.
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2 zeigt in der linken Teilfigur 1A einen Teil eines Längsträgers 12, der eine Halbschale 14a und eine Halbschale 14b umfasst, die jeweils Durchgangslöcher 16a, 16b und 16c bzw. 16d, 16e und 16f in den Stegen 30a bzw. 30b zur Aufnahme nicht dargestellter Schrauben aufweisen. Als Mittel 18 zur Steifigkeitsreduzierung weist die Halbschale 14b in ihrem Obergurt 26b eine Verprägung 22 als Mittel 18 zur Steifigkeitsreduzierung auf. Es ist ersichtlich, dass unter Einwirkung einer Kraft, die senkrecht zur Längsachse des Längsträgers 12 und in Richtung der Halbschale 14a einwirkt, die Verformung der Halbschale 14b erleichtert wird, da deren Steifigkeit in diese Richtung durch die Verprägung 22 verringert ist. In der rechten Teilfigur 2B ist in etwas verkleinerter Darstellung der Längsträger 12 aus 2A gezeigt, in den unter Bildung einer Crashbox-Anordnung 10 eine Crashbox 34 eingeführt ist. Die Crashbox 34 hält noch einen Toleranzabstand von der Halbschale 14b ein. Bei Einführung von nicht dargestellten Schrauben in die Durchgangslöcher 16a–f, von denen nur die Durchgangslöcher 16d, e, f sichtbar sind, und Festziehen der Schrauben wirkt eine Kraft in Richtung der beiden mit Punktlinie dargestellten Pfeile, wodurch dieser Toleranzabstand unter Verformung der Verprägung 22 als Mittel 18 zur Steifigkeitsreduzierung abgebaut und der Aufbau einer Reibkraft unter Flächenpressung zwischen der Crashbox 34 und dem Längsträger 12 ermöglicht wird. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in der 2B nicht alle der in 2A bezeichneten Elemente mit Bezugszeichen versehen.
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In 3 ist nun in der linken Teilfigur 3C ein Teil eines Längsträgers 12 gezeigt, dessen beide Halbschalen 14a und 14b sich an deren Enden in Laschen 24a und 24b fortsetzen, die als Mittel 18 zur Steifigkeitsreduzierung fungieren. Die Laschen 24a und 24b stellen Fortsetzungen der Stege 30a bzw. 30b dar, die sich nicht über die gesamte Breite der jeweiligen Stege 30a bzw. 30b erstrecken. Da sich die Obergurte 26a, b und die Untergurte 28a, b nicht in diesen Bereich fortsetzen, lassen sich die Laschen 24a und 24b durch Kräfte, die in Richtung der beiden punktierten Pfeile ansetzen, verformen. In der rechten Teilfigur 3B ist in etwas verkleinerter Darstellung der Längsträger 12 aus 3A gezeigt, in den unter Bildung einer Crashbox-Anordnung 10 eine Crashbox 34 eingeführt ist. Die Crashbox 34 hält noch einen Toleranzabstand von der Halbschale 14a ein. Bei Einführung von nicht dargestellten Schrauben in die Durchgangslöcher 16a–f, von denen nur die Durchgangslöcher 16d, e, f sichtbar sind, und Festziehen der Schrauben wirkt eine Kraft in Richtung der beiden mit Punktlinie dargestellten Pfeile, wodurch dieser Toleranzabstand unter Verformung der Laschen 24a und 24b als Mittel 18 zur Steifigkeitsreduzierung abgebaut und der Aufbau einer Reibkraft unter Flächenpressung zwischen der Crashbox 34 und dem Längsträger 12 ermöglicht wird. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in der 3B nicht alle der in 2A bezeichneten Elemente mit Bezugszeichen versehen.
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In 4 ist nun in der linken Teilfigur 4C ein Teil eines Längsträgers 12 gezeigt, in dessen beiden Halbschalen 14a und 14b Zungen 32a und 32b bzw. 32c und 32d angeordnet sind, die als Mittel 18 zur Steifigkeitsreduzierung fungieren. Die Zungen 32a–d beinhalten Durchgangslöcher 16a und 16b bzw. 16c und 16d und lassen sich durch Kräfte, die in Richtung der beiden punktierten Pfeile ansetzen und erzeugt werden, wenn Schrauben in die Durchgangslöcher 16a–d eingeführt und angezogen werden, gegenüber den Halbschalen 14a bzw 14b abknicken. In der rechten Teilfigur 4B ist in etwas verkleinerter Darstellung der Längsträger 12 aus 4A gezeigt, in den unter Bildung einer Crashbox-Anordnung 10 eine Crashbox 34 eingeführt ist. Die Crashbox 34 hält noch einen Toleranzabstand von der Halbschale 14b ein. Bei Einführung von nicht dargestellten Schrauben in die Durchgangslöcher 16a–d, von denen nur die Durchgangslöcher 16c, d sichtbar sind, und Festziehen der Schrauben wirkt eine Kraft in Richtung der beiden mit Punktlinie dargestellten Pfeile, wodurch dieser Toleranzabstand unter Verformung der Zungen 32a–d als Mittel 18 zur Steifigkeitsreduzierung zumindest abschnittsweise abgebaut und der Aufbau einer Reibkraft unter Flächenpressung zwischen der Crashbox 34 und dem Längsträger 12 ermöglicht wird. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind in der 4B nicht alle der in 4A bezeichneten Elemente mit Bezugszeichen versehen.
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5 zeigt beispielhaft in der Teilfigur 5A bzw. der Teilfigur 5B die beiden Crashbox-Anordnungen 10 der Teilfigur 1B bzw. der Teilfigur 3B im verschraubten Zustand. In die Durchgangslöcher 16a–f sind nun nicht weiter mittels Bezugszeichen bezeichnete Schrauben eingeführt, sodass auch die in den Teilfiguren 1B und 3B noch sichtbaren Durchgangslöcher 16d, e, f nicht mehr sichtbar sind. In der Teilfigur 5A ist die Ausnehmung 20 als Mittel 18 zur Steifigkeitsreduzierung im Vergleich zur Teilfigur 1A durch die Schraubwirkung sichtbar zusammengepresst, so dass der 1B noch erkennbare Toleranzabstand nicht mehr vorliegt und die Halbschalen 14a und 14b zumindest abschnittsweise an der Crashbox 32 anliegen. Analog liegt in der Teilfigur 5B der in 3b noch erkennbare Toleranzabstand zwischen den Laschen 24a, 24b und der Crashbox 32 nicht mehr vor, da durch die Schraubwirkung die Laschen 24a und 24b als Mittel 18 zur Steifigkeitsreduzierung zumindest abschnittsweise an der Crashbox 32 anliegen.
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6 zeigt eine beispielhafte schematische Anordnung einer Crashbox-Anordnung 10 in einem Kraftfahrzeug 36, wobei lediglich ein Teil des Längsträgers 12 sowie die darin aufgenommene Crashbox 34 dargestellt sind.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Crashbox-Anordnung
- 12
- Längsträger
- 14a, b
- Halbschale
- 16a–f
- Durchgangsloch
- 18
- Mittel zur Steifigkeitsreduzierung
- 20
- Ausnehmung
- 22
- Verprägung
- 24a, b
- Lasche
- 26a, b
- Obergurt
- 28a, b
- Untergurt
- 30a, b
- Steg
- 32a–d
- Zunge
- 34
- Crashbox
- 36
- Kraftfahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006013273 B4 [0003]
