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Es wird eine Baugruppe zum Befestigen eines Bauteils an einem Träger einer Karosseriestruktur angegeben.
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In der Gesetzgebung existieren verschiedene Tests zur Simulation von Unfallszenarien, beispielsweise zur Simulation von Parkremplern. Beispiele für einen solchen Test sind der US Pendeltest „US Part 581“ oder der ECE-R42 Pendeltest, bei dem ein Pendel mit einer definierten Geometrie in einer vorgegebenen Bewegung mit einem bestimmten Bereich eines Fahrzeugs kollidiert, zum Beispiel mit der Stoßstange. Dabei entstehen, abhängig vom Fahrzeugdesign, hohe Intrusionen mit dem Pendel ins Fahrzeug, welche zu einer deutlichen Verschiebung von Bauteilen, insbesondere der Außenhaut und darunter befindlicher Strukturen führen können.
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Die gesetzlichen Anforderungen schreiben jedoch vor, in welchem Maße eine Beschädigung eintreten darf. Eine feste Anbindung von Bauteilen kann zu einer Beschädigung der Bauteile selbst oder der Verbindungselemente und damit zu einer Nichterfüllung der gesetzlichen Anforderungen führen.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anbindung von Bauteilen an eine Fahrzeugstruktur zu ermöglichen, die im Bedarfsfall Schäden an Bauteilen sowie an der Fahrzeugstruktur verhindert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Baugruppe zum Befestigen eines Bauteils an einem Träger einer Karosseriestruktur, aufweisend mindestens ein elastisches Rückstellelement und mindestens ein Versagenselement, wobei das Rückstellelement und das Versagenselement in einem Kraftflussweg zwischen der Bauteilseite und der Trägerseite anordbar sind.
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Eine derartige Baugruppe hat den Vorteil, dass das Versagenselement im Bedarfsfall vor den übrigen Bauteilen versagt. Somit kann eine Beschädigung weiterer Bauteile bei bestimmten Kollisions-Szenarien gezielt verhindert werden. Das elastische Rückstellelement sorgt dafür, dass sich das Bauteil nach einer Kollision wieder in seine ursprüngliche Lage zurückbewegt. Auf diese Weise können die gesetzlichen Anforderungen bei einem Pendeltest erfüllt werden.
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Darüber hinaus kann mit der Baugruppe bei einer Montage ein definierter Einbauzustand des Bauteils erreicht werden.
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Zusätzlich kann die Baugruppe dabei helfen, die Fußgängerschutzanforderungen zu erfüllen, wobei Kräfte gezielt aufgenommen und Deformationsraum freigegeben werden sollen.
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Des Weiteren ermöglicht die erfindungsgemäße Baugruppe Freiheiten bei der Wahl des Designs.
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Das Versagenselement weist vorzugsweise eine Schwächungsstelle auf. Dadurch wird erreicht, dass beim Einwirken einer Kraft, insbesondere bei einer Kollision, das Versagenselement in einer definierten Art und Weise bricht. Beispielsweise weist das Versagenselement eine Sollbruchstelle auf. Alternativ oder zusätzlich kann das Versagenselement gekrümmt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform bricht das Versagenselement bei einem definierten Krafteinfluss, wobei nach dem Brechen des Versagenselements eine Verformung des Rückstellelements möglich ist. Insbesondere ist das Versagenselement so ausgelegt, dass es bricht, bevor es zu einer Beschädigung weiterer Bauteile kommt. Da nach dem Brechen des Versagenselements eine Verformung des Rückstellelements möglich ist, kann ein mit dem Rückstellelement verbundenes Bauteil nun verschoben werden. Dadurch wird eine Beschädigung des Bauteils und/oder einer mit dem Bauteil verbundenen Karosseriestruktur verhindert. Die Verformung des Rückstellelements findet vorzugsweise im linearelastischen Bereich statt.
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Das Rückstellelement weist vorzugsweise einen wellenförmigen Abschnitt auf. Durch den wellenförmigen Abschnitt kann das Rückstellelement elastisch ausgebildet sein. Beispielsweise kann der wellenförmige Abschnitt des Rückstellelements gestaucht oder auseinandergezogen werden, sodass sich eine Länge des Rückstellelements verändern kann. Dadurch ist eine Verschiebung des am elastischen Rückstellelement befestigten Bauteils möglich, wenn eine Kraft über das Bauteil auf das Rückstellelement einwirkt. Sobald die Kraft, die auf das Rückstellelement einwirkt, wegfällt, kann dieses sich wieder in seine Ausgangsform zurückverformen und das daran befestigte Bauteil wird wieder in seine Ursprungsposition zurückbewegt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Rückstellelement vorgespannt, sodass das Rückstellelement erst verformt wird, wenn eine vorgegebene Kraft überschritten wird. Dadurch wird erreicht, dass das Bauteil nicht bei jedem kleinen Krafteinfluss verschoben wird, sondern nur dann, wenn die Gefahr besteht, dass das Bauteil beschädigt wird.
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Die Baugruppe weist vorzugsweise mindestens zwei Befestigungsabschnitte auf, wobei die Baugruppe jeweils mit mindestens einem Befestigungsabschnitt an einem Träger der Karosseriestruktur und an dem zu befestigenden Bauteil montierbar ist. Die Befestigungsabschnitte dienen folglich dazu, das elastische Rückstellelement und das Versagenselement in einem Kraftflussweg zwischen dem Bauteil und der Karosseriestruktur zu montieren. Beispielsweise sind die Befestigungselemente als Lasche mit einer Aussparung zum Durchführen eines Befestigungselements wie einer Schraube oder eines Niets ausgebildet.
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Die Befestigungsabschnitte können beidseitig an den Enden des Rückstellelements und des Versagenselements angeordnet und mit diesen fest verbunden sein. Insbesondere können die Befestigungsabschnitte einteilig mit dem Rückstellelement und dem Versagenselement ausgebildet sein. Dadurch können sowohl das Rückstellelement als auch das Versagenselement besonders einfach herstellbar sein, zum Beispiel als Spritzgussteile.
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Das Rückstellelement und das Versagenselement können miteinander fest verbunden sein. Dies hat den Vorteil, dass die Baugruppe besonders einfach montiert werden kann und das Handling bei der Montage vereinfacht ist. Beispielsweise können das Rückstellelement und das Versagenselement über die Befestigungsabschnitte miteinander verbunden sein, insbesondere mindestens einen gemeinsamen Befestigungsabschnitt aufweisen.
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Alternativ können das Rückstellelement und das Versagenselement als separate Bauteile vorliegen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass das Rückstellelement und das Versagenselement flexibel an der Karosseriestruktur platziert werden können, insbesondere kann die Position des Rückstellelements und des Versagenselements an die Bauraumgegebenheiten im Fahrzeug angepasst werden.
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Die Steifigkeit des mindestens einen Rückstellementes ist vorzugsweise ausreichend groß, um auch nach einem Versagen des Versagenselements eine definierte Position des zu befestigenden Bauteils zu gewährleisten. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die gesetzlichen Anforderungen bei simulierten Unfallszenarien eingehalten werden.
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Je nach Geometrie und Gewicht des zu befestigenden Bauteils kann die Baugruppe auch mehrere Rückstellelemente und/oder Versagenselemente aufweisen, um eine sichere Befestigung des Bauteils an der Karosseriestruktur zu gewährleisten. Vor allem bei schweren Bauteilen können mehrere Rückstellelemente erforderlich sein, damit das Bauteil alleine von den Rückstellelementen in seiner ursprünglichen Position gehalten werden kann.
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Das Rückstellelement und/oder das Versagenselement können einen Kunststoff aufweisen oder aus einem Kunststoff bestehen. Dadurch kann die Baugruppe besonders leicht ausgebildet sein. Zudem kann dadurch das Rückstellelement elastisch ausgebildet sein. Alternativ kann das Rückstellelement ein metallisches Federelement sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine erfindungsgemäße Baugruppe, die in einem Kraftflussweg zwischen einem Bauteil und einem Träger einer Karosseriestruktur angeordnet ist,
- - 2 mehrere erfindungsgemäße Baugruppen, die in einem Kraftflussweg zwischen einem Bauteil und einem Träger einer Karosseriestruktur angeordnet sind,
- - 3 bis 5 schematisch verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Baugruppe und
- - 6 ein Diagramm mit möglichen Kraft-Weg-Kennlinien eines Rückstellelements.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Baugruppe 10 zur Befestigung eines Bauteils 12 an einem Träger 14 einer Karosseriestruktur 16 eines Kraftfahrzeugs.
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Die Bautruppe 10 kann mehreilig ausgebildete sein oder, wie in 1 dargestellt, einteilig. Insbesondere ist die Baugruppe 10 in diesem Fall als einteiliges Halteelement ausgebildet.
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Bei dem Bauteil 12 handelt es sich zum Beispiel um einen Kühlergrill. Diese werden beim Pendeltest besonders stark beansprucht, insbesondere wenn Fußgängerschutzanforderungen zu erfüllen sind. Die Baugruppe 10 hat die Aufgabe, das Bauteil 12 bei einem Pendeltest oder ähnlichen Kollisionen vor Beschädigung zu schützen.
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Zu diesem Zweck weist die Baugruppe 10 ein elastisches Rückstellelement 18 und ein Versagenselement 20 auf. Das Rückstellelement 18 und das Versagenselement 20 sind in einem Kraftflussweg zwischen dem Bauteil 12 und dem Träger 14 der Karosseriestruktur 16 angeordnet.
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Der Baugruppe 10 weist zwei Befestigungsabschnitte 22 auf, mittels derer die Baugruppe 10 jeweils einseitig an dem Bauteil 12 und an dem Träger 14 befestigt ist, beispielsweise verschraubt ist.
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Das Rückstellelement 18 weist einen wellenförmigen Abschnitt 24 auf. Aufgrund des wellenförmigen Abschnitts 24 ist das Rückstellelement elastisch, insbesondere kann es gestaucht und auseinandergezogen werden. Auch die Eigenschaften des Materials, aus dem die Baugruppe 10, insbesondere das Rückstellelement 18 gefertigt ist, sind entscheidend für die Elastizität des Rückstellelements 18.
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Das Versagenselement 20 erleichtert die Montage der Baugruppe 10 und weiterer im Kraftfluss befindlicher Elemente, da es eine ungewollte Verformung des elastischen Rückstellelements 18 bei der Montage verhindert. Es ist jedoch derart ausgelegt, dass es bei Einwirken einer definierten Kraft bricht. Damit das Versagenselement 20 kontrolliert bricht, kann es eine Schwächungsstelle aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Versagenselement 20 gekrümmt sein.
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In der gezeigten Ausführungsform verlaufen das Rückstellelement 18 und das Versagenselement 20 im Wesentlichen parallel zueinander, wobei zwischen dem Rückstellelement 18 und dem Versagenselement 20 in einer Draufsicht auf die Baugruppe ein Spalt 26 angeordnet ist. Es sind jedoch auch andere Geometrien vorstellbar, die in Zusammenhang mit den 3 bis 5 veranschaulicht werden.
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In 1 ist die Baugruppe 10 zusammen mit der Karosseriestruktur 16 und dem Bauteil 12 in einem Ausgangszustand gezeigt.
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Wirkt auf das Bauteil 12 eine Kraft F ein, zum Beispiel auf Grund einer Kollision, überträgt sich zumindest ein Teil dieser Kraft auch auf die Baugruppe 10, insbesondere auf das Versagenselement 20. Sobald eine definierte Kraft überschritten wird und das Versagenselement 20 bricht, wird die Kraft auch auf das elastische Rückstellelement 18 übertragen und dieses kann sich elastisch verformen. Insbesondere wird so ein Verfahrweg des Bauteils 12 freigegeben. Dadurch kann das Bauteil 12 relativ zum Träger 14 verschoben werden, ohne dabei die Verbindung zur Baugruppe 10 und zum Träger 14 zu verlieren. Die Kraft ist vorzugsweise so ausgelegt, dass das Bauteil 12 ausweichen kann, bevor es beschädigt wird. Sobald keine Kraft mehr auf das Bauteil 12 und auf das elastische Rückstellelement 18 einwirkt, wird sich das elastische Rückstellelement 18 wieder in seine Ursprungsform zurückverformen und dabei das Bauteil 12 wieder in seine Ausgangslage bringen. Insbesondere übt das Rückstellelement 18 auf das Bauteil 12 eine Rückstellkraft aus.
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Vorzugsweise ist die Bautruppe 10 als Spritzgussteil ausgebildet. Mittels Spritzguss lassen sich auch komplexe Geometrien herstellen, die optimal an eine Bauraumsituation in einem Kraftfahrzeug angepasst sein können.
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2 zeigt einen größeren Bereich der Karosseriestruktur 16 aus 1 mit mehreren erfindungsgemäßen Baugruppen 10. Die Baugruppen 10 sind bauraumbedingt leicht unterschiedlich geformt. Aufgrund der Größe und des Gewichts des Bauteils 12 sind mehrere Baugruppen 10 notwendig, um das Bauteil 12 in einer definierten Position zu halten, auch dann, wenn das Versagenselement 20 bereits gebrochen ist.
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In den 1 und 2 ist die Baugruppe 10 in einem Zusammenbau mit einem Frontbereich eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Natürlich kann die erfindungsgemäße Baugruppe 10 auch im Heckbereich oder im Seitenbereich zum Einsatz kommen. Im Heckbereich kann die Baugruppe 10 beispielsweise dazu dienen, eventuell vorhandene Parksensoren im Bedarfsfall vor Beschädigung zu schützen.
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Die 3 und 5 zeigen schematisch verschiedene mögliche Ausführungsformen einer Baugruppe 10.
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Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform sind die Enden des Rückstellelements 18 und des Versagenselements 20 jeweils mit demselben Befestigungsabschnitt 22 verbunden. Im Unterschied zu den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen weist das Versagenselement 20 einen Knick auf. Dieser kann als Schwächungsstelle dienen oder bauraumbedingt vorhanden sein. In einer leicht abgewandelten Form kann das Versagenselement 20 auch bogenförmig ausgebildet sein.
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4 zeigt eine mehrteilig ausgebildete Baugruppe 10. Dies hat den Vorteil, dass das Rückstellelement 18 und das Versagenselement 20 flexibel an der Karosseriestruktur 16 positionierbar sind. Insbesondere können das Rückstellelement 18 und das Versagenselement 20 mit einem Abstand zueinander montiert werden.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das Rückstellelement 18 und das Versagenselement 20 mit einem Ende an einem gemeinsamen Befestigungsabschnitt 22 befestigt sind, während an dem jeweils anderen Ende das Rückstellelement 18 und das Versagenselement 20 einen separaten Befestigungsabschnitt 22 aufweisen.
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6 zeigt zwei mögliche Kraft-Weg-Kennlinien eines Rückstellelements 18, wobei entlang der Abszisse die Längenänderung s und entlang der Ordinate die auf das Rückstellelement 18 einwirkende Kraft F aufgetragen sind.
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Die gestrichelte Linie stellt eine Kraft-Weg-Kennlinie für ein Rückstellelement 18 ohne Vorspannung dar, während die durchgezogene Linie eine Kraft-Weg-Kennlinie für ein Rückstellelement 18 mit Vorspannung darstellt. Der Wert x entspricht der Versagenskraft, bei der das Versagenselement 20 bricht.
