DE19751513A1 - Verfahren zur Herstellung einer Crash-Box, sowie Crash-Box - Google Patents

Description

Crash-Boxen werden bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Per­ sonenkraftfahrzeugen, verwendet, um das Chassis bzw. die tra­ gende Struktur des Personenkraftwagens bei kleineren Unfäl­ len, die bei geringerer Geschwindigkeit verursacht werden, vor Beschädigung zu schützen.

Die Crash-Box befindet sich beim Personenkraftfahrzeug zwi­ schen dem Stoßfänger (Stoßstange) und dem Chassis, so daß die Crash-Box den Stoßfänger im Abstand vom Chassis hält. Übli­ cherweise werden bei einem Stoßfänger zwei Crash-Boxen im ge­ genseitigen Abstand vorgesehen. Bei einem Aufprall auf den Stoßfänger wird die Energie über den Stoßfänger zur Crash-Box geleitet, wobei sich die Crash-Box - und auch der Stoßfänger - ver­ formt und dabei die Aufprallenergie verbraucht. Wenn der Aufprall mit nicht zu hoher Geschwindigkeit erfolgt, sind zwar der Stoßfänger und die beiden Crash-Boxen beschädigt, jedoch bleibt das Chassis heil. Es genügt daher bei der Repa­ ratur, lediglich den Stoßfänger und die Crash-Boxen zu erneu­ ern.

Eine Crash-Box kann aus einem hohlen rohrförmigen Crashkörper hergestellt werden. Neben dem Crashkörper umfaßt die Crash- Box zum einen Befestigungsflansche für die Befestigung am Stoßfänger und zum anderen Befestigungsflächen z. B. als Ver­ längerung der Seitenwände des Crashkörpers für die Befesti­ gung am Chassis. Daneben kann benachbart zu den Befestigungs­ flanschen im Bodenbereich des Crashkörpers auch noch ein Bo­ denteil als Bodenwand vorgesehen sein.

Bei einem Aufprall sollen sich die Seitenwände des Crashkör­ pers möglichst gleichmäßig verformen, um die Aufprall-Energie aufzunehmen und es besteht in diesem Zusammenhang die Forde­ rung, daß die Wanddicke der Befestigungsflansche und der Be­ festigungswände sowie des Bodenteils größer als die Wanddicke der Seitenwände ist.

Diese Forderung führt in der Praxis dazu, daß die Herstellung einer Crash-Box aufwendig und zeitraubend und damit kostenin­ tensiv ist. Dies liegt auch daran, daß neben Biegearbeiten auch Schweißarbeiten erforderlich sind und daher unterschied­ liche Herstellungswerkzeuge und lange Fertigungszeiten benö­ tigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die Herstellung einer Crash-Box vereinfacht und verbilligt, wobei gleichzeitig die Funktionsweise der Crash-Box noch verbessert werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensschritte.

Der grundlegende Gedanke der Erfindung besteht darin, bei der Herstellung einer Crash-Box lediglich Stanzvorgänge und Bie­ gevorgänge heranzuziehen und auf das aufwendige Schweißen zu verzichten. Dabei dient als Ausgangskörper für die Herstel­ lung der Crash-Box nach wie vor ein hohler rohrförmiger Grundkörper als Crashkörper.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Her­ stellung einer Crash-Box durch die folgenden Verfahrens­ schritte. Zunächst wird der Crashkörper an seinem einen Ende entlang vier gleich langer Schnittlinien in axialer Richtung teilweise aufgeschnitten, so daß je zwei gegenüberliegende Seitenwandabschnitte entstehen.

Die einen der zwei gegenüberliegenden Seitenwandabschnitte werden danach jeweils längs einer auf dem Umfang des Crashkörpers verlaufenden Biegelinie um 90° nach innen zum Crashkörper gebogen, wodurch das Bodenteil gebildet wird.

Die anderen beiden gegenüberliegenden Seitenwandabschnitte werden ebenfalls längs einer auf dem Umfang des Crashkörpers verlaufenden Biegelinie um 90° gebogen, jedoch in anderer Richtung nach außen vom Crashkörper weg.

Anschließend wird von jedem Seitenwandabschnitt ein äußerer Abschnitt in gleicher Biegerichtung um weitere 90°, also ins­ gesamt um 180°, gebogen, so daß der äußere Abschnitt auf den restlichen inneren nur um 90° gebogenen Seitenwandabschnitt aufliegt, wodurch die seitlichen Befestigungsflansche gebil­ det werden. Diese Befestigungsflansche besitzen wegen der er­ wähnten aufeinanderliegenden Abschnitte die doppelte Wanddicke wie die Seitenwände des Crashkörpers.

Als nächstes wird der Crashkörper im Abstand von seinem ande­ ren Ende entlang zweier parallel zu der oben genannten und zur Bildung des Bodenteils dienenden Biegelinie auf dem Um­ fang des Crashkörpers verlaufenden Schnittlinien teilweise aufgeschnitten, wodurch zum einen zwei gegenüberliegende Sei­ tenwandabschnitte und zum anderen zwei gegenüberliegende Restseitenwandflächen entstehen. Während die Restseitenwand­ flächen unbearbeitet bleiben, wird jeder der gegenüberliegen­ den Seitenwandabschnitte von dem anderen Ende des Crashkör­ pers her in axialer Richtung teilweise aufgeschnitten, so daß aus jedem der Seitenwandabschnitte zwei Seitenwandlaschen ge­ bildet werden.

Jede Seitenwandlasche wird danach um eine axial auf dem Um­ fang des Crashkörpers verlaufende Knicklinie um 90° nach in­ nen hin gebogen, so daß sie parallel auf den Innenseiten der zugeordneten Restseitenwandflächen aufliegen, wodurch die Be­ festigungsflächen gebildet werden. Die gesamte Wanddicke der Befestigungsflächen ist mindestens zweimal so groß wie die Wanddicke des Crashkörpers. Eine Befestigungsfläche wird näm­ lich durch die Restseitenwandfläche und durch die beiden par­ allel dazu verlaufenden umgebogenen Seitenwandlaschen gebil­ det.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung wird für die Herstellung der Crash-Box ein rechteckiger Crashkörper ver­ wendet. Dabei lassen sich die weiter oben erwähnten vier gleich langen Schnittlinien in einfacher Weise an den vier Kanten des rechteckförmigen Rohrkörpers realisieren, so daß auch die durch das Schneiden jeweils gebildeten Seitenwandab­ schnitte eine rechteckförmige Form ausweisen.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird als Ausgangsprodukt für die Herstellung der Crash-Box ein längsnahtgeschweißtes Aluminiumrohr verwendet, wobei vor­ zugsweise eine naturharte Aluminiumlegierung zum Einsatz kommt und die Wanddicke des Aluminiumrohres 2 bis 3 mm be­ trägt.

Bisher hat man für die Herstellung einer gewichtsoptimierten Crash-Box stranggepreßte Aluminiumrohre benutzt, die mit dem Nachteil behaftet sind, daß die Wanddicke des Rohrkörpers fertigungsbedingt Schwankungen unterliegt und nicht hinrei­ chend genau konstant ist. Dies führt dazu, daß sich die Sei­ tenwände des Crashkörpers bei einem Aufprall in nachteiliger Weise ungleichmäßig verformen, je nachdem, ob eine dickere oder dünnere Seitenwand vorliegt.

Demgegenüber lassen sich längsnahtgeschweißte Aluminiumrohre mit wesentlich genaueren konstanten Wanddicken herstellen. Dies führt zu dem Vorteil, daß sich bei einem Aufprall eine in engen Toleranzen konstante Energieaufnahme der Crash-Box ergibt, so daß die Anforderungen hinsichtlich einer maximal übertragbaren Kraft erfüllt werden können, ohne daß wegen der Streuung in der Energieaufnahme auf mögliche Energieabsorpti­ on verzichtet werden muß. Die Wanddicke geht hier in der dritten Potenz ein.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden an den vier Kanten, wo im Bereich des Bodenteils die Seitenwandabschnitte aneinander grenzen, Ausparungen in jedem Seitenwandabschnitt vorgesehen.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die vier Eckbereiche an den Kanten des rechteckförmigen Crashkörpers trotz der um­ gebogenen Seitenflansche und trotz des umgebogenen Bodenteils senkrecht auf den krafteinleitenden Flächen von Stoßfänger und Chassis anliegen können. Die Knickfestigkeit der Eckbe­ reiche ist nämlich größer als die Knickfestigkeit der Seiten­ flächen zwischen den Kanten. Bei einem Aufprall kann daher die Energie zunächst direkt von den Kanten aufgenommen wer­ den, und im Ergebnis ist es daher möglich, das volle Energie­ aufnahmevermögen eines Crashkörpers mit rechteckigem Quer­ schnitt auszunutzen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie­ le wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines recheckförmigen längsnahtgeschweißten Aluminiumrohres zur Herstellung einer Crash-Box,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Crash-Box in einem Zwischenstadium des Herstellungsverfahrens vor der Fertig­ stellung,

Fig. 3-5 schematische Seitenansichten der unteren breiten Seiten einer Crash-Box,

Fig. 6-7 schematische Seitenansichten der schmalen unteren Seite einer Crash-Box,

Fig. 8 einer perspektivische Darstellung einer fertig hergestellten Crash-Box,

Fig. 9-11 drei Ansichten einer Crash-Box gemäß ei­ ner anderen Ausführungsform der Erfin­ dung,

Fig. 12 eine Draufsicht einer Crash-Box auf deren Bodenteil, und

Fig. 13 eine perspektivische Teilansicht eines Eckbereiches einer Crash-Box.

Die in Fig. 1-7 in unterschiedlichen Verfahrensschritten für ihre Herstellung und in Fig. 8 im fertigen Zustand darge­ stellte Crash-Box 10 umfaßt ein rechteckförmiges Rohr als Crashkörper 12 mit vier Seitenwänden 14, 16, 18 und 20. An seinem einen Ende besitzt die Crash-Box 10 zwei seitliche Be­ festigungsflansche 26 und 28 im Winkel von 90° zu den benach­ barten Seitenwänden 16 und 20. An dem anderen Ende befinden sich zwei Befestigungsflächen 38, 40 als Verlängerungen der beiden Seitenwände 16 und 20, wobei eine Befestigungsfläche 38 durch drei Laschen 42, 44, 46 und die andere Befestigungs­ fläche 40 durch drei Laschen 48, 50 und 52 gebildet ist.

In der Ebene der beiden seitlichen Befestigungsflansche 26, 28 besitzt die Crash-Box 10 ein Bodenteil in Form von zwei Versteifungslaschen 22 und 24. Die beiden Versteifungsflan­ sche 22 und 24 können sich je nach ihrer Abmessung überlappen oder auch in einer gleichen Ebene im Abstand nebeneinander liegen.

Anhand von Fig. 1-8 wird nachfolgend das Verfahren zur Her­ stellung der Crash-Box 10 beschrieben. Dabei wird als Basi­ steil von einem rechteckförmigen längsnahtgeschweißten Alumi­ niumrohr mit einer Wandstärke von 2,5 mm ausgegangen. Dieses längsnahtgeschweißte Aluminiumrohr wird im Bereich seiner vier Kanten 98 an seinem einen - in der Zeichnung unteren - Ende längs vier gleichlanger Schnittlinien 82, 84, 86 und 88 gemäß Fig. 1 aufgeschnitten. Die Länge der Schnittlinien 82-88 wird etwas geringer als die Breite der seitlichen Befesti­ gungsflansche 26, 28 gewählt. Durch das Aufschneiden entste­ hen an den betreffenden unteren Enden der Seitenwände 14-20 Seitenwandteile als Laschenteile 30, 32, 34 und 36.

Wie in Fig. 2-6 zu erkennen ist, werden als nächstes die Laschenteile 30, 32 sowie 34, 36 längs Biegelinien 66 und 68 um 90° nach außen gebogen, und anschließend werden die äuße­ ren Laschenteile 32 und 36 längs der Biegelinien 70 und 72 nochmals um 180° gebogen, so daß die Laschenteile 32 und 36 parallel zu den anderen Laschenteilen 30 und 34 zu liegen kommen. Auf diese Weise werden gemäß Fig. 5 und 8 die seitli­ chen Befestigungsflansche 26 und 28 gebildet.

Die Versteifungsflansche 22 und 24 werden längs der Biegeli­ nien 62 und 64 um 90° zum Inneren des Crashkörpers 12 hin um­ gebogen, wie dies anschaulich in Fig. 2 sowie in Fig. 6 und 7 dargestellt ist, um ein Bodenteil der Crash-Box 10 zu bilden.

Am gegenüberliegenden Ende der Crash-Box werden die beiden gegenüberliegenden Seitenwände im Abstand von dem Ende quer zur axialen Richtung längs der Schnittlinien 90 und 92 aufge­ schnitten, und anschließend werden die beiden Seitenwände 14 und 18 von dem Ende her bis zu den Schnittlinien 90 und 92 in axialer Richtung aufgeschnitten. Auf diese Weise entstehen gemäß Fig. 1 und 2 die Laschen 44, 46 und 50, 52 sowie die Laschen 42 und 48 als Bestandteile der Seitenwände 16 und 20.

Die Laschen 44, 46 und 50, 52 werden um 180° längs der Biege­ linien 74, 76 bzw. 78, 80 umgebogen, um gemäß Fig. 8 die Be­ festigungsflächen 38 und 40 zu bilden.

Bei dem Ausführungsbeispiel einer Crash-Box 10, die in Fig. 9-11 in zwei Seitenansichten und einer Draufsicht dargestellt ist, ist die Fläche der Laschen 44, 46 und 50, 52 so gewählt, daß sie sich nach dem Biegevorgang nicht überlappen, sondern in einer Ebene nebeneinander liegen. Die beiden Befestigungs­ flächen 38, 40 weisen daher im Vergleich zur Wanddicke der Seitenwände 14-20 die doppelte Wanddicke auf und sind somit hinreichend stabil.

Die Flächen der das Bodenteil bildenden Versteifungsflansche 22 und 24 können so groß oder klein gewählt werden, daß sie einander überlappen oder gemäß Fig. 7 und 11 sich im Abstand voneinander in einer Ebene erstrecken.

Fig. 12 zeigt in einer Ansicht auf das Bodenteil der Crash- Box 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und in Fig. 13 ist ein Kanten- bzw. Eckbereich B perspektivisch dar­ gestellt. Hier sind im Eckbereich B der vier Kanten 98, wo die Versteifungslaschen 22, 24 sowie die Laschenteile 30 und 34 normalerweise gemäß Fig. 8, 11, aneinander grenzen, Aus­ sparungen 54 und 56 in den Laschenteilen 30 und 34 sowie wei­ tere Aussparungen 58 und 60 bei den Versteifungslaschen 22 und 24 vorgesehen.

Die Aussparungen 54, 56 und 58 lassen sich dadurch erzielen, daß gemäß der Darstellung in Fig. 13 die Schnittlinien 82, 84 und 88 von den Kanten 98 versetzt sind, wodurch die Laschen­ teile 34 und 36 sowie 22 und 24 schmaler als in Fig. 8 wer­ den.

Dadurch entstehen Eckbereiche B sowie Seitenbereiche A. Wie schematisch anhand von Fig. 13B dargestellt ist, können die Eckbereiche B senkrecht auf den krafteinleitenden Flächen ei­ nes Stoßfängers anliegen, so daß bei einem Aufprall eine senkrechte Krafteinleitung erfolgt. Die Knickfestigkeit der Eckbereiche B ist nämlich größer als die Knickfestigkeit der Seitenwände 14-20 zwischen den Kanten 98.

Bei einem Aufprall kann somit die Energie zunächst direkt von den Kanten 98 bzw. den Eckbereichen B aufgenommen werden, so daß es möglich ist, das volle Energieaufnahmevermögen des Crashkörpers 12 auszunutzen.

Demgegenüber folgt die Kraftaufnahme in den Seitenbereichen B gemäß der schematischen Darstellung nach Fig. 13 A seitlich, d. h., die Kraft wird von dem Verfestigungsflansch 22 "um die Ecke" seitlich in die senkrecht dazu verlaufende Seitenwand 14 eingeleitet.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Crash-Box 10 erfolgt ausschließlich durch einfache Arbeitsgänge, nämlich durch Stanzen/Schneiden und durch Biegen, während gesonderte Schweißarbeiten nicht mehr erforderlich sind.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer Crash-Box, welche aus einem rohrförmigen, durch Seitenwände gebildeten Crashkörper besteht, an dessen einem Ende sich Befestigungsflansche be­ finden, und dessen anderes Ende Befestigungsflächen aufweist, wobei der Crashkörper vorzugsweise rechteckig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der fertigen Crash-Box die Befestigungsflansche und die Befestigungsflä­ chen sowie ein sich innerhalb oder außerhalb des Crashkörpers erstreckendes Bodenteil ausschließlich durch teilweises Auf­ schneiden/Stanzen des Crashkörpers und durch Biegen der beim Aufschneiden/Stanzen entstehenden Crashkörper-Abschnitte her­ gestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) Der Crashkörper wird an seinem einen Ende entlang vier gleichlanger Schnittlinien in axialer Richtung teilweise aufgeschnitten, wodurch je zwei gegenüberliegende Sei­ tenwandabschnitte entstehen,
• b) die einen zwei gegenüberliegenden Seitenwandabschnitte werden jeweils längs einer jeweils auf dem Umfang des Crashkörpers verlaufenden Biegelinie radial um 90° nach innen zum Crashkörper oder nach außen gebogen, so daß die beiden Seitenwandabschnitte in einer Ebene nebenein­ ander oder parallel aufeinander liegen, wodurch das Bo­ denteil gebildet wird,
• c) die anderen zwei gegenüberliegenden Seitenwandabschnitte werden längs einer jeweils auf dem Umfang des Crashkör­ pers verlaufenden Biegelinie um 90° nach außen vom Crashkörper weg gebogen,
• d) ein äußerer Abschnitt jeder der anderen Seitenwandab­ schnitte wird in gleicher Biegerichtung längs einer par­ allel zur vorherigen Biegelinie verlaufenden weiteren Biegelinie um weitere 180° gebogen, so daß der äußere Abschnitt auf den restlichen inneren, nur um 90° geboge­ nen Seitenwandabschnitt aufliegt, wodurch die seitlichen Befestigungsflansche gebildet werden,
• e) der Crashkörper wird im Abstand von seinem anderen Ende längs zweier parallel zu der unter b) genannten Biegeli­ nie auf dem Umfang des Crashkörpers verlaufenden Schnittlinien teilweise aufgeschnitten, wodurch zum ei­ nen zwei gegenüberliegende Seitenwandabschnitte und zum anderen zwei gegenüberliegende Restseitenwandflächen entstehen,
• f) jeder der gegenüberliegenden Seitenwandabschnitte wird vom anderen Ende des Crashkörpers her in axialer Rich­ tung teilweise aufgeschnitten, so daß aus jedem Seiten­ wandabschnitt zwei Seitenwandlaschen gebildet werden,
• g) jede Seitenwandlasche wird um eine axial auf dem Umfang des Crashkörpers verlaufende Biegelinie radial um 90° nach innen gebogen, wodurch die Befestigungsflächen ge­ bildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein rechteckiger oder quadratischer Crashkörper zur Herstellung der Crash-Box verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsprodukt für die Her­ stellung der Crash-Box ein längsnahtgeschweißtes Aluminium­ rohr verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein längsnahtgeschweißtes Aluminiumrohr verwendet wird, wel­ ches aus einer naturharten Aluminiumlegierung besteht, wobei die Wanddicke des Aluminiumrohres 2-3 mm beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß an den vier Kanten, wo im Bereich des Bodenteils die Seitenwandabschnitte an die Eckbereiche grenzen, Aussparungen in jedem Seitenwandabschnitt vorgesehen werden.

7. Nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden An­ sprüche hergestellte Crash-Box, dadurch gekennzeichnet, daß die Crash-Box durch ein längsnahtgeschweißtes Aluminiumrohr gebildet ist.