DE10259429A1

DE10259429A1 - Deformierbare, rohrförmige Crash-Box

Info

Publication number: DE10259429A1
Application number: DE10259429A
Authority: DE
Inventors: Eric Dipl.-Ing. Koch (FH)
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-01
Also published as: US20040124645A1

Abstract

Es wird eine äußerst einfache Crash-Box (2) beschrieben, mit der ein Stoßfänger (1) an dem Längsträger (2') eines Kraftfahrzeuges befestigt wird. Es handelt sich letztendlich um Abschnitte eines Stahlrohres, das in etwa einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Diese werden so angeordnet, dass bei einer Frontalbelastung des Stoßfängers (1) gemäß Pfeil (10) eine radiale Zusammendrückung der rohrförmigen Crash-Box (2) erfolgt. DOLLAR A Derartige Crash-Boxen (2) lassen sich relativ einfach herstellen und austauschen, so dass sich eine günstige Reparaturbilanz ergibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine deformierbare, rohrförmige Crash-Box zwischen einem Stoßfänger und einem Längsträger eines Kraftfahrzeuges, deren Achse senkrecht zum Längsträger ausgerichtet ist.

Eine derartige Crash-Box ist z. B. aus der DE 197 09 171 C1 bekannt. Bei dieser sind mehrere einzelne rohrförmige, im Querschnitt freie und aus Aluminium bestehende, runde Rohrabschnitte wabenförmig zusammengesetzt, so dass sich etwa ein trapezförmiges Gebilde ergibt, das mit seiner langen, die Basis des Trapezes bildenden Seite am Längsträger und mit seiner der Basis gegenüberliegenden kurzen Seite an dem Stoßfänger befestigt ist.

Eine Crash-Box hat die Funktion, sich bei leichten Fahrzeugkollisionen zu verformen und dabei Deformationsenergie aufzunehmen, wobei der eigentliche Fahrzeuglängsträger nicht in die Deformationszone einbezogen wird und damit unbeschädigt bleibt. Zur Reparatur des beschädigten Fahrzeuges braucht daher lediglich die verformte Crash-Box und natürlich der beschädigte Stoßfänger ausgewechselt zu werden.

Damit die Reparatur kostengünstig durchgeführt werden kann, müssen die Crash-Boxen einfach im Aufbau, kostengünstig in der Herstellung und leicht auszuwechseln sein. Außerdem müssen sie in der Lage sein, bei einem geringen Kraftniveau hohe Energien aufzunehmen.

Die in der DE 197 09 171 C1 vorgestellte Crash-Box kann diese Aufgaben nur mangelhaft erfüllen.

Um die wabenförmige Struktur einigermaßen kostengünstig zu erhalten, muss sie im Stranggussverfahren hergestellt werden. Aber selbst dieses Verfahren ist noch relativ aufwändig und teuer. Da Aluminium weicher ist als Stahl, ist der Materialeinsatz höher, was wiederum höhere Kosten verursacht. Außerdem kann mit der gewählten wabenförmigen Struktur auch über das Ziel hinausgeschossen werden : Sie hält nämlich durchaus Kräften stand, die zu Beschädigungen des Längsträgers führen, der damit nicht wirksam vor Verformungen geschützt ist.

Die Erfindung beruht somit auf dem Problem, eine Crash-Box zu schaffen, die einfach in der Herstellung ist und trotzdem die gewünschte Deformationscharakteristik aufweist.

Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung eine Crash-Box gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vor mit den weiteren Merkmalen, dass die Crash-Box aus Stahl hergestellt ist, einen freien Querschnitt aufweist, wobei die Basiswände der Crash-Box dem Längsträger bzw. dem Stoßfänger zugewandt sind und die dazu senkrecht verlaufenden Seitenwände eine Distanz zwischen dem Längsträger und dem Stoßfänger herstellen, und dass der Übergang zwischen den Wänden bogenförmig verläuft.

Rohre aus Stahl mit einem freien Querschnitt sind äußerst einfach herzustellen und sind mit vorgegebenen Längen als Handelsware frei zugänglich. Die Crash-Boxen entstehen, indem von dem Rohr kurze Stücke abgeschnitten werden.

Stahl ist als Werkstoff gut geeignet, da sein Biegemoment durch entsprechende Legierungsanteile gut eingestellt werden kann. Es weist damit bezogen auf den Einsatzzweck eine bessere Verformungscharakteristik als Aluminium auf.

In der DE 197 36 839 A1 sind zwar rohrförmige Deformationselemente aus Stahl beschrieben, sie dienen aber nicht als Crash-Boxen vor Fahrzeuglängsträgern, sondern als kraftaufnehmende Elemente in einer flächigen Struktur, z. B. einer Fahrzeugtür. Der Übergang zwischen den Basiswänden und den Seitenwänden erfolgt bei diesen Deformationselementen knickartig. Dies führt zu einer mit Kraftspitzen versehenen Verformungscharakteristik: Der Knick kann relativ lange einer Kraft widerstehen, dann gibt er aber plötzlich nach. Ein bogenförmiger Übergang, wie ihn die vorliegende Erfindung vorsieht, sorgt für einen allmählichen Kraftanstieg, da ein Bogen sich an seinem Gegenpart (Stoßfänger oder Längsträger) mit einem gleichbleibenden Widerstand quasi abrollt.

Die Verformungscharakteristik kann noch weiter verbessert werden, wenn die Seitenwände selbst bezogen auf den Querschnitt der Crash-Box in einem Bogen verlaufen. In diesem Fall ergibt sich ein besonders weicher Übergang.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn der Bogen konvex nach innen zur Achse der Crash-Box verläuft. Dadurch sind die Seitenwände quasi drei Mal um ca. 180° umgelenkt, so dass sich insgesamt drei Bögen einstellen, die die Deformationskräfte sehr gleichmäßig aufnehmen.

Eine Verformungscharakteristik mit einem gleichbleibenden Anstieg erreicht man, wenn mindestens eine der Basiswände konvex nach innen zur Achse der Crash-Box wenigstens einmal bogenförmig eingezogen ist. In diesem Fall knicken zunächst die Seitenwände aus, bis der Zenit des Bogens an die gegenüberliegende Basiswand anstößt, so dass die Seitenwände dieses Bogens in die Verformung mit einbezogen werden.

Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Stoßfängers mit zwei Crash-Boxen gemäß der Erfindung;
2a–c verschiedene Querschnittsformen dieser Crash-Box.
Zunächst wird auf die 1 Bezug genommen. Diese zeigt einen Stoßfänger 1 bzw. seinen Träger, der sich quer vor der Front eines hier nicht näher dargestellten Fahrzeuges erstreckt.
In Längsrichtung des Fahrzeuges befinden sich zwei hier nur schematisch dargestellte Längsträger 2', die in die Front des Fahrzeuges führen. An deren Enden befindet sich jeweils eine Crash-Box 2, auf deren vorderen Seiten der Träger der Stoßfänger 1 befestigt ist. Die hier gezeigte Ausführung bezieht sich auf die Front des Fahrzeuges. Die Erfindung kann aber in entsprechender Weise auch für das Fahrzeugheck genutzt werden.
Jede Crash-Box 2 ist von einem kurzen Rohrabschnitt mit einem in etwa rechteckigen Querschnitt gebildet. Das Innere des Rohrabschnittes ist hohl und besitzt keine Querwände. Oben und unten ist die Crash-Box 2 offen. Der Querschnitt kann auch rund, oval oder mehreckig sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Crash-Boxen 2 senkrecht angeordnet, d. h. ihre Längsachse erstreckt sich vertikal. Die gleiche Wirkung wird aber erzielt, wenn die Crash-Box in anderer Orientierung, also z. B. horizontal, ausgerichtet ist. Auf jeden Fall soll die Achse der Crash-Box 2 quer zur Längsachse des Fahrzeuglängsträgers 2' verlaufen, so dass die Crash-Box 2 radial belastet ist.
2a zeigt einen ersten Querschnitt der Crash-Box 2. Hierbei handelt es sich um ein Rechteck mit langen Basiswänden 3 und kurzen Seitenwänden 4, wobei die Basiswände 3 am Stoßfänger bzw. am jeweiligen Längsträger. befestigt sind. Die Übergänge 5 zwischen den Wänden 3, 4 verlaufen in einem Bogen. Wenn die Crash-Box 2 entsprechend dem Doppelpfeil 10 zusammengedrückt wird, knicken die Seitenwände 4 nach außen, wobei die bogenförmigen Übergänge 5 in einen Bogen nach außen gedrückt werden. Diese Situation ist strichpunktiert angedeutet.
In 2b sind die Seitenwände 4 in einen Bogen 6 nach innen gezogen. Dies hat den Vorteil, dass auch die Verformung der Seitenwände 4 sehr gleichmäßig erfolgt. Durch den S-förmigen Verlauf der Seitenwand 4 sind nämlich mehrere Bögen in die Verformung einbezogen.
Mit der Ausführung nach 2c lässt sich eine stufige Deformationscharakteristik erreichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine der Basiswände 3, vorzugsweise diejenige, die am Längsträger 2' befestigt ist, mit einem weit in die Crash-Box hineinreichenden Bogen 7 versehen, der sich der gegenüberliegenden Basiswand deutlich nähert. Es verbleibt allerdings ein kleiner Abstand 8.
Bei dieser Ausführung verformt sich zunächst die Crash-Box 2, so wie dies in 2a angedeutet ist. Wenn der Zenit des Bogens 7 die gegenüberliegende Basiswand erreicht hat, werden die Seitenwände 9 des Bogens 7 in die Verformung einbezogen, so dass nun insgesamt vier Wände (4, 9) verformt werden bzw. eine entsprechende Anzahl von bogenförmigen Übergängen betroffen sind. Dadurch steigt der Widerstand an, so dass sich insgesamt ein stufiger bis ansteigender Verformungswiderstand einstellt.
Generell sei angemerkt, dass an nicht beanspruchten Stellen der Crash-Box 2 Teile für Zusatzfunktionen angeschweißt oder angeformt sein können. Dazu können insbesondere in den seitlichen Öffnungen der Crash-Box die Öffnung überbrückende Laschen angebracht sein.

1: Stoßfänger
2: Crash-Box
2': Längsträger
3: Basiswand
4: Seitenwand
5: Übergang
6: Bogen
7: Bogen
8: Abstand
9: Seitenwand
10: Pfeil

Claims

Deformierbare, rohrförmige Crash-Box zwischen einem Stoßfänger (1) und den Längsträgern (2') eines Kraftfahrzeuges, deren Achse senkrecht zum Längsträger (2') ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Crash-Box (2) aus Stahl hergestellt ist, einen freien Querschnitt aufweist, wobei die Basiswände (3) der Crash-Box (2) dem Längsträger (2') bzw. dem Stoßfänger (1) zugewandt sind und die dazu senkrecht verlaufenden Seitenwände (4) eine Distanz zwischen dem Längsträger (2') und dem Stoßfänger (1) herstellen, und dass der Übergang (5) zwischen den Wänden (3, 4) bogenförmig verläuft.
Crash-Box nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (4) bezogen auf den Querschnitt der Crash-Box (2) in einem Bogen (6) verlaufen.
Crash-Box nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bogen (6) konvex nach innen gerichtet ist.
Crash-Box nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Basiswand (3) bezogen auf den Querschnitt der Crash-Box (2) in einem Bogen (7) konvex nach innen gerichtet ist.
Crash-Box nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zenit des Bogens (7) einen Abstand (8) zur gegenüberliegenden Basiswand (3) aufweist, der deutlich kleiner ist als der maximale Verformungsweg der Crash-Box (2).
Crash-Box nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiswände (3) am Längsträger (2') bzw. an dem Stoßfänger (1) befestigt sind.