DE602004009004T2

DE602004009004T2 - Fahrzeugstossfängeranordnung

Info

Publication number: DE602004009004T2
Application number: DE602004009004T
Authority: DE
Inventors: Jean Louis Toneatti; Mario Vismara
Original assignee: Avelda Srl
Current assignee: Avelda Srl
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2024-08-03
Also published as: PL1504966T3; ATE373585T1; ES2293158T3; US20050062300A1; BRPI0403201A; EP1504966B1; ITMI20031616A1; BRPI0403201B1; US7093866B2; DE602004009004D1; EP1504966A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Abfedern von Energie, die durch Stoßfänger in Fahrzeugen generiert wird, und insbesondere auf eine verbesserte Stoßfängeranordnung für Fahrzeuge sowie ein Fahrzeug mit dieser Stoßfängeranordnung und ein Verfahren zum Schützen eines Fahrzeugs vor einem durch Aufprall verursachten Schaden.
In der Kraftwagenindustrie ist es bekannt, Stoßfänger an der Vorder- und Rückseite eines Fahrzeugs vorzusehen, um die von einem Aufprall hervorgerufene Energie abzufedern und jeglichen Schaden an Teilen des Fahrzeugs und die Verletzung von Insassen und Fußgängern, die in den Aufprall involviert sein können, soweit wie möglich zu begrenzen.
Derzeit wird die Aufmerksamkeit von Fahrzeugherstellern insbesondere auf die Reduzierung des Schadens, welchen ein Fahrzeug nach einem Aufprall bei relativ geringen Geschwindigkeiten erleidet, typischerweise weniger als ungefähr 15-16 km/h, gerichtet. Versicherungsgesellschaften in bestimmten Ländern, zum Beispiel Deutschland und Großbritannien, haben in einem Versuch, zunehmend gerechtere Versicherungsprämien bereitzustellen, neue Auswertungsparameter eingeführt. Die aktuelle Tendenz ist in der Tat die, eine Versicherungsprämie anzubieten, die proportional zu der sogenannten „Versicherungsklasse" des Fahrzeugs und nicht lediglich der Leistung und des Wertes dieses Fahrzeugs ist. Die Versicherungsklasse wiederum wird auf der Basis der Reparaturkosten eines Fahrzeugmodells nach einem Aufprall, sowohl der Vorderseite als der Rückseite des Fahrzeugs gegen einen fest stehenden Wagen bei 15-16 km/h berechnet.
Um das Risiko eines reduzierten Marktanteils aufgrund der hohen Betriebskosten ihrer Fahrzeuge, die wiederum durch hohe Versicherungsprämien benachteiligt werden, zu verhindern, suchen Fahrzeughersteller nach effizienten Lösungen, die es ihnen ermöglichen, die Schäden an ihren Fahrzeugen nach einem Aufprall bei geringen Geschwindigkeiten, typischerweise weniger als ca. 15-16 km/h, zu minimieren.
Gegenwärtig sehen Fahrzeughersteller ein sogenanntes „Opferelement" (auch bekannt als „Crashbox") vor, das im Fall eines Aufpralls einen Großteil der Aufprallenergie dämpft, wobei es deformiert wird, aber die Deformation des Fahrzeugchassis verhindert. In der Tat würde jegliche Deformation des Chassis zu entschieden hohen Reparaturkosten und inakzeptabel hohen Versicherungskosten als Ergebnis führen.
Typischerweise weist eine Stoßfängeranordnung mit einem Opferelement der bekannten Art ein Paar von Crashboxen, ein Querteil, ein Dämpfungselement (zum Beispiel aus Schaum oder Ähnlichem gebildet) und ein Stoßschild auf. In der Stoßfängeranordnung der oben genannten bekannten Art sind die beiden Crashboxen an den Enden von zwei entsprechenden Längselementen des Fahrzeugchassis über zwei entsprechende Platten befestigt. Das Querteil ist mit der gegenüberliegenden Seite der Crashboxen verbunden und erstreckt sich durchgängig von einer Crashbox zu der anderen. Das aus Schaum oder Ähnlichem hergestellte Dämpfungselement ist, wenn vorgesehen, an das Äußere des Querteils gefesselt. Die Stoßfängeranordnung ist zudem durch ein Stoßschild mit hauptsächlich ästethischen und aerodynamischen Funktionen vervollständigt. Das Dämpfungselement, zum Beispiel aus expandiertem Polypropylen oder Ähnlichem hergestellt, ist durch eine merkliche Fähigkeit gekennzeichnet, am Ende eines Aufpralls, welcher darauf bei sehr geringen Geschwindigkeiten (Geschwindigkeiten weniger als 4-5 km/h) wirkt und beispielsweise während eines Einparkmanövers auftritt, elastisch in eine ursprüngliche, nicht deformierte Position zurückzukehren.
Herkömmlicherweise werden sowohl die Crashboxen als auch das Querteil aus metallischen Materialien, typischerweise Stahlblech oder Aluminium, hergestellt. Im Allgemeinen gestattet es die Gegenwart eines Querteils, dass der Aufpralldruck in einer einheitlicheren und gleichmäßiger verteilten Art verteilt wird. Hinsichtlich der Größenordnun gen ist die Kraft, die auf die Crashboxen bezüglich der Oberfläche der Crashboxen (ohne Querteil) wirkt, ca. 20 N/mm², aber verringert sich aufgrund der verbesserten Aufpralloberfläche auf ca. 3-5 N/mm², wenn das Querteil gegenwärtig ist. Ein derartiger Druck ist kompatibel mit der Festigkeit (1-6 N/mm²) einer deformierbaren NCAP-Barriere („Einschläger"), welcher für eine Simulation eines realen Aufpralls verwendet wird. Das Erfordernis, ein Querteil zwischen zwei Crashboxen bereitzustellen, ist daher zunächst durch die Tatsache bestimmt, dass im Fall eines realen Aufpralls mit zwei Autos das Querteil des auffahrenden Fahrzeugs den festen Aufprall eines sogenannten „Versicherungstests" simuliert.
Des Weiteren gewährleistet das Querteil eine verbesserte Verteilung des Aufpralls, selbst wenn dieser versetzt ist. In der Tat bedeckt die Barriere (oder Einschläger), die zur Durchführung der Versicherungsaufpralltests verwendet wird, 40% des Fahrzeugs. Aus diesem Grund, wegen der Geometrie der Stoßfänger, findet ein versetzter Aufprall nicht gegen die Boxen statt, sondern der erste Kontakt während des Aufpralls findet bei ca. 2-3 cm von diesen statt.
Schließlich erlaubt es das Querteil im Fall eines Aufpralls mit einem Stab in einer im Wesentlichen zentralen Zone, dass die Kraft zum verbesserten Schutz des Fahrzeugs über die zwei seitlichen Crashboxen verteilt wird.
In der bekannten Lösung, welche oben beschrieben wurde, ist das Querteil mit dem distalen Ende der Crashboxen durch ein konventionelles mechanisches Verbindungssystem verbunden, zum Beispiel durch Schweißen, Schrauben und Bolzen oder Ähnliches. im Zusammenhang mit der vorliegenden Patentanmeldung müssen die Adjektive „distal” (oder „extern") und „nah" (oder „intern") mit Bezug auf ein Fahrzeug (nicht in seiner Gesamtheit gezeigt) verstanden werden. Mit anderen Worten ist die „distale" Seite die Seite, die am weitesten vom Fahrzeug weg ist, während die „nahe" Seite die Seite ist, die am nächsten zu dem Fahrzeug ist.
Die bekannten Lösungen, die oben beschrieben sind (metallene Crashboxen, Platten zum Befestigen der Crashboxen an den Längsgliedern und metallene Querteile, welche an den distalen Enden der Crashboxen befestigt sind), sind aus Sicht der Aufprallresistenz zufriedenstellend, werden aber gewissermaßen als seltsam zusammenzusetzen, schwer, teuer und nicht einfach an neue Fahrzeugmodelle anpassbar betrachtet.
Stoßfängeranordnungen mit ausschließlich Kunststoffcrashboxen (die im Wesentlichen die gleichen Funktionen wie metallene Crashboxen erfüllen) sind auch bekannt. Diese Stoßfängeranordnungen haben kein durchgehendes Querteil, sind aber dennoch geeignet, die Versicherungsaufpralltests, die in Laboratorien durchgeführt werden, zu bestehen. Diese Stoßfängeranordnungen arbeiten vergleichsweise gut bei Aufprallen gegen feste Hindernisse und können präzise aus Plastikmaterialien hergestellt werden, in einer günstigen Weise und mit relativ geringen Gewichten, zum Beispiel durch eine Kunststoff-Wabenstruktur.
Ein Nachteil dieser Stoßfängeranordnungen ohne Querteil ist jedoch die Unfähigkeit, angemessen einem zentrierten zentralen Aufprall zu widerstehen, des Typs, welcher als „Polaufprall bekannt ist.
In einem Versuch, die Nachteile der Stoßfängeranordnungen ohne Querteil zu beheben, wurden schließlich Kompromisslösungen vorgeschlagen, die vorsehen, ein metallenes Querteil aus Blech mit den bekannten Kunststoffcrashboxen zusammenzufügen. Auch in dem Fall dieser Stoßfängeranordnungen ist das metallene Querteil aus Blech an das distale Ende der Kunststoffcrashbox gefesselt. Diese Stoßfängeranordnungen bieten eine größere Resistenz gegen konzentrierte zentrale Aufpralle als die Lösungen ohne Querteil. Der Nachteil in diesem Fall besteht in der Schwierigkeit, einen relativ schweren metallenen Körper (Querteil) an einen Kunststoffkörper (Crashbox, wiederum an das Längselement befestigt) in einer effektiven, dauerhaften und verlässlichen Art zu fesseln.
Gemäß einer ersten bekannten Ausführungsform war das metallene Querteil zum Beispiel durch ein Durchgangsschrauben-System an die Kunststoffcrashboxen gefesselt, aber dieses hatte die negative Auswirkung eines veränderten Deformationsverhaltens auf die Crashboxen. Im Grundsatz tendieren die Durchgangsschrauben im Fall eines Aufpralls dazu, die Crashboxen durchzuschneiden.
Gemäß einer zweiten bekannten Ausführungsform wurde das metallene Querteil an jedes der Kunststoffcrashboxen durch verlängerte Ausstülpungen, die mit den entsprechenden Durchgangslöchern in dem Querteil in Verbindung stehen, gefesselt. Die Enden der verlängerten Ausstülpungen, die von den Löchern der Querteile hervorstehen, werden dann warmgenietet, um eine Verbindung zwischen der Crashbox und dem Querteil zu erreichen. Diese zweite bekannte Ausführungsform gibt jedoch aufgrund des Gewichts des Querteils selbst, der mechanischen Beanspruchungen und der Befestigungsbereiche, die relativ klein sind, keine Garantie in Bezug auf die Beständigkeit und zeitliche Haltbarkeit des Crashbox/Querteil-Fesselungssystems.
Aus FR 2 763 546 ist eine Stoßfängeranordnung für ein Fahrzeug bekannt. Die Stoßfängeranordnung gemäß FR 2 763 546 weist ein Stoßschild 2, ein Querteil 3 und zwei lokale Stoßfänger 4 zum Anbringen an ein Fahrzeugchassis 5 auf. Jeder der lokalen Stoßfänger 4 weist ein Absorberelement 6 und zwei „U"-förmige Platten 7 auf. Die Platten 7 und das Element 6 bilden eine elastische Anordnung, die zwischen dem Fahrzeugchassis und dem Querteil angeordnet ist. Die Länge der „U"-förmigen Platten ist gleich der des Absorberelements. Das Querteil 3 ist also nicht in einer steifen Art an das Fahrzeugchassis befestigt. Weiterhin ist ein solches Querteil durch metallene Platten, Schrauben und Bolzen an das Chassis befestigt.
Aus US 3 744 835 ist ein stoßabsorbierender Wabenstoßfänger bekannt. Der Stoßfänger gemäß US 3 744 835 ist aus einem Kunststoff-, metallischem oder papierenem Wabenmaterial hergestellt und durch eine Gummi-, Metall- oder Kunststoffhülle bedeckt. Der Stoßfänger ist stoßabsorbierend, um Schäden an den Kotflügeln und dem Körper des Fahrzeugs während eines Aufpralls mit geringer Geschwindigkeit zu reduzieren. Der Stoßfänger ist an das Fahrzeug durch ein Paar von T-Bolzen, welche durch Gegenmuttern am Kotflügel befestigt sind, verbunden. Der Stoßfänger ist also nicht direkt mit dem Fahrzeugchassis verbunden und stellt keine feste Verbindung zwischen dem Querteil und dem Fahrzeugchassis dar.
Im Lichte dieser nicht vollständig zufriedenstellenden Ergebnisse der bekannten Stoßfängeranordnung hat der Anmelder versucht, eine Lösung zu finden, welche geeignet ist, eine Stoßfängeranordnung bereitzustellen, die effektiv bei allen Aufprallbedingungen sein würde, praktisch im Hinblick auf das Zusammenfügen, im Wesentlichen modular, um einfach an neue Fahrzeugmodelle anpassbar zu sein, sowie eine lange Haltbarkeit über die Zeit hat und kostengünstig ist.
In einem ersten Versuch, die oben genannten Aufgaben zu erreichen, hat der Anmelder einfach das metallene Querteil aus Blech durch ein Querteil aus einem Kunststoffmaterial ersetzt, während ein ähnliches System zum Zusammenfügen der Kunststoffcrashbox und des Querteils beibehalten wurde, um im Wesentlichen ein Balken(Querteil)-System, welches auf zwei Punkten aufliegt (Kunststoffcrashboxen) zu bilden. Gemäß einem ersten Versuch wurden die Platten einfach dazu verwendet, um die Crashboxen an die Längselemente zu fesseln.
Der Anmelder stellte jedoch fest, dass aufgrund des gut bekannten geringen Elastizitätsmoduls und Werten für die Fließgrenze von Kunststoffmaterialien (etwa 2.000 N/mm² für nicht verstärkte Kunststoffe oder in jedem Falls 10.000 N/mm² für Kunststoffe, die mit Glasfasern verstärkt sind, im Vergleich zu 210.000 N/mm² für Stahl) mit relativ geringen Belastungen gibt es eine übermäßige Deformation in dem Querteil und daher geringe Energiedämpfung. Dieses Verhalten garantiert keinen Schutz eines Fahrzeugs im Fall eines Aufpralls.
Um diese schlechten Werte für das Elastizitätsmodul und die Fließgrenze zu verbessern, verwendete der Anmelder als Querteil ein mit kurzen oder langen Glasfasern verstärktes Kunststoffmaterial. Der Anmelder ermittelte jedoch, dass diese Erhöhung des Elastizitätsmoduls und der Werte für die Fließgrenze in unerwünschter Weise durch eine erhöhte Fragilität begleitet ist. Aus diesem Grund führt eine Aufprallkraft in der Nähe des maximal zulässigen Werts zu einem Bruch des Querteils und daher zu der Situation, wo die zwei Crashboxen nicht mehr miteinander verbunden sind (wodurch eine Situation ohne Querteil nachgebildet wird).
Der Anmelder erhielt die gleichen nicht zufriedenstellenden Ergebnisse auch, wenn das Querteil (aus einem nicht verstärkten oder verstärkten Kunststoffmaterial) an das Stoßschild gefesselt ist.
Der Anmelder realisierte, dass optimale Ergebnisse durch Verwendung eines anderen Systemtyps zum Fesseln von Querteil und Crashbox (Absorber) erreicht werden können, wobei eine Konfiguration des Typs, wo die Balken auf zwei Punkten aufliegen, durch eine Konfiguration des Typs, wo der Balken in einer anpassenden Art an zwei Punkten verbunden ist, ersetzt wird.
Mit anderen Worten ist die Idee, welche die Grundlage der vorliegenden Erfindung bildet, die, dass ein Kunststoffquerteil durch eine im Wesentlichen steife anpassende Verbindung an das Chassis (typischerweise die beiden Längselemente) des Fahrzeugs gefesselt wird, wobei die Crashboxen in dieses eingesetzt sind.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Stoßfängeranordnung für ein Fahrzeug mit einem Chassis. Die Stoßfängeranordnung weist auf: Mindestens zwei Crashboxen; ein Querteil, das aus einem ersten Kunststoffmaterial hergestellt ist, welches sich während seines Einsatzes über eine Distanz erstreckt, die mindestens derjenigen zwischen den Crashboxen entspricht; und mindestens zwei im Wesentlichen unverformbare Verbindungseinrichtungen, die zur starren Befestigung des Querteils an dem Chassis des Fahrzeugs mit dem Querteil verbunden sind, wobei die mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen mit dem Querteil an Positionen verbunden sind, die den Crashboxen entsprechen.
Typischerweise sind die im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen aus einem zweiten Kunststoffmaterial hergestellt.
Vorzugsweise ist das erste Kunststoffmaterial das gleiche Kunststoffmaterial wie das zweite Kunststoffmaterial.
Vorzugsweise sind die im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen direkt mit dem Querteil durch einen Schweißprozess, bevorzugt durch einen Heiß-Klinge-Schweißprozess, verbunden.
Vorzugsweise weisen die ersten und zweiten Kunststoffmaterialien XENOY^® auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen im Wesentlichen massiv. Alternativ haben die zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen einen wabenförmigen Querschnitt.
Vorteilhafterweise hat das Querteil mindestens eine erste Verbindungsoberfläche und hat jede der im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen mindestens eine entsprechende zweite Oberfläche zur Oberflächenverbindung des Querteils mit den im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen entlang der Oberfläche.
Vorzugsweise hat das Querteil einen Querschnitt, der im Wesentlichen mindestens teilweise offen ist, in der Form eines „Ω" oder eines „H".
Vorteilhafterweise weist jede der im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen der im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtung an einer entsprechenden Crashbox auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jede der Crashboxen integral mit einer entsprechenden unverformbaren Verbindungseinrichtung. Alternativ sind die Crashboxen integral mit dem Querteil.
Der Stoßfänger gemäß der vorliegenden Erfindung könnte ferner aufweisen eines oder mehr von: ein Verstärkungselement, ein Stoßdämpfungselement oder ein Stoßschild.
Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Schutz eines Fahrzeugs vor einem durch einen Aufprall verursachten Schaden bereit, wobei das Fahrzeug ein Chassis und das Verfahren die Schritte aufweist: Vorsehen von mindestens zwei Crashboxen; Vorsehen eines aus einem ersten Kunststoffmaterial gebildeten Querteils, das sich über eine Distanz erstreckt, die mindestens derjenigen zwischen den Crashboxen entspricht; und Verbinden von mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen mit dem Querteil zur starren Befestigung des Querteils an dem Chassis des Fahrzeugs, wobei die mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen mit dem Querteil an Positionen entsprechend den Crashboxen verbunden sind.
Gemäß einem dritten Aspekt stellt die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Chassis zur Verfügung, mit einer Stoßfängeranordnung, die aufweist: mindestens zwei Crashboxen; ein Querteil, das aus einem ersten Kunststoffmaterial hergestellt ist und das sich, während seines Einsatzes über eine Distanz erstreckt, die mindestens derjenigen zwischen den Crashboxen entspricht; und mindestens zwei im Wesentlichen unverformbare Verbindungseinrichtungen, die zur starren Befestigung des Querteils an dem Chassis des Fahrzeugs mit dem Querteil verbunden sind, wobei die mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen mit dem Querteil an Positionen verbunden sind, die den Crashboxen entsprechen.
Es folgt nun eine detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche mit Bezug auf die beiliegenden illustrativen Figuren zu lesen sind, in denen:
1 eine Explosionsansicht der Stoßfängeranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht der Stoßfängeranordnung im zusammengefügten Zustand zeigt;
3 eine Ausführungsform einer Crashbox, die integral an eine Verbindungsplatte gefesselt ist, zeigt; und
4 einen Querschnitt durch die Stoßfängeranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, angefügt an ein Fahrzeugchassis, zeigt.
Mit Bezug auf 1 und 2 weist die Stoßfängeranordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens zwei Crashboxen 10, mindestens zwei entsprechende im Wesentlichen unverformbare Verbindungseinrichtungen 20 zur starren Befestigung des Querteils an dem Chassis des Fahrzeugs und ein Querteil 30 auf. Nützlicherweise sind die im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen 20 in der Form von Verbindungsplatten 20. Die Stoßfängeranordnung 1 weist auch in geeigneter Weise ein Stoßschild 40 auf, das angemessen geformt ist.
Vorzugsweise weist die Stoßfängeranordnung 1 gemäß der Erfindung auch ein Stoßdämpfungselement 41 auf, das entfernt von dem Querteil 30 angewendet ist.
Vorzugsweise weist die Stoßfängeranordnung 1 gemäß der Erfindung auch ein Verstärkungselement 42 auf, das nah oder entfernt an dem Querteil 30 angesetzt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind das Querteil 30 und, zumindest teilweise, die Verbindungsplatten 20 aus einem Kunststoffmaterial oder Ähnlichem hergestellt. Für den Zweck der vorliegenden Patentanmeldung soll unter dem Begriff „Kunststoffmaterial" in erster Linie ein Material verstanden werden, das sich von Metall unterscheidet und insbesondere ein im Wesentlichen thermoplastisches Material mit Bruchdehnungsgrenzwerten ≥ 50% (für Zugtests an Teststücken bei 5 mm/min.), wie beispielsweise Polycarbonate, Polyester, Polybutylen, Polybutylenterephthalat, Polypropylen, Polyamid und Derivate hiervon, EPDM-verstärktes Polypropylen oder Ähnliches und jegliche Kombinationen hiervon. Der Anmelder hat insbesondere ermittelt, dass ein insbesondere zur Herstellung der vorliegenden Erfindung geeignetes Material XENOY^® PC/PBT ist, welches durch GE Plastics vertrieben wird. Das Harz XENOY^® wird bereits in dem Automotorensektor verwendet und gewährleistet optimale Resistenz gegen Motoröle sowie einen hohen Grad an Resistenz gegen Einwirkungen auch bei geringen Temperaturen und Beständigkeit über die Zeit. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Patentanmeldung soll der Begriff „im Wesentli chen unverformbar", verwendet im Zusammenhang mit „Verbindungseinrichtungen", Verbindungseinrichtungen bezeichnen, die nicht zu einer sichtbaren Deformation führen, wenn sie Drücken in der Größenordnung von 20 N/mm² ausgesetzt sind.
Um das Elastizitätsmodul und die Werte für die Fließgrenze des verwendeten Kunststoffmaterials zu erhöhen, sieht die vorliegende Erfindung optional vor, das Kunststoffmaterial mit langen oder kurzen Glasfasern zu verstärken.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung (3) weist jede der Crashboxen 10 im Wesentlichen eine Mehrzahl von. gestreckten Elementen 11 mit einem hexagonalen Querschnitt auf, die zusammengefügt sind, um einen Körper vom Typ eines Quaders zu bilden, dessen Querschnitt im Wesentlichen der Kombination der Mehrzahl von hexagonalen Querschnitten entspricht. In einer Ausführungsform der Erfindung, welche in 3 und 4 gezeigt ist, gibt es dreiundzwanzig gestreckte Elemente 11 mit einem hexagonalen Querschnitt, angeordnet in einer Konfiguration, jedoch jedoch ist es verständlich, dass andere Konfigurationen (zum Beispiel „3-2-3-2") trotzdem als geeignet anzusehen sind, je nach den Anwendungen. Im Allgemeinen ist die Anzahl der Zellen variabel in Abhängigkeit von der Kollabierungskraft. Der Anmelder hat herausgefunden, dass, um eine größere Stärke zu erhalten, es bevorzugt ist, die Anzahl der Zellen zu vergrößern, statt deren Wandstärke zu vergrößern. Vorzugsweise ist der Durchmesser des um die hexagonalen Elemente 11 umschriebenen Umfangs ≥ etwa 10 mm, noch bevorzugter ≥ etwa 15 mm und die Dicke jeder Zelle ist ≥ etwa 0,5 mm, noch bevorzugter ≥ etwa 1,0 mm. Vorzugsweise wird jede der Crashboxen 10 durch Spritzgießen eines Kunststoffmaterials mit internen Neigungswerten ≤ 0,5° erhalten.
In der gezeigten Ausführungsform (siehe Querschnitt in 4) ist eine Seite 12 der Crashbox 10 im Wesentlichen flach, während die gegenüberliegende Seite 13 in einer konischen Art geformt ist, um eine anfängliche Kollaps-Oberfläche zu haben, die zur Reduzierung eines anfänglichen Kollaps-Peaks ausgebildet ist. Die flache Seite 12 ist auch als eine nahe Seite definiert, da, wenn die Crashbox an dem Chassis 50 angebracht ist (Längselement 51 des Fahrzeugs und/oder Rückelement 52), es am nächsten hierzu ist. In ähnlicher Weise wird die konische Seite 13 als die distale Seite bezeichnet.
Die nahe Seite 12 der Crashbox ist im Wesentlichen geschlossen, hat aber eine Mehrzahl von Löchern 14, 15 mit einem vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt, der in Lö cher 14 zum Anordnen/Zentrieren von Stiften und Löcher 15 zum Druckfixieren von Stiften, die weiter unten mit Bezug auf die Verbindungsplatten 20 beschrieben werden, unterteilt sein können. Nicht zuletzt haben die Löcher 14, 15 die Funktion des Gewährleistens, dass die Wandstärken während des Pressens des Teils richtig erhalten bleiben.
An der distalen Seite 13 der Crashbox ist vorzugsweise ein Befestigungssystem, vorzugsweise ein System von vorstehenden Zähnen, zum Beispiel vier vorstehende Zähne, die an den gegenüberliegenden Seiten der hexagonalen Elemente (nicht gezeigt) angeordnet sind, vorgesehen.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform (3) sind die Crashbox 10 und die entsprechende Verbindungsplatte 20 als ein Teil geformt oder durch ein Heiß-Klinge-Schweißverfahren oder einen ähnlichen Verbindungsprozess zusammengefügt.
Nichtsdestotrotz ist verständlich, dass die Crashbox 10 auch aus einem metallischen Material, nicht notwendigerweise einem Kunststoffmaterial, hergestellt sein kann und eine Form haben kann, die sich von der beschriebenen und gezeigten unterscheidet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (nicht gezeigt) sind die Crashboxen 10 und das Querteil 30 als ein Teil geformt oder durch einen Heiß-Klinge-Schweißprozess oder einen ähnlichen Verbindungsprozess miteinander verbunden.
Das Querteil 30, das, wie oben erwähnt, aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, ist auf beliebige Art länglich geformt, in Abhängigkeit der Anforderungen und dem verfügbaren Platz in dem Fahrzeug, an welchem es installiert wird. Was ihren Querschnitt betrifft, kann es gleichermaßen kastenförmig oder offen sein, zum Beispiel im Wesentlichen in der Form eines „Ω" (Omega), wie deutlich in 4 gezeigt, oder in der Form eines „H". Das Querteil 30 hat vorzugsweise eine Dicke von zwischen ca. 2 und 8 mm, bevorzugt zwischen ca. 3 und 6 mm und noch weiter bevorzugt etwa 4 mm. Um die Festigkeit des Querteils 30 zu erhöhen, können interne Stege, die geeignet voneinander beabstandet sind, vorgesehen sein.
Inder bevorzugten Ausführungsform hat das Querteil 30 einen omega-geformten Querschnitt, so dass die flachen Flansche 31, die sich in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, eine erste Verbindungsoberfläche bilden, die mit einer zweiten entsprechenden Verbindungsoberfläche 23, die direkt an dem Chassis 50 (oder besser an dem Längselement und/oder an dem Rückelement) vorgesehen ist, oder mit den im Wesent lichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen (Verbindungsplatten) 20, die im Folgenden beschrieben werden, verbunden werden kann.
Die Verbindungsplatten 20 weisen einen Körper 24 auf, der massiv ist oder einen wabenförmigen Querschnitt hat (wie in 4 gezeigt) und im Wesentlichen steif ist mit einer ersten nahen Seite 25, die dem Ende des Längselements 51 des Fahrzeugchassis direkt zugewandt ist, und einer distalen Seite 26, die mit der nahen Seite 12 der Crashbox kooperiert. In Abhängigkeit von der Geometrie des Längslements 51, des Fahrzeugs und der Stoßfängeranordnung können die beiden Seiten 25, 26 nicht parallel sein. Von der distalen Seite 26 der Verbindungsplatte 20 erstrecken sich in der in 4 gezeigten Ausführungsform Anordnungs-/Zentrierungsstifte 21 und Stifte 22 zur Druckfixierung, welche in die entsprechenden Löcher 14, 15 in der nahen Seite 12 der Crashbox 10 eingreifen können. Die Verbindungsplatten 20 sind integral an den Enden der Längselemente 51 und/oder der Rückelemente 22 durch Mittel jeglicher mechanischer Fesselungseinrichtungen, zum Beispiel durch Schrauben oder Bolzen, gefesselt. Vorzugsweise haben die Verbindungsplatten eine Dicke von zwischen etwa 10 mm und 100 mm, weiter bevorzugt zwischen 15 mm und 50 mm.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist jede Verbindungsplatte 20 mindestens eine zweite Verbindungsoberfläche 23 auf, die mit der ersten Verbindungsoberfläche 31 an dem Querteil 31 kooperiert. Vorzugsweise sind zwei zweite gegenüberliegende Verbindungsoberflächen 31 vorgesehen. Die Fläche jeder der zweiten Oberflächen ist vorzugsweise zwischen etwa 1000 mm² und etwa 5000 mm², weiter bevorzugt zwischen etwa 1100 mm² und 2500 mm².
Geeigneterweise sind gemäß der vorliegenden Erfindung das Querteil 30 und die Verbindungsplatten 20 aus dem gleichen Material oder aus einem kompatiblen Material, das es erlaubt, dass diese in einer einfachen, günstigen und zuverlässigen Art verbunden werden können, hergestellt. Vorzugsweise sind das Querteil und die Befestigungsplatte aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere XENOY^® hergestellt. Vorzugsweise sind das Querteil und die Befestigungsplatten 20 durch Schweißen, weiter bevorzugt durch Heiß-Klinge-Schweißen, zusammengefügt.
Daher ist gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Verbindungsplatten 20 im Wesentlichen steif und unverformbar sind, das Querteil 30 direkt an das Chassis 50 des Fahr zeugs gefesselt, zum Beispiel durch das Längselement 51 und/oder das Rückelement 52 und stellt eine bessere Aufprall-Widerstandsfähigkeit als die existierenden Lösungen dar.
Geeigneterweise, wie vorstehend beschrieben, hat das Querteil 30 einen Querschnitt im Wesentlichen in der Form eines „Ω" (Omega) und sind die Crashboxen 10 innerhalb des Querteils 30, d.h. innerhalb deren hohlem Teil (4) aufgenommen. Die Crashboxen können aus einem Metall oder einem Kunststoff hergestellt sein, wobei die letztere Lösung bevorzugt ist. Die Crashboxen 10 könnten an das Querteil 30 durch eingreifende Verbindung, Druck oder durch jegliche andere Art gefesselt sein. Optional könnten diese auch einfach zentriert sein. In einer noch bevorzugteren Lösung sind die Crashboxen 10 integral mit dem Querteil 30 und werden durch Pressen des Letzteren erhalten oder sind durch Heiß-Klinge-Schweißen zusammengefügt.
Um die Stärke des Querteils 30 zu erhöhen, kann ein Verstärkungselement 42 geeigneterweise in Abhängigkeit von den Umständen vorgesehen sein, welches an das Querteil 30 verbunden wird, vorzugsweise in naher Art. Das Verstärkungselement 42 ist vorzugsweise aus Kunststoff oder Metall (zum Beispiel Stahl) hergestellt und kann mit dem Querteil 30 durch ein mechanisches Verbindungssystem der Schrauben- und Bolzenart, Schweißen oder Kleben verbunden sein.
Schließlich weist die Stoßfängeranordnung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung geeigneterweise ein Aufpralldämpfungselement 41 auf, das distal an das Querteil angewendet ist, wobei dieses Element ein Material, wie beispielsweise einen Schaum, zum Beispiel expandiertes Polypropylen, expandiertes Polyurethan, expandiertes Polystyrol und Derivate hiervon aufweist. Alternativ weist das Dämpfungselement einen wabenförmigen thermoplastischen Absorber auf. In einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist jede Verbindungsplatte 20 einen Haken, zum Beispiel einen Haken zum Abschleppen des Fahrzeugs, auf. Im Fall von Kunststoff-Verbindungsplatten können diese mit Metallplatten, die mit Löchern gegenüber den Befestigungslöchern 27 der Platte 20 versehen sind, verbundenen metallenen Haken in einem Plastikmaterial während der Produktion dieser Platten durch Spritzgießen eingebettet sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind also mindestens zwei im Wesentlichen unverformbare Verbindungseinrichtungen 20 (möglichst plattenförmig) zum festen Verbinden des Querteils 30 an dem Chassis (50, 51, 52) des Fahrzeugs vorgesehen. Die mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen 20 sind direkt zwischen dem Chassis und dem Querteil 30. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Querteil 30 durch Oberflächen 23 und 31 (siehe 4) in Kontakt mit den Verbindungseinrichtungen 20, die im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen 20 sind wiederum in Kontakt mit dem Fahrzeugchassis (50, 51, 52). Im Fall eines Unfalls absorbieren das Querteil 30 und die Crashboxen 10 die Aufprallenergie, für welche sie ausgelegt sind. Erst nachdem das Querteil und die Crashboxen deformiert wurden, werden die Verbindungseinrichtungen 20 beginnen, sich zu deformieren. Während eines solchen Unfalls und bevor jegliche Deformation der Verbindungseinrichtungen stattfindet, ist die relative Position der Kontaktoberfläche (23, 31) zwischen den Verbindungseinrichtungen 20 und dem Querteil unverändert mit Bezug auf mindestens eines der Kontaktoberflächen zwischen den Verbindungseinrichtungen 20 und dem Fahrzeugchassis (50, 51, 52).
Es ist offensichtlich, dass die Ausführungsformen der Stoßfängeranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung Gegenstand von vielzähligen Modifikationen, Anpassungen, Variationen und Ersetzungen von Teilen durch andere, die funktional äquivalent sind, sein kann, aber dass diese Modifikationen, Anpassungen, Variationen und Ersetzung von Teilen als sich innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung befindend angesehen werden, die einzig durch die folgenden Ansprüche limitiert ist.

Claims

Stoßfängeranordnung (1) für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug ein Chassis (50, 51, 52) aufweist und die Stoßfängeranordnung (1) dadurch gekennzeichnet ist, dass sie aufweist: mindestens zwei Crashboxen (10); ein Querteil (30), das aus einem ersten Kunststoffmaterial hergestellt ist und das sich, während seines Einsatzes, über eine Distanz erstreckt, die mindestens derjenigen zwischen den Crashboxen (10) entspricht; und mindestens zwei im Wesentlichen unverformbare Verbindungseinrichtungen (20), die zur starren Befestigung des Querteils (30) an dem Chassis (50, 51, 52) des Fahrzeugs mit dem Querteil (30) verbunden sind, wobei die mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen (20) mit dem Querteil (30) an Positionen verbunden sind, die den Crashboxen (10) entsprechen.
Stoßfängeranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen (20) aus einem zweiten Kunststoffmaterial hergestellt sind.
Stoßfängeranordnung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kunststoffmaterial das gleiche Kunststoffmaterial ist, wie das zweite Kunststoffmaterial.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrich tungen (20) direkt mit dem Querteil (30) durch einen Schweißprozess, bevorzugt durch einen Heiß-Klinge-Schweißprozess, verbunden sind.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Kunststoffmaterialien XENOY^® aufweisen.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen (20) im Wesentlichen fest sind.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen (20) einen wabenförmigen Querschnitt haben.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Querteil (30) mindestens eine erste Verbindungsoberfläche (31) und jede der im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen (20) mindestens eine entsprechende zweite Oberfläche (23) zur Oberflächenverbindung des Querteils mit den im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen entlang der Oberflächen aufweist.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Querteil (30) einen Querschnitt hat, der im Wesentlichen mindestens teilweise in der Form eines „Ω" oder eines „H" offen ist.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede der im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen (20) eine Befestigungseinrichtung (22) zum Befestigen der im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtung an einer entsprechenden Crashbox (10) aufweist.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Crashboxen (10) integral mit einer entsprechenden im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtung (20) ist.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Crashboxen (10) integral mit dem Querteil (30) sind.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese außerdem ein Verstärkungselement (42) aufweist.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese außerdem ein Stoßdämpfungselement (41) aufweist.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese außerdem ein Stoßschild (40) aufweist.
Verfahren zum Schutz eines Fahrzeugs vor Beschädigung durch einen Aufprall, wobei das Fahrzeug ein Chassis (50, 51, 52) und das Verfahren die Schritte aufweist: Vorsehen von mindestens zwei Crashboxen (10); Vorsehen eines aus einem ersten Kunststoffmaterial gebildeten Querteils (30), das sich über eine Distanz erstreckt, die mindestens derjenigen zwischen den Crashboxen (10) entspricht; und Verbinden von mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen (20) mit dem Querteil (30) zur starren Befestigung des Querteils (30) an dem Chassis (50, 51, 52) des Fahrzeugs, wobei die mindestens zwei im Wesentlichen unverformbaren Verbindungseinrichtungen (20) mit dem Querteil (30) an Positionen entsprechend den Crashboxen (10) verbunden sind.
Fahrzeug mit einer Stoßfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.