DE10056865A1 - Energieabsorbierende Stoßstange für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Stoßstange (10) für Kraftfahrzeuge, die an den vorderen Enden von vorderen Längsträgern (11) des Fahrzeugs befestigt ist, weist ein Profilteil auf, das eine vordere Seitenwand (13), eine hintere Seitenwand (14) und eine Nut (20) aufweist, die sich wenigstens über einen Teil der vorderen Seitenwand (13) erstreckt. Sie weist außerdem eine gekrümmte Innenwand (19) auf, die wenigstens teilweise an ihren beiden Enden mit der hinteren Seitenwand (14) verbunden ist und wenigstens über einen Teil einer ihrer Flächen mit der vorderen Seitenwand (13) auf Höhe der Nut (20) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine energieabsorbierende Stoßstange für Kraftfahrzeuge, die ausgehend von einem Profilteil hergestellt wird.

Eine wichtige Rolle der Stoßstange ist es, die beiden Enden der vorderen Längsträger des Kraftfahrzeuges miteinander zu verbinden, um so eine steife Basis zu bilden, auf der u. a. die Antriebsgruppe angeordnet wird. Außerdem ist eine Stoßstange ein Teil, dessen Austausch erheblich billiger ist als wenn eine Reparatur an den vorderen Längsträgern vorgenommen wird. Eine weitere Rolle der Stoßstange besteht demzufolge darin, im Falle einer Krafteinwirkung, insbesondere einer Krafteinwirkung geringer Stärke, ein Maximum an Energie zu absorbieren und sich dabei zu verformen, um eine Verformung der vorderen Längsträger zu begrenzen oder zu vermeiden.

Eine optimale Deformation des Profilteils im Hinblick auf einen Frontalaufprall wird dann erhalten, wenn auf Höhe der Verbindungsstelle zwischen Stoßstange und vorderen Längsträgern die hintere Seitenwand praktisch über ihre gesamte Höhe am Ende des vorderen Trägers anliegt, ggf. mit Hilfe eines Zwischenteils, damit sich das Profilteil vollständig auf das Ende des Trägers aufschieben kann.

Wenn auf Höhe der Verbindungsstellen zwischen der Stoßstange und den vorderen Längsträgern die Höhe des Profilteils diejenige des Trägers überragt, können sich die hervorspringenden Teile nur unvollständig verformen, da sie nicht von einem davor angeordneten Bauteil gehalten werden.

Diese unvollständige Verformung verringert die Möglichkeiten der Energievernichtung der Stoßstange.

Die Veröffentlichung US 5 727 826 beschreibt eine Stoßstange für Fahrzeuge, die aus einem Profilteil mit geschlossenem Querschnitt besteht, das eine vordere Seitenwand und eine hintere Seitenwand aufweist sowie eine obere Querwand und eine untere Querwand. Der Querschnitt weist außerdem wenigstens einen Quersteg auf, der die beiden Seitenwände miteinander verbindet und wenigstens einen senkrechten Steg, der die beiden Querwände miteinander verbindet, wobei die Anordnung dadurch mehrere Kammern aufweist. Die Höhe des Profilteils ist im wesentlich identisch mit derjenigen der vorderen Längsträger, an denen es befestigt ist.

Bei einem besonderen Ausführungsbeispiel, das in dieser Veröffentlichung beschrieben ist, weist der Querschnitt des Profilteils einen einzigen Quersteg und einen einzigen senkrechten Steg auf, der in zwei Unterstege unterteilt ist, wobei der erste Untersteg die obere Querwand mit dem Quersteg verbindet und der zweite die untere Querwand mit dem Quersteg verbindet. Die Verbindungsstellen zwischen den Abschnitten des senkrechten Steges und des Quersteges sind geringfügig zueinander verschoben, sodass eine Drehbewegung der Unterstege während einer Verformung des Querschnitts des Profilteils ermöglicht wird unter dem Einfluß einer im wesentlichen senkrecht auf die vordere Seitenwand auftretenden Kraft.

Diese Anordnung ermöglicht eine größere Verformung des Profilteils im Falle einen Aufpralls, sodass eine bessere Energievernichtung erreicht wird.

Bestimmte Vorgaben erfordern jedoch, dass die Höhe des Profilteils größer als diejenige des vorderen Längsträgers ist. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, einen Lufteinlaß am Vorderteil des Kraftfahrzeuges zu schaffen, um so beispielsweise eine bessere Luftversorgung des Kühlers des Fahrzeugs zu ermöglichen. Dies kann erfolgen durch das Vorsehen einer Öffnung im mittleren Abschnitt der Stoßstange.

Die Abmessungen einer derartigen Öffnung erfordern eine erheblich größere Höhe der Stoßstange, um eine Verbindung zwischen den beiden Enden der beiden vorderen Längsträger zu ermöglichen, sodass ein Teil der vorderen Seitenwand der Stange sich nicht mehr am Ende des vorderen Längsträgers abstützt, wodurch die energieabsorbierenden Eigenschaften der Stoßstange verschlechtert werden, deren Querschnitt demjenigen der Veröffentlichung US 5 727 826 entspricht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stoßstange zu schaffen, deren Höhe die Ausbildung einer Öffnung im mittleren Abschnitt ermöglicht unter Beibehaltung einer optimalen Energieabsorption.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung geht also aus von einer Stoßstange für Kraftfahrzeuge, mit einem Profilteil, das eine vordere Seitenwand, eine hintere Seitenwand und eine Nut aufweist, die sich über wenigstens einen Teil der vorderen Seitenwand erstreckt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sie außerdem eine gekrümmte Innenwand aufweist, die zumindest teilweise an ihren beiden Enden mit der hinteren Seitenwand verbunden ist und zumindest mit einem Teil einer ihrer Flächen mit der vorderen Seitenwand auf Höhe der Nut verbunden ist.

Gemäß einer anderen Besonderheit der Erfindung weist die Stoßstange außerdem eine obere Querwand und eine untere Querwand auf, die die vordere Seitenwand und die hintere Seitenwand miteinander verbinden und mit ihnen wenigstens über einen Teil der Längsausdehnung des Profilteils einen geschlossenen Querschnitt in Querrichtung bilden.

Gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung weist die Stoßstange außerdem einen oberen Quersteg auf, der die vordere Seitenwand und die hintere Seitenwand miteinander verbindet, wobei die vordere Seitenwand, die obere Querwand, die hintere Seitenwand und der obere Quersteg wenigstens über einen Teil der Längsausdehnung des Profilteils eine obere Kammer mit geschlossenem Querschnitt bilden.

Gemäß einer anderen Besonderheit der Erfindung weist die Stoßstange außerdem einen unteren Quersteg auf, der die vordere Seitenwand mit der hinteren Seitenwand verbindet, wobei die vordere Seitenwand, die untere Querwand, die hintere Seitenwand und der untere Quersteg über wenigstens einen Teil der Längsausdehnung des Profilteils eine untere Kammer mit geschlossenem Querschnitt bilden.

Gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung liegt die Nut der vorderen Seitenwand zwischen dem oberen Quersteg und dem unteren Quersteg. Gemäß einer anderen Besonderheit der Erfindung ist die Innenwand zwischen dem oberen Quersteg und dem unteren Quersteg angeordnet.

Gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung weist die Nut wenigstens teilweise eine kegelstumpfförmige Gestalt auf.

Gemäß einer anderen Besonderheit der Erfindung weist die Innenwand wenigstens teilweise die Gestalt eines Kegelabschnitts auf.

Gemäß noch einer anderen Besonderheit der Erfindung ist die Stoßstange mit einer Öffnung versehen, welche die vordere Seitenwand, die Innenwand und die hintere Seitenwand durchsetzt.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor; es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Stoßstange,

Fig. 2 den Querschnitt der Stoßstange von Fig. 1 auf Höhe ihrer Verbindung mit einem der vorderen Längsträger, und

Fig. 3 den Querschnitt der Stoßstange gemäß Fig. 2 allein nach einer Verformung.

In Fig. 1 erkennt man eine Stoßstange 10 für ein Kraftfahrzeug. Die Stoßstange ist auf Höhe der Enden der beiden vorderen Längsträger 11 mit diesen verbunden. Aus Vereinfachungsgründen ist nur ein einziger Längsträger 11 dargestellt. Vorzugsweise ist die Stoßstange 10 ein Profilteil, das aus Leichtmetall, wie z. B. Aluminium hergestellt ist, mit einer vorgegebenen Krümmung. Die vorderen Längsträger 11 bestehen beispielsweise aus Profilteilen mit geschlossenem hohlen Querschnitt.

Eine Öffnung 12 ist im mittleren Abschnitt der Stoßstange 10 vorgesehen und durchsetzt die Stoßstange 10 vollständig. Sie ermöglicht einen Lufteintritt für (nicht darstellte) Teile des Kraftfahrzeuges, wie z. B. den Kühler, der im vorderen Teil des Kraftfahrzeuges eingebaut ist. Die Höhe der Öffnung 12 entspricht im wesentlichen derjenigen der vorderen Längsträger 11.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Stoßstange 10 an den Abstützstellen zwischen Stoßstange 10 und vorderen Längsträgern 11, wobei in dieser Figur die obere Wand des vorderen Längsträgers 11 mit 22 und die untere Wand des Längsträgers 11 mit 23 bezeichnet sind, der selbst als Profilteil ausgeführt ist.

Der Querschnitt wird begrenzt durch eine obere Seitenwand 13 und eine hintere Seitenwand 14, die zusammen mit einer oberen Querwand 15 und einer unteren Querwand 16 einen geschlossenen Querschnitt bilden.

Die hintere Seitenwand 14 stützt sich in ihrem mittleren Bereich am Ende des vorderen Längsträgers 11 ab über ein Verbindungsteil 21.

Ein oberer Quersteg 17 und ein unterer Quersteg 18 verbinden die vorderen Seitenwand 13 mit der hinteren Seitenwand 14 der Stoßstange, wobei sie im wesentlichen in der Verlängerung der oberen Wand 22 und der unteren Wand 23 des vorderen Längsträgers 11 angeordnet sind.

Der obere Quersteg 17 bildet mit der vorderen Seitenwand 13, der oberen Querwand 15 und der hinteren Seitenwand 14 eine obere Kammer 24. In analoger Weise bildet der untere Quersteg 18 mit der vorderen Seitenwand 13, der unteren Querwand 16 und der hinteren Wand 14 eine untere Kammer 25.

Eine Nut 20 ist in der vorderen Seitenwand 13 vorgesehen, im wesentlichen auf Höhe einer Ebene, die einen gleichen Abstand zur oberen Querwand 15 und zur unteren Querwand 16 aufweist. Diese Nut 20 weist eine Gestalt auf, die im wesentlichen einem Kegelabschnitt mit vorgegebenem Radius entspricht. Eine Innenwand 19 ist im Inneren der Stoßstange 10 in demjenigen Raum vorgesehen, der von dem oberen Quersteg 17, der vorderen Seitenwand 14, dem unteren Quersteg 18 und der hinteren Seitenwand 14 begrenzt wird. Die Innenwand 19 weist eine Form auf, die einem Kegelabschnitt entspricht mit vorgegebenem Radius, so wie die Nut 20, jedoch ist ihre Konkavität derjenigen der Nut 20 entgegengesetzt. Ihre beiden Enden sind mit der hinteren Seitenwand 14 verbunden, mit der sie eine rückwärtige Kammer 28 begrenzt. An derjenigen Stelle, die am weitesten von der hinteren Seitenwand 14 entfernt ist, ist sie mit der Nut 20 der vorderen Seitenwand 13 verbunden.

Die Anordnung aus oberem Quersteg 17, vorderer Seitenwand 13 und Innenwand 19 begrenzt eine erste vordere Kammer 27, während die Anordnung aus unterem Quersteg 18, vorderer Seitenwand 13 und Innenwand 19 eine zweite vordere Kammer 26 begrenzt.

Auf Höhe der Öffnung 12 ist der Querschnitt der Stoßstange im wesentlichen auf die obere Kammer 24 und auf die untere Kammer 25 beschränkt. Diese beiden Kammern 24, 25 bilden also hohle geschlossene Querschnitte, welche die beiden Teile der Stoßstange miteinander verbinden, die an den vorderen Längsträgern 11 angeordnet sind, sodass die Stoßstange eine gewisse Steifigkeit beibehält trotz der Größe der Öffnung 12.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Stoßstange gemäß Fig. 1 nach einer Verformung aufgrund eines Frontalaufpralls, dessen Richtung, wie in Fig. 3 durch einen Pfeil angedeutet ist, im wesentlichen senkrecht zur vorderen Seitenwand 13 erfolgt, wie es in der Praxis meistens der Fall ist.

Die Stoßstange 10 ist von vorneherein dahingehend ausgelegt, dass sie sich unter der Einwirkung einer Kraft verformt und dabei ein Maximum an Energie absorbiert. Insbesondere ist sie derart aufgebaut, dass sie im Falle des Auftreffens von Kräften geringer Amplituden die Gesamtheit der dabei freigesetzten Energie absorbiert, sodass die vorderen Längsträger 11 keine Verformung erleiden uhd demzufolge auch nicht ausgetauscht werden müssen. Nach einer vollständigen Verformung der Stoßstange 10 bildet diese ein sogenanntes Schild und nimmt ein bestimmtes Volumen ein, über die die Kräfte direkt auf den vorderen Längsträger 11 übertragen werden.

In Fig. 3 sind der vordere Längsträger 11 und das Verbindungsteil mit ihm nicht dargestellt, wobei davon ausgegangen wird, dass diese Teile nur geringfügig verformt wurden.

Zwei bemerkenswerte Besonderheiten treten auf während der Verformung der Stoßstange 10 bei einem Frontalaufprall. Die Nut 20 neigt dazu, sich zu verflachen, d. h. dass der mittlere Radius sich vergrößert, was zu einem Strecken der vorderen Seitenwand 13 führt. Dieser Streckvorgang erleichtert die Verformung der oberen Kammer 24 und der unteren Kammer 25. Normalerweise stützen sich diese Kammern 24, 25 nicht auf dem Verbindungsteil 21 ab, sodass sie unter der Einwirkung eines Frontalaufpralls zu einer Schiebebewegung neigen mit nur geringem Verformungsgrad entsprechend einer geringen Energieabsorption. Die Verformung der Kammern 24, 25, die durch den Streckvorgang der vorderen Seitenwand 13 erleichtert wird, vergrößert die von der Stoßstange 10 aufgenommene und absorbierte Energie.

Während eines Frontalaufpralls stützt sich die vordere Seitenwand 13 auf der inneren Wand 19 auf Höhe der Verbindung mit der Nut 20 ab und bewirkt dadurch eine Verformung der inneren Wand 19. Deren Vorhandensein wirkt einer Verformung der Stoßstange 10 insgesamt entgegen und ermöglicht damit das Kraftniveau zu vergrößern, ab dem eine Verformung eintritt und Energie durch diese Verformung absorbiert wird. Ihre Gestalt und ihre Dicke sind in optimaler Weise derart gewählt, dass die Stoßstange 10 praktisch vollständig verformt wird, bevor der vordere Längsträger 11 verformt werden kann.

Unter der Einwirkung der vorderen Seitenwand 13 beginnt sich die innere Wand 19 zu verformen und zwar zuerst durch Umkehrung ihrer Konkavität auf Höhe der Verbindung mit der Nut 20. Je mehr die Verformung zunimmt, um so größer wird der Bereich, dessen Konkavität umgekehrt wird, bis er sich beidseits der Verbindungsstelle mit der Nut erstreckt. Diese Verformung der Innenwand 19 weist den Vorteil eines erhöhten Verformungsgrades auf, d. h. dass die mittlere Dicke der Stoßstange 10 auf Höhe ihrer Abstützung am vorderen Längsträger 11 nach der Verformung gering ist bezüglich ihrer Dicke vor der Verformung. Das bedeutet, dass die Stoßstange die Krafteinleitung praktisch über die Gesamtheit ihrer vorderen Höhe aufnehmen kann, bevor die vorderen Längsträger beaufschlagt werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt alle technischen Äquivalente der beschriebenen Anordnung sowie deren Kombinationen.

Es ist klar, dass der Querschnitt der oberen Kammer und der unteren Kammer dahingehend verändert werden kann, dass das Gesamtgewicht der Stoßstange verringert wird unter Beibehaltung einer ausreichenden Steifigkeit. So kann z. B. die obere Querwand geneigt sein und mit der hinteren Seitenwand auf Höhe des Quersteges verbunden sein.

Claims (10)

1. Stoßstange (10) für Kraftfahrzeuge zur Montage an vorderen Längsträgern (11) des Fahrzeugs, mit einem Profilteil, das eine vordere Seitenwand (13), eine hintere Seitenwand (14) und eine Nut (20) aufweist, die sich über wenigstens einen Teil der vorderen Seitenwand (13) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem eine gekrümmte Innenwand (19) aufweist, die zumindest teilweise an ihren beiden Enden mit der hinteren Seitenwand (14) verbunden ist und zumindest mit einem Teil einer ihrer Flächen mit der vorderen Seitenwand (13) auf Höhe der Nut (20) verbunden ist.

2. Stoßstange (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem eine obere Querwand (15) und eine untere Querwand (16) aufweist, die die vordere Seitenwand (13) mit der hinteren Seitenwand (14) verbinden und mit ihnen wenigstens über einen Teil der Längsausdehnung des Profilteils einen geschlossenen Querschnitt in Querrichtung bilden.

3. Stoßstange (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem einen oberen Quersteg (17) aufweist, der die vordere Seitenwand (13) mit der hinteren Seitenwand (14) verbindet, wobei die vordere Seitenwand (13), die obere Querwand (15), die hintere Seitenwand (14) und der obere Quersteg (17) wenigstens über einen Teil der Längsausdehnung des Profilteils eine obere Kammer (24) mit geschlossenem Querschnitt in Querrichtung bilden.

4. Stoßstange (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem einen unteren Quersteg (18) aufweist, der die vordere Seitenwand (13) mit der hinteren Seitenwand (14) verbindet, wobei die vordere Seitenwand (13), die untere Querwand (16), die hintere Seitenwand (14) und der untere Quersteg (18) wenigstens über ein Teil der Längsausdehnung des Profilteils eine untere Kammer (25) mit geschlossenem Querschnitt in Querrichtung bilden.

5. Stoßstange (10) nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (20) in der vorderen Seitenwand (13) zwischen dem oberen Quersteg (17) und dem unteren Quersteg (18) angeordnet ist.

6. Stoßstange (10) nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (19) zwischen dem oberen Quersteg (17) und dem unteren Quersteg (18) angeordnet ist.

7. Stoßstange (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (20) wenigstens teilweise die Gestalt eines Kegelabschnitts aufweist.

8. Stoßstange (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (19) wenigstens teilweise die Gestalt eines Kegelabschnitts aufweist.

9. Stoßstange (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens eine Öffnung (12) aufweist, die die vordere Seitenwand (13), die Innenwand (19) und die hintere Seitenwand (14) durchsetzt.

10. Stoßstange (10) nach Ansprüchen 2, 3 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (12) zwischen dem oberen Quersteg (17) und dem unteren Quersteg (18) angeordnet ist.