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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine energieabsorbierende Stoßstange
für Kraftfahrzeuge,
die ausgehend von einem Profilteil hergestellt wird.
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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.
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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.
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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.
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Diese
unvollständige
Verformung verringert die Möglichkeiten
der Energieabsorption der Stoßstange.
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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.
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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.
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Diese
Anordnung ermöglicht
eine größere Verformung
des Profilteils im Falle einen Aufpralls, sodass eine bessere Energieumwandlung
erreicht wird.
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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.
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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.
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Aus
der
EP 0870650 A2 ist
eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kraftfahrzeug-Stoßfängerträgers mit
einer in Schnittansicht einstückigen
Rohrform und einer Basisebene bekannt. Hierbei kann eine Stoßstange
für Kraftfahrzeuge
zur Montage an vorderen Längsträgern des
Fahrzeugs geschaffen werden, mit einem Profilteil, das eine vordere
Seitenwand, eine hintere Seitenwand und eine Nut aufweist, die sich über wenigstens
einen Teil der vorderen Seitenwand erstreckt. Ferner kann eine durch diese
Vorrichtung geschaffene Stoßstange
eine gekrümmte
Innenwand aufweisen, die zumindest teilweise an ihren beiden Enden
mit der hinteren Seitenwand verbunden ist.
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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.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen;
vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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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 der Erfindung begrenzt
die gekrümmte
Innenwand mit der hinteren Seitenwand eine rückwärtige Kammer.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einer
weiteren Besonderheit der Erfindung weist die Nut wenigstens teilweise
eine kegelstumpfförmige
Gestalt auf.
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Gemäß einer
anderen Besonderheit der Erfindung weist die Innenwand wenigstens
teilweise die Gestalt eines Kegelabschnitts auf.
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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.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
im Zusammenhang mit der Zeichnung hervor; es zeigen
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1 eine
perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Stoßstange,
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2 den
Querschnitt der Stoßstange
von 1 auf Höhe
ihrer Verbindung mit einem der vorderen Längsträger, und
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3 den
Querschnitt der Stoßstange
gemäß 2 allein
nach einer Verformung.
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In 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.
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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.
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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.
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Der
Querschnitt wird begrenzt durch eine vordere Seitenwand 13 und
eine hintere Seitenwand 14, die zusammen mit einer oberen
Querwand 15 und einer unteren Querwand 16 einen
geschlossenen Querschnitt bilden.
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Die
hintere Seitenwand 14 stützt sich in ihrem mittleren
Bereich am Ende des vorderen Längsträgers 11 ab über ein
Verbindungsteil 21.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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3 zeigt
einen Querschnitt durch eine Stoßstange gemäß 1 nach einer
Verformung aufgrund eines Frontalaufpralls, dessen Richtung, im wesentlichen
senkrecht zur vorderen Seitenwand 13 erfolgt, wie es in
der Praxis meistens der Fall ist.
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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 und 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.
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In 3 sind
der vordere Längsträger 11 und das
Verbindungsteil mit ihm nicht dargestellt, wobei davon ausgegangen
wird, dass diese Teile nur geringfügig verformt wurden.
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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.
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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.
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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.
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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.