DE10135903B4

DE10135903B4 - Stoßfänger

Info

Publication number: DE10135903B4
Application number: DE2001135903
Authority: DE
Inventors: Wulf HÄRTEL; Thomas Dr. Kordisch
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2021-07-25
Also published as: DE10135903A1

Abstract

Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug mit einem quer zu den Längsträgern des Kraftfahrzeugrahmens festlegbaren Querträger (2), wobei der Querträger (2) einen inneren Schalenkörper (8) und einen äußeren Schalenkörper (9) aufweist, welche konfigurativ aufeinander abgestimmt und ineinander liegend klebetechnisch gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Schalenkörper (8) und äußere Schalenkörper (9) die gleiche Länge besitzen und durch einen energieabsorbierenden Klebstoff gefügt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug mit einem quer zu den Längsträgern des Kraftfahrzeugrahmens festlegbaren Querträger.
Stoßfänger sind quer an Front und Heck eines Kraftfahrzeugs zwischen der die Karosserie abschließenden Kunststoffverschalung und dem Rahmen des Kraftfahrzeugs angeordnet. Sie sollen dazu beitragen, dass die Fahrzeugstruktur bei einem Anprall mit geringer Geschwindigkeit keine Beschädigung davonträgt. Meist sind zwischen den Querträger und die Längsträger noch Pralldämpfer, sogenannte Crashboxen, geschaltet. Die Crashboxen absorbieren die aus einem Anprall resultierende Energie, indem diese in Verformungsarbeit umgewandelt wird.

Unterschiedlichste Stoßfänger bzw. Stoßfängeranordnungen sind bekannt. So gehört durch die DE 197 00 022 A1 eine Stoßfängeranordnung zum Stand der Technik mit einem starren, teilweise als Hohlträger ausgebildeten Querträger, der beidseitig der Fahrzeuglängsmitte jeweils mittels Pralldämpfer an den vorderen Enden der Karosserielängsträger befestigt ist. Der Träger ist mit einer deformierbaren Stoßfängerschale verbunden.

Durch die DE 44 13 641 C1 zählt ein Stoßfänger zum Stand der Technik mit einem als Energieabsorber ausgebildeten Querträger zur Befestigung an der Fahrzeugkarosserie und mit auf der Vorderseite des Querträgers angeordneten und sich an diesen abstützenden Prallkörpern. Diese bestehen aus einem Energie absorbierenden Material.

Aus der US 5,154,462 A geht ein Stoßfänger hervor mit einem Querträger aus einem mit den Längsträgern fest verbundenen C-förmigen Rückenteil aus einem ersten Material, z.B. Stahl, und aus einem dieses abdeckenden C-förmigen Schließteil aus einem zweiten leichteren Material, z.B. Aluminium oder Fiberglas. Beide Teile sind mit ihren einander zugekehrten offenen Seiten aufeinander gesetzt und durch Klebemittel miteinander verbunden und bilden so ein kastenförmiges Hohlprofil. Dieses ist mit einem Energie absorbierenden Material wie Polypropylen oder Urethanschaum ausgefüllt.

Im Umfang der US 5,290,079 A ist ein Stoßfänger bekannt mit einer Faserverstärkung.

Die DE 298 12 843 U1 offenbart ein verstärktes Strukturelement, insbesondere zur Verwendung in der Kraftfahrzeugindustrie, welches mit einer Verstärkungsschale unter Eingliederung einer Schicht aus Strukturschaumstoff verklebt ist.

Die WO 00/41916 A1 beschreibt einen Stoßfänger mit einem Querträger mit inneren und äußeren Schalenkörpern, die ineinander liegend klebetechnisch gefügt sind. Der innere Schalenkörper besitzt eine von dem äußeren Schalenkörper abweichende Kontur, die an den auftretenden Biegemomentenverlauf angepasst ist. Auch ist der innere Schalenkörper kürzer ausgebildet als der äußere Schalenkörper.

An Querträger generell werden hohe Anforderungen bezüglich des Deformationsverhaltens beim Crash gestellt. Ein Querträger, der gute Resultate in allen Testkriterien erzielt, ist ein im Werkzeug vergüteter Querträger mit hohen Materialkennwerten für Zugfestigkeit und Streckgrenze. Überwiegend weisen die Querträger ein im Querschnitt U-förmiges Profil auf mit einem Steg und zwei Schenkeln, wobei sich endseitig an die Schenkel Flansche anschließen. Dieses Profil hat sich grundsätzlich bewährt, ist prozessicher herzustellen und erzielt ein sehr gutes Deformationsverhalten. Dennoch besteht im Automobilbau das Bestreben, die Bauteile in ihrer Festigkeit zu steigern und trotzdem nach Möglichkeit Gewicht einzusparen.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Stoßfänger mit einem hinsichtlich Steifigkeit und Festigkeitsverhalten verbesserten Querträger zu schaffen, der bei einem Anprall eine bessere Kraftverteilung über seine Länge ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Stoßfänger gemäß Anspruch 1.

Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, dass der Querträger einen inneren Schalenkörper und einen äußeren Schalenkörper aufweist, die konfigurativ aufeinander abgestimmt ineinanderliegend zumindest teilweise miteinander verklebt sind, wobei der innere Schalenkörper und der äußere Schalenkörper die gleiche Länge besitzen und durch einen energieabsorbierenden Klebstoff gefügt sind. Die Verklebung kann vollflächig oder nur an Teilflächen erfolgen.

Der erfindungsgemäße Stoßfänger bzw. der Querträger zeichnet sich durch sein verbessertes Steifigkeits- und Festigkeitsverhalten aus. Ferner ist hervorzuheben, dass die Krafteinleitung bzw. deren Verteilung auf die Crashboxen gleichmäßiger ist. Selbst bei einem einseitigen Aufprall wird erreicht, dass auch die weiter entfernt liegende zweite Crashbox mit an der Energieabsorption teilnimmt. Der Querträger besitzt eine geringe Sprödigkeit und Rissanfälligkeit. Zudem ist es möglich, die Wanddicke des Querträgers zu verringern und Gewicht einzusparen unter Beibehaltung der mechanischen Belastbarkeit.

Die Schalenkörper an sich können aus einem dünnwandigen Stahlblech oder Leichtmetallblech wie Aluminium- bzw. Magnesiumblech aber auch aus Kunststoff bestehen. Nach den Merkmalen von Patentanspruch 2 bestehen der innere Schalenkörper und der äußere Schalenkörper aus dem gleichen Werkstoff. Für die Praxis interessant ist auch eine Kombination aus verschiedenen Werkstoffen, wie dies Patentanspruch 3 vorsieht. Die innere Schale sollte nach Möglichkeit aus dem gleichen Material wie die Crashbox bestehen, damit die Crashbox, wie heute üblich, an die innere Schale angeschweißt werden kann. Die Klebeverbindung ermöglicht eine vorteilhafte Verbindung des inneren Schalenkörpers und des äußeren Schalenkörpers, auch wenn diese aus verschiedenartigen Werkstoffen bestehen.

Als Klebstoff können Polyurethan- oder Epoxidharzklebstoffe zum Einsatz gelangen. Der Klebstoff kann entweder durch eine chemische Reaktion bei Zweikomponentenklebstoffen oder durch einen physikalischen Vorgang, wie das Verdunsten des Lösungsmittels abbinden.

Bevorzugt kommt ein energieabsorbierender Einkomponenten-Strukturklebstoff auf Epoxidharzbasis zur Anwendung. Ein solcher Klebstoff sollte ein duktiles Verhalten aufweisen, so dass er den beim Crash auftretenden hohen Verformungen ohne Versagen standhält. Die Aushärtebedingungen des Klebstoffs sind so auf den katalytischen Tauchlackierungssprozess (KTL-Prozess) abgestimmt, dass der Kleber während der KTL-Lackierung bei ca. 180 °C bis 220 °C aushärtet. Der Klebstoff kann so im Falle eines Anpralls auch Energie absorbieren und hält bei dynamischer Beanspruchung die Verbindung zwischen den beiden Schalen aufrecht. Der Querträger besitzt so eine Sandwichstruktur. Dieses Kompositbauteil erreicht höchste Steifigkeitswerte mit einem guten Kraftverteilungsvermögen über die Länge des Querträgers. Auch bei einseitiger Belastung wird die Kraft bei einem Stoßfänger über die Länge des Querträgers verteilt, was positiv für die Energieabsorption ist.

Der durch die freie Wahl des E-Moduls der inneren und äußeren Schale homogen einstellbare Kraft-Weg-Verlauf verbessert die Crash-Eigenschaften des Systems aus Querträger und Crashbox. Vorteile ergeben sich insbesondere durch die Kombination verschiedenartiger Werkstoffe unter Ausnutzung der materialspezifischen Eigenschaften, wie der Steifigkeit und der Festigkeit. So können sich verschiedene Elastizitätsmodule der Werkstoffe von innerem Schalenkörper und äußerem Schalenkörper kombinativ vorteilhaft ergänzen und Gewicht kann eingespart werden. Die Klebeverbindung verringert, wie bereits erwähnt, auch die Rissanfälligkeit des Querträgers, da die in dem äußeren Schalenkörper auftretenden Risse durch die Klebeschicht gestoppt oder abgeleitet werden können.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, in der in perspektivischer Darstellungsweise explosionsartig auseinander gezogen der Aufbau eines erfindungsgemäßen Stoßfängers 1 dargestellt ist.
Der Stoßfänger 1 weist einen quer zu den hier nicht dargestellten Längsträgern eines Kraftfahrzeugs festlegbaren Querträger 2 auf. Der Querträger 2 stützt sich über Crashboxen 3 an den Längsträgern ab. Die Crashboxen 3 sollen zusätzlich zum Querträger 2 die aus einem Anprall resultierende Energie absorbieren, indem diese in Verformungsarbeit umgewandelt wird. Die Crashboxen 3 sind als Hohlprofil aus einer Oberschale 4 und einer Unterschale 5 gebildet. Über eine Flanschplatte 6 erfolgt die Verbindung zu den Längsträgern. Das querträgerseitige Ende 7 der Crashboxen 3 ist in an die Innenkontur des Querträgers 2 angepasster Weise gerundet ausgebildet.
Der Querträger 2 weist einen im Querschnitt U-förmig profilierten metallischen inneren Schalenkörper 8 und einen äußeren Schalenkörper 9 auf. In ihrer geometrischen Kontur sind der innere Schalenkörper 8 und der äußere Schalenkörper 9 konfigurativ aufeinander abgestimmt. Sie sind ineinanderliegend vollflächig oder teilweise durch eine Klebeschicht 10 miteinander verbunden. Es kommt ein Energie absorbierender Klebstoff zur Anwendung. Die Pfeile P verdeutlichen die Sandwichbauweise des Querträgers 2.
Der innere Schalenkörper 8 und der äußere Schalenkörper 9 können aus dem gleichen Werkstoff bestehen, beispielsweise aus Stahlblech, Aluminium oder Magnesium. Besonders vorteilhaft ist auch eine Kombination eines inneren Schalenkörpers 8 und eines äußeren Schalenkörpers 9, die jeweils aus verschiedenartigen Werkstoffen bestehen. Denkbar ist auch eine Kombination von Schalenkörpern 8 bzw. 9 aus Metall und Kunststoff.
Der innere Schalenkörper 8 ebenso wie der äußere Schalenkörper 9 sind konfigurativ aufeinander abgestimmt, so dass sie formschlüssig ineinander liegend gefügt werden können. Sowohl der innere Schalenkörper 8 als auch der äußere Schalenkörper 9 weisen sich über ihre Länge erstreckende nach außen gerichtete obere und untere Seitenflansche 11 bzw. 12 auf.
Man erkennt, dass der Querträger 2 im Anbindungsbereich zu den Crashboxen 3 Einbauchungen 13 besitzt. Diese greifen im montierten Zustand des Stoßfängers 1 in die offenen Enden 7 der Crashboxen 3 ein und stützen sich dort ab. Der Querträger 2 wird dann in geeigneter Weise mit den Crashboxen 3 verbunden.
Der Stoßfänger 1 zeichnet sich durch sein positives Steifigkeitsverhalten aus. Hervorzuheben ist weiter die sehr gute Kraftverteilung über die Länge des Querträgers 2. Selbst bei einem einseitigen Aufprall nimmt auch die entfernt liegende Crashbox 3 an der Energieabsorption teil.

Claims

Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug mit einem quer zu den Längsträgern des Kraftfahrzeugrahmens festlegbaren Querträger (2), wobei der Querträger (2) einen inneren Schalenkörper (8) und einen äußeren Schalenkörper (9) aufweist, welche konfigurativ aufeinander abgestimmt und ineinander liegend klebetechnisch gefügt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Schalenkörper (8) und äußere Schalenkörper (9) die gleiche Länge besitzen und durch einen energieabsorbierenden Klebstoff gefügt sind.
Stoßfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Schalenkörper (8) und der äußere Schalenkörper (9) aus dem gleichen Werkstoff bestehen.
Stoßfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Schalenkörper (8) und der äußere Schalenkörper (9) aus verschiedenartigen Werkstoffen bestehen.