DE102004008435B4

DE102004008435B4 - Im Bereich der Crashbox verstärkter Querträger

Info

Publication number: DE102004008435B4
Application number: DE200410008435
Authority: DE
Inventors: Bernhard Hillekes; Hui Wang; Achim Dr. Kröning
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: FR2866619B1; DE102004008435A9; FR2866619A1; DE102004008435A1

Abstract

Stoßfängersystem (1), bestehend aus einem Querträger (3) und zwei Crash boxen (2), wobei der Querträger (3) über je eine Crashbox (2) an einem jeweiligen Längsträger festlegbar ist und im Bereich einer Crashbox (2) mittels eines Bleches verstärkt ist, wobei die Crashbox (2) einen vorderen, am Querträger festlegbaren Flansch (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (3) aus einem Profil mit einem an der Crashbox (2) festlegbarem Flansch (30) und das Verstärkungsblech (4) aus einem offenen hutförmigen Profil besteht, welches den Querträger (3) auf drei Seiten von außen und von den der Crashbox (2) abgewandten Seiten umgreift und ebenfalls über einen Flansch (40) verfügt, wobei das Verstärkungsblech (4), der Querträger (3) und die Crashbox (2) über den jeweils dazugehörigen Flansch (22, 30, 40) miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung beschreibt ein Stoßfängersystem, bestehend aus einem Querträger und zwei Crashboxen, wobei der Querträger über je eine Crashbox am jeweiligen Längsträger festlegbar ist nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Stoßfängersysteme werden heute standardmäßig bei Kraftfahrzeugen vorne und hinten eingebaut, um die Stoßenergie kleinerer Stöße so abzufangen, dass die eigentliche Tragstruktur des Autos möglichst nicht beschädigt wird. Dabei besteht ein Stoßfängersystem in der Regel aus einem Stoßenergie in Verformungsarbeit umwandelnden Bauteil wie der Crashbox und einem Querträger, der dazu dient, die aus einem Anprall resultierende Energie in die Crashbox einzuleiten. Das Stoßfängersystem wird dabei so aufeinander abgestimmt, dass die Crashbox möglichst mittig auf dem Längsträger des Autos sitzt und die Stoßenergie über den Querträger mit einem möglichst geringen Biegemoment in die Crashbox und damit auch in die Längsträger eingeleitet wird.
Aus der DE 101 35 903 A1 ist zum Beispiel ein Stoßfängersystem mit zwei Crashboxen und einem mehrschaligen Querträger bekannt, bei dem der Querträger einen inneren und einen äußeren Schalenkörper aufweist, welche konfigurativ aufeinander abgestimmt und ineinander liegend vollflächig oder teilweise klebetechnisch gefügt sind. Bevorzugt kommt ein Energie absorbierender Klebstoff zum Einsatz. Der innere Schalenkörper und der äußere Schalenkörper können aus dem gleichen Werkstoff oder aus verschiedenen Werkstoffen bestehen. Der Stoßfänger zeichnet sich durch sein verbessertes Steifigkeitsverhalten aus. Insbesondere durch die Kombination von Stahlblech und Leichtmetallblech kann das Gewicht reduziert werden, wobei die Fertigungstechnik zum Anschweißen der Crashboxen beibehalten werden kann. Nachteilig ist jedoch der großflächige doppelte Materialeinsatz bei der Verwendung einer inneren und einer äußeren Schale.
Darüber hinaus ist es zum Beispiel aus der DE 197 04 300 A1 bekannt, Karosseriebauteile entsprechend ihrer späteren Belastung in einzelnen Bereichen unterschiedlich zu dimensionieren, indem beispielsweise ein Metallblech, das als Ausgangsmaterial für eine Platine dient, vor der Weiterverarbeitung mit unterschiedlichen Dicken versehen wird, wobei die Dickenreduktion gezielt auf die späteren betrieblichen Belastungen des Bauteils abgestimmt wird.
Die DE 298 23 973 U1 beschreibt einen Stoßfänger für Kraftfahrzeuge mit einem Querträger 1 aus einem Profilkörper, an dem zwei holmartige Deformationselemente 2 zur Befestigung an den beiden Längsträgern 4 der Fahrzeugkarosse anbringbar sind, wobei in den Bereichen des Querträgers 1 mit höherer mechanischer Belastung mindestens ein separates Formteil 5 an dem Profilkörper angebracht ist. Dieses Formteil 5 besteht vorzugsweise aus einem geformten Metallblech und erstreckt sich wahlweise nur auf den Bereich der Längsträger 4 oder der Deformationselemente 2. Insbesondere die 3 zeigt ein tiefgezogenes, nach außen geschwungenes Deformationselement 2 mit angeformtem Blechteil 5, das im wesentlichen auf den Bereich des Deformationselementes 2 begrenzt ist. Das Blechteil 5 umgreift den Querträger 1 auf der Seite des Deformationselementes 2. Die DE 298 23 973 U1 hat zur Aufgabe, einen Stoßfänger so auszubilden, dass unter Sicherung der notwendigen mechanischen Stabilität bei der vorgegebenen Kraftaufnahme der Querträger gewichtsmäßig leichter ausbildbar ist und ohne Deformationsvorgänge ein günstiges Bauvolumen erzielbar ist. Zur Erreichung dieses Ziels sollen die Abmessungen des Profilkörpers und die Profilwandstärke nach der geringsten mechanischen Belastung bemessen und in den Bereichen des Querträgers mit höherer mechanischer Belastung mindestens ein separates Formteil an dem Profilkörper angebracht werden.
Die DE 697 08 036 T2 zeigt einen Querträger 42 mit einem sich zwischen zwei Crashboxen 12 erstreckenden Stahl-Verstärkungsbauglied 40. Das Stahlverstärkungsbauglied 40 soll sich elastisch verformen und bei einem Aufprall niedriger Energie als Feder gegen den Querträger 42 wirken. Diese elastische Verformung wird in den 4 bis 6 sequentiell veranschaulicht. Erst oberhalb eines bestimmten Energieniveaus werden die eigentlichen Crashboxen 12 belastet und deformieren.
Die JP 2003276533 A zeigt eine Crashbox 6, die sich innerhalb einer Halterung 3 für einen Querträger 1 befindet. Sowohl die Halterung 3 als auch die innenliegende Crashbox 6 werden gemeinsam kontrolliert deformiert.
Die JP 2003191806 A offenbart ein Stoßfängersystem mit einem Querträger 14 und zwei Crashboxen 12. Vor dem Querträger 14 liegen zwei drehbeweglich gelagerte Stoßaufnahmen 26B und 26C, die bei einem Anprall um einen Bolzen 20 eine eingeschränkte Dreh- oder Kippbewegung ausführen können. Die Stoßaufnahmen 26B und 26C dienen dem Fußgängerschutz, indem sie einen Fußgänger durch eine Drehbewegung seitlich abgleiten lassen. Erst bei einem größeren Aufprall mit beispielsweise einer Wand werden beide Stoßaufnahmen 26B und 26C belastet und leiten die Stoßenergie an die Crashboxen 12 weiter.
Zusätzlich müssen die Stoßfängersystem immer wieder neu an die unterschiedlichen Gesetzeslagen und daraus resultierende unterschiedliche Anforderungen angepasst werden. Ein wichtiges Kriterium stellen dabei die verschiedenen Sicherheits- und Schadenshöheeinstufungstest dar. Zum Beispiel wird bei den europäischen Tests sowohl der vordere als auch der rückwärtige Querträger außermittig (offset) mit einer 40% Überdeckung gegen eine Barriere gefahren. Lag dabei der Anprallwinkel auf die Barriere bisher bei 0°, so liegt er mittlerweile bei 10°. Als Folge dieser unterschiedlichen Testbedingungen muß das Stoßfängersystem erneut überarbeitet werden, wobei nach wie vor die Ziele Gewichtseinsparung, Designfreiheit und optimales Crashverhalten miteinander in Einklang gebracht werden müssen. Durch den unterschiedlichen Aufprallwinkel erfolgt im Crashfall eine direkte Krafteinleitung der Stoßenergie in die Crashbox. Das führt dazu, dass eine Versteifung des Querträgers durch zusätzliche Materialdickenerhöhung und/oder durch das Einbringen zusätzlicher Verstrebungen im Querträger nötig ist. Hierdurch erhöht sich das Einsatzgewicht und damit die Kosten.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Stoßfängersystem bereitzustellen, dass hinsichtlich Crashverhalten, Designfreiheit und Gewicht auch bei einem leicht schrägen Aufprall weiter optimiert ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen von Anspruch 1. Demnach ist der Querträger im Bereich einer Crashbox verstärkt. Der Anbindungsbereich der Crashbox an den Querträger ist im Crashfall besonders starken Kräften ausgesetzt mit deutlicher Rißneigung. Aus dem Stand der Technik ist es daher bekannt, den Querträger auf die Belastung im Anbindungsbereich auszulegen und anhand dieser Belastung einheitlich zu dimensionieren. Wird der Querträger jedoch erfindungsgemäß im Bereich der Crashbox verstärkt, können die restlichen Bereiche des Querträgers insgesamt kleiner und leichter gebaut werden. Die Verstärkung kann durch eine erhöhte Wandstärke im Bereich der Crashbox erfolgen. Die Wandstärke kann durch eine höhere Materialfestigkeit oder auch durch eine größere Blechdicke erhöht werden. Bevorzugt wird zur Verstärkung des Querträgers im Crashboxbereich ein Verstärkungsblech eingesetzt. Das Blech läßt sich einfach fertigen und montieren und bietet dabei eine große Gestaltungsfreiheit für den Querträger, da das Blech der Kontur des Querträgers jederzeit angepasst werden kann. Dabei kann der Querträger aus einem Stahl oder einem Leichtmetall gefertigt sein. Auch das Verstärkungsblech kann aus einem Stahl oder einem Leichtmetall bestehen. Vorzugsweise kommt als Leichtmetall Aluminium zum Einsatz, wobei die Kosten und die Gewichtsoptimierung auch für die Verwendung einer ungehärteten oder hochfesten Stahlsorte ausschlaggebend sein können. Durch den Einsatz einer Verstärkung im Bereich der Crashbox wird die Stoßenergie nahezu optimal in die Crashbox eingeleitet und der Längsträger geschont. Zwar verursacht die Anbringung des erfindungsgemäßen Verstärkungsbleches einen zusätzlichen Montageaufwand, zugleich können jedoch das Einsatzgewicht des Querträgers reduziert und damit auch die Herstellungskosten gesenkt werden. Eine sehr gute Performance wird erreicht, wenn zudem das Verstärkungsblech direkt mit der Crashbox in Längsrichtung der Crashbox (x-Richtung) verbunden ist. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem sowohl ein Flansch des Verstärkungsbleches als auch ein Flansch der Crashbox miteinander verschraubt oder vernietet werden. Verfügt der Querträger ebenfalls über einen Flansch, so bietet es sich an, alle drei Flansche miteinander zu fügen.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand der Figuren genauer beschrieben. Dabei zeigen
1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Stoßfängersystem 1,
2 eine vordere Draufsicht auf das Stoßfängersystem 1 im Anbindungsbereich einer Crashbox 2 und
3 eine seitlich gedrehte Ansicht von 2.
1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Stoßfängersystem 1. Die Crashbox 2 ist nach dem Stand der Technik aus zwei mit Sicken zur gezielten Faltenbildung versehenen Halbschalen 20 und 21 zusammengesetzt und mit einer rückwärtigen Flanschplatte 23 an einem Längsträger festlegbar. Die vordere Flanschplatte 22 der Crashbox 2 dient dazu, die Crashbox am Querträger 3 festzulegen. Die vordere Flanschplatte 22 der Crashbox 2 verfügt in der Mitte über eine Öffnung 24. In dieser Öffnung 24 kann eine nicht dargestellte Abschleppbuchse befestigt werden, um eine Abschleppöse einzubringen. Die Abschleppöse sitzt zwar in der Regel nur in einer der beiden Crashboxen 2, da die Produktion von Gleichteilen jedoch günstiger ist, besitzen beide Crashboxen 2 die Öffnung 24 in der vorderen Flanschplatte 22. Die dargestellte Crashbox 2 entspricht dem Stand der Technik. An der vorderen Flanschplatte 22 der Crashbox 2 ist ein Querträger 3 befestigt. In der 1 besteht der Querträger 3 aus einem kastenförmigen geschlossenen Aluminiumhohlprofil mit einem seitlichen Flansch 30. Zusätzlich ist das Hohlprofil 3 mit einer mittleren Querstrebe 31 versteift. Diese Querstrebe 31 ist nicht obligatorisch. Durch die Verstärkung des Hohlprofils 3 mit dem erfindungsgemäßen hutförmigen Verstärkungsblech 4 kann die Querstrebe 31 weggelassen werden. Es ist beispielsweise auch möglich, einen Querträger mit einem offenen Hutprofil aus Stahl einzubauen. Dann wäre es zudem denkbar, das Verstärkungsblech 4 nicht außen auf den Querträger aufzusetzen, sondern innen in den Querträger einzulegen. Durch das Verstärkungsblech 4 kann der Querträger 3 auf das geringstmögliche Gewicht und Volumen ausgelegt werden, wobei das Blech 4 alternativ aus Stahl oder aus Leichtmetall, vorzugsweise aus Aluminium besteht. Das Verstärkungsblech 4 besitzt korrespondierend zu der Öffnung 24 in der vorderen Flanschplatte 22 der Crashbox 2 eine Öffnung 41, die der Einbringung einer Abschleppbuchse dient. Auch bei dem Verstärkungsblech 4 ist es günstiger für beide Crashboxbereiche ein einheitliches Gleichteil zu verwenden, selbst wenn die nicht näher dargestellte Abschleppbuchse nur auf einer Seite in die Crashbox 2 eingebracht wird. Das Verstärkungsblech 4 verfügt über einen seitlichen Flansch 40, der von den beiden Schenkeln des hutförmigen Profils 4 abzweigt. In der Ausführungsform der 1 liegen daher der Flansch 40 des Verstärkungsbleches 4, der Flansch 30 des Querträgerprofils 3 und die vordere Flanschplatte 22 der Crashbox 2 übereinander.
Die 2 zeigt das erfindungsgemäße Stoßfängersystem 1 in einer Draufsicht von vorn. Der Flansch 40 des Verstärkungsbleches 4 ist mit dem Flansch 30 des Querträgers 3 und der dahinterliegenden vorderen Flanschplatte 22 der Crashbox 2 über die Schrauben 50, 51, 52 und 53 an vier Stellen verbunden. Die Crashbox 2 ist über die rückwärtige Flanschplatte 23 mittig auf einem nicht näher dargestellten Längsträger festlegbar. Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass diese Verbindung des erfindungsgemäßen Stoßfangersystems 1 zu einer besonders homogenen Krafteinleitung in die Crashbox 2 ohne kritische Kraftspitzen und ohne Einleitung eines Biegemomentes in den Längsträger führt. Das Verstärkungsblech 4 weist die Öffnung 41 auf, in der jedoch in der 2 keine Abschleppbuchse eingebracht ist. Der Flansch 30 des Querträgers 3 ist nur im Anbindungsbereich der Crashbox 2 mit dem Verstärkungsblech 4 ausgeformt. Über die restliche Länge des Querträgers 3 ist der Flansch 30 nicht ausgeformt, da er dort nicht benötigt wird. Die Gestaltungsfreiheit beim Querträger 3 ist also entsprechend groß. Dadurch kann der Querträger 3 besonders schlank und leicht ausgeführt werden. Zudem kann die Art des Profils von der dargestellten Ausführungsform abweichen. Es ist auch denkbar, dass der Flansch 30 des Querträgers 3 wegfällt und das Verstärkungsblech 4 über den Flansch 40 direkt mit der vorderen Flanschplatte 22 der Crashbox 2 verbunden wird. In diesem Fall könnte der Querträger 3 beispielsweise an seiner rückwärtigen Seite mit der Crashbox 2 verschweißt sein.
3 zeigt die Darstellung der 2 leicht seitlich gedreht. Anhand der Schraube 51 ist es gut zu erkennen, dass die Schraube 51 alle drei Flansche 22, 30 und 40 miteinander verbindet. Der Flansch 30 des Querträgers 3 ist nur im Anbindungsbereich ausgeformt. Zu den Enden hin ist das Querträgerprofil 3 leicht gebogen und verjüngt sich.

Claims

Stoßfängersystem (1), bestehend aus einem Querträger (3) und zwei Crash boxen (2), wobei der Querträger (3) über je eine Crashbox (2) an einem jeweiligen Längsträger festlegbar ist und im Bereich einer Crashbox (2) mittels eines Bleches verstärkt ist, wobei die Crashbox (2) einen vorderen, am Querträger festlegbaren Flansch (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (3) aus einem Profil mit einem an der Crashbox (2) festlegbarem Flansch (30) und das Verstärkungsblech (4) aus einem offenen hutförmigen Profil besteht, welches den Querträger (3) auf drei Seiten von außen und von den der Crashbox (2) abgewandten Seiten umgreift und ebenfalls über einen Flansch (40) verfügt, wobei das Verstärkungsblech (4), der Querträger (3) und die Crashbox (2) über den jeweils dazugehörigen Flansch (22, 30, 40) miteinander verbunden sind.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsblech (4) durch Schrauben (50 bis 53) oder Stanznieten mit dem Querträger (3) und der Crashbox (2) verbunden ist.