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Die
Erfindung betrifft ein Stoßfängersystem zur
Befestigung an einem Fahrzeug mit einem Querträgerelement und zumindest einem
zwischen Querträgerelement
und Fahrzeug angeordneten Deformationselement, das der Energiedissipation
bei einem Aufprall des Fahrzeugs dient.
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Bekannte
Stoßfängersysteme
enthalten üblicherweise
einen Querträger,
welcher mit Halterungen verbunden werden kann, bzw. an den Halterungen
ausgebildet sind. Die Halterungen dienen der Befestigung des Stoßfängersystems
beispielsweise an einem Kraftfahrzeug. Bei einem Aufprall des Fahrzeuges
auf ein festes Hindernis wird der Querträger deformiert und adsorbiert
dadurch Aufprallenergie. Häufig
sind die Querträger
als Hohlprofil ausgebildet, so dass die Absorption von Aufprallenergie
durch ein Zusammenstauchen des Hohlprofils quer zu dessen Längsrichtung
erfolgt. Der Querträger
ist dabei so ausgelegt, dass die Kraft, bei der sich dieser zu verformen
beginnt, niedriger ist als die Kraft, die zum Verformen der Fahrzeugstruktur
erforderlich ist. Bei einem schwächeren
Aufprall wird somit zunächst ausschließlich der
Stoßfänger deformiert,
so dass nur dieser auszutauschen ist. Erst bei einem heftigeren
Aufprall werden auch strukturelle Teile des Fahrzeugs mit deformiert.
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Um
die maximale Aufprallenergie, bei der es noch nicht zu einer Verformung
von Fahrzeugstrukturen kommt, zu erhöhen, wurden in der Vergangenheit bereits
Deformationselemente, sogenannte "Crash-Boxen" vorgeschlagen. Diese werden zwischen
dem Querträger
bzw. dessen Halterungen und dem Fahrzeug (z. B. dessen Längsträgern) angeordnet.
Bei einem Aufprall werden die Deformationselemente sowie der Querträger deformiert
und absorbieren dadurch Aufprallenergie. Die Deformationselemente
sind meist als Hohlkammerprofile (häufig auch als Mehrkammerhohlprofile)
ausgebildet, wobei deren Längsachse
in Richtung der Fahrzeuglängsachse
liegt.
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In
der Regel wurden bei bekannten Stoßfängersystemen mit Deformationselementen
die Querträger,
die Deformationssysteme sowie die Fahrzeugstruktur (z.B. Längsträger) derart
aufeinander angepasst, dass bei einem Aufprallereignis sich zunächst ausschließlich der
Querträger
verformt, erst anschließend
die Deformationselemente verformen, und es erst zuletzt zu einer
Deformation der Fahrzeugstruktur kommt. Dies wurde als besonders
vorteilhaft in Bezug auf eventuelle Reparaturkosten angesehen, da
je nach Stärke
des Aufpralls nur der Querträger
bzw. nur Querträger
und Deformationselemente ausgetauscht werden mussten.
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Die
Dimensionierung eines Stoßfängersystems,
insbesondere des Querträgers
und der ihm zugeordneten Deformationselemente, wird durch das vorgegebene
Design des Fahrzeugs – was
letztendlich den Bauraum definiert – sowie das vorgeschriebene
Gewicht bestimmt. Je nach Größe, Gewicht
und Lage der einzelnen Elemente des Stoßfängersystems im Bauraum, weist
dieses ein größeres oder kleineres
Energieabsorptionsvermögen
bei einem Aufprallereignis auf, ohne dass es zu einer Verformung
der strukturellen Teile des Fahrzeugs selbst kommt.
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Ist
nun beispielsweise der für
das Stoßfängersystem
zur Verfügung
gestellte Bauraum eines Fahrzeugs kleiner als bei bisherigen Fahrzeugen,
so müssen
die Stoßfängersysteme
und mit ihnen insbesondere die Querträger und Deformationselemente neu
dimensioniert werden, was in der Regel zu einer Verringerung des
Energieabsorptionsvermögens
bei einem Aufprallereignis führt,
so dass die Stoßfängersysteme
unter Umständen
gewisse Sicherheitstests, welche für Ihre Zulassung notwendig
sind, nicht mehr bestehen. Andererseits kann es auch vorkommen, dass
für Fahrzeuge
mit gleichbleibendem Bauraum für
das Stoßfängersystem,
ein Stoßfängersystem
mit verbessertem Energieabsorbtionsvermögen eingesetzt werden muss.
In diesem Fall kann die Erhöhung des
Energieabsorptionsvermögens
in der Regel nicht durch eine größere Dimensionierung
bisheriger Stoßfängersysteme
erreicht werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, bekannte Stoßfängersysteme dahingehend weiter
zu entwickeln, dass diese eine höhere
Aufprallenergie zu absorbieren vermögen, ohne dass es zu einer
unmäßigen Vergrößerung der
Abmessungen oder des Gewichts der mit dem Stoßfängersystem versehenen Fahrzeuge
kommt. Weiterhin soll ein weiterentwickeltes Stoßfängersystem auch für Fahrzeuge
mit verkleinertem Bauraum für
das Stoßfängersystem
geeignet sein, ohne dass das Energieabsorptionsvermögen bei
einem Aufprallereignis im Vergleich zu herkömmlichen Stoßfängersystemen
bedeuteten reduziert wird. Zudem sollen Herstellung und Handhabung
des Stoßfängersystems
sehr einfach sein.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe führt
die Lehre des unabhängigen
Patentanspruches; die Unteransprüche
geben günstige
Weiterbildungen an. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle
Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung
und/oder den Ansprüchen
offenbarten Merkmale.
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Es
wird vorgeschlagen, ein Stoßfängersystem
zur Befestigung an einem Fahrzeug mit wenigstens einem Querträgerelement
und zumindest einem zwischen Querträgerelement und Fahrzeug angeordneten
Deformationselement, das der Energiedissipation bei einem Aufprall
des Fahrzeugs dient, dahingehend weiterzubilden, dass zumindest
ein der Deformation dienender Teilbereich zumindest eines Deformationselements über die
dem Fahrzeug zugewandte Begrenzungsfläche des Querträgerelements
hinausreicht.
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Dem
vorgeschlagenen Aufbau liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch
eine Verformung des Querträgers
im Verhältnis
zu der dazu eingesetzten Masse und des zurückgelegten Weges relativ wenig Energie
adsorbiert wird. Demgegenüber
absorbiert ein Deformationselement über dieselbe Strecke bedeutend
mehr Energie als dies bei einem Querträger der Fall ist. Die Energiedichte
eines Deformationselements ist also höher als diejenige des Querträgers.
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Ferner
liegt dem vorgeschlagenen Aufbau die weitere Erkenntnis zu Grunde,
dass es möglich
ist ein stark energieabsorbierendes Stoßfängersystem zu fertigen, bei
dem es nicht erforderlich ist, dass der Querträger durch plastische Verformung
Energie absorbieren muss. Vielmehr ist es möglich, dass die Energieabsorption
durch plastische Verformung bei einem Aufprallereignis im Wesentlichen
alleine von den Deformationselementen getragen wird, und der Querträger – im Gegensatz
zu bisherigen Stoßfängersystemen – nicht
länger
dazu vorgesehen ist, Energieabsorption durch plastische Verformung
wahrzunehmen. Vielmehr ist es möglich,
dass der Querträger
ausschließlich
die Funktion eines Biegebalkens hat.
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Durch
den vorgeschlagenen Aufbau wird die Länge des Deformationselements
insbesondere um die Wegstrecke verlängert, um die das Deformationselement über die
dem Fahrzeug zugewandte Begrenzungsfläche des Querträgerelements
hinausreicht, ohne dass die äußeren Abmessungen
des Stoßfängersystems
vergrößert werden
müssten.
Bei einem Aufprallereignis wird infolgedessen auf diesem Wegstück bereits
das Deformationselement gefaltet, womit eine höhere Energieabsorption bei gleichbleibender
Größe des Stoßfängersystems
erreicht wird.
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Durch
eine entsprechende Ausbildung und Dimensionierung von Querträgerelement
und Deformationselement (insbesondere bezüglich der Wandstärken) in
dem Bereich, in dem das Deformationselement im Querträgerelement
eingelassen ist, kann ein im Wesentlichen konstantes Kraftverhalten über die
gesamte Länge
der Deformation (also auch außerhalb
des eingelassenen Bereichs) realisiert werden. Obgleich bei einem
Aufprall oftmals die gesamte Stoßfängeranordnung ausgetauscht
werden muss, und es bei sehr schwachen Aufprallereignissen oft nicht
mehr genügt,
nur das Querträgerelement
auszutauschen, kann sich das vorgeschlagene Stoßfängersystem dennoch als vorteilhaft
erweisen, da es eine geringere Dimensionierung erfordert, somit
mit weniger Mate rialaufwand und einfacher herstellbar ist und das
Gewicht des Stoßfängersystems
niedriger ausgeführt
werden kann.
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Von
Vorteil ist es, wenn das Querträgerelement
und/oder das Deformationselement zumindest bereichsweise als Hohlprofil
ausgebildet ist. Im vorgeschlagenen Fall kann auf bekannte Elemente
und bereits vorhandene Fabrikationsmaschinen zurückgegriffen werden. So kann
es sich zum Einlassen des Deformationselements in das Querträgerelement
als ausreichend erweisen, einen entsprechenden Bereich an der Rückseite
des Querträgerelements
auszunehmen, beispielsweise durch Aus- oder Abfräsen bzw. Aus- oder Abschneiden,
oder durch Ausführen eines
insbesondere schräggeführten Schnittes,
z. B. mittels Sägen,
Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden und/oder Stanzen. Das bzw.
die Hohlprofile können
beispielsweise Extrusionsprofile, Gussprofile oder aus einem oder
mehreren Blechteilen geformte und/oder gefügte Profile sein.
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Insbesondere
in diesem Zusammenhang kann die Erfindung dadurch realisiert werden,
dass zumindest Teile zumindest eines Deformationselements zumindest
teilweise in das Querträgerelement eingreifen.
Durch den beispielsweise durch Fräsen, Sägen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden und/oder
Stanzen geschaffenen Zugang kann auf einfache Weise ein Einlassen
des Deformationselements erfolgen. Zusätzlich oder unabhängig davon ist
auch ein Umgreifen denkbar.
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Möglich ist
es, das Deformationselement und/oder das Querträgerelement mehrstückig auszubilden.
Dadurch ist gegebenenfalls eine besonders gute Anpassung an die
Erfordernisse möglich.
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Ebenso
kann es sich als vorteilhaft erweisen, das Deformationselement und/oder
das Querträgerelement
einstückig
auszubilden, insbesondere als extrudiertes Bauteil auszubilden.
In diesem Fall kann die Herstellung des entsprechenden Bauteils
gegebenenfalls besonders einfach und kostengünstig erfolgen.
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Vorzugsweise
ist das Deformationselement und/oder das Querträgerelement zumindest bereichsweise
als Einkammerhohlprofil und/oder Mehrkammerhohlprofil ausgebildet.
Beim Deformationselement handelt es sich bevorzugt um ein Ein- oder Mehrkammerhohlprofil
mit in Fahrzeuglängsrichtung verlaufender
Profilachse, welches durch Einwirken von Deformationskräften auf
seine Stirnflächen
unter balgartigem Zusammenfalten in Fahrzeuglängsrichtung gestaucht wird.
Dabei sind vorzugsweise zwei Deformationselemente außenmittig
in den Endbereichen des Querträgerelements
vorgesehen. Insbesondere im Falle von Mehrkammerhohlprofilen kann speziell
bei Deformationselementen ein weitgehend konstanter Kraftverlauf
bei einer Deformation des entsprechenden Elementes realisiert werden,
da durch die vorgeschlagene Ausbildung Kraftspitzen im Kraftwegdiagramm
vermindert werden. Dies ist von Vorteil, da für das Auftreten von Schäden an der
hinter dem Aufprallsystem angeordneten Fahrzeugstruktur (z. B. Längsträger) die
maximal auftretenden Kraftspitzen und nicht unbedingt der Kraftverlauf
als solches von Bedeutung ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Profilrichtung des
Querträgerelements
zumindest in Teilbereichen quer, vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht,
zur Richtung der Längserstreckung
des Querträgerelements. Möglich ist
es, dass die Profilkammern des beispielsweise Extrusionsprofils
lediglich zu dessen Stirnseite hin offen sind. Die Deformationselemente
können hierbei
bevorzugt in Längsrichtung
extrudierte Ein- oder Mehrkammerhohlprofile sein.
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Ebenso
kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Profilrichtung des
Querträgerelements
zumindest in Teilbereichen quer, bevorzugt im Wesentlichen senkrecht
zur Fahrzeuglängsrichtung – und damit
in aller Regel quer bzw. im We sentlichen senkrecht zu den Deformationselementen – verläuft. Möglich ist
es dabei, dass die Profilrichtung des beispielsweise als Ein- oder
Mehrkammerprofil ausgebildeten Querträgerelements im Wesentlichen
in Querträgerlängsrichtung
verläuft.
Besonders vorteilhaft kann es aber auch sein, wenn die Profilrichtung
sowohl quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zur Fahrzeuglängsrichtung,
als auch quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zur Richtung
der Längserstrechung
des Querträgerelements
angeordnet ist. Ein derartiges Querträgerelement kann beispielsweise als
Mehrkammerhohlprofil mit fachwerkartigem Aufbau ausgebildet sein,
welches eine zur Fahrzeugaußenseite
orientierte äußere Seitenfläche und
eine zum Fahrzeug hin orientierten inneren Seitenfläche aufweist,
wobei die Profilkammern des Mehrkammerhohlprofils des Querträgerelements
zur oberen und unteren Profilfläche
hin offen sind. Die Deformationselemente können gemäß dieser Ausführung vorteilhafterweise
in Längsrichtung
extrudierte Ein- oder Mehrkammerhohlprofile sein, welche über die
innere Seitenfläche
(entspricht der dem Fahrzeug zugewandten Begrenzungsfläche) des
Querträgerelements
hinausreichen und in das Querträgerelement eingreifen.
Die Ausnehmungen für
den Einschub der Deformationselemente im Querträgerelement können bei
dieser Ausführungsform
integral in das Querträgerelement
mit extrudiert sein. Möglich
ist es selbstverständlich
auch, gesonderte Deckelemente für
die Ober- und Unterseite des Mehrkammerhohlprofils vorzusehen.
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Bevorzugterweise
befindet sich die Stirnseite zumindest eines Teils zumindest eines
Deformationselements in Anlage mit der vorderen bzw. einer inneren
Begrenzungsfläche
des Querträgerelements, oder
aber in dessen unmittelbarer Nähe.
Als innere Begrenzungsflächen
sind beispielsweise Zwischenstege bei Mehrkammerprofilen zu nennen.
Durch die vorgeschlagene Weiterbildung können die Deformationswege des
Deformationselements besonders groß gewählt werden. Zusätzlich ist
es auch möglich, die
Befestigung zwischen Querträ gerelement
und Deformationselement mit relativ geringer Festigkeit auszubilden.
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Eine
Verbindung zwischen zumindest einem, vorzugsweise beiden Deformationselementen
und dem Querträgerelement
kann fest erfolgen ("unlösbar"), insbesondere durch
Nieten, Schweißen
oder Kleben. Dadurch kann ein dauerhafter Verbund der Stoßfängeranordnung
realisiert werden.
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Möglich ist
es jedoch auch, dass zumindest ein, vorzugsweise beide Deformationselemente
abnehmbar mit dem Querträgerelement
verbunden sind, wie insbesondere durch Schrauben. Eine solche Abnehmbarkeit
kann sich beispielsweise bei einer Beschädigung lediglich des Querträgerelements als
sinnvoll erweisen.
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Von
Vorteil ist es, wenn zumindest ein Deformationselement eine Triggereinrichtung
aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass sie die zum Auslösen des
Deformationsvorganges erforderliche Initialkraft verringert. Diese
Initialkraft, also die Kraft die zur erstmaligen Auslösung des
Faltvorgangs bei einem Aufprallereignis erforderlich ist, ist in
der Regel besonders groß und äußert sich
daher üblicherweise in
einer besonders hohen Kraftspitze im Kraft-Wege-Diagramm. Durch eine Verminderung dieser Kraftspitze
kann die Wahrscheinlichkeit für
ein Auftreten von Schäden
an der hinter dem Aufprallsystem angeordneten Fahrzeugstruktur (z.B.
Längsträger) verringert
werden, da hierfür,
wie bereits erwähnt,
in erster Linie die maximal auftretenden Kraftspitzen von Einfluss
sind.
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Die
Triggereinrichtung kann vorzugsweise von einer teilweisen Anlage
von Deformationselement und Querträgerelement ausgebildet sein,
insbesondere durch eine punktuelle oder eine längs einer Linie erfolgende
Anlage (eindimensionale bzw. zweidimensionale Anlage). Dies kann
beispielsweise durch ein abgeschrägtes Stirnende des Deformationselements
(z.B. durch einen Sägeschnitt,
durch Fräsen,
Wasserstrahl schneiden und/oder Stanzen) erfolgen. Die entsprechende
Ecke oder Kante liegt vorteilhafterweise zur Querträgermitte
hin, da dadurch die freie Distanz zwischen den beiden seitlich angeordneten
Auflagepunkten verringert wird und die zur Durchbiegung des Querträgers zwischen
den beiden Anlagepunkten nötige
Kraft erhöht
wird. Dies kann von Vorteil sein, da der Querträger im Rahmen der Erfindung
nicht mehr notwendigerweise dazu konzipiert ist, Energie aufzunehmen,
sondern lediglich die auf ihn einwirkenden Kräfte zuverlässig auf Deformationselemente
ableiten muss.
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Ebenso
kann es sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Triggereinrichtung
zumindest teilweise zumindest einen insbesondere ringförmig, sickenartig und/oder
mäanderförmig gebogenen
Bereich aufweist. Hierbei kann es sich um eine oder mehrere seitlich
in das Deformationselement eingelassene Sicken handeln. Denkbar
ist es auch, dass die Triggereinrichtung aus einem ringförmigen Bereich
im Deformationselement besteht, welcher vorab durch Wärmebehandlung
in einen gegenüber
den restlichen Wandbereichen weicheren Zustand überführt wurde. Der ringförmige Bereich
kann an der die Faltung induzierenden Stelle des Deformationselements,
vorzugsweise im Querträger
zugewandten vorderen Endabschnitt des Deformationselements liegen.
Es ist selbstverständlich
auch möglich,
dass zwei oder mehrere der vorgenanten Triggereinrichtungen miteinander
kombiniert werden.
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Wenn
das Querträgerelement
eine energieabsorbierende Beschichtung aufweist, kann bei kleineren
Aufprallereignissen eine Beschädigung
der Stoßfängeranordnung
vermieden werden. Auch kann gegebenenfalls die Energieweiterleitung
zu den Deformationselementen hin verbessert werden. Bei der energieabsorbierenden
Beschichtung kann es sich natürlich
auch um eine auf das Querträgerelement aufgeklebte
Schicht handeln. Die Schicht bzw. die Beschichtung kann beispielsweise
ein polymerer Schaumstoff sein.
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Das
Stoßfängersystem
ist vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Metall gefertigt,
insbesondere aus Aluminium, Aluminiumlegierung oder Stahl. Dabei
können
insbesondere das Querträgerelement
bzw. Querträgerteile
zumindest teilweise aus einem Metall, vorzugsweise aus einem der
genannten Metalle bestehen. Das Querträgerelement bzw. die Querträgerteile
können
jedoch auch zumindest teilweise aus Kunststoff bzw. aus faserverstärktem Kunststoff
hergestellt sein. Handelt es sich beim Querträger bzw. bei den Querträgerteilen
um Extrusionsprofile oder Gussteile, so bestehen diese vorteilhaft
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die Deformationselemente
sind vorzugsweise aus Metall gefertigt, insbesondere aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung. Weist das Stoßfängersystem bzw. Teile davon
(bzw. das Querträgerelement) einen
modularen Aufbau auf, so können
die einzelnen Baugruppen aus verschiedenen Materialien und/oder
mittels unterschiedlicher Verfahren hergestellt sein.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnung; diese zeigt in
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1:
eine schematische Schrägsicht
eines Stoßfängersystems
als erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei dem die Deformationselemente noch nicht eingelassen
sind,
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2:
das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel mit eingelassenen
Deformationselementen;
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3:
die Verbindungszone eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung
in schematischer Ansicht;
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4:
die Verbindungszone eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung
in schematischer Ansicht;
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5:
die Verbindungszone eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung
in schematischer Ansicht;
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6 bis 8:
mögliche
Mehrkammerprofile für
die Verwendung bei Querträgern
und/oder Deformationselementen;
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9:
eine Ausbildungsform einer Stoßstange
mit einer energieabsorbierenden Beschichtung (in Draufsicht);
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10:
eine schematische Schrägansicht eines
weiteren Stoßfängersystems
als zusätzliches Aus führungsbeispiel
der Erfindung mit eingelassenen Deformationselementen.
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In 1 ist
ein Stoßfängersystem 10 in
einem noch zu montierenden Zustand dargestellt. Das Stoßfängersystem 10 besteht
aus einem Querträger 12 sowie
aus zwei Crash-Boxen 14 (Deformationselementen), die zur
Ausbildung des fertigen Stoßfängersystems 10 in
Pfeilrichtung A in entsprechend ausgebildete Aufnahmen 16 im
Querträger 12 eingeschoben
werden. Die Aufnahmen 16 sind an den äußeren Enden 18 und 19 des
Querträgers
ausgebildet.
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An
der der Pfeilrichtung A entgegengesetzten Seite der Crash-Boxen 14 befindet
sich das in den Zeichnungen aus Ü-bersichtlickeitsgründen nicht dargestellte
Fahrzeug.
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Querträger 12 und
Crash-Boxen 14 sind jeweils im dargestellten Ausführungsbeispiel
aus einer Aluminiumlegierung stranggepresst. Der Querträger 12 ist
als Einkammerhohlprofil ausgeführt,
während die
Crash-Boxen 14 als Zweikammerhohlprofile ausgeführt sind.
Die Aufnahmeöffnungen 17,
durch die die Crash-Boxen 14 in die Aufnahmen 16 eingeführt werden
können,
werden beispielsweise durch einen schräg angesetzten Sägeschnitt
oder durch einen Fräsvorgang
gebildet. Die leichte Krümmung
des Querträgers 12 kann
durch einen Biegevorgang erzielt werden.
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In 2 ist
das Stoßfängersystem 10 in
einem fertig montierten Zustand dargestellt. Die Crash-Boxen 14 sind über die
Aufnahmeöffnungen 17 mit
ihrem vorderen Teil in die Aufnahmen 16, welche innerhalb
des Querträgers 12 ausgebildet
sind, eingeschoben. Die Stirnseiten 21 der Crash-Boxen 14 befinden
sich in Anlage mit der Vorderseite 23 des Querträgers 12.
Querträger 12 und
Crash-Boxen 14 sind mittels hier nicht weiter dargestellter
Verbindungsmittel zu einer Einheit zusammengefügt. Als Verbindungsmittel eignen
sich beispielsweise Nieten, Schrauben oder ein Anschweißen oder
Kleben.
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Da
die Crash-Boxen 14 in den Querträger 12 eingelassen
("eingeschuht") sind, kommt es
bei einer Verformung des Stoßfängersystems 10 bereits
sehr frühzeitig
zu einer Verformung auch der Crash-Boxen 14, und somit
zu einer sehr starken Energiedissipation. Trotz der kompakten Dimensionierung
des Stoßfängersystems 10 kann
eine sehr hohe Aufprallenergie verzehrt werden, da die Crash-Boxen 14 über ihre gesamte
Länge hinweg
Aufprallenergie dissipieren können.
Gegenüber
bekannten Stoßfängersystemen,
bei denen die Crash-Boxen an der Rückseite 24 des Stoßfängersystems 10 befestigt
werden, wird die zusätzliche
Verformungslänge
d, die im Wesentlichen der Dicke des Querträgers 12 entspricht,
gewonnen.
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Die
Oberseite 25 sowie die Unterseite 26 des Querträgerprofils 12 überschneiden
sich im Anlagebereich 16 mit der Oberseite bzw. Unterseite
der Crash-Boxen 14. Um durch die doppelte Materiallage in
diesem Bereich keine unnötigen
Kraftspitzen entstehen zu lassen, kann beispielsweise eine Materialverdünnung in
diesem Bereich vorgesehen werden.
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Selbstverständlich wäre es natürlich ebenso möglich, dass
die entsprechenden Ober- bzw. Unterseiten 25, 26 des
Querträgerprofils 12 beispielsweise durch
einen Fräsvorgang
entfernt sind. Die Verbindung zwischen Crash-Boxen 14 und
Querträger 12 kann
dann beispielsweise im Bereich der Stirnseite 21 der Crash-Boxen 14 durch
einen Schweißvorgang erfolgen.
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Da
durch das Zusammendrücken
der Crash-Boxen 14 im Verhältnis zu der eingesetzten Masse
und des zurückgelegten
Weges deutlich mehr Energie absorbiert wird, als dies bei einer
alleinigen Verformung des Querträgers 12 der
Fall wäre,
absorbiert die vorgeschlagene Stoßstange 10 bei gleicher Dimensionierung
bedeutend mehr Energie, als dies bei bekannten Stoßstangen
der Fall ist.
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Der
Querträger 12 muss
folglich nicht mehr dazu konzipiert werden, Energie zu verzehren.
Er muss lediglich die auf ihn einwirkenden Kräfte zuverlässig auf die Crash-Box 14 ableiten.
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In 3 ist
eine mögliche
Ausführung
des Anlagebereiches 16 zwischen Querträger 12 und Crash-Box 14 an
einem Ende 18 eines Querträgers 12 schematisch
in einer Draufsicht angedeutet.
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Der
Querträger 12 ist
im dargestellten Ausführungsbeispiel
als Einkammerhohlprofil ausgebildet, während die Crash-Box 14 aus
einem Zweikammerhohlprofil besteht.
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Wie
der Zeichnung entnommen werden kann, ist die Neigung der Vorderfläche 23 des
Querträgers 12 kleiner
als die Neigung der Stirnfläche 21 der
Crash-Box 14. Aufgrund der unterschiedlichen Neigungen
kommt es somit im Ursprungszustand nur zu einem Kontakt längs einer
Kontaktlinie 28.
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Diese
Bauweise wirkt als sog. Trigger, welcher die Auslösung des
Faltvorganges im Aufprallereignis erleichtert. Mit Hilfe des Triggers
wird die Initialkraft verringert, welche zum Auslösen des
Faltvorganges erforderlich ist. Da für das Auftreten von Schäden an der
hinter dem Aufprallsystem angeordneten Fahrzeugstruktur (z.B. Längsträger) die
maximal auftretenden Kraftspitzen von Bedeutung sind, kann dadurch
einer Verformung der Fahrzeugstruktur vorgebeugt werden.
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Auch
die – an
sich bekannte – mehrkammerige
Ausführung
der Crash-Box 14 dient der Vermeidung von Kraftspitzen.
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In 4 ist
dargestellt, wie sich die erfinderische Idee auch auf einen Querträger 12 anwenden lässt, welcher
als Mehrkammerprofil ausgebildet ist. Der Querträger 12 wird durch
eine Zwischenwand 30 in eine vordere Kammer 31 sowie
eine rückwärtige Kammer 32 unterteilt.
Die Crash-Box 14 liegt in einem Kontaktbereich 28 mit
ihrer Stirnseite 21 an der Zwischenwand 30 an.
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Dadurch
kann bei einer entsprechenden Dimensionierung das Stoßfängersystem
bei einem schwächeren
Aufprallereignis zunächst
die vordere Kammer 31 des Querträgers 12 verformt werden
und so Energie dissipieren. Erst wenn dies nicht mehr ausreicht,
wird auch die Crash-Box 14 verformt und dissipiert dadurch
Energie.
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Durch
eine Ausführung
gemäß dem in 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
können
die Vorteile konventioneller Stoßfängeranordnungen mit ihrem abgestuften
Verformungsverhalten mit den Vorteilen einer verlängerten
Crash-Box kombiniert werden.
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In 5 ist
schließlich
noch dargestellt, dass es selbstverständlich ebenso möglich ist,
dass sich die Stirnseite 21 der Crash-Box 14 in
flächiger
Anlage mit der Vorderseite 23 des Querträgers befinden kann.
Die Kraftspitzen werden im dargestellten Ausführungsbeispiel durch das Vorsehen
eines Vierkammerprofils verringert.
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In
den 6 bis 8 sind schließlich noch rein
beispielhaft mögliche
Ausführungen
von Mehrkammerprofilen dargestellt. So zeigt 6 ein Vierkammerhohlprofil 34 und 7 ein
Zweikammerhohlprofil 36. In 8 ist ebenfalls
ein Vierkammerhohlprofil 34 dargestellt, wobei bei diesem
zwei innere Stege 38 versetzt zueinander angeordnet sind,
um ein verbessertes Deformationsverhalten zu erhalten.
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Die
beispielhaft dargestellten Mehrkammerprofile können sowohl für die Crash-Boxen 14 als auch
für den
Querträger 12 verwendet
werden.
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In 9 ist
schließlich
noch gezeigt, dass der Querträger 12 mit
einer energieabsorbierenden Beschichtung 41, die auf der
dem Fahrzeug abgewandten Seite der Stoßstange 10 auf dem
Querträger 12 aufgebracht
ist, versehen werden kann. Die energieabsorbierende Beschichtung 41 kann
reversibel oder irreversibel ausgebildet sein, beispielsweise als
Hartschaum oder ähnliches.
Durch die absorbierende Beschichtung 41 kann es bei einem
nur geringförmigen
Aufprall ermöglicht
werden, dass nur der Querträger 12 (mit
der daran haftenden energieabsorbierenden Beschichtung) ausgetauscht
werden muss, wohingegen die Crash-Boxen 14 weiter verwendet
werden können.
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In 10 ist
in perspektivischer Schrägansicht
ein weiteres mögliches
Stoßfängersystem 10 dargestellt,
das einen Querträger 12 und
zwei mit diesem verbundene Deformationselemente bzw. Crash-Boxen 14 aufweist.
An der Rückseite
der Crash-Boxen 14 (entgegen der Pfeilrichtung x) befindet
sich das vorliegend aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
dargestellte Fahrzeug, an dem das Stoßfängersystem 10 montiert
ist.
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Der
Querträger 12 weist
zwischen seiner als Druckgurt dienenden Vorderseite 23 und
seiner als Zuggurt dienenden Rückseite 24 eine
Fachwerkstruktur 42 auf, die dem Querträger 12 eine große Steifigkeit
verleiht. An den Seitenbereichen 44 befinden sich Verbindungsbereiche 46,
in denen die Crash-Boxen 14 mit dem Querträger 12 verbunden sind.
Dazu ist in dem Querträger 12 in
beiden Verbindungsbereichen 46 ein Aufnahmebereich 48 vorgesehen,
in den ein Teil der entsprechenden Crash-Box 14 eingeführt wird.
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Der
Querträger 12 ist
so aufgebaut und angeordnet, dass er im Wesentlichen die gesamte
Aufprallenergie an die Crash-Boxen 14 weiterleitet.
Diese verzehren durch Verformungsarbeit die Aufprallenergie. Da
die Crash-Boxen 14 zudem in die Aufnahmebereiche 48,
und damit in das Querschnittsprofil des Querträgers 12 hinreichen,
stellt das dargestellte Stoßfängersystem 10 längere Crash-Boxen 14 und damit
eine verlängerte
Verformungsstrecke zur Verfügung.
Dies ist von Vorteil, da die Crash-Boxen 14 bei relativ
geringem Materi aleinsatz eine hohe energieverzehrende Wirkung aufweisen,
welche insbesondere höher
ist als die energieverzehrende Wirkung herkömmlicher Querträgerelemente
nach dem Stand der Technik.
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Der
Querträger 12 ist
im vorliegenden Fall aus einer Aluminiumlegierung gefertigt und
in einem Extrusionsverfahren hergestellt. Die Extrusionsrichtung
z und damit die Längsrichtung
der von der Fachwerkstruktur 42 gebildeten Profilkammern
verläuft
im dargestellten Ausführungsbeispiel
senkrecht zur Längserstreckung
y des Querprofils 12. Die Fahrzeuglängsachse x wiederum steht senkrecht
sowohl auf der Extrusionsrichtung z, als auch auf der Längsrichtung
y des Querprofils. Die jeweilige Ausrichtung ist im Koordinatensystem 50 in
der 10 angedeutet. x bezeichnet dabei die Längsrichtung
des Fahrzeugs, y die Längserstreckung
des Querträgerprofils, z
die Extrusionsrichtung des Querträgers 12.
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Dadurch,
dass die Extrusionsrichtung z quer zur Längsstrekkung y des Querträgers 12 verläuft, kann
bei dem Querträger 12 bereits
während
des Extrusionsverfahrens ein sich entlang der Längsrichtung y des Querträgers 12 verändernder
Querschnitt (z. B. Breite b des Querträgers 12) realisiert
werden, ohne dass dazu zusätzliche,
im Anschluss an das Extrusionsverfahren durchzuführende Umformungsschritte erforderlich
wären.
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Die
sich entlang der Längsrichtung
y des Querträgers 12 verändernde
Breite b lässt
sich in 10 gut erkennen. Ebenso lassen
sich die gebogene Vorderseite 23 und die Aufnahmebereiche 48 im
Querträger 12 gemäß 10 ausbilden,
ohne dass nach der Extrusion zusätzliche
Bearbeitungsschritte erforderlich sind. Schließlich kann durch eine entsprechend
ausgebildete Extrusionsmatrize auch die Stegdichte in der Fachwerkanordnung 42,
die Wandstärke
von Vorderseite 23, Rückseite 24 oder die
Fachwerkstruktur 19 in unterschiedlichen Bereichen des
Querträgers 12 unterschied lich
ausgeführt werden.
Je nachdem wie der Querträger 12 extrudiert wurde,
muss aus dem sich ergebenden Extrusionsprofil nur der Querträger 12 mit
der Höhe
h abgelängt werden,
was beispielsweise durch jeweils einen Sägeschnitt an der Oberseite 25 und
der Unterseite 26 des Querträgers erfolgen kann.