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Die
Erfindung betrifft einen Biegeträger für ein Kraftfahrzeug
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
EP 0 718 157 B1 ist
ein Biegeträger für ein Kraftfahrzeug in Ausführung
eines Leichtmetallstrangpressprofils bekannt. Zwischen einer – in Fahrtrichtung
des Kraftfahrzeugs gesehen – vorderen und einer in einem
Abstand hierzu verlaufenden, hinteren Außenwand des Biegeträgers
ist eine im Wesentlichen planparallel dazu verlaufende Zwischenwand
angeordnet. Dies teilt den Biegeträger in zwei in Fahrtrichtung
gesehen aufeinander folgende Verformungszonen auf. Die beiden Außenwände
und die Zwischenwand verlaufen – im Profilquerschnitt betrachtet – in
etwa vertikal und in ihrer Längsrichtung dem Verlauf des
Biegeträgers folgend im Wesentlichen quer zur Fahrtrichtung
des Kraftfahrzeugs. Die Außenwände sind über
eine Anzahl in etwa horizontal angeordneter und kurvenförmiger
Querstege mit der Zwischenwand verbunden. Die Querstege begrenzen
zusammen mit den Außenwänden und der Zwischenwand
eine Anzahl entlang des Biegeträgers angeordneter Hohlkammern.
Der Profilquerschnitt des Biegeträgers ist über
seine Länge konstant.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Biegeträger
der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher im Hinblick auf
den Schutz eines Kraftfahrzeugs vor Beschädigungen durch
einen Anprall gegen den Biegeträger ein verbessertes Energieabsorptionsverhalten
aufweist.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird ein Biegeträger mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Dieser weist ein im Wesentlichen
quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufendes Hohlprofil
auf. Der erfindungsgemäße Biegeträger
umfasst eine Anzahl von Querstegen. Die Querstege verlaufen – im Profilquerschnitt
bei im Kraftfahrzeug eingebautem Biegeträger betrachtet – im
Wesentlichen horizontal. Quer zur Fahrtrichtung folgen sie dem Verlauf
des Biegeträgers. Mindestens einer der Querstege weist – über
seinen Verlauf in Fahrtrichtung betrachtet – Bereiche unterschiedlicher
Steifigkeiten auf. Ein Vorteil dieses erfindungsgemäßen
Aufbaus des Biegeträgers besteht darin, dass die Hohlkammern
des Biegeträgers bei einem Anprall gegen den Biegeträger
im Wesentlichen in gezielter Ausprägung und Reihenfolge
verformbar sind. So ist beispielsweise die Absorption einer ersten
pulsartigen Spannungsspitze bei einem Auftreffen des Biegeträgers
auf ein Hindernis möglich. Die Absorption dieser initialen und
vergleichsweise hohen Anprallenergie über eine – in
Fahrtrichtung gesehen – erste, vorgelagerte Verformungsstufe
des Biegeträgers erlaubt eine schwächere und damit
auch gewichtsreduzierte Auslegung aller nachfolgenden Verformungsstufen
des Biegeträgers. Im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung umfasst der Begriff „Anprall" ein Aufeinanderprallen
des Kraftfahrzeugs mit einem sich relativ zu dem Kraftfahrzeug bewegenden
Gegenstand und/oder einem Körper. Unterschiedliche Steifigkeiten
sind beispielsweise durch Variation der Materialien, der Gefügeeigenschaften,
des Materialaufbaus sowie der Wanddicken und/oder der Formgebung
der Querstege über den Verlauf ihrer Wandungen erreichbar.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass mindestens
einer der Querstege – über seinen Verlauf quer
zur Fahrtrichtung gesehen – Bereiche unterschiedlicher
Steifigkeiten aufweist. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Verformung
der Hohlkammern bei einem Anprall gegen den Biegeträger – über
ihren Verlauf quer zur Fahrtrichtung gesehen – in ihrer
Ausprägung gezielt beeinflussbar ist. Es ist beispielsweise
möglich, den Biegeträger über die Breite
des Fahrzeugs unterschiedlich verformungssteif auszulegen. Auf diese
Weise ist eine Optimierung des Biegeträgers hinsichtlich
seines Energieabsorptionsverhaltens im Bezug auf definierte Crashsituationen
möglich. Der Biegeträger ist auch mehrteilig aufbaubar.
So sind für Querstege, ebenso wie für alle anderen
Teile des Biegeträgers, unterschiedliche Materialien einsetzbar.
Die Einzelteile sind untereinander mittels Stoff-, Form- und/oder Kraftschluss
verbindbar.
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Zumindest
einzelne Teile des Biegeträgers können rollgeformte,
tiefgezogene, gebogene und/oder verschweißte Bleche umfassen
oder aber faserverstärkten Kunststoff in extrudierter,
blasgeformter, laminierter oder spritzgegossener Ausführung
sowie in Form gepressten faserhaltigen Kunststoff (Sheet Moulded
Compound) aufweisen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist mindestens
einer der Querstege des Biegeträgers – über
seinen Verlauf in Fahrtrichtung gesehen – einen gekrümmten
Verlauf auf. Bei dem Anprall eines Gegenstands gegen den Biegeträger ist
dadurch die Richtung und Ausprägung der Verformung des
Querstegs im Wesentlichen beeinflussbar. Vorteil dieser Ausführungsform
ist zum Beispiel, dass der Quersteg beim Anprall weitgehend gezielt
in dafür vorgesehene Freiräume innerhalb oder
außerhalb des Biegeträgers hinein verformbar ist.
Eine Einschränkung des maximalen Verformungsweges aufgrund
von Blockbildung oder Verblockung durch den Quersteg ist damit vermeidbar.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Biegeträgers
ist vorgesehen, dass mindestens einer der Querstege bei dem Anprall
gegen den Biegeträger im Wesentlichen durch eine knickfreie Verformung
deformierbar ist. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung
umfasst der Begriff „knickfreie Verformung" Verformungen,
bei denen das auf Druck, Biegung oder Torsion beanspruchte Bauteil über
die gesamte belastete Zone gleichmäßig verformt
wird. Ein auf einen Teilbereich begrenztes Versagen des Bauteils
wird – bedingt durch die Bauteilgestaltung – weitgehend
vermieden, wodurch die während der elastischen und/oder
plastischen Verformung erreichte Energieabsorption maximiert wird. Bei
definierten Randbedingungen einer Crashsituation ist dadurch der
Verlauf einer Krafteinleitung auf den Biegeträger und/oder
Bauteile an denen der Biegeträger befestigt ist, im Wesentlichen
beeinflussbar. Beispielsweise kann durch die Gestaltung des Querstegs – unter
der Maßgabe, eine bestimmte Maximalkraft nicht zu überschreiten – auf
ein möglichst hohes Niveau der eingeleiteten Kraft über
den gesamten Verformungsweg hingewirkt werden. Das Kraft-Weg-Integral,
und damit die Absorbierte Energie, kann auf diese Weise optimiert
werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der Biegeträger
mindestens eine Prallwand aufweist. Die Prallwand verläuft – im
Profilquerschnitt betrachtet – im Wesentlichen vertikal. Quer
zur Fahrtrichtung folgt die Prallwand dem Verlauf des Biegeträgers
und bildet im Wesentlichen die – in Fahrtrichtung gesehen – vordere
Begrenzungsfläche des Biegeträgers. Die Prallwand
stellt im Crashfall die Kontaktfläche mit einem Hindernis
dar. Diese Kontaktfläche ist in Bezug auf Stabilität
und Verformungsverhalten so auszulegen, dass beim Anprall gegen
ein Hindernis im Wesentlichen die dafür vorgesehen Abschnitte
des Biegeträgers, wie beispielsweise die Querstege, die
Verformungsenergie aufnehmen. Die Prallwand kann beispielsweise
dicker und/oder formstabiler ausgelegt sein als die – in Fahrtrichtung
gesehen – nachfolgenden Abschnitte des Biegeträgers.
Auf diese Weise ist – abhängig von der Krafteinleitung – eine
unerwünschte Deformation oder ein Reißen der Prallwand
als Kontaktfläche zum Hindernis vermeidbar.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Biegeträger
mindestens eine Abstützwand auf auf. Die Abstützwand
verläuft – im Profilquerschnitt betrachtet – im
Wesentlichen vertikal. Quer zur Fahrtrichtung folgt sie dem Verlauf
des Biegeträgers. Die Abstützwand bildet im Wesentlichen die – in
Fahrtrichtung gesehen – hintere Begrenzungsfläche
des Biegeträgers. Diese ist in Bezug auf Stabilität
und Verformungsverhalten so auszulegen, dass beim Anprall gegen
ein Hindernis im Wesentlichen die dafür vorgesehen Abschnitte
des Biegeträgers, wie beispielsweise die Querstege, die
Verformungsenergie aufnehmen. Die Abstützwand kann im Hinblick
auf einen Schutz des Kraftfahrzeugs vor Beschädigung beispielsweise
dicker und/oder formstabiler ausgelegt sein als die – in
Fahrtrichtung gesehen – vorgelagerten Abschnitte des Biegeträgers.
Ein unerwünschtes Durchbiegen oder Abreißen der
Abstützwand im Crashfall ist auf diese Weise – abhängig
von der Krafteinleitung – vermeidbar.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen dass der
Biegeträger mindestens eine Zwischenwand aufweist. Die
Zwischenwand verläuft – im Profilquerschnitt betrachtet – im Wesentlichen
vertikal. Quer zur Fahrtrichtung folgt die Zwischenwand dem Verlauf
des Biegeträgers. Die mindestens eine Zwischenwand ist über
eine Anzahl von Querstegen mit weiteren Zwischenwänden und/oder
Abstützwänden und/oder Prallwänden verbunden.
Die Zwischenwand unterteilt den Biegeträger in mindestens
zwei Verformungszonen. Dies ermöglicht eine stufenweise
Verformung des Biegeträgers, beispielsweise dann, wenn
die – in Fahrtrichtung gesehen – vorgelagerten
Bereiche des Biegeträgers weniger steif ausgestaltet sind
als die nachfolgenden Bereiche. Im Crashfall werden dann bis zum Überschreiten
einer Maximalkraft im Wesentlichen nur die vorgelagerten Bereiche
des Biegeträgers verformt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Querstege
Bereiche unterschiedlicher Wanddicken aufweisen. Hierdurch wird erreicht,
dass die Hohlkammern des Biegeträgers bei einem Anprall
gegen den Biegeträger im Wesentlichen in gezielter Ausprägung
verformbar sind. Der Einsatz unterschiedlicher Wanddicken kann dabei die
Verwendung unterschiedlicher Materialien zur Variation der Steifigkeit
erübrigen. Es ist beispielsweise möglich, den
Biegeträger über die Breite des Fahrzeugs mit
unterschiedlichen Wanddicken zu versehen und ihn auf diese Weise
definierten Crashsituationen besser anzupassen. Ebenso ist durch
die Variation der Wanddicken in Fahrtrichtung gesehen die Reihenfolge
und/oder Ausprägung der Verformung der Hohlkammern bei
einem Anprall gegen den Biegeträger im Wesentlichen beeinflussbar.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der Biegeträger
einteilig ausgestaltet ist. Ein Vorteil der einteiligen Ausgestaltung
ist beispielsweise, dass kostengünstige Verfahren zur Herstellung
des Biegeträgers, wie das Spritzgießen, das Spritzschäumen,
das Druckgießen, das Extrudieren oder das Strangpressen
als Fertigungsverfahren in Frage kommen. Dabei können – je
nach Verfahren – unterschiedliche Materialien, wie Aluminium,
Integralschäume und/oder faserverstärkte Kunststoffe zum
Einsatz kommen. Ein weiterer Vorteil der einteiligen Ausgestaltung
des Biegeträgers ist, dass eine – im Vergleich
zum mehrteiligen Aufbau – hohe Bauteilhomogenität
erzielbar ist. Spannungssprünge und Kerbwirkungen an Verbindungsstellen
von Komponenten unterschiedlicher Materialien sind bei der einteiligen
Ausgestaltung weitgehend vermeidbar.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des Biegeträgers ergeben sich
aus Kombinationen der aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen
sowie den zugehörigen Figurenbeschreibung hervorgehenden
Merkmale.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Dabei zeigen:
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1 als
schematische Darstellung im Profilquerschnitt ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Biegeträgers
in unverformtem Zustand,
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2 den
Biegeträger gemäß 1 in teilweise
verformtem Zustand, und
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3 den
Biegeträger gemäß 1 mit einer
Verformungsstufe in annähernd vollständig verformtem
Zustand.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Biegeträgers 2 im
Profilquerschnitt. Im dargestellten Koordinatensystem zeigt die
x-Richtung in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs, die y-Richtung zeigt
quer zur Fahrtrichtung senkrecht aus der Zeichenebene heraus und
die z-Richtung zeigt vertikal nach oben. Der Biegeträger 2 verläuft
im Wesentlichen quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs in y-Richtung.
Eine Prallwand 4 begrenzt den Biegeträger 2 an
seiner in x-Richtung gesehen vorderen Außenseite. Die Prallwand 4 verläuft – im
Profilschnitt betrachtet – in etwa gradlinig in z-Richtung
und folgt in y-Richtung dem Verlauf des Biegeträgers 2.
In etwa planparallel zur Prallwand 4 ist – um
einen Abstand entgegen der Fahrtrichtung versetzt – eine
Zwischenwand 6 angeordnet. Die Zwischenwand 6 folgt
in y-Richtung dem Verlauf des Biegeträgers 2.
Im Profilschnitt betrachtet überragt die Prallwand 4 die
Zwischenwand 6 in z-Richtung um etwa die gleiche Länge
nach oben und unten. Die Querstege 8a, 8b, 8c und 8d verbinden
die Prallwand 4 mit der Zwischenwand 6. Sie verlaufen – im
Profilschnitt gesehen – in etwa horizontal in x-Richtung,
wobei die Querstege 8a und 8c eine Wölbung
nach unten aufweisen. Die Querstege 8b und 8c weisen
eine Wölbung in die entgegengesetzte Richtung auf. Der
Kurvenradius der Wölbungen der Querstege 8a, 8b, 8c und 8d entspricht
R1. Ihre Wanddicke beträgt d1. Die Querstege 8a und 8b begrenzen,
zusammen mit der Prallwand 4 und der Zwischenwand 6,
eine mit dem unteren Rand der Zwischenwand 6 abschließende,
dem Verlauf des Biegeträgers 2 folgende, im Profischnitt
gesehen in etwa quadratische Hohlkammer. Ebenso begrenzen die Querstege 8a und 8b,
zusammen mit der Prallwand 4 und der Zwischenwand 6,
eine mit dem oberen Rand der Zwischenwand 6 abschließende,
dem Verlauf des Biegeträgers 2 folgende, im Profischnitt
gesehen in etwa quadratische Hohlkammer. In etwa planparallel zur
Zwischenwand 6 ist – um einen Abstand entgegen
der Fahrtrichtung versetzt – eine Abstützwand 10 angeordnet.
Die Abstützwand 10 folgt in y-Richtung dem Verlauf
des Biegeträgers 2. Im Profilschnitt betrachtet überragt
die Zwischenwand 6 die Abstützwand 10 in
z-Richtung um unterschiedliche Längen nach oben und nach
unten. Die Querstege 12a und 12b verbinden die
Abstützwand 10 mit der Zwischenwand 6.
Sie verlaufen – im Profilschnitt gesehen – in
etwa horizontal in x-Richtung, wobei der Quersteg 12a eine
Wölbung nach unten aufweist. Der Quersteg 12b weist
eine Wölbung in die entgegengesetzte Richtung auf. Der
Kurvenradius der Wölbungen der Querstege 12a und 12b entspricht R2.
Ihre Wanddicke beträgt d2. Die Querstege 12a und 12b begrenzen,
zusammen mit der Abstützwand 10 und der Zwischenwand 6,
eine dem Verlauf des Biegeträgers 2 folgende,
im Profischnitt im Wesentlichen rechteckige Hohlkammer. Die Hohlkammer schließt
in z-Richtung gesehen im Wesentlichen mit dem oberen und dem unteren
Rand der Abstützwand 10 ab. Der dargestellte Biegeträger 2 weist – in
Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs gesehen – im Wesentlichen
zwei aufeinander folgende Verformungsstufen auf. Die erste reicht
von der Prallwand 4 bis zur Zwischenwand 6. Die
zweite von der Zwischenwand 6 bis zur Abstützwand 10.
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Wobei
die Steifigkeit gegen Verformung bei vorgegebenen Materialkennwerten
im Wesentlichen durch die Wanddicken d1 und d2 sowie durch die Kurvenradien
R1 und R2 bestimmt werden. Auch die Verbindungsstellen zwischen
den Querstegen 8a bis 8d, 12a und 12b und
der Abstütz-, der Zwischen- und der Prallwand 10, 6 und 4 beeinflussen – bedingt durch
die Art und Weise der Verbindung – die Verformungssteifigkeit.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung das Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Biegeträgers 2 gemäß 1 im
Profilquerschnitt in teilweise verformtem Zustand. x-, y-, und z-Richtung sind
analog 1 ausgerichtet. Die Lage der Komponenten des Biegeträgers 2 in
unverformtem Zustand ist zum Vergleich gestrichelt angedeutet. Die Darstellung
zeigt die Prallwand 4 um einen Verformungsweg S1 entgegen
der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs in etwa parallel verlagert.
Die Querstege 8a bis 8d sind durch die Verlagerung
der Prallwand 4 – der Wölbungsrichtung
der unverformten Querstege folgend – deformiert Die Prallwand 4,
die Zwischenwand 6, die Querstege 12a und 12b sowie
die Abstützwand 10 sind – bedingt durch
deren im Vergleich zu den Querstegen 8a bis 8d höhere
Steifigkeit – im Wesentlichen unverformt.
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3 zeigt
in schematischer Darstellung das Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Biegeträgers 2 gemäß 1 im
Profilquerschnitt in teilweise verformtem Zustand. x-, y-, und z-Richtung sind
analog 1 ausgerichtet. Die Lage der Komponenten des Biegeträgers 2 in
unverformtem Zustand ist analog 2 zum Vergleich
gestrichelt angedeutet. Die Darstellung zeigt die Prallwand 2 um einen
maximalen Verformungsweg Smax entgegen der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs
in etwa parallel verlagert. Die Prallwand 4 ist in dieser
Position annähernd in Anlage mit der Zwischenwand 6.
Die Querstege 8a bis 8d sind vollständig
verformt. Eine weitere Verlagerung der Prallwand 4 entgegen
der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ist – ausgehend von
dieser Anordnung – noch in einem zweiten Verformungsabschnitt,
nämlich durch Deformation der Querstege 12a und 12b möglich.
Analog 2 sind die Prallwand 4, die Zwischenwand 6, die
Querstege 12a und 12b sowie die Abstützwand 10 im
Wesentlichen unverformt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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