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Die
Erfindung betrifft einen Stoßfänger für ein
Kraftfahrzeug mit einem quer zu den Längsträgern
des Kraftfahrzeugrahmens festlegbaren Querträger und Crashboxen,
die zwischen dem Querträger und den Längsträgern
eingegliedert sind.
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Stoßfänger
werden bei Kraftfahrzeugen standardmäßig sowohl
front- als auch heckseitig eingebaut um die Stoßenergie
kleinerer Anprallvorgänge abzufangen, so dass die eigentliche
Tragstruktur des Kraftfahrzeugs möglichst nicht beschädigt
wird. Ein Stoßfänger besteht üblicherweise
aus einem Querträger, der unter Eingliederung von Crashboxen quer
zu den Längsträgern des Kraftfahrzeugrahmens festlegbar
ist. Der Querträger dient dazu die aus einem Anprall resultierende
Energie in die Crashboxen einzuleiten, wo die Stoßenergie
in Verformungsarbeit umgewandelt werden soll.
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Eine
Vielzahl von unterschiedlich gestalteten Stoßfängern
ist bekannt. Die Stoßfänger müssen die gesetzlichen
Regelungen ebenso wie die von Verbraucherschutzorganisationen gestellten
Anforderungen an einen Fußgängerschutz erfüllen.
Darüber hinaus müssen die Anforderungen aus dem
Einstufungstest der Versicherer (VCAR, GDV) erfüllt werden.
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Man
ist daher bestrebt, die Stoßfänger zur definierten
Energieaufnahme aus optimal aufeinander abgestimmten Einzelkomponenten
aufzubauen. Weiterhin verlangt das Bestreben zur Reduzierung des
CO2-Ausstosses nach einer konsequenten Umsetzung
des Leichtbaus in der Fahrzeugentwicklung. Dabei ist es von hoher
Wichtigkeit, dass eine gute Crashperformance bei möglichst
geringem Gewicht des Stoßfängers erhalten bleibt.
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Zur
Verbindung von Querträgern und Crashboxen werden diese
stoffschlüssig gefügt oder aber mittels Schrauben
bzw. Bolzen oder Nieten gefügt. Bei einseitiger Zugänglichkeit
der Bauteilkomponenten kommt das Direktverschrauben oder das Blindnieten
zum Einsatz. Die vorgenannten Verbindungstechniken erfordern jedoch
ein Vorlochen. Dies ist verfahrenstechnisch aufwendig sowie teuer
und die Verbindungselemente vergleichsweise schwer.
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Bekannt
sind so genannte Nagelverbindungen, wie sie in der
WO 2007/082714 A1 oder
der
WO 2008/125312
A1 beschrieben sind. Diese Verbindungstechnik verspricht
hohes Rationalisierungspotential auch für die Fahrzeugindustrie.
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Der
Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde
einen rationell herstellbaren Stoßfänger aufzuzeigen,
der eine weitere Gewichtsreduzierung ermöglicht und zudem
in einfachster Weise die Kombination verschiedener Werkstoffpaarungen
zur bauteilspezifischen Optimierung des Energieabsorbtionsvermögens
zulässt.
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Die
Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem
Stoßfänger gemäß Anspruch 1.
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Danach
sind die Crashboxen mit dem Querträger mittels Setzbolzen
ohne Vorlochen gefügt. Die Erfindung macht sich hierbei
die Erkenntnis zu Eigen, dass das Bolzensetzen eine optimierte Fügetechnik zur
Verbindung des Querträgers und der Crashboxen darstellt,
ohne dass Vorlochoperationen notwendig sind. Die Verbindung der
Komponenten ist möglich, auch wenn diese nur einseitig
zugänglich sind. Zum Verbinden von Querträger
und Crashboxen werden Setzbolzen, die nagelähnlich gestaltet
sind, mit hoher Geschwindigkeit in die Bauteile eingetrieben. Hierbei werden
die Wände von Querträger und Crashbox durchdrungen.
Der Setzbolzen verdrängt den Werkstoff der zu fügenden
Bauteile. Während des Eindringens erfährt der
Werkstoff der Crashboxen und des Querträgers im Verbindungsbereich
eine hohe plastische Verformung. Auf Grund der hohen Geschwindigkeiten
beim Eintreiben der Setzbolzen kommt es zu einer örtlich
hohen Erwärmung der Bauteile. Nach dem Setzen, also dem
Abschluss des Eintreibvorgangs, wirken Rückstellkräfte
der plastischen Verformung auf die Setzbolzen ein. Der Bindemechanismus
der Setzbolzenverbindung setzt sich aus Reibschluss, Stoffschluss
und Formschluss zusammen.
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Die
vorgeschlagene Vorgehensweise macht eine rationelle Herstellung
von Stoßfängern bzw. die Verbindung der Querträger
mit den Crashboxen mit kurzen Taktzeiten möglich. In vorteilhafter
Weise können auch Querträger in Mischbauweisen
und Mehrlagenverbindungen hergestellt werden. Gegenüber dem
Einsatz herkömmlicher Schraubbolzen oder Nieten ist ein
Vorlochen nicht erforderlich. Darüber hinaus kann gegenüber
den konventionellen Verbindungstechniken Gewicht eingespart und
eine höhere Festigkeit der Verbindung erreicht werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis
15.
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Zur
Erzeugung der kraft-/formschlüssigen Verbindung am Stoßfängersystem
wird ein impulsförmiges Bolzensetzverfahren eingesetzt,
bei dem die nagelförmigen Setzbolzen mit hoher Geschwindigkeit
und einseitig durch die zu verbindenden Bauteile getrieben werden.
Durch die hohe Bolzengeschwindigkeit können auch bei Raumtemperatur
schwer umformbare Werkstoffe, wie z. B. warmgeformte, gehärtete
Stähle oder Bauteile aus Magnesium, verbunden werden. Dabei
ist es auch vorstellbar, dass die Crashbox aus Leichtmetall bzw.
einer Leichtmetalllegierung, beispielsweise Aluminium, und der Querträger
aus einem höchstfesten warm geformten Stahl besteht.
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Weiterhin
kann der Querträger Abschnitte mit unterschiedlichen Wanddicken
aufweisen, insbesondere aus einem partiell abgewalzten Blech bzw. einem
so genannten Tailor Rolled Blank ausgeführt sein. Der Querträger
kann auch aus einem rollgeformten Stahlblech gebildet sein, insbesondere
als Hohlprofil in einer Ein- oder Mehrkammerausführung.
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Vorzugsweise
besteht der Querträger aus einem hochfesten warmgeformten
Stahlblech, insbesondere mit einer Festigkeit größer
oder gleich 1.500 MPa, und die Crashboxen aus einer hochfesten Aluminiumlegierung.
Diese Werkstoffpaarung lässt sich besonders vorteilhaft
mittels Setzbolzen fügen. Insbesondere weil Stahl und Aluminium
nicht bzw. nur bedingt und aufwendig miteinander verschweißbar sind.
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Auch
der Querträger kann aus einem Leichtmetall bzw. einer Leichtmetalllegierung,
insbesondere einer hochfesten Aluminium- oder Magnesiumlegierung
bestehen. Möglich ist es weiterhin, dass der Querträger
aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht. Besonders
vorteilhaft lassen sich im Rahmen der Erfindung Bauteile bzw. Bauteilkomponenten
aus Metall mit Bauteilkomponenten aus Kunststoff kombinieren. Optimal
auch in Verbindung mit einer zusätzlichen, klebetechnischen
Fügung.
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Die
Crashboxen können aus Stahlwerkstoffen bestehen. Hierbei
können die Crashboxen als Strangpressprofile oder in Blechschalenbauweise ausgeführt
sein. Bei letzterer können auch die Halbschalen mittels
Bolzensetzverbindungen gefügt sein.
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Der
Querträger und/oder die Crashboxen des Stoßfängers
können mit einer Oberflächenbeschichtung versehen
sein. Die Einzelkomponenten können vor dem Fügen
beschichtet werden. Möglich ist es auch den fertigen Stoßfänger
insgesamt als Einheit mit einer Oberflächenbeschichtung
zu versehen. Hierbei können organische oder anorganische Beschichtungen,
z. B. Zinklamellenbeschichtungen oder Thermodiffusionsschichten,
aufgebracht werden.
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Die
Crashboxen und der Querträger können zusätzlich
durch eine Klebeverbindung fixiert sein. Auf diese Weise ist eine
besonders vorteilhafte Kombination einer klebetechnischen Verbindung
mit der mechanischen Bolzensetzverbindung möglich.
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Der
Querträger weist vorzugsweise einen U-förmig konfigurierten
Schalenkörper auf, der durch ein Schließblech
verschlossen ist. Hierbei können am Querträger
Laschen ausgebildet sein, welche mit Befestigungsabschnitten der
Crashboxen gefügt sind, wobei die Setzbolzen durch die
Laschen und die Befestigungsabschnitte geschossen werden. Der Querträger
und das Schließblech können aus verschiedenen
Werkstoffen bestehen, also beispielsweise aus zwei verschiedenen
Stählen mit unterschiedlichen Festigkeiten oder einer Kombination
aus Stahl und einem Leichtmetall.
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Vorzugsweise
sind die Laschen von der Stirnseite des Querträgers in
Richtung zu den Crashboxen umgestellt, wobei die Befestigungsabschnitte der
Crashboxen zwischen den Laschen und einem Wandabschnitt des Querträgers
aufgenommen werden. Die Setzbolzen durchsetzen dann die Laschen, die
Befestigungsabschnitte und die Wandabschnitte des Querträgers,
so dass eine Mehrlagenverbindung, insbesondere eine Dreilagenverbindung
erzeugt wird. Hier kann es zweckmäßig sein zwischen die
einzelnen Lagen der Mehrlagenverbindung jeweils eine Kleberschicht
einzubringen.
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Längsträgerseitig
sind die Crashboxen mit Flanschen versehen. Die Flansche sind ebenfalls mittels
Setzbolzen ohne Vorlochen mit den Crashboxen gefügt. Zusätzlich
ist eine klebetechnische Fügung der Flansche mit den Crashboxen
möglich.
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Es
besteht die Möglichkeit zur Herstellung eines Stoßfängers
in Hybridbauweise und damit ein erhebliches Leichtbaupotential bei
reduzierten Herstellungskosten, da aufwendige und teure Schraublösungen
entfallen. Das eingesetzte Verfahren des Bolzensetzens bedarf lediglich
einer einseitigen Zugänglichkeit. Die Kombination mit der
Klebetechnik hat den Vorteil, dass auch unterschiedliche Werkstoffe
mit einem hohen Korrosionspotential kraft- und formschlüssig
miteinander verbunden werden können. Das impulsförmige
Bolzensetzen hat weiterhin den Vorteil, dass nur eine geringe Wärmebeeinträchtigung
der Bauteile erfolgt. Die wärmearme Fügung ist
besonders vorteilhaft bei Einsatz von Bauteilen aus höchstfesten
Stahlwerkstoffen, insbesondere warmgeformten Stählen. Bei
der Verbindung bzw. dem Fügen erfahren diese keine negative
Wärmebeeinflussung, wie dies beispielsweise beim Schweißen
der Fall wäre. Weiterhin können auch nicht schweißbare
Werkstoffe, insbesondere Leichtmetalle mit sich selber oder mit
anderen Werkstoffen verbunden werden.
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Die
Setzbolzen besitzen eine höhere Festigkeit als die demgegenüber
weicheren Bleche. Zur Vermeidung von Kontaktkorrosion auf Grund
der elektrochemischen Verträglichkeit der Fügepartner können
die Setzbolzen aus einem edleren Material bestehen als die zu fügenden
Bauteile.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben. Es
zeigen:
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1 in
perspektivischer Darstellungsweise ein Stoßfänger
in einer Ansicht von Hinten;
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2 technisch
schematisiert einen Schnitt durch einen Stoßfänger
im Bereich einer Crashbox;
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3 einen
Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Stoßfängers
im Bereich der Crashbox;
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4 einen
Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Stoßfängers
im Bereich eines Endes des Querträgers;
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5 einen
Schnitt durch eine Crashbox in Schalenbauweise;
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6 in
perspektivischer Darstellungsweise einen Ausschnitt aus einer weiteren
Ausführungsform eines Stoßfängers und
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7 ebenfalls
in einer Perspektive einen Ausschnitt aus einer weiteren Alternative
eines Stoßfängers.
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1 zeigt
einen Stoßfänger 1. Dieser weist einen
quer zu den hier nicht dargestellten Längsträgern
des 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.
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Der
Querträger 2 besteht aus einem Metall, insbesondere
einem hochfesten warmgeformten Stahlblech mit einer Festigkeit größer
oder gleich 1.500 MPa, und besitzt einen U-förmigen Querschnitt mit
einem Steg 4 und zwei Schenkeln 5, 6 an
die sich nach innen aufeinander zugerichtete Frontleisten 7, 8 anschließen.
Der Steg 4 des Querträgers 2 liegt auf der
zum Kraftfahrzeug hingerichteten Seite des Querträgers 2.
Frontseitig ist der Querträger 2 durch ein Deck-
bzw. Schließblech 9 verschlossen (siehe hierzu
auch 2). 1 zeigt den Querträger 2 ohne
Schließblech 9. Die Crashboxen 3 bestehen aus
Strangpressprofilen, insbesondere aus einer hochfesten Aluminiumlegierung.
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Die
Crashboxen 3 und der Querträger 2 sind mittels
Setzbolzen 10 ohne Vorlochen gefügt. Hierzu sind
die Setzbolzen 10 einseitig von außen mit hoher Geschwindigkeit
durch die Wand der Crashboxen 3 und des Querträgers 2 getrieben
worden. Der spitze Setzbolzen 10 verdrängt das
Material der Crasbox 3 und des Querträgers 2 im
Verbindungsbereich, wobei es zu einer hohen plastischen Verformung
kommt. Auf diese Weise wird eine stabile, hochfeste Verbindung zwischen
den Crashboxen 3 und dem Querträger 2 sichergestellt.
Weiterhin ist auch das Schließblech 9 mittels
Setzbolzen 11 mit dem Querträger 2 gefügt.
Hierzu sind die Setzbolzen 11 durch das Schließblech 9 und
die Frontleisten 7, 8 des Querträgers 2 getrieben.
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Die 3 und 4 zeigen
abgewandelte Ausgestaltungen eines Querträgers 2a und 2b bzw. eines
Schließblechs 9a.
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Der
Querträger 2a ist hutförmig gestaltet
mit einem Steg 4 und zwei nach vorne gerichteten Schenkeln 5, 6.
Das Schließblech 9a ist ebenfalls U-förmig
gestaltet mit einem Frontsteg 12 und zwei in Richtung zur
Crashbox 3a gerichteten Seitenschenkeln 13, 14.
Mittels Setzbolzen 10 sind der Querträger 2a,
die Crasbox 3a und das Schließblech 9a gefügt.
Diese Dreilagenverbindung erfolgt ohne Vorlochen der Bauteile einseitig
von außen.
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Der
Querträger 2b, gemäß der Darstellung von 4,
weist ein Hutprofil auf bei dem sich an die Schenkel 5, 6 nach
außen gerichtete Frontflansche 15, 16 anschließen.
Das Schließblech 9a und der Querträger 2b sind
durch Setzbolzen 11 verbunden, welche ohne Vorlochen durch
das Schließblech 9a und die Frontflansche 15, 16 getrieben
sind.
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5 zeigt
einen Querschnitt durch eine Crashbox 3b, welche aus zwei
Halbschalen 17, 18 aus Metallblech hergestellt
ist. Die beiden Halbschalen 17, 18 überlappen
sich bereichsweise entlang der Längskanten 19, 20 ihrer
Seitenschenkel 21, 22 und sind dort mittels Setzbolzen 23 gefügt.
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Eine
weitere Ausführungsform eines Stoßfängers 1a ist
in der 6 dargestellt. Der Stoßfänger 1a umfasst
einen Querträger 2c, der U- bzw. hutförmig
konfiguriert ist, mit einem Steg 4a, zwei Schenkeln 5a, 6a und
nach außen gerichteten Frontleisten 7a, 8a.
Der Querträger 2c ist durch ein frontseitiges
Schließblech 9b verschlossen. Die Crashbox 3c ist
als Strangpressprofil ausgeführt und weist querträgerseitig
Befestigungsabschnitte 24, 25 auf, mit welchen
die Crashbox 3c den Querträger 2c im Verbindungsbereich 26 umgreift.
Der Verbindungsbereich 26 des Querträgers 2c ist
bereichsweise eingezogen. Die Fügung zwischen Crashbox 3c und Querträger 2c erfolgt
durch Setzbolzen 27 ohne Vorlochen der Bauteile. Im Verbindungsbereich 26 zwischen
den Befestigungsabschnitten 24, 25 und dem Querträger 2c kann
zusätzlich ein Klebstoff eingebracht sein. Hierdurch kann
die Anordnung vor dem Einbringen der Setzbolzen 27 fixiert
werden, insbesondere kann aber durch den Klebstoffeintrag auch die
Festigkeit der Verbindung erhöht werden.
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Auch
das Schließblech 9b und der Querträger 2c sind
durch Setzbolzen 28 verbunden, welche durch das Schließblech 9b und
die Frontleisten 7a, 8a getrieben sind.
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Die 7 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines Stoßfängers 1b mit
einem Querträger 2d und Crashboxen 3d.
Querträgerseitig weist die Crashbox 3d Befestigungsabschnitte 29 auf.
Am Querträger 2d sind Laschen 30 ausgebildet,
welche von der Stirnseite des Querträgers 2d in
Richtung zu den Crashboxen 3d umgestülpt sind.
Die Befestigungsabschnitte 29 der Crashboxen 3d sind
zwischen den Laschen 30 und einem Wandabschnitt 31 des
Querträgers 2d im Verbindungsbereich aufgenommen.
Die mechanische Fügung erfolgt über Setzbolzen 32 die
durch die Laschen 30, die Befestigungsabschnitte 29 und
die Wandabschnitte 31 getrieben sind. Hierzu sind die nagelförmigen
Setzbolzen 32 einseitig von außen angesetzt und
durch das Material der Bauteile mit hoher Geschwindigkeit getrieben
worden, ohne dass dieses vorgelocht worden sind.
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Es
erfolgt eine Mehrlagenverbindung, die zusätzlich durch
einen Klebstoff im Trag- bzw. Festigkeitsverhalten gesteigert werden
kann.
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Ansonsten
entspricht die Ausführungsform des Stoßfängers 1b der
zuvor beschriebenen, so dass einander entsprechende Bauteile bzw.
Bauteilkomponenten die gleichen Bezugszeichen tragen.
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In
der 1 erkennt man noch, dass die Crashboxen 3 längsträgerseitig
mit Flanschen 33 versehen sind. Die Flansche 33 können
aus dem gleichen Werkstoff wie die Crashboxen 3 bestehen. Grundsätzlich
ist aber auch die Kombination unterschiedlicher Werkstoffe der Crashboxen 3 und
der Flansche 33 möglich. Die Flansche 33 sind
mittels Setzbolzen 34 ohne Vorlochen mit den Crashboxen 3 gefügt.
Hierzu sind an den Flanschen 33 in Richtung zu den Crashboxen 3 umgestellte
Laschen 35 vorgesehen, welche in die Crashboxen 3 greifen
oder außen anliegen. Die Fügung erfolgt über
die Setzbolzen 34. Zusätzlich können
die Crashboxen 3 und die Flansche 33 miteinander
verklebt sein.
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- 1
- Stoßfänger
- 1a
- Stoßfänger
- 1b
- Stoßfänger
- 2
- Querträger
- 2a
- Querträger
- 2b
- Querträger
- 2c
- Querträger
- 2d
- Querträger
- 3
- Crashbox
- 3a
- Crashbox
- 3b
- Crashbox
- 3c
- Crashbox
- 3d
- Crashbox
- 4
- Steg
- 4a
- Steg
- 5
- Schenkel
- 5a
- Schenkel
- 6
- Schenkel
- 6a
- Schenkel
- 7
- Frontleiste
- 7a
- Frontleiste
- 8
- Frontleiste
- 8a
- Frontleiste
- 9
- Schließblech
- 9a
- Schließblech
- 9b
- Schließblech
- 10
- Setzbolzen
- 11
- Setzbolzen
- 12
- Frontsteg
- 13
- Seitenschenkel
- 14
- Seitenschenkel
- 15
- Frontflansch
- 16
- Frontflansch
- 17
- Halbschale
- 18
- Halbschale
- 19
- Längskante
- 20
- Längskante
- 21
- Seitenschenkel
- 22
- Seitenschenkel
- 23
- Setzbolzen
- 24
- Befestigungsabschnitt
- 25
- Befestigungsabschnitt
- 26
- Verbindungsbereich
- 27
- Setzbolzen
- 28
- Setzbolzen
- 29
- Befestigungsabschnitt
- 30
- Lasche
- 31
- Wandabschnitt
- 32
- Setzbolzen
- 33
- Flansch
- 34
- Setzbolzen
- 35
- Lasche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2007/082714
A1 [0006]
- - WO 2008/125312 A1 [0006]