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Die Erfindung betrifft eine Stoßfängeranordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff der Ansprüche 1, 6 und 8.
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Stoßfängeranordnungen dienen primär dem Zweck, bei einem Aufprall eines Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis die Stoßkräfte aufzufangen und die Karosserie bei einem Anprall mit geringer Geschwindigkeit vor strukturellen Beschädigungen zu schützen. Weiterhin dient eine Stoßfängeranordnung dem Schutz von Fußgängern bei einem Kontakt mit einem Kraftfahrzeug.
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Stoßfängeranordnungen bekannter Bauart bestehen meistens aus einem in der Horizontalen senkrecht zur Fahrtrichtung angeordneten biegesteifen Querträger, welcher über jeweils einen als Crashbox bezeichneten Bauteil mit den beiden Längsträgern der Fahrzeugkarosserie gekoppelt ist. Die Crashboxen nehmen bei einem Frontalaufprall mit geringer Geschwindigkeit, wie er typisch für einen Auffahrunfall innerorts ist, die Aufprallenergie im Rahmen einer plastischen Verformung auf. Gesetzliche Bestimmungen und Selbstverpflichtungen der Automobilindustrie für den Fußgängerschutz führen dazu, dass die Stoßfängeranordnungen zusätzlich die Belastung auf die unteren Extremitäten der Fußgänger minimieren sollen, falls es zu einem Kontakt zwischen einem Fußgänger und der Fahrzeugfront kommt. Hierzu werden unter anderem auch Aufpralltests mit einem Beinimpaktor durchgeführt, bei denen mehrere Grenzwerte eingehalten werden müssen.
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Die häufigste Stoßfängeranordnung im Hinblick auf den Aspekt des Fußgängerschutzes ist die Anbringung mindestens eines Energieabsorptionselements direkt an der Frontseite des Querträgers.
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In der
DE 44 13 641 C1 ist eine Stoßfängeranordnung beschrieben, bei der an der Frontseite des Querträgers Pralldämpferelemente aus Energie absorbierendem Kunststoffschaum oder einer Kunststoffwabenstruktur angeordnet sind.
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Neben Kunststoffschäumen oder -waben bzw. porenförmig aufgebauten Energieabsorptionselementen werden auch federnd wirkende Strukturen frontal des Querträgers angebracht. Die
DE 32 32 940 C2 offenbart ein als wellenförmige Blattfeder gestaltetes Energieabsorptionselement. Weiterhin werden als Energieabsorptionselemente dünne Blechstreifen verwendet, die als offene Profile auf dem Querträger angebracht werden.
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Die
DE 198 06 541 A1 beschreibt einen als Hohlteil gestalteten Querträger, an dem Kunststoffschaumschichten unterschiedlicher Dichte vorgesehen sind. Der so gestaltete Hohlteil ist auf einem biegesteifen Querträger angebracht und kann im Falle eines Aufpralls unter Kompression des Kunststoffs nach hinten dringen und so die Aufprallenergie zumindest teilweise aufnehmen.
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Neben passiv gestalteten Systemen sind auch Stoßfängeranordnungen bekannt, die mit aktiv ansteuerbaren Elementen auf einen Aufprall reagieren können. So wird in der
DE 198 47 385 C1 ein System beschrieben, bei dem der Stoßfänger aktiv zwischen einer Ruhe- und einer Funktionsposition bewegt werden kann. Die Bewegung wird hierbei durch Federelemente oder Elemente aus einem Formgedächtniswerkstoff realisiert.
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In der
DE 10 2007 012 962 A1 ist eine aktiv schaltbare Verriegelung zwischen einer Crashbox und einem Querträger beschrieben, die im Falle eines Fußgängerkontakts ein widerstandsarmes Einschieben eines Stoßfängers samt Crashbox in den Querträger erlaubt.
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Die
JP 04 154 457 A offenbart eine Stoßfängeranordnung für ein Kraftfahrzeug, welche einen im Wesentlichen quer zu den Längsträgern des Kraftfahrzeugrahmens angeordneten Querträger und Crashboxen aufweist, die zwischen dem Querträger und den Längsträgern eingegliedert sind. Auch ist der Querträger aus einer Bereitschaftsposition in Richtung auf die Längsträger verlagerbar, und zwar sowohl horizontal als auch vertikal relativ zu den Crashboxen. Bei dieser Verlagerung wird der Querträger schräg nach unten gedrückt, wobei Energieabsorptionselemente in Form von Verbindungsstegen zwischen dem Querträger und den Crashboxen verformt werden. Darüber hinaus ist zwischen dem Querträger und der frontseitigen Abdeckung ein Energieabsorptionselement aus einem geschäumten Werkstoff vorgesehen.
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Der Erfindung liegt – ausgehend vom Stand der Technik – die Aufgabe zu Grunde, eine Stoßfängeranordnung mit speziell den Fußgängerschutz verbesserndem Stoßabsorptionsverhalten zu schaffen.
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Eine Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Lösung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.
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Danach ist zwischen dem Querträger und den Crashboxen mindestens ein Energieabsorptionselement aus einem geschäumten Werkstoff vorgesehen. Das Energieabsorptionselement ist zwischen wenigstens zwei schräg und parallel zueinander verlaufenden Koppelhebeln eingespannt, die sowohl indirekt mit dem Querträger als auch mit zumindest einer Crashbox, vorzugsweise jedoch zwei Crashboxen, schwenkgelenkig verbunden sind. Die indirekte Verbindung der Koppelhebel mit dem Querträger wird beispielsweise durch Stegbleche bewirkt, die an den Querträger geschweißt und dann mit den Koppelhebeln schwenkgelenkig verbunden sind. Andererseits sind die Koppelhebel mit den Crashboxen schwenkgelenkig verbunden. Das Energieabsorptionselement ist zwischen den beiden Koppelhebeln eingespannt und hat auf Grund der Schrägstellung der Koppelhebel in der Bereitschaftsposition des Querträgers relativ zu den Crashboxen bevorzugt eine rautenförmige Konfiguration.
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Die Verlagerung des Querträgers kann nach oben oder unten und horizontal erfolgen. Eine Verlagerung nach oben wird jedoch bevorzugt angestrebt, da bei einem Kontakt auch der Fußgänger in der Regel nach oben abhebt. Bei Einwirkung der Aufprallenergie/-kraft wird diese durch die Umlenkung in horizontaler und vertikaler Richtung im Energieabsorptionselement zerlegt. Des Weiteren kann die Energieaufnahme aufgrund der Größe des Energieabsorptionselements und somit der entstehenden Flächenkraft beeinflusst werden. Die Wahl des Werkstoffs sowie der Größe des Energieabsorptionselements, angepasst an die jeweilige Crashbox, dienen als Parameter für die Energieaufnahme.
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Es ist grundsätzlich sicherzustellen, dass der Querträger für einen normalen Crash so positioniert sein muss, dass er in jedem Fall die angreifende Kraft auf die Crashboxen weiterleiten kann.
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Bei einem Kontakt eines Fußgängers mit dem Querträger werden die Koppelhebel verschwenkt, so dass der Querträger eine Schwenkbewegung um die Anlenkstellen an den Crashboxen durchführt, wobei das Energieabsorptionselement in horizontaler und vertikaler Richtung in Anspruch genommen wird. Je nach Winkelstellung des Energieabsorptionselements zur eingehenden Kraft kann dessen Nutzeffekt gezielt optimiert werden.
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Da die Verlagerung des Querträgers nach oben für den Fußboden günstiger ist als nach unten, können die Anlenkstellen der Koppelhebel am Querträger bevorzugt höher als die Anlenkstellen an den Crashboxen angeordnet sein.
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Vorteilhaft werden die Koppelhebel aus U-Profilen gebildet.
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Um das Abschleppen eines Kraftfahrzeugs über eine in der Regel dem Querträger zugeordnete Abschleppöse zu gewährleisten, kann den Koppelhebeln zumindest ein Stützsteg zugeordnet sein. Wird im Bedarfsfall auf den Querträger eine Zugkraft ausgeübt, können die Koppelhebel nicht nach unten schwenken, weil der vorzugsweise unterhalb der Koppelhebel angeordnete Stützsteg dies verhindert. Das zwischen den Koppelhebeln eingespannte Energieabsorptionselement wird auf diese Weise nicht beschädigt.
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Das Übertragen der Aufprallenergie auf die Crashboxen bei einem normalen Frontcrash kann dadurch sicher gestellt werden, dass die Anlenkstellen der Koppelhebel als Sollbruchbereiche ausgebildet sind.
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Eine weitere Variante der Erfindung ist im Anspruch 6 gekennzeichnet. Danach ist der Querträger um eine unterhalb der Crashboxen verlaufende horizontale Achse schwenkbar und stützt sich über mindestens ein Energieabsorptionselement an einer Crashbox ab. Vorzugsweise ist zwischen jeder Crashbox und dem Querträger ein Energieabsorptionselement vorgesehen. In diesem Falle liegt der Querträger in der Bereitschaftsposition in geneigter Stellung vor den Crashboxen. Zwischen dem Querträger und den benachbarten Stirnseiten der Crashboxen sind dann die Energieabsorptionselemente eingegliedert.
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Bei einem Kontakt eines Fußgängers mit dem Querträger wird der Querträger nach oben und in Richtung auf die Crashboxen verschwenkt. Unter Einwirkung der Aufprallenergie/-kraft wird diese durch die Umlenkung in horizontaler und vertikaler Richtung in den Energieabsorptionselementen zerlegt. Auch hierbei kann die Energieaufnahme mit der Größe der Energieabsorptionselemente und somit der entstehenden Flächenkraft beeinflusst werden.
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Die Schwenkachse des Querträgers unterhalb der Crashboxen ist bevorzugt über mindestens einen Hebel mit dem Querträger verbunden.
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In diesem Zusammenhang kann es dann gemäß Anspruch 7 von Vorteil sein, dem Querträger eine Schwenkbegrenzung in Form eines Stützstegs zuzuordnen, um bei einem Abschleppvorgang mit Zugeinwirkung auf den Querträger das Schwenken des Hebels in Fahrtrichtung zu verhindern.
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Eine dritte Variante der Erfindung sehen die Merkmale des Anspruchs 8 vor. Danach stützt sich der Querträger über eine Schrägführung an zumindest einem in einer Crashbox aufgenommenen Energieabsorptionselement ab. Vorzugsweise ist zwischen dem Querträger und jeder Crashbox eine Schrägführung angeordnet. Auch hierbei wird bei Einwirkung der Aufprallenergie/-kraft diese aufgrund der Schrägführungen in horizontaler und vertikaler Richtung in den Energieabsorptionselementen zerlegt.
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Nach Anspruch 9 besteht jede Schrägführung aus mindestens einer mit dem Querträger verbundenen, schräg nach oben verlaufenden Führungsstange und einer in einer Crashbox ausgebildeten Aufnahme für die Führungsstange, wobei das Energieabsorptionselement stirnseitig der Führungsstange in der Aufnahme angeordnet ist.
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Auch im Rahmen dieser Ausführungsform ist gemäß Anspruch 10 der Führungsstange eine Auszugssicherung in Form mindestens eines Stützstegs zugeordnet, damit bei einem Abschleppvorgang über den Querträger die notwendige Zugkraft ausgeübt werden kann, ohne die Funktion des Energieabsorptionselements zu beeinträchtigen. Der Stützsteg ist der Führungsstange im Bereich der Crashbox zugeordnet.
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Zur weiteren Verbesserung des Fußgängerschutzes kann es nach den Merkmalen des Anspruchs 11 von Vorteil sein, dass auch frontseitig des Querträgers ein Energieabsorptionselement angeordnet ist. Dieses Energieabsorptionselement kann in bekannter Weise gestaltet sein.
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Obwohl der Querträger erfindungsgemäß beliebige Querschnitte aufweisen kann, sieht eine bevorzugte Bauart entsprechend Anspruch 12 vor, dass der Querträger im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1–3 in der Seitenansicht im schematischen Querschnitt drei Stoßfängeranordnungen für ein Kraftfahrzeug.
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In der 1 ist mit 1 eine Stoßfängeranordnung für ein Kraftfahrzeug bezeichnet. Die Stoßfängeranordnung 1 weist einen im Wesentlichen orthogonal zu den nicht näher veranschaulichten Längsträgern eines Kraftfahrzeugrahmens angeordneten, im Querschnitt U-förmigen Querträger 2 auf. Frontseitig des Querträgers 2 ist ein Energieabsorptionselement 3 aus Schaumkunststoff vorgesehen.
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Im Querträger 2 befinden sich Stegbleche 4, an die zwei Koppelhebel 5 mit einem U-förmigen Querschnitt über Schwenkachsen 6 angelenkt sind. Die im Abstand übereinander angeordneten Koppelhebel 5 sind andererseits an Crashboxen 7 angelenkt, die mit den Längsträgern gekoppelt sind. Die Anlenkstellen 6 der Koppelhebel 5 am Querträger 2 sind höher als die Anlenkstellen 8 an den Crashboxen 7 angeordnet. Zwischen den Koppelhebeln 5 befindet sich ein rautenförmiges Energieabsorptionselement 9 aus geschäumtem Kunststoff.
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Bei einem Kontakt beispielsweise eines Fußgängers mit dem Querträger 2 bei einer geringen Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Querträger 2 auf Grund der Anlenkung über die Koppelhebel 5 an die Crashboxen 7 sowohl in horizontaler Richtung gemäß dem Pfeil HR als auch in vertikaler Richtung gemäß dem Pfeil VR verlagert. Hierbei wird die Aufprallenergie AE im zwischen den Koppelhebeln 5 liegenden Energieabsorptionselement 9 in horizontaler Richtung HR und vertikaler Richtung VR zerlegt und damit die Größe der Verletzungsgefahr des Fußgängers minimiert.
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Die Stoßfängeranordnung 1 ist so ausgebildet, dass nach dem Erschöpfen der Funktion des Energieabsorptionselements 9 bei einem normalen Fahrzeugcrash die angreifende Kraft AE voll auf die Crashbox 7 weitergeleitet wird und diese damit ihre schützende Funktion für die Fahrzeugkarosserie wahrnehmen kann. Dies kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass die Anlenkstellen 6, 8 der Koppelhebel 5 als Sollbruchstellen ausgebildet sind.
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Damit ein Fahrzeug über eine in der Regel am Querträger 2 vorgesehene Abschleppöse abgeschleppt werden kann, ist unterhalb der Koppelhebel 5 ein Stützsteg 18 vorgesehen, auf den sich der untere Koppelhebel 5 bei Zugeinwirkung am Querträger 2 auflegen kann. Eine Beschädigung des Energieabsorptionselements 9 wird hierdurch vermieden.
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Die in der 2 veranschaulichte Ausführungsform einer Stoßfängeranordnung 1a sieht ebenfalls einen U-förmigen Querträger 2 mit einem frontseitigen Energieabsorptionselement 3 vor. Dieser Querträger 2 ist über mindestens einen nach unten gerichteten Hebel 10 mit einer horizontalen Achse 11 schwenkgelenkig verbunden. In der dargestellten Bereitschaftsposition ist der Querträger 2 leicht schräg nach vorne geneigt. Die Schenkel 12 des Querträgers 2 übergreifen die Crashboxen 7. Zwischen dem Steg 13 des Querträgers 2 und den diesem Steg 13 zugewandten Stirnseiten 14 der Crashboxen 7 ist jeweils ein Energieabsorptionselement 9a aus geschäumtem Kunststoff angeordnet.
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Bei Kontakt eines Fußgängers mit dem Querträger 2 wird der Querträger 2 um die horizontale Achse 11 verschwenkt, so dass bei Einwirkung der Aufprallenergie AE diese durch die Umlenkung in horizontaler Richtung HR und vertikaler Richtung VR im Energieabsorptionselement 9a zerlegt wird.
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Bei dieser Bauart ist zweckmäßig dem unteren Höhenabschnitt des Hebels 10 ein Stützsteg 19 zugeordnet, an dem der Hebel 10 zur Anlage gelangt, wenn bei einem Abschleppvorgang auf den Querträger 2 eine Zugkraft ausgeübt wird.
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Auch die Stoßfängeranordnung 1a ist so ausgebildet, dass nach dem Erschöpfen der Funktion des Energieabsorptionselements 9a bei einem normalen Fahrzeugcrash die angreifende Kraft AE voll auf die Crashboxen 7 weitergeleitet wird und diese damit ihre schützende Funktion für die Fahrzeugkarosserie wahrnehmen können.
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Die Ausführungsform der 3 zeigt eine Stoßfängeranordnung 1b, bei welcher sich der im Querschnitt U-förmige Querträger 2 über eine Schrägführung 15 an zumindest einem in einer Crashbox 7 aufgenommenen Energieabsorptionselement 9b aus Schaumkunststoff abstützt. Auch hierbei ist vor dem Querträger 2 ein frontseitiges Energieabsorptionselement 3 angeordnet.
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Die Schrägführung 15 besteht aus mindestens einer mit dem Querträger 2 verbundenen, schräg nach oben verlaufenden Führungsstange 16 und einer in einer Crashbox 7 ausgebildeten Aufnahme 17 für die Führungsstange 16. Das Energieabsorptionselement 9b ist stirnseitig der Führungsstange 16 in der Aufnahme 17 angeordnet.
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Es ist zu sehen, dass auch bei dieser Ausführungsform bei Kontakt eines Fußgängers mit dem Querträger 2 die Aufprallenergie AE durch Umlenkung in horizontaler Richtung HR und vertikaler Richtung VR im Energieabsorptionselement 9b zerlegt wird.
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Die Stoßfängeranordnung 1b ist ebenfalls so ausgebildet, dass nach dem Erschöpfen der Funktion des Energieabsorptionselements 9b bei einem normalen Fahrzeugcrash die angreifende Kraft AE voll auf die Crashboxen 7 weitergeleitet wird und diese damit ihre schützende Funktion für die Fahrzeugkarosserie wahrnehmen können.
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Stützstege 20 an der Führungsstange 16 verhindern auch bei dieser Ausführungsform, dass bei Einwirkung einer Zugkraft am Querträger 2 das Energieabsorptionselement 9b beschädigt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stoßfängeranordnung
- 1a
- Stoßfängeranordnung
- 1b
- Stoßfängeranordnung
- 2
- Querträger
- 3
- Energieabsorptionselement
- 4
- Stegblech
- 5
- Koppelhebel
- 6
- Anlenkstellen
- 7
- Crashboxen
- 8
- Anlenkstellen
- 9
- Energieabsorptionselement
- 9a
- Energieabsorptionselement
- 9b
- Energieabsorptionselement
- 10
- Hebel
- 11
- Schwenkachse
- 12
- Schenkel v. 2
- 13
- Steg v. 2
- 14
- Stirnseiten v. 7
- 15
- Schrägführung
- 16
- Führungsstange
- 17
- Aufnahme f. 16
- 18
- Stützsteg
- 19
- Stützsteg
- 20
- Stützstege
- AE
- Aufprallenergie
- HR
- horizontale Richtung
- VR
- vertikale Richtung
