DE102009031745A1

DE102009031745A1 - Deformationselement, Stoßfängersystem mit einem Deformationselement und Verfahren zur Herstellung eines Deformationselementes

Info

Publication number: DE102009031745A1
Application number: DE200910031745
Authority: DE
Inventors: Udo Mildner; Thomas Enderich
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-01-13

Abstract

Ein Deformationselement (1) zur Befestigung zwischen Querträgern (16, 17) eines Fahrzeugs und einem Fahrzeugrahmen weist Deformationsbereiche (2, 3) und erste Verbindungsbereiche (6) zur Verbindung des Deformationselements (1) mit zumindest zwei Querträgern (16, 17) eines Fahrzeugs auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Deformationselement für ein Fahrzeug und ein Stoßfängersystem mit einem Deformationselement. Sie betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines Deformationselementes.
Aus der DE 10 2004 008741 A1 ist ein Stoßfängersystem für ein Fahrzeug bekannt, bei dem ein Querträger des Fahrzeugs durch zwei im Extrusionsverfahren hergestellte Deformationselemente mit dem Rahmen des Fahrzeugs verbunden ist. Derartige Deformationselemente haben die Aufgabe, bei einem Unfall einen großen Teil der Energie aufzunehmen, so dass der Fahrzeugrahmen nicht beschädigt wird.
Der Hauptteil der Energie wird bei modernen Stoßfängersystemen in den sogenannten mittleren Lastpfad eingebracht, der die Vorderrahmenstruktur des Fahrzeugs einschließt. Der untere Lastpfad, in dem die als Fußgängerschutz eingesetzte untere Stoßfängerversteifung (auch Lower Bumper Stiffener) mit der Subframestruktur (Motorträger) verbunden ist, und der obere Lastpfad, der die Radeinbaustrebe umfasst, tragen zur Entlastung des mittleren Lastpfades bei. Leicht und kostengünstig ersetzbare Deformationselemente, wie sie aus der DE 10 2004 008741 A1 bekannt sind, werden im Bereich des mittleren Lastpfades, zuweilen auch im Bereich des unteren Lastpfades vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, bestehende Stoßfängersysteme sowohl im Hinblick auf ein möglichst gut kontrollierbares Deformationsverhalten als auch auf ein möglichst geringes Gewicht zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein erfindungsgemäßes Deformationselement zur Befestigung zwischen Querträgern eines Fahrzeugs und einem Fahrzeugrahmen weist Deformationsbereiche und erste Verbindungsbereiche zur Verbindung des Deformationselements mit zumindest zwei Querträgern eines Fahrzeugs auf.
Von einem derartigen Deformationselement wird vorzugsweise ein Paar eingesetzt, um den Stoßfängerquerträger und die untere Stoßfängerversteifung mit dem Fahrzeugrahmen zu verbinden, wobei je ein Deformationselement im linken und rechten Randbereich des Fahrzeugs vorgesehen ist.
Das erfindungsgemäße Deformationselement ist zur Befestigung an mehreren Querträgern vorgesehen, so dass das Deformationselement gleichzeitig Teil von zwei oder mehr Lastpfaden ist. Gemäß einem der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken ist es nämlich vorteilhaft, wenn die Lasteinleitung insbesondere in den mittleren und unteren Lastpfad gleichmäßig erfolgt. Da ein gemeinsames Deformationselement verwendet wird, ist auch ein gleichartiges und damit gut kontrollierbares Deformationsverhalten zu erwarten. Auch bei einem Offsetcrash ist damit ein gleichmäßiges Faltverhalten der gesamten Struktur zu erwarten, wodurch der Eintrag lokal sehr hoher Deformationsenergien abgefangen werden kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Deformationselement lässt sich somit ein verbessertes Verhalten bei Unfällen erzielen. Außerdem trägt es durch die Reduzierung der Bauteilzahl zur Gewichts- und Kostenreduzierung bei.
Das Deformationselement weist ferner zweite Verbindungsbereiche zur Verbindung mit dem Fahrzeugrahmen auf, die beispielsweise als Durchgangslöcher für eine Schraubverbindung ausgebildet sind.
Außerdem weist das Deformationselement dritte Verbindungsbereiche zur Verbindung mit einem Motorträger auf, die ebenfalls als Durchgangslöcher für eine Schraubverbindung ausgebildet sein können.
Die ersten Verbindungsbereiche des Deformationselements sind beispielsweise als lötbare oder schweißbare Oberflächenbereiche ausgebildet, wobei insbesondere eine umlaufende Schweiß- oder Lötverbindung ermöglicht wird zur besonders stabilen Anbindung des Deformationselementes an die Querträger.
In einer Ausführungsform sind dabei die zweiten und dritten Verbindungsbereiche auf der den ersten Verbindungsbereichen gegenüberliegenden Seite des Deformationselementes angeordnet, so dass das Deformationselement leicht zwischen den Querträgern einerseits und dem Fahrzeugrahmen bzw. dem Motorträger andererseits platziert werden kann.
In einer Ausführungsform ist das Deformationselement als Extrusionselement ausgebildet und insbesondere quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs extrudiert. Auf diese Weise lässt sich nämlich besonders einfach ein einteiliges Extrusionselement herstellen, das beide Lastpfade miteinander verbinden kann. Außerdem können bei dem Extrusionselement Waben- und Bautenstrukturen bildende Stege vorgesehen sein, durch deren Platzierung gezielt das Deformationsverhalten beeinflusst werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Stoßfängersystem zumindest ein derartiges Deformationselement und zumindest zwei Querträger, wobei die Querträger mit ersten Verbindungsbereichen des Deformationselements verbunden sind.
Insbesondere wird ein derartiges Stoßfängersystem im Frontbereich eines Fahrzeugs vorgesehen und dort für den unteren und mittleren Lastpfad. Als mit dem Deformationselement verbundene Querträger sind daher in einer Ausführungsform der Stoßfängerquerträger und die untere Stoßfängerversteifung vorgesehen.
Das zumindest eine Deformationselement kann beispielsweise durch Schweißnähte oder Lötstellen mit den Querträgern verbunden sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Deformationselementes angegeben, das folgende Schritte aufweist: Es wird ein Extrusionsprofil bereitgestellt und daraus ein Deformationselement zugeschnitten, wobei das Zuschneiden in einer ersten Schnittebene senkrecht zur Extrusionsrichtung erfolgt. Das so erhaltene Deformationselement wird in als erste Verbindungsbereiche zur Verbindung des Deformationselementes mit zumindest zwei Querträgern eines Fahrzeugs vorgesehenen Bereichen beschnitten, wobei das Beschneiden in einer zweiten Schnittebene erfolgt, die gegen die Extrusionsrichtung und gegen die erste Schnittebene geneigt ist.
Um mit den Querträgern verbindbare Flächen am Deformationselement bereitzustellen, werden in einer Ausführungsform bei der Extrusion im als erster Verbindungsbereich vorgesehenen Bereich vertikale Stege in das Extrusionsprofil eingebracht. Nach dem schrägen Beschnitt des Deformationselementes bleiben zumindest an den Rändern der ersten Verbindungsbereiche dann Teile der Stege stehen, deren Stirnflächen Berührungsflächen zu den Querträgern bilden und die eine umlaufende Löt- oder Schweißverbindung ermöglichen.
Ferner werden an dem Deformationselement zweckmäßigerweise zweite Verbindungsbereiche zur Verbindung mit dem Fahrzeugrahmen bereitgestellt, die beispielsweise als Durchgangslöcher für eine Schraubverbindung ausgebildet sind. Dabei können die Durchgangslöcher direkt in das Extrusionselement eingebracht sein oder es kann ein weiteres Bauteil, beispielsweise eine Platte, mit dem Extrusionselement verbunden sein, das die Durchgangslöcher aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch ein Deformationselement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt schematisch ein Deformationselement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3a zeigt schematisch einen Schritt bei der Herstellung eines Deformationselementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3b zeigt schematisch einen weiteren Schritt bei der Herstellung des Deformationselementes und
4 zeigt ein Stoßfängersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Deformationselement 1 gemäß 1 weist einen oberen Deformationsbereich 2 für den mittleren Lastpfad und einen unteren Deformationsbereich 3 für den unteren Lastpfad sowie einen dazwischen angeordneten Zwischenbereich 4 auf.
Es ist als einteiliges Extrusionselement ausgebildet und aus einem endlos langen Extrusionsprofil zugeschnitten. Zur Verstärkung und gezielten Beeinflussung des Deformationsverhaltens weist es eine Waben- und Rautenstruktur 5 auf.
Das Deformationselement 1 weist im oberen Deformationsbereich 2 und im unteren Deformationsbereich 3 erste Verbindungsbereiche 6 zur Verbindung mit Querträgern eines Fahrzeugs auf. Es weist ferner einen zweiten Verbindungsbereich 7 zur Verbindung mit einem Fahrzeugrahmen auf, wobei im zweiten Verbindungsbereich 7 Durchgangslöcher 9 für Schraubverbindungen vorgesehen sind.
Ferner weist das Deformationselement 1 einen dritten Verbindungsbereich 8 auf zur Verbindung mit einem Motorträger.
2 zeigt ein Deformationselement 1 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform sind die Durchgangslöcher 9 für die Schraubverbindungen im zweiten Verbindungsbereich 7 nicht direkt in das Deformationselement 1 eingebracht, sondern es ist eine separate Platte 10 an das Deformationselement 1 angeschweißt, in die die Durchgangslöcher 9 eingebracht sind. Diese Platte 10 bildet eine besonders stabile Abstützbasis für das Deformationselement 1 am Fahrzeugrahmen und hat außerdem den Vorteil, dass sie eine größere Freiheit bei der Anbringung der Durchgangslöcher 9 bietet.
3 zeigt schematisch zwei Schritte bei der Herstellung eines Deformationselementes 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das Deformationselement 1 gemäß 3a ist im Extrusionsverfahren hergestellt und bereits mittels Wasserstrahl-, Laser- oder Sägeschnitt aus einem endlos langen Extrusionsprofil zugeschnitten. In einem weiteren Schritt sollen nun die ersten Verbindungsbereiche 6 schräg beschnitten werden, um eine Anbindung an die leicht gebogenen Querträger zu erlauben. Das Beschneiden erfolgt entlang der eingezeichneten zweiten Schnittebene 13, wobei die zweite Schnittebene 13 keine Ebene im streng geometrischen Sinn sein muss, sondern auch eine leicht gebogene Fläche sein kann.
Das Ergebnis dieses Verfahrensschritts ist in 3b gezeigt. In den ersten Verbindungsbereichen 6 sind vertikale Stege 11 vorgesehen, deren durch den Beschnitt freigelegte Stirnflächen 12 Anlage- oder Berührungsflächen für die Querträger bilden. Durch die gezielte Anordnung der Stege 11 umlaufen die Stirnflächen 12 jeweils den gesamten ersten Verbindungsbereich 6 und ermöglichen so eine umlaufende Schweiß- oder Lötverbindung des Deformationselementes 1 mit den Querträgern.
4 zeigt ein Stoßfängersystem 14 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Stoßfängersystem 14 umfasst zwei Deformationselemente 1, die in den ersten Verbindungsbereichen 6 über Schweißnähte 19 mit zwei Querträgern, nämlich mit dem Stoßfängerquerträger 16 und der unteren Stoßfängerversteifung 17, verbunden sind. In dritten Verbindungsbereichen 8 sind die Deformationselemente 1 mit dem Motorträger 18 verbunden. Mit den zweiten Verbindungsbereichen 7 verbundene Rahmenstrukturen sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Die Deformationselemente 1 sind quer zur durch den Pfeil 15 angedeuteten Fahrzeuglängsrichtung extrudiert und verbinden durch ihre einteilige Ausführung den mittleren und unteren Lastpfad.
Bezugszeichenliste

1: Deformationselement
2: oberer Deformationsbereich
3: unterer Deformationsbereich
4: Zwischenbereich
5: Waben- und/oder Rautenstruktur
6: erster Verbindungsbereich
7: zweiter Verbindungsbereich
8: dritter Verbindungsbereich
9: Durchgangslöcher
10: Platte
11: vertikale Stege
12: Stirnflächen
13: zweite Schnittebene
14: Stoßfängersystem
15: Pfeil
16: Stoßfängerquerträger
17: untere Stoßfängerversteifung
18: Motorträger
19: Schweißverbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004008741 A1 [0002, 0003]

Claims

Deformationselement (1) zur Befestigung zwischen Querträgern (16, 17) eines Fahrzeugs und einem Fahrzeugrahmen, wobei das Deformationselement (1) Deformationsbereiche (2, 3) und erste Verbindungsbereiche (6) zur Verbindung des Deformationselements (1) mit zumindest zwei Querträgern (16, 17) eines Fahrzeugs aufweist.
Deformationselement (1) nach Anspruch 1, wobei das Deformationselement (1) zweite Verbindungsbereiche (7) zur Verbindung mit dem Fahrzeugrahmen aufweist.
Deformationselement (1) nach Anspruch 2, wobei die zweiten Verbindungsbereiche (7) als Durchgangslöcher (9) für eine Schraubverbindung ausgebildet sind.
Deformationselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Deformationselement (1) dritte Verbindungsbereiche (8) zur Verbindung mit einem Motorträger (18) aufweist.
Deformationselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Deformationselement (1) als Extrusionselement ausgebildet ist.
Deformationselement (1) nach Anspruch 5, wobei das Deformationselement (1) quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs extrudiert ist.
Deformationselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Deformationselement (1) eine Waben- und/oder Rautenstruktur (5) aufweist.
Stoßfängersystem (14) mit zumindest einem Deformationselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und zumindest zwei Querträgern (16, 17), wobei die Querträger (16, 17) mit ersten Verbindungsbereichen (6) des Deformationselements (1) verbunden sind.
Stoßfängersystem (14) nach Anspruch 8, wobei als mit dem Deformationselement (1) verbundene Querträger der Stoßfängerquerträger (16) und die untere Stoßfängerversteifung (17) vorgesehen sind.
Stoßfängersystem (14) nach Anspruch 8 oder 9, wobei das zumindest eine Deformationselement (1) durch Schweißnähte (19) mit den Querträgern (16, 17) verbunden ist.
Stoßfängersystem (14) nach Anspruch 8 oder 9, wobei das zumindest eine Deformationselement (1) durch eine Lötstelle mit den Querträgern verbunden ist.
Fahrzeug mit einem Stoßfängersystem (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 11.
Verfahren zur Herstellung eines Deformationselementes (1), das folgende Schritte aufweist: – bereitstellen eines Extrusionsprofils; – zuschneiden eines Deformationselementes (1) aus dem Extrusionsprofil, wobei das Zuschneiden in einer ersten Schnittebene senkrecht zur Extrusionsrichtung erfolgt; – Beschneiden des Deformationselementes (1) in als erste Verbindungsbereiche (6) zur Verbindung des Deformationselementes (1) mit zumindest zwei Querträgern (16, 17) eines Fahrzeugs vorgesehenen Bereichen, wobei das Beschneiden in einer zweiten Schnittebene (13) erfolgt, die gegen die Extrusionsrichtung und gegen die erste Schnittebene geneigt ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei bei der Extrusion im als erster Verbindungsbereich (6) vorgesehenen Bereich vertikale Stege (11) in das Extrusionsprofil eingebracht werden, deren Stirnseiten (12) nach dem Schritt des Beschneidens Berührungsflächen zu den Querträgern (16, 17) bilden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei an dem Deformationselement (1) zweite Verbindungsbereiche (7) zur Verbindung mit dem Fahrzeugrahmen bereitgestellt werden, die als Durchgangslöcher (9) für eine Schraubverbindung ausgebildet sind.