DE102010050960A1

DE102010050960A1 - Stoßfängerquerträger für ein Kraftfahrzeug, Verstärkungsbauteil für einen Stoßfängerquerträger und Verfahren zur Herstellung eines Stoßfängerquerträgers

Info

Publication number: DE102010050960A1
Application number: DE102010050960A
Authority: DE
Inventors: Udo Mildner; Lothar Teske
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-10
Also published as: US20120126553A1; GB201118968D0; GB2485450A; CN102529859A

Abstract

Ein Stoßfängerquerträger (2) für ein Kraftfahrzeug (1) weist zumindest eine in Fahrtrichtung vorne gelegene erste Kammer (8) und eine in Fahrtrichtung hinter der ersten Kammer (8) gelegene zweite Kammer (9) aufweist, wobei die erste und die zweite Kammer (8, 9) als Blechhohlprofile ausgebildet sind und die erste Kammer (8) eine höhere Deformierbarkeit aufweist als die zweite Kammer (9).

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoßfängerquerträger für ein Fahrzeug und ein Verstärkungsbauteil für einen Stoßfängerquerträger. Sie betrifft weiter ein zur Herstellung des Stoßfängerquerträgers geeignetes Verfahren.
Der Stoßfängerquerträger eines Kraftfahrzeugs mit den daran montierten Bauteilen hat die Aufgabe, im Falle einer Kollision Deformationsenergie zu absorbieren und innenliegende Teile des Fahrzeugs wie beispielsweise den Motor zu schützen. Aus Gründen des Fußgängerschutzes müssen, um Verletzungen im Beinbereich zu reduzieren, bestimmte Anforderungen an die Deformierbarkeit erfüllt sein.
Es werden daher häufig komprimierbare Schäume mit einer Dicke von 6 bis 7 cm am Stoßfängerquerträger montiert. Diese tragen maßgeblich zum sogenannten Frontüberhang eines Fahrzeugs bei, der als Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Vorderrads und der vordersten Kontur des Stoßfängerüberzugs definiert wird. Eine Reduzierung des Frontüberhangs und damit eine besonders kompakte Bauweise wird bei modernen Kraftfahrzeugen angestrebt.
Aus der DE 10 2004 024 468 A1 ist eine aufpralldämpfende Bauteilanordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei der statt eines komprimierbaren Schaums eine horizontal verlaufende Knickwand vor dem Stoßfängerquerträger eingesetzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stoßfängerquerträger für ein Kraftfahrzeug anzugeben, der eine Reduzierung des Frontüberhangs erlaubt und der gleichzeitig ökonomisch und auf technisch einfache Weise herstellbar ist.
Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein besonders ökonomisches Verfahren zur Herstellung eines Stoßfängerquerträgers für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Stoßfängerquerträger für ein Kraftfahrzeug angegeben, wobei der Stoßfängerquerträger zumindest eine in Fahrtrichtung vorne gelegene erste Kammer und eine in Fahrtrichtung hinter der ersten Kammer gelegene zweite Kammer aufweist, wobei die erste und die zweite Kammer als Blechhohlprofile ausgebildet sind und die erste Kammer eine höhere Deformierbarkeit aufweist als die zweite Kammer.
Dabei bezeichnet hier die in Fahrtrichtung vorne gelegene Seite diejenige Seite, die bei einem Frontalaufprall zuerst einer Deformation ausgesetzt ist. Damit lässt sich die Fahrtrichtung auch in Bezug auf noch nicht im Fahrzeug montierte Teile definieren, da auch für sie bereits die spätere Ausrichtung und das Verhalten im Crashfall festgelegt sind.
Unter Deformierbarkeit wird hier und im Folgenden die Eigenschaft eines Bauteils verstanden, Deformationsenergie aufnehmen zu können. Eine höhere Deformierbarkeit eine Bauteils bedeutet somit bei Einwirkung gleicher Kräfte eine stärkere resultierende Deformation.
Der Stoßfängerquerträger hat den Vorteil, dass er aufgrund der hohen Deformierbarkeit der ersten Kammer den Fußgängerschutz gewährleistet, während er gleichzeitig durch die höhere Steifigkeit der zweiten Kammer einen guten Schutz innenliegender Teile des Fahrzeugs bietet.
Auf diese Weise ist es möglich, die oftmals üblichen deformierbaren Schäume durch ein Bauteil zu ersetzen, das einerseits besonders einfach herstellbar ist, andererseits auch so platzsparend ausgelegt werden kann, dass es eine Reduzierung des Frontüberhangs bei gleichbleibend guter Funktionalität ermöglicht.
Der Stoßfängerquerträger hat weiter den Vorteil, dass das Deformationsverhalten einer derartigen metallischen Kammer gut berechnet und experimentell wiederholbar überprüft werden kann. Somit kann das für den Fußgängerschutz und für den Schutz der inneren Bauteile notwendige Deformationsverhalten sehr exakt definiert werden.
In einer Ausführungsform sind die erste und die zweite Kammer einstückig aus einem durchgehenden Blech gebildet. Ein Stoßfängerquerträger gemäß dieser Ausführungsform kann insbesondere im Rollformverfahren hergestellt werden, wobei nach dem Ausformen des Stoßfängerquerträgers die offenen Enden verschweißt werden, so dass ein geschlossenes Hohlprofil entsteht.
Die Deformierbarkeit der beiden Kammern kann auf verschiedene Weisen beeinflusst werden.
Eine hohe Deformierbarkeit der ersten Kammer wird in einer Ausführungsform dadurch oder unter anderem dadurch erzielt, dass das Blech im Bereich der ersten Kammer eine geringere Wandstärke aufweist als das Blech im Bereich der zweiten Kammer.
Alternativ oder zusätzlich kann das Blech im Bereich der ersten Kammer eine Anzahl von die Deformierbarkeit erhöhenden Durchgangslöchern aufweisen. Die Anzahl, Größe und Anordnung der Löcher kann insbesondere durch finite Elemente-Simulation bestimmt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann der Stoßfängerquerträger ein im Bereich der zweiten Kammer angeordnetes Verstärkungsbauteil aufweisen, das beispielsweise als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist und eine Wabenstruktur aufweisen kann.
Mit dem Rollformverfahren lassen sich vor allem geradlinig verlaufende Profile erzeugen. Ein Stoßfänger wird daher nach dem Rollformverfahren typischerweise einer Biegeoperation unterzogen, um ihn an die Kontur des Stoßfängerüberzugs anzupassen.
Wenn ein Verstärkungsbauteil verwendet und dieses vor der Biegeoperation in die zweite Kammer eingebracht werden soll, ist es vorteilhaft, wenn das Verstärkungsbauteil auf einer seiner Längsseiten eine Anzahl keilförmiger Ausnehmungen aufweist, die ein Biegen erleichtern.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit dem beschriebenen Stoßfängerquerträger bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verstärkungsbauteil für einen Stoßfängerquerträger eines Kraftfahrzeugs angegeben, wobei das Verstärkungsbauteil aus Kunststoff ausgebildet und zum Einlegen in eine Kammer des Stoßfängerquerträgers vorgesehen ist.
Das Verstärkungsbauteil hat den Vorteil, dass es eine gezielte Beeinflussung der Deformationseigenschaften des Stoßfängerquerträgers und insbesondere eine Versteifung der das Verstärkungsbauteil aufnehmenden Kammer erlaubt.
Da das Verstärkungsbauteil zum Einlegen in die Kammer vorgesehen ist, ist seine äußere Kontur an die innere Kontur des Stoßfängerquerträgers angepasst.
Das Verstärkungsbauteil kann insbesondere als wabenstrukturiertes Kunststoffspritzgussteil ausgebildet sein. Die Wabenstruktur ermöglicht dabei eine leichte und gleichzeitig steife Konstruktion des Verstärkungsbauteils.
In einer Ausführungsform weist das Verstärkungsbauteil auf einer seiner Längsseiten eine Anzahl keilförmiger Ausnehmungen auf. Sie erlauben ein Biegen des Verstärkungsbauteils, wenn dieses in die Kammer des Stoßfängerquerträgers eingelegt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stoßfängerquerträgers für ein Kraftfahrzeug angegeben, wobei der Stoßfängerquerträger zumindest eine in Fahrtrichtung vorne gelegene erste Kammer und eine in Fahrtrichtung hinter der ersten Kammer gelegene zweite Kammer aufweist. Das Verfahren umfasst dabei

– Bereitstellen eines Blechs mit einem zur Ausbildung der ersten Kammer vorgesehenen ersten Bereich und einem zur Ausbildung der zweiten Kammer vorgesehenen zweiten Bereich;
– Umformen des Blechs im Rollformverfahren unter Ausbildung der ersten Kammer und der zweiten Kammer und unter Verschweißen der offenen Enden.

In einer Ausführungsform wird im zweiten Bereich in einem Walzprozess und/oder durch Zusammenschweißen mehrerer Blechlagen eine größere Materialstärke des Blechs erzeugt als im ersten Bereich. Hierdurch wird erreicht, dass die Deformierbarkeit der ersten Kammer größer ist als diejenige der zweiten Kammer.
Alternativ oder zusätzlich kann auch in die zweite Kammer ein Verstärkungsbauteil eingebracht werden. Ein solches Verstärkungsbauteil liegt dann im Innern des den Stoßfängerquerträger bildenden Hohlprofils und kann die Deformationseigenschaften der zweiten Kammer in der gewünschten Weise beeinflussen.
In einer Ausführungsform wird der Stoßfängerquerträger nach Abschluss des Rollformverfahrens durch Biegen an die Kontur eines Stoßfängerüberzugs angepasst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Stoßfängerquerträger gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt schematisch den Stoßfängerquerträger gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht;
3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den Stoßfängerquerträger gemäß 2;
4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Stoßfängerquerträger gemäß einer zweiten Ausführungsform;
5 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Stoßfängerquerträger gemäß einer dritten Ausführungsform;
6 zeigt schematisch eine weitere perspektivische Ansicht des Stoßfängerquerträgers gemäß 1;
7 zeigt schematisch ein Verstärkungsbauteil für einen Stoßfängerquerträger;
8 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Stoßfängerquerträger mit eingebautem Verstärkungsbauteil;
9 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch das Verstärkungsbauteil vor einem Biegeprozess und
10 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch das Verstärkungsbauteil nach einem Biegeprozess.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Kraftfahrzeug 1 mit einem im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs 1 angeordneten Stoßfängerquerträger 2. Der Stoßfängerquerträger 2 ist in bekannter Weise mittels Crashboxen 4 an Längsträgern 3 montiert und hat die Aufgabe, im Motorraum des Fahrzeugs 1 untergebrachte Komponenten im Falle eines Aufpralls zu schützen.
Eine wichtige Designgröße bei Kraftfahrzeugen ist der Frontüberhang F, der als Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Vorderrads 7 und der äußersten Kontur 6 des Stoßfängerüberzugs 5 definiert wird. Durch die besondere Ausgestaltung des Stoßfängerquerträgers 2, die in den folgenden Figuren beschrieben ist, lässt sich ein besonders geringer Frontüberhang F verwirklichen.
Der Pfeil 24 markiert hier und in den folgenden Figuren zur besseren Orientierung die typische Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 1.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Stoßfängerquerträgers 2, in der die beiden Crashboxen 4 erkennbar sind. Der Stoßfängerquerträger 2 ist aus einem einzigen Blech 11 im Rollformverfahren geformt, wobei das Blech 11 zu einem Hohlprofil gebogen ist und eine erste Kammer 8 und eine zweite Kammer 9 ausbildet, wobei die erste Kammer 8 in Fahrtrichtung vor der zweiten Kammer 9 angeordnet ist.
Im Bereich der ersten Kammer 8 weist das Blech 11 eine Anzahl von Durchgangslöchern 10 auf, die die Deformierbarkeit des Blechs 11 in diesem Bereich erhöhen. Die erste Kammer 8 weist eine höhere Deformierbarkeit auf als die zweite Kammer 9.
3 zeigt einen Querschnitt durch den Stoßfängerquerträger 2 entlang der Schnittlinie A-A aus 2. In dieser Ansicht ist erkennbar, wie der Stoßfängerquerträger 2 aus dem einzigen Blech 11 gebogen ist. Das Blech 11 wird hierzu als auf eine Rolle aufgewickelter Streifen (coil) bereitgestellt, der über seine Breite unterschiedliche Materialstärken aufweist. Das Blech kann insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff oder aus Stahl bestehen.
In einem zur Bildung der ersten Kammer 8 vorgesehenen ersten Bereich 12 ist das Blech 11 dünner als in einem zur Bildung der zweiten Kammer 9 vorgesehenen zweiten Bereich 13.
Besteht das Blech aus einem Aluminiumwerkstoff, beträgt die Materialstärke des ersten Bereichs 12 beispielsweise 0,8 bis 1 mm und die des zweiten Bereichs 13 3 bis 4 mm. Besteht es aus Stahl, beträgt sie im ersten Bereich 12 0,6 bis 0,7 mm und im zweiten Bereich 13 1,5 bis 2,5 mm. Die Unterschiede in der Materialstärke können beispielsweise in einem Walzprozess oder durch Aufeinanderschweißen mehrerer Bleche erzeugt sein.
Der Blechstreifen wird dann im Rollformverfahren zu dem aus den zwei Kammern 8, 9 bestehenden Profil umgeformt. In einer nicht gezeigten Ausführungsform weist das Profil drei oder mehr Kammern auf.
Die Umformung erfolgt derart, dass ein Übergangsbereich 14 des Blechs 11 zwischen dem ersten Bereich 12 und dem zweiten Bereich 13 zwischen der ersten Kammer 8 und der zweiten Kammer 9 zu liegen kommt. Die freien Enden 15 des Blechs 11 werden jeweils mit Schweißnähten 16 mittels Laser-, Reib- und/oder CO₂-Schweißung mit dem Blech 11 verbunden.
Im Rollformverfahren werden typischerweise geradlinige Profile erzeugt. Um den Stoßfängerquerträger 2 an die Kontur des Stoßfängerüberzugs 5 anzupassen, wird dieser nach Abschluss des Rollformverfahrens einer Biegeoperation unterzogen.
Die Kammern 8, 9 weisen in der in 3 gezeigten Ausführungsform einen rechteckigen Querschnitt auf. Denkbar sind auch andere Formen, beispielsweise quadratische, runde, ovale oder halbrunde Querschnitte und Kombinationen daraus.
Weitere mögliche Ausführungsformen der Kammern 8, 9 sind in den 4 und 5 gezeigt.
4 zeigt einen Querschnitt durch einen Stoßfängerquerträger 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform, die sich von der in 3 gezeigten dadurch unterscheidet, dass die erste Kammer 8 flacher und höher ist als die zweite Kammer 9. Darüber hinaus weist die Vorderseite 17 des Stoßfängerquerträgers 2 eine Anzahl von Vertiefungen 22 auf, die das Deformationsverhalten der ersten Kammer 8 erhöhen.
5 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Stoßfängerquerträgers 2 gemäß einer dritten Ausführungsform, die sich von der in 4 gezeigten durch das Fehlen der Vertiefungen 22 unterscheidet.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Stoßfängerquerträgers 2 mit einer Schnittebene B-B, wobei bei dieser Ausführungsform ein Verstärkungsbauteil 18 in die zweite Kammer 9 eingelegt ist.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Verstärkungsbauteils 18, das zum Einlegen in die zweite Kammer 9 des Stoßfängerquerträgers 9 vorgesehen ist. Es ist als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet und weist eine Wabenstruktur 19 auf.
Das Verstärkungsbauteil 18 ist in 7 bereits gebogen und damit an die Kontur des Stoßfängerüberzugs 5 angepasst dargestellt. Damit das Biegen leicht und ohne Zerstörung des Verstärkungsbauteils 18 erfolgen kann, weist das Verstärkungsbauteil 18 in einer Längsseite 20 eine Vielzahl keilförmiger Ausnehmungen 21 auf, die bei der gezeigten Ausführungsform derart angebracht sind, dass sie sich während der Biegeoperation öffnen.
8 zeigt einen Längsschnitt durch den Stoßfängerquerträger 2 entlang der Schnittebene B-B aus 6 mit in die zweite Kammer 9 eingelegtem Verstärkungsbauteil 18. In der Detaildarstellung in der unteren Bildhälfte ist ein U-förmiger Kanal 23 erkennbar, der zur Aufnahme eines unter Wärmeeinfluss expandierenden, nicht dargestellten Klebstoffs vorgesehen ist. Mittels eines derartigen Klebstoffs kann das Verstärkungsbauteil 18 mit dem Blech 11 fest verbunden werden.
Das Verstärkungsbauteil 18 erhöht die Steifigkeit der zweiten Kammer 9 und reduziert somit ihre Deformierbarkeit. Die Materialstärke des Blechs 11 kann somit im ersten Bereich 13 geringer gewählt werden. Sie beträgt bei einer Verwendung eines Aluminiumwerkstoffs für das Blech 11 beispielsweise 2 bis 3 mm und bei der Verwendung von Stahl 1,2 bis 2 mm.
Die 9 und 10 zeigen schematisch das Verhalten des Verstärkungsbauteils 18 beim Biegevorgang des Stoßfängerquerträgers 2. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die keilförmigen Ausnehmungen 21 in die andere Längsseite 20 des Verstärkungsbauteils 18 eingebracht, so dass sie sich beim Biegen nicht öffnen, sondern schließen.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Stoßfängerquerträger
3: Längsträger
4: Crashbox
5: Stoßfängerüberzug
6: vorderste Kontur
7: Vorderrad
8: erste Kammer
9: zweite Kammer
10: Durchgangslöcher
11: Blech
12: erster Bereich
13: zweiter Bereich
14: Übergangsbereich
15: offenes Ende
16: Schweißnaht
17: Vorderseite
18: Verstärkungsbauteil
19: Wabenstruktur
20: Längsseite
21: keilförmige Ausnehmung
22: Vertiefung
23: U-förmiger Kanal
24: Pfeil
F: Frontüberhang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004024468 A1 [0004]

Claims

Stoßfängerquerträger (2) für ein Kraftfahrzeug (1), wobei der Stoßfängerquerträger (2) zumindest eine in Fahrtrichtung vorne gelegene erste Kammer (8) und eine in Fahrtrichtung hinter der ersten Kammer (8) gelegene zweite Kammer (9) aufweist, wobei die erste und die zweite Kammer (8, 9) als Blechhohlprofile ausgebildet sind und die erste Kammer (8) eine höhere Deformierbarkeit aufweist als die zweite Kammer (9).
Stoßfängerquerträger (2) nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Kammer (8, 9) einstückig aus einem durchgehenden Blech (11) gebildet sind.
Stoßfängerquerträger (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Blech (11) im Bereich der ersten Kammer (8) eine geringere Wandstärke aufweist als das Blech (11) im Bereich der zweiten Kammer (9).
Stoßfängerquerträger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Blech (11) im Bereich der ersten Kammer (8) eine Anzahl von die Deformierbarkeit erhöhenden Durchgangslöchern (10) aufweist.
Stoßfängerquerträger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der ein im Bereich der zweiten Kammer (9) angeordnetes Verstärkungsbauteil (18) aufweist.
Stoßfängerquerträger (2) nach Anspruch 5, wobei das Verstärkungsbauteil (18) als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist.
Stoßfängerquerträger (2) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Verstärkungsbauteil (18) auf einer seiner Längsseiten (20) eine Anzahl keilförmiger Ausnehmungen (21) aufweist.
Kraftfahrzeug (1) mit einem Stoßfängerquerträger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verstärkungsbauteil (18) für einen Stoßfängerquerträger (2) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei das Verstärkungsbauteil (18) aus Kunststoff ausgebildet und zum Einlegen in eine Kammer des Stoßfängerquerträgers (2) vorgesehen ist.
Verstärkungsbauteil (18) nach Anspruch 9, das als wabenstrukturiertes Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist.
Verstärkungsbauteil (18) nach Anspruch 9 oder 10, das auf einer seiner Längsseiten (20) eine Anzahl keilförmiger Ausnehmungen (21) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Stoßfängerquerträgers (2) für ein Kraftfahrzeug (1), wobei der Stoßfängerquerträger (2) zumindest eine in Fahrtrichtung vorne gelegene erste Kammer (8) und eine in Fahrtrichtung hinter der ersten Kammer (8) gelegene zweite Kammer (9) aufweist, wobei das Verfahren folgendes umfasst: – Bereitstellen eines Blechs (11) mit einem zur Ausbildung der ersten Kammer (8) vorgesehenen ersten Bereich (12) und einem zur Ausbildung der zweiten Kammer (9) vorgesehenen zweiten Bereich (13); – Umformen des Blechs (11) im Rollformverfahren unter Ausbildung der ersten Kammer (8) und der zweiten Kammer (9) und unter Verschweißen der offenen Enden (15).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei im zweiten Bereich (13) in einem Walzprozess und/oder durch Zusammenschweißen mehrerer Blechlagen eine größere Materialstärke des Blechs (11) erzeugt wird als im ersten Bereich (12).
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei in die zweite Kammer (9) ein Verstärkungsbauteil (18) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Stoßfängerquerträger (2) nach Abschluss des Rollformverfahrens durch Biegen an die Kontur eines Stoßfängerüberzugs (5) angepasst wird.