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Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug, welcher einen quer zu den Längsträgern des Kraftfahrzeugrahmens festlegbaren Querträger aufweist.
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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 umfasst einen Querträger, der üblicherweise 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. Das System wird dabei so aufeinander abgestimmt, dass die Crashboxen jeweils möglichst mittig auf dem Längsträger des Kraftfahrzeugs sitzen und die Stoßenergie über dem Querträger mit einem möglichst geringen Biegemoment in die Crashboxen und damit auf die Längsträger eingeleitet wird.
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Die Stoßfänger müssen die gesetzlichen Regelungen, die in Europa Teil der Typengenehmigung sind, ebenso wie die von Verbraucherschutzorganisationen gestellten Anforderungen an einen Fußgängerschutz erfüllen. Darüber hinaus müssen die Anforderungen aus den Einstufungstests der Versicherer (RCAR, GDV) erfüllt werden. Gleichzeitig stellen die Automobilbauer die üblichen Forderungen nach optimaler Bauraumnutzung, Montierbarkeit, hohem Energieabsorptionsvermögen und möglichst geringem Gewicht sowie akzeptablen Kosten. Weiterhin verlangt das Bestreben zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes nach einer konsequenten Umsetzung des Leichtbaus bei der Fahrzeugentwicklung. Die angestrebte Gewichtsreduktion und die geforderten Versicherungseinstufungstests stehen jedoch nahezu konträr zueinander.
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Eine Vielzahl unterschiedlich gestalteter Stoßfänger ist bekannt. Durch die
US 6,349,521 B1 zählt ein Stoßfänger zum Stand der Technik mit einem starren, als Hohlträger ausgebildeten Querträger. Der Querschnitt des Querträgers variiert über seine Länge, um ihm ein belastungsgerechtes und hohes Energieabsorptionsvermögen zu verleihen.
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Aus der
EP 1 378 402 B1 ist ein rollgeformtes B-Profil bekannt, das als Strukturbauteil bei Kraftfahrzeugen, insbesondere für eine vordere oder hintere Stoßstange, eingesetzt werden soll. Der Querträger weist zwei übereinander liegende Kammern auf und ist einstückig aus einem bandförmigen Metallblech geformt. Der mittlere die beiden Kammern trennende Steg bringt jedoch aufgrund seiner durch das Rollformen bedingten Kontur hinsichtlich des Steifigkeitsverhaltens des Querträgers nicht die besten Eigenschaften mit sich.
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Die
DE 102 52 835 A1 offenbart einen Querträger für einen Stoßfänger, der von einem Strangpressprofil mit mehreren Kammern gebildet wird.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen herstellungstechnisch vorteilhaften Stoßfänger zu schaffen, der in leichtbauender Weise funktional, insbesondere hinsichtlich des Belastungsverhaltens verbessert ist und der durch einfache Modifikation für unterschiedliche Fahrzeugklassen auslegbar ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Stoßfänger gemäß Anspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Stoßfängers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 18.
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Ein erfindungsgemäßer Stoßfänger weist einen Querträger auf, der aus zumindest zwei separaten Langprofilen gebildet ist, wobei die Langprofile an einer Längswand aneinander liegen so dass ein in Kraftfahrzeuglängsrichtung (x-Achse) gerichteter Doppelsteg entsteht und die Langprofile miteinander verbunden sind. Der Querträger weist einen modularisierten Aufbau auf, so dass das Gesamtsystem aus standardisierten Einzellangprofilen zusammengesetzt werden kann. Die einzelnen Langprofile lassen sich unterschiedlich zu einem ganzen Querträger kombinieren. Auf diese Weise ist ein hinsichtlich seines Widerstandsmoments und seiner Biegesteifigkeit unterschiedlich auslegbarer Querträger in leichtbauender Weise realisierbar. Durch die Kombination bedarfsgerecht ausgelegter Langprofile, kann der Querträger an für unterschiedliche Fahrzeugtypen jeweils geforderten gesetzlichen Regelungen und Einstufungstests angepasst werden.
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Insbesondere der in Fahrzeugrichtung gerichtete und sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Querträgers erstreckende Doppelsteg trägt zu einer hohen Biegesteifigkeit des Querträgers bei.
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Insgesamt führt der erfindungsgemäße Querträger zu einer günstigen Herstellung durch baugleiche Serien. Weiterhin werden niedrige Entwicklungskosten bei einfachen Montageprozessen erreicht. Auch sind schnellere Produktzyklen realisierbar.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Langprofilen um Hohlprofile.
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Die Langprofile können eine gleiche Querschnittskonfiguration besitzen. In diesem Fall ist der Querträger insbesondere symmetrisch zu seiner Mittelquerebene ausgebildet. Möglich ist auch, dass die einzelnen Langprofile voneinander verschiedene Querschnittskonfigurationen aufweisen. Die Langprofile können im vertikalen Querschnitt voneinander verschiedene Flächeninhalte einschließen. In diesem Fall erstreckt sich der Doppelsteg dann außerhalb der Mittelquerebene.
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Auch kann die Querschnittsfläche zumindest eines Langprofils in Längsrichtung des Langprofils variieren. Ebenso ist es möglich, dass ein oder jedes Langprofil zumindest partiell unterschiedliche Wanddicken aufweist und/oder dass die Langprofile voneinander verschiedene Wanddicken besitzen.
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Zur Herstellung des Querträgers aus einzelnen separaten Langprofilen können rollgeformte Langprofile oder stranggepresste Langprofile eingesetzt werden. Die Langprofile werden an einer Längswand, insbesondere flächig aneinander liegend oder sich linienförmig kontaktierend, miteinander gefügt. Die Fügung der Hohlprofile kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig erfolgen. Bei Langprofilen aus Stahl bietet sich eine schweißtechnische Fügung an. Auch die Kombination von unterschiedlichen Fügeverfahren, wie Schweißen und Kleben ist möglich. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei den Langprofilen insbesondere um Hohlprofile.
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Insbesondere stranggepresste Lang- bzw. Hohlprofile können aus Leichtmetallwerkstoffen wie Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen bestehen. Langprofile aus Aluminium können klebetechnisch oder kraft- und formschlüssig miteinander verbunden werden. Eine formschlüssige Verbindung kann lösbar, beispielsweise in Form einer Schwalbenschwanzverbindung oder einer Nut-Feder-Verbindung, realisiert werden. Möglich ist auch, dass die Langprofile zumindest bereichsweise von einem äußeren Verstärkungsbauteil umgriffen, beispielsweise klammernd umgriffen, werden. Als nicht lösbare Verbindung ist eine Verbindung mittels Durchsetzfügen möglich.
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Wie vorstehend bereits ausgeführt, können die Langprofile aus Stahl- oder Leichtmetallwerkstoffen bestehen. Grundsätzlich ist auch die Kombination von Langprofilen aus voneinander verschiedenen Werkstoffen möglich.
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Für die Praxis besonders gut geeignet sind Langprofile aus Stahl mit einer Streckgrenze Re größer gleich (≥) 500 N/mm2. Die Langprofile aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besitzen vorzugsweise eine Streckgrenze Re größer gleich (≥) 300 N/mm2. Die Wandstärken können bei den Langprofilen von 1 mm bis 3 mm liegen.
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Durch das Zusammensetzen des Querträgers aus zwei separaten Langprofilen erfolgt eine Materialdoppelung im Bereich der aneinander liegenden Längswände, wodurch der Doppelsteg gebildet ist. Erfindungsgemäß erstreckt sich der Doppelsteg in der x-y-Ebene des Querträgers. Vorzugsweise ist der Doppelsteg in der Mitte des Querträgers angeordnet. Der Doppelsteg bildet dann den Mittelsteg des Querträgers. Hierdurch erhält der Querträger gerade im mittleren Bereich eine hohe Steifigkeit.
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Das System kann durch die geometrische Ausgestaltung des Querträgers belastungsgerecht optimiert werden. In diesem Zusammenhang kann der Querträger in seiner Längserstreckung zumindest bereichsweise gekrümmt sein.
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Zur Gewichtsreduktion können an geeigneten Stellen bzw. Bereichen in den Wänden des Querträgers Ausnehmungen vorgesehen sein. Des Weiteren kann der Querträger Ausnehmungen in Form von Funktionsöffnungen besitzen, beispielsweise zur Durchführung einer Abschleppöse oder ähnlichem.
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Grundsätzlich kann auch die zum Kraftfahrzeug gerichtete Rückseite des Querträgers zumindest partiell offen sein. Die partielle Öffnung der Rückseite des Querträgers kann dabei auch mit weiteren Aussparungen sowie Ausnehmungen in den Wänden des Querträgers kombiniert sein.
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Der Querträger weist vorzugsweise eine Frontseite auf, die jeweils über obere und untere Schrägflächen in sich daran anschließend obere und untere Zargen übergehen. An die Zargen schließen sich jeweils die hinteren Wandabschnitte der Langprofile an, die die Rückseite des Querträgers bilden.
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Der Querträger kann in seiner Längserstreckung ungekrümmt sein. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn der Querträger in seiner Längserstreckung (y-Achse des Kraftfahrzeugs) gekrümmt verläuft. Hierbei ist ein Krümmungsradius von größer gleich (≥) 1500 mm vorteilhaft.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Darstellungsweise einen erfindungsgemäßen Querträger eines Kraftfahrzeugstoßfängers;
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2 den Querträger gemäß der 1 in einem Querschnitt und
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3 bis 6 jeweils in einem vertikalen Querschnitt weitere Ausführungsformen eines Querträgers.
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In der 1 ist zunächst das Koordinatensystem X, Y, Z eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Die x-Achse bezeichnet die Kraftfahrzeuglängsrichtung, die y-Achse bezeichnet die Querrichtung des Kraftfahrzeugs, die z-Achse bezeichnet die Vertikalrichtung des Kraftfahrzeugs.
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Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßer Stoßfänger 1 für ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug. Der Stoßfänger 1 umfasst einen quer zu den hier nicht dargestellten Längsträgern eines Kraftfahrzeugs festlegbaren Querträger 2. Der Querträger 2 stützt sich üblicherweise über ebenfalls nicht dargestellten Crashboxen an den Längsträgern ab. Die Crashboxen sollen zusätzlich zum Querträger 2 die aus einem Anprall resultierende Energie absorbieren, in dem diese in Verformungsarbeit umgewandelt wird.
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Wie insbesondere auch in der 2 zu erkennen, ist der Querträger 2 aus zwei separaten Langprofilen in Form von Hohlprofilen 3, 4 gebildet. Die Hohlprofile 3, 4 liegen an ihren Längswänden 5, 6 flächig aneinander und sind miteinander gefügt. Dies erfolgt mittels einer Schweißverbindung 7, 8. Die Schweißverbindung 7, 8 kann, wie in der 1 dargestellt, abschnittsweise als unterbrochene Schweißnaht ausgeführt sein. Die beiden aneinander liegenden, sich kontaktierenden Längswände 5, 6 bilden einen in Kraftfahrzeuglängsrichtung (X) gerichteten Doppelsteg 9.
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Der Doppelsteg 9 erstreckt sich in Querrichtung (Y) über die gesamte Länge des Querträgers 2.
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Die Hohlprofile 3, 4 bestehen aus Stahl und sind rollgeformt. Die Hohlprofile 3, 4 können auch aus einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung bestehen und stranggepresst sein.
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Die 1 verdeutlicht des Weiteren, dass der Querträger 2 in seiner Längserstreckung gekrümmt verläuft. Der Krümmungsradius R ist bevorzugt größer gleich (≥) 1500 mm.
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Jedes Hohlprofil 3, 4 weist eine sich über seine Länge erstreckende, gleichbleibende und im Wesentlichen fünfeckige Querschnittskonfiguration auf. Die Hohlprofile 3, 4 sind identisch bzw. baugleich ausgeführt und symmetrisch zu einer Mittelquerebene MQE des Querträgers 2 angeordnet. Der Doppelsteg 9 ist deckungsgleich mit der Mittelquerebene MQE des Querträgers 2 ausgebildet.
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Jedes Hohlprofil 3, 4 weist eine Frontwand 10, 11 auf, die jeweils über eine Schrägfläche 12, 13 in eine Zarge 14, 15 übergeht, an die sich jeweils eine Rückwand 16, 17 anschließt. Die Frontwand 10 bzw. 11 und die Rückwand 16 bzw. 17 sind jeweils über die Längswand 5 bzw. 6 verbunden. Die beiden Längswände 5, 6 liegen aneinander und sind gefügt. Hierdurch bilden die beiden Längswände 5, 6 den verstärkten Doppelsteg 9. Die Frontwände 10, 11 bilden die Frontseite 18 des Querträgers 2. Die Rückwände 15, 16 bilden die zum Kraftfahrzeug gerichtete Rückseite 19 des Querträgers 2. Die jeweiligen Übergänge von Frontwand 10, 11 über die Schrägfläche 12, 13 auf die Zarge 14, 15 und von dieser zur Rückwand 16, 17 des jeweiligen Hohlprofils 3, 4 sind gerundet gestaltet. Zwischen den aneinander kontaktierenden Hohlprofilen 3, 4 ist front- und rückseitig ein Zwickel 20, 21 ausgebildet. In den Zwickeln 20, 21 ist die Schweißverbindung 7, 8 ausgeführt.
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Anhand der 1 wird weiterhin deutlich, dass in den Wänden des Querträgers 2 bzw. der Hohlprofile 3, 4, insbesondere in den Frontwänden 10, 11, Ausnehmungen 22 vorgesehen sind. Die Ausnehmungen 22 dienen als Funktionsöffnung für Montage- bzw. Demontagearbeiten oder zur Durchführung von anderen Komponenten, wie Abschleppösen. Des Weiteren können Ausnehmungen zur Gewichtsersparnis in solchen Bereichen des Querträgers 2 vorgesehen sein, bei denen eine Materialschwächung hinsichtlich des Belastungsverhaltens unkritisch ist.
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Die 3 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Querträgers 2a, der aus zwei separaten Langprofilen in Form der Hohlprofile 3a, 4a besteht, die an einer Längswand 5a, 6a aneinander liegen und miteinander gefügt sind. Die über Schweißverbindungen 7a, 8a miteinander gefügten Längswände 5a, 6a bilden einen Doppelsteg 9a, der in Kraftfahrzeuglängsrichtung (X) gerichtet ist.
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Man erkennt, dass jedes der Hohlprofile 3a, 4a partiell unterschiedliche Wanddicken s1, s2 aufweist. Des Weiteren besitzen die Hohlprofile 3a, 4a voneinander verschiedene Wanddicken s3, s4.
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Vorzugsweise bestehen die Hohlprofile 3a, 4a des Querträgers 2a aus einem Leichtmetallwerkstoff und sind stranggepresst. Die Fügung kann kraftschlüssig durch eine Schweißverbindung oder eine Klebeverbindung erfolgen. Grundsätzlich ist auch eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung möglich.
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Bei der Ausführungsform eines Querträgers 2b, wie in der 4 dargestellt, kommen Langprofile in Form von Hohlprofilen 3b, 4b zum Einsatz, die von der grundsätzlichen Konfiguration den Hohlprofilen 3, 4, wie in 2 dargestellt, entsprechen. Auch hier liegen die Längswände 5b, 6b aneinander und bilden einen Doppelsteg 9b. Bei dem Querträger 2b sind die Langprofile 3b, 4b von einem äußeren Verstärkungsbauteil 23 umgriffen und auf diese Weise miteinander verbunden. Das Verstärkungsbauteil 23 ist klammerartig ausgestaltet und frontseitig offen. Eine schweißtechnische Fügung der Hohlprofile 3b, 4b kann je nach Ausführungsform entfallen. Gegebenenfalls ist nur eine Schweißverbindung an der Frontseite 18 notwendig.
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Die 5 zeigt einen Querträger 2c, gebildet aus einem Hohlprofil 3c und einem Hohlprofil 4c. Die Hohlprofile 3c, 4c weisen gekrümmt verlaufende Längswände 5c, 6c auf. Die Längswand 5c ist in Kraftfahrzeugvertikalrichtung z nach oben gekrümmt, wohingegen die Längswand 6c entgegengesetzt nach unten gekrümmt verläuft. Diese Ausgestaltung ist fertigungstechnisch günstig, da ein Rückfedern des Werkstoffs nach der rollformtechnischen Herstellung der Hohlprofile 3c, 4c ausgeglichen wird. Die Hohlprofile 3c, 4c kontaktieren sich linienförmig im Kontaktbereich K und sind miteinander gefügt. Die Fügung erfolgt über eine vorder- und rückseitige Schweißverbindung 7b, 8b. Auch die Längswände 5c, 6c bilden einen in seiner Materialstärke verdoppelten und in Kraftfahrzeuglängsrichtung (X) gerichteten Doppelsteg 9c.
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Der Querträger 2d, wie in der 6 dargestellt, besteht aus zwei Langprofilen 3d, 4d, die mit ihren Längswänden 5d, 6d aneinander liegen und so einen in Kraftfahrzeuglängsrichtung (X) gerichteten Doppelsteg 9d bilden. Der Kontaktbereich K der Längswände 5d, 6d ist flächig. Die Fügung der Langprofile 3d, 4d erfolgt über Schweißverbindungen 7c, 8c.
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Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Querträger 2, 2a–c sind die Langprofile 3d, 4d bei dem Querträger 2d an ihren auf der Rückseite 19 gelegenen Rückwänden 16a, 17a zumindest bereichsweise offen. Vorzugsweise handelt es sich bei den Langprofilen 3d, 4d um Rollformprofile.
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Bei allen Ausführungsformen des Querträgers 2, 2a–d ist Doppelsteg 9, 9a–d deckungsgleich mit der Mittelquerebene MQE des Querträgers 2, 2a–d ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stoßfänger
- 2
- Querträger
- 2a
- Querträger
- 2b
- Querträger
- 2c
- Querträger
- 2d
- Querträger
- 3
- Lang- bzw. Hohlprofil
- 3a
- Lang- bzw. Hohlprofil
- 3b
- Lang- bzw. Hohlprofil
- 3c
- Lang- bzw. Hohlprofil
- 3d
- Lang- bzw. Hohlprofil
- 4
- Lang- bzw. Hohlprofil
- 4a
- Lang- bzw. Hohlprofil
- 4b
- Lang- bzw. Hohlprofil
- 4c
- Lang- bzw. Hohlprofil
- 4d
- Lang- bzw. Hohlprofil
- 5
- Längswand
- 5a
- Längswand
- 5b
- Längswand
- 5c
- Längswand
- 5d
- Längswand
- 6
- Längswand
- 6a
- Längswand
- 6b
- Längswand
- 6c
- Längswand
- 6d
- Längswand
- 7
- Schweißverbindung
- 7a
- Schweißverbindung
- 8
- Schweißverbindung
- 8a
- Schweißverbindung
- 9
- Doppelsteg
- 9a
- Doppelsteg
- 9b
- Doppelsteg
- 9c
- Doppelsteg
- 9d
- Doppelsteg
- 10
- Frontwand
- 11
- Frontwand
- 12
- Schrägfläche
- 13
- Schrägfläche
- 14
- Zarge
- 15
- Zarge
- 16
- Rückwand
- 16a
- Rückwand
- 17
- Rückwand
- 17a
- Rückwand
- 18
- Frontseite
- 19
- Rückseite
- 20
- Zwickel
- 21
- Zwickel
- 22
- Ausnehmung
- 23
- Verstärkungsbauteil
- K
- Kontaktbereich
- MQE
- Mittelquerebene
- R
- Radius
- s1
- Wanddicke
- s2
- Wanddicke
- s3
- Wanddicke
- s4
- Wanddicke
- X
- Kraftfahrzeuglängsrichtung
- Y
- Kraftfahrzeuglängsrichtung
- Z
- Kraftfahrzeuglängsrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6349521 B1 [0004]
- EP 1378402 B1 [0005]
- DE 10252835 A1 [0006]
