DE102011053158A1

DE102011053158A1 - Stoßfängersystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011053158A1
Application number: DE102011053158A
Authority: DE
Inventors: Franz Ulrich Brockhoff; Stefan Grottke; Stefan Schmitz; Holger Diersmann
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: DE102011053158B4; US20130234456A1; US8733823B2

Abstract

Stoßfängersystem (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen quer zur Fahrtrichtung angeordneten Querträger (4), zwei parallel zur Fahrtrichtung angeordneten Längsträger (2), wobei der Querträger (4) direkt oder mittels eines Koppelelementes (3) mit den Längsträgern (2) verbunden ist, und der Querträger (4) gebildet ist aus zwei Anbindungsabschnitten (6) zum Anbinden an die Längsträger (2) oder an zwei Koppelelemente (3), einem Mittelabschnitt (5) zwischen den Anbindungsabschnitten (6) sowie zwei Endabschnitten (7) die den Querträger (4) zu den Fahrzeugseiten hin abschließen. Im Falle eines Frontalaufpralls mit sehr geringer Überdeckung ist der Querträger (4) dazu vorgesehen, dass ein Endabschnitt (7) einknickt und sich dabei an einem dahinter angeordneten Deformationselement (9) abstützt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stoßfängersystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Energieabbau bei einem Frontalaufprall gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 21.
Üblicherweise werden Fahrzeuge vor ihrer Zulassung durch standardisierte Crashtests geprüft und klassifiziert, um eine Aussage über Aufprallschäden und Wirksamkeit des Insassenschutzes und Passantenschutz zu erlangen. In gewissen Abständen werden die Testszenarien im Auftrag der Versicherer aktualisiert und an neueste Erkenntnisse aus der Unfallforschung und Statistik angepasst. In den USA beispielsweise ereigneten sich nach aktuellen Zahlen ca. 25% aller Frontalunfälle mit einer Überdeckung von weniger als 30%.
Mit dieser Erfindung wird ein Stoßfängersystem vorgeschlagen, welches insbesondere neue Anforderungen der Versicherer (beispielsweise IIHS und NHTSA) für den frontalen Aufprall abdeckt. Diese neuen Anforderungen werden mindestens in zwei neuen Testszenarien abgebildet und geprüft, bei welchen ein Fahrzeug zum einen auf ein Hindernis, insbesondere auf eine pfahlförmige Barriere, und zum anderen bei hoher Geschwindigkeit auf ein anderes Fahrzeug, jeweils mit sehr geringer Überdeckung aufprallt.
Im Rahmen der Erfindung ist unter Frontalaufprall mit sehr geringer Überdeckung ein Zusammenstoß eines Fahrzeugs mit einem anderen Fahrzeug bzw. einer Barriere zu verstehen, bei der eine Überdeckung (Überschneidungsbereich) bezogen auf die Breite des zu untersuchenden Fahrzeuges von kleiner gleich 25% bzw. die Barrierebreite 10 bis 25 cm, insbesondere 15 cm beträgt. Hohe Geschwindigkeit bedeutet in Rahmen der Erfindung eine Relativgeschwindigkeit von mindestens 64 km/h zwischen Fahrzeugproband und Barriere.
Der Anmelderin sind bisher keine Lösungen zur Anpassung von Stoßfängersystemen an Testszenarien eines Frontalaufpralls mit sehr geringer Überdeckung bekannt. Daher werden kurz Lösungen für bereits bestehende Testszenarien mit einfacher Überdeckung von ca. 40%, dem so genannten Offset-Crash, beschrieben.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 21 21 501 beschreibt eine Stoßstange, die an ihren Enden über eine diagonal gerichtete Verstärkungsstange mit dem Längsträger des Fahrzeugs verbunden ist. Dadurch soll gerade der Endabschnitt gestärkt werden.
Die DE 10 2007 017 857 beschreibt eine Stoßfängeranordnung, die einen Stoßfängerquerträger umfasst, welcher einen Mittenabschnitt, zwei Anbindungsabschnitte zur Kopplung mit den Fahrzeuglängsträgern und daran anschließende nach außen gerichtete Endabschnitte besitzt, wobei die Endabschnitte in Richtung der Fahrgastzelle gekrümmt ausgebildet sind. Die Kontur der Endabschnitte soll dabei ein ungehindertes Abgleiten im Falle eines Offset-Frontalaufpralls auf eine Barriere mit geringer Überdeckung bei geringer Geschwindigkeit, dem so genannten Danner-Unfall ermöglichen.
Die JP 2006/175988 A beschreibt eine Frontstruktur eines Fahrzeuges, wobei für die Optimierung des Deformationsverhaltens bei einem Offset-Frontalauprall der Stoßfängerquerträger derart ausgestaltet ist, dass er über ein Abstützelement in seinem Endabschnitt mit dem Längsträger bzw. einem Koppelelement verbunden ist. Das Abstützelement ist dabei vorzugsweise aus einem Kunststoff hergestellt, und dient zum Abbau von Energie im Falle eines Aufpralls mit geringer Geschwindigkeit bzw. eines Fußgängeraufpralls ohne Folgeschäden an dahinter liegenden Karosseriebauteilen. Insbesondere soll die Notwendigkeit von aufwändigen Reparaturen im kompletten Frontbereich eines Fahrzeuges bei derartigen Testszenarien dadurch reduziert werden, dass die Aufprallenergie durch Pufferelemente wie Crashbox und das zusätzliche Abstützelement abgefangen werden und nicht auf weitere Karosseriestrukturen übergehen. Diese konstruktive Maßnahme geht aber mit einem nicht unerheblichen Mehraufwand an Material und damit und Gewicht einher.
Nachteilig bei allen genannten Stoßfängersystemen ist, dass diese nicht für eine ausreichende Energieabsorption im Falle eines Frontalaufpralls bei hoher Geschwindigkeit geeignet sind.
Aufgabe der Erfindung ist ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik die Schaffung eines Stoßfängersystems, welches auch im Falle eines Frontalaufpralls auf eine Barriere mit sehr geringer Überdeckung insbesondere mit hoher Geschwindigkeit sowohl ein unzulässig tiefes Eindringen einer pfahlförmigen Barriere in den Fahrzeuginnenraum als auch ein gegenseitiges Verkeilen zweier Fahrzeuge insbesondere in Bereich der Vorderradkästen bzw. der Felgen verhindert. Zudem soll ein derartiges Stoßfängersystem aber die Forderung des Fahrzeugleichtbaus weiter erfüllen.
Aufgabe der Erfindung ist des Weiteren ein Verfahren zum Energieabbau aufzuzeigen, welches bei einem Frontalaufprall mit sehr geringer Überdeckung den Insassenschutz und damit die Verkehrssicherheit verbessert.
Der gegenständliche Teil der Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Stoßfängersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Merkmale der Unteransprüche ergeben vorteilhafte Ausführungsformen.
Das Stoßfängersystem besteht aus einem Stoßfängerquerträger, gebildet aus zwei Anbindungsabschnitten zum Anbinden an die Längsträger bzw. an zwei Koppelelemente, einem Mittelabschnitt zwischen den Anbindungsabschnitten sowie zwei Endabschnitten die den Querträger zu den Fahrzeugseiten hin abschließen. Der Stoßfängerquerträger weist außerdem jeweils mindestens ein zusätzliches Deformationselement auf, welches vorzugsweise aus einem duktilen, deformierbaren Material besteht und zwischen Radumfang und Endabschnitt des Stoßfängerquerträgers angeordnet ist.
Dabei dient das Deformationselement bei einem Aufprall auf ein gegnerisches Fahrzeug oder Hindernis mit sehr geringer Überdeckung dazu, den einknickenden Endabschnitt des Stoßfängerquerträgers derart abzustützen, dass das Abgleiten des Fahrzeugs vom Hindernis nach außen erfolgt.
Zudem wird bei einem Frontalaufprall auf eine pfahlförmige Barriere eine Intrusion in den Motorraum verhindert, und der Radumfang bzw. die Felge können als zusätzlicher Lastpfad zum Fahrzeugschweller dienen. Im Zuge des Aufpralls kann das Fahrzeug vorteilhaft um die Pfahlbarriere herum eine Drehbewegung ausführen, die je nach Aufprallgeschwindigkeit und Fahrzeuggewicht unterschiedlich stark ausfallen kann.
Das Deformationselement ist idealer Weise derart gestaltet, dass es auf seiner Innenwand flächig am Längsträger des Fahrzeuges anliegt, mit seiner hinteren Querwand zum Radumfang gleichmäßig beabstandet ist sowie mit seiner vorderen Querwand am Endabschnitt des Stoßfängerquerträgers flächig anliegt. Alternativ kann auch vorgesehen werden, dass das Deformationselement flächig am Radumfang anliegt. Der Abstand zwischen hinterer Querwand des Deformationselements und Radumfang ergibt einen zusätzlichen Deformationsraum, welcher besonders bei leichten Fahrzeugen einen weiteren Gewichtsvorteil erbringt.
Im Falle des Aufpralls auf eine pfahlförmige Barriere knickt der Endabschnitt des Stoßfängerquerträgers in Richtung Radumfang ein, und staucht zunächst das Deformationselement zusammen, so dass sich eine im Wesentlichen keilförmige Struktur des Deformationselementes und des Endabschnittes des Querträgers ausbildet. Nach Deformationsende weist die vordere Querwand des Deformationselementes eine konkave, geradlinige oder konvexe Form abhängig vom verwendeten Material und der Geometrie insbesondere der Endabschnitte des Stoßfängerquerträgers auf.
Während des Aufpralls mit sehr geringer Überdeckung auf ein anders Fahrzeug wird der Längsträger auf der vom Hindernis getroffenen Seite deformiert, wodurch zusätzlich ein wesentlicher Teil der Aufprallenergie und Geschwindigkeit abgebaut wird.
Das Deformationselement selbst besteht dabei aus einem duktilen Material, vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere faserverstärkten Kunststoff oder einem Schaumstoff, beispielsweise EPP, oder einem Leichtmetall, beispielsweise Alu-Guss. Bei der Deformation des Längsträgers bleibt das Deformationselement vorzugsweise weiterhin im innigen Kontakt mit dem Längsträger. Dieser Kontakt kann durch eine partielle oder durchgehend flächige Klebeverbindung und/oder durch einen Formschluss erfolgen und wird durch die duktilen Eigenschaften begünstigt bzw. überhaupt erst ermöglicht.
Besonders vorteilhaft ist das Deformationselement aus einer Vielzahl rippenartig oder netzartig angeordneter Wandabschnitte gebildet, die an ihren wenigsten einem Ende mit einer gemeinsamen Grundplatte verbunden sind, so dass die Wandabschnitte Vorteilhafterweise parallel zur Richtung der über den Querträger eingebrachten Last angeordnet sind und eine Reihe zusätzlicher Lastpfade bilden.
Bei einem Frontaufprall mit sehr geringer Überdeckung auf eine pfahlförmige Barriere erfolgt dabei zunächst der Energieabbau nur durch Deformation des Stoßfängerquerträgers, insbesondere durch Faltenbildung im Bereich seiner horizontalen Wände in der Aufprallzone. Anschließend erfolgt der Energieabbau durch Einknicken des Endabschnittes des Stoßfängerquerträgers in Richtung Deformationselement, und die darauf folgende Deformation des Deformationselements in Richtung Fahrzeuglängsträger und/oder Radumfang unter Beibehaltung des Abstandes der hinteren Querwand des Deformationselementes zum Radumfang. Vorteilhafterweise wirken die oben beschriebene Wandanordnung als zusätzliche Lastpfade innerhalb des Deformationselementes besonders energieverzehrend, wenn sie nacheinander zusammenfalten. Anschließend kann der Energieabbau durch Deformation des Deformationselements in Richtung Fahrzeuglängsträger unter Verringerung des Abstandes der hinteren Querwand des Deformationselementes zum Radumfang erfolgen. Ein noch verbleibender Rest der Aufprallenergie wird zuletzt dadurch vollständig abgebaut, dass der Radumfang bzw. die Felge einen zusätzlichen Lastpfad zum Fahrzeugschweller bildet und dieser sich verformt.
In einer besonders vorteilhaften Weiterführung der Erfindung wird das Deformationselement von einem Gurtelement wenigstens teilweise umschlossen, wobei das Gurtelement am Längsträger bzw. einer Flanschplatte sowie an einem Koppelelement am vordersten Teil des Längsträger festgelegt, insbesondere gefügt ist. Das Gurtelement wirkt im Falle eines Frontalaufpralls mit geringer Überdeckung der Deformation des Deformationselementes in Richtung Fahrzeuginnenraum entgegen. Alternativ kann das Gurtelement auch beispielsweise über Winkelstücke mit einem Verbindungsmittel angebunden werden. Am bevorzugsten ist das Deformationselement bis auf den Kontaktbereich zur Seitenwand des Längsträgers und/oder des Koppelelementes vollständig vom Gurtelement umschlossen Das Gurtelement umschließt das Deformationselement und hält es auch dann noch zusammen, wenn die Struktur des Deformationselementes bereits stark deformiert ist und entsprechend Energie aufgenommen hat.
Das das Deformationselement umfassende Gurtelement bildet beim Aufprall und der anschließenden Verformung mit dem Deformationselement eine Struktur, die die Karosserie vom Hindernis seitlich ablenkt. Insbesondere bei Deformationselementen aus weniger duktilen Material, wie einigen Kunststoffen, wird mit dem das Deformationselement umfassenden Gurtelement zudem erreicht, dass sich eventuell bildende Absplitterungen oder Bruchstücke nicht lösen sondern dicht zusammengepresst bleiben und die abgleitende und/oder intrusionshemmende Wirkung weiter entfalten.
Ein zweiter Gurt kann Vorteilhafterweise das Deformationselement zusätzlich mit dem Endabschnitt des Stoßfängerquerträgers verbinden.
Das Gurtelement selbst besteht dabei aus einem reißfesten aber duktilen Material, wie Stahlband, Stahldrahtverbund oder natürlichen oder künstlichen Textilfasern, insbesondere Hanf oder faserverstärktes Polyester. Dabei wirkt das Gurtelement im gespannten Zustand formbegrenzend für das Deformationselement, welches sich bei einem Aufprall eng an den Radkasten auf der einen Seite und an den Längsträger auf der Außenseite anlegt, und somit den abknickenden Stoßfängerquerträger abstürzt. Es hat sich als Nützlich erwiesen, dass das Gurtelement in einem vorgespannten Zustand installiert wird, so dass seine den Umfang des Deformationselementes stabilisierende Wirkung bereits am Anfang der Deformation des Deformationselementes entfaltet.
Im Rahmen der Erfindung können verschiedenste Arten von Stoßfängerquerträgern zum Einsatz gelangen. Wesentlich dabei ist aber, dass der Stoßfängerquerträger über Anbindungsabschnitte zu den Koppelelementen bzw. zu den Längsträgern hinaustragende Endabschnitte aufweist. So kann der Stoßfängerquerträger durch Rollformen, Strangpressen oder Pressformen bzw. Warmformen und Presshärten hergestellt werden. Auch die geometrische Ausgestaltung des Querträgers ist vieler Gestalt möglich.
So ist der Querträger nach dem Pressformen bzw. Warmformen und Presshärten bevorzugt im Querschnitt hut- und/oder U-förmig gestaltet, wobei sich in Richtung Fahrgastzelle oder in Richtung Fahrzeugfront ein Schließblech anschließen kann.
Bevorzugt weist der Stoßfängerquerträger wenigstens abschnittsweise eine Krümmung auf, besonders bevorzugt durchgehend über seine gesamte Längserstreckung. Weiterhin sind variable Höhenverläufe und eine variabel am Bauraum und die Belastungssituation angepasste Querträgerbreite möglich. Auch eine in Fahrquerrichtung in unterschiedlicher Höhe verlaufende Querträgerlängsachse ist möglich.
Bezüglich der eingesetzten Querträgermaterialien sind die üblichen Werkstoffe und Werkstoffkombinationen möglich, so zum Beispiel Bor-Mangan-Stähle, TRIP-, Mehrphasenstähle oder aber Aluminiumlegierungen, insbesondere Aluminium-Zink-Knetlegierungen.
Im Falle der Verwendung von Leichtbauwerkstoff wie Aluminium ist der Querträger Vorteilhafterweise aus einem Extrusionsprofil hergestellt und umfasst eine erste Hohlkammer, eine zweite Hohlkammer und eine die Hohlkammern wenigstens Abschnittsweise verbindende Zwischenwand, welche im Wesentlichen parallel zur Fahrbahnebene ausgerichtet ist.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Abbau der Aufprallenergie bei einem Fahrzeug-Frontalaufprall mit sehr geringer Überdeckung.
Das Verfahren des Energieabbaus zeichnet sich zumindest durch folgende Schritte aus.
Ein Teil der Energie wird direkt durch die Deformation des Stoßfängerquerträgers insbesondere durch Faltenbildung im Bereich seiner horizontalen Wände in einer Aufprallzone absorbiert.
Ein weiterer kleiner Teil der Energie wird durch das Einknicken des Endabschnittes des Stoßfängerquerträgers in Richtung eines Deformationselementes erreicht. Zudem wird durch das Einknicken des Querträgers die Kraftübertragung auf ein dahinter befindliches Deformationselement ermöglicht.
Weiterhin wird ein Teil der Energie durch Deformation des Deformationselements in Richtung Fahrzeuglängsträger und/oder in Richtung Radumfang zunächst unter Beibehaltung des eines Abstandes zwischen der hinteren Querwand des Deformationselementes und einem Radumfang abgebaut.
Anschließend erfolgt der Energieabbau durch Deformation des Deformationselements in Richtung Radumfang unter Verringerung des Abstandes der hinteren Querwand des Deformationselementes zum Radumfang
Bevorzugt kann durch den Einsatz wenigstens eines Gurtelementes zusätzliche Energie absorbiert werden. Dieser zusätzliche Energieabbau erfolgt durch Dehnung des wenigstens einen zusätzlichen Gurtelementes.
Besonders bevorzugt wird ein weiter Energieabbau durch Übertragung der noch verbleibenden Aufprallenergie vom Deformationselement über den Radumfang bzw. über die Felge in den Fahrzeugschweller erreicht. Dies kann insbesondere dann wichtig sein, wenn in der Verkehrspraxis über die beschriebenen Prüfszenarien hinausgehende Anforderungen erfüllt werden müssen.
Die wesentlichen Aspekte der Erfindung sowie die der Erfindung zugrundeliegenden Testszenarien eines Frontalaufpralls mit sehr geringer Überdeckung werden im Folgenden anhand von Figuren näher beschrieben. In den Figuren werden gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen, auch wenn eine wiederholende Beschreibung der besseren Lesbarkeit wegen entfällt. Die durch die Figurenbeschreibungen offenbarte Lösung stellt keinesfalls eine Einschränkung auf selbige sondern nur eine vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung dar.
1: Schema zweier Fahrzeuge vor einem Frontaufprall mit sehr geringer Überdeckung
2: Schema zweier Fahrzeuge aus dem Stand der Technik nach einem Frontaufprall mit sehr geringer Überdeckung
3: Schema zweier Fahrzeuge nach einem Frontaufprall mit sehr geringer Überdeckung, wobei wenigstens einem mit erfindungsgemäßem Stoßfängersystem ausgestattet ist
4: Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems in einer horizontalen Schnittansicht
5a und 5b: horizontale Schnittansicht auf wesentliche Teile des Stoßfängersystems vor und nach dem Frontalaufprall zweier Fahrzeuge
6a und 6b: Schema eines Fahrzeugs vor einem Frontaufprall auf eine pfahlförmige Barriere mit sehr geringer Überdeckung
7a und 7b: horizontale Schnittansicht auf wesentliche Teile des Stoßfängersystems vor und nach dem Frontalaufprall auf pfahlförmige Barriere
8a bis 8d: Ausführungsvarianten der Deformationselemente schematisch in einer horizontalen Schnittansicht
1 zeigt schematisch zwei Fahrzeuge kurz vor dem Frontalaufprall mit sehr geringer Überdeckung. Die Außenkontur K des Fahrzeuges ist unbeschädigt und die vorderen Radumfänge 11 sind in Fahrzeugquerrichtung deckungsgleich. Die Fahrgastzelle 13 wird angedeutet und stellt den Bereich des Fahrzeugs dar, welcher weder direkt durch eine Barriere, insbesondere einen Pfahl penetriert werden darf, noch indirekt von Rädern oder Bauteilen aus dem Motorraum.
2 stellt eine schematische Ansicht auf zwei Frontal zusammengestoßene Fahrzeuge direkt nach dem Unfall dar, bei denen beide Fahrzeuge ohne erfindungsgemäßem Stoßfängersystem ausgestattet sind (Stand der Technik). Zu erkennen ist, dass beide Fahrzeuge nach dem Aufprall ineinander verkeilt bleiben, hier angedeutet durch eine gestrichelte Linierung des Kontaktbereiches 14 beider Fahrzeuge. Zudem erkennbar ist, dass die Vorderräder der Aufprallseite nach hinten in Richtung Fahrgastzelle um einen Abstand V versetzt wurden, so dass keine Deckungsgleichheit zwischen den Vorderrädern mehr gegeben ist. Dies stellt einen Wesentlichen Nachteil bisheriger Stoßfängersystem bei einem solchen Testszenario dar, weil dadurch der Fußraum und damit die Unversehrtheit der Passagiere negativ beeinflusst werden.
3 stellt eine schematische Ansicht auf zwei Frontal zusammengestoßene Fahrzeuge direkt nach dem Unfall dar, bei denen wenigstens eines der Fahrzeuge mit erfindungsgemäßem Stoßfängersystem ausgestattet ist. Zu erkennen ist eine keilförmig ausgebildete Fahrzeugseite 15, wobei die angedeutete Abschrägung der Außenkontur in etwa der Position des Endabschnittes des Stoßfängerquerträgers nach dem Aufprall entspricht. Die Vorderräder des verunfallten Fahrzeuges sind unverändert deckungsgleich zueinander, und es findet kein Verkeilen der Felgen statt. Insgesamt ergibt sich durch die gezielte Deformation eine verjüngte Gestaltung zur Fahrzeugvorderseite hin und somit die gewünschte Abgleitwirkung.
4 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1 im Ausschnitt. Zu erkennen ist ein Fahrzeuglängsträger 2 und ein daran anschließendes Koppelelement 3, welches einen Stoßfängerquerträger 4 mit dem Längsträger 2 verbindet. Der Stoßfängerquerträger 4 weist einen Endabschnitt 7 auf, der über das Koppelelement 3 zur Fahrzeugseite hin übersteht und in Richtung Fahrzeug gekrümmt bzw. gebogen ist. Zwischen den Koppelelementen 3 (das zweite Koppelelement ist nicht dargestellt) verläuft der Mittelabschnitt 5 des Querträgers 4. Zwischen Längsträger 2 bzw. Koppelelement 3 und Querträger 4 ist ein Deformationselement 9 angeordnet, wobei ein zusätzliches Gurtelement 10 an seinem ersten Ende stirnseitig am Längsträger 2 des Fahrzeugs festgelegt ist, und an seinem zweiten Ende am vorderen Ende des Koppelelementes 3 festgelegt ist, wobei die vordere Querwand DV und hintere Querwand DH des Deformationselementes 9 im Wesentlichen vollumfänglich umschlossen werden. Ein zweites Gurtelement 12 ist am Endabschnitt 7 des Stoßfängerquerträgers 4 und außen an der hinteren Querwand DH des Deformationselementes 9 angebunden. Weiter ist das Deformationselement 9 vom Radumfang 11 gleichmäßig mit dem Abstand A beabstandet.
Das Deformationselement 9 liegt mit seiner Innenwand DI im Wesentlichen flächig an Längsträger 2 und Koppelelement 3 des Fahrzeuges an, während es mit seiner hinteren Querwand DH zum Radkasten gleichmäßig beabstandet angeordnet ist und mit seiner vorderen Querwand DV am Endabschnitt des Stoßfängerquerträgers wenigstens teilweise flächig anliegt. Im Falle eines Aufpralls mit sehr geringer Überdeckung wird eine geringfügige Deformation in Richtung Vorderrad durch den Abstand A des Deformationselements 9 zur hinteren Querwand DH ermöglicht, ohne dass der Radumfang 11 an sich berührt wird.
5a bis 5b stellen den Deformationsverlauf des Deformationselementes 9 beim Aufprall auf ein anderes Fahrzeug mit sehr geringer Überdeckung dar. In 5a sind die Ausgangssituation (ungestrichelt) und die Situation nach dem Aufprall (gestrichelt/schraffiert) übereinander gelegt. Zudem ist die Barriere B sinnbildlich für das gegnerische Fahrzeug gepunktet angedeutet. In der Aufprallzone O, welche etwa der Überdeckungsbreite entspricht, findet der wesentliche Teil der Verformung und des damit verbundenen Energieabbaus statt. Zu erkennen ist, dass nur ein Endabschnitt und ein Anbindungsabschnitt des Stoßfängerquerträgers, der Längsträger sowie das Deformationselement und die Gurtelemente daran beteiligt sind, wobei letztere zu der erfindungsgemäße Abgleitwirkung von der Barriere beitragen.
In 4 ist zudem die innere Struktur des Deformationselementes 9 erkennbar, welche hier rippenförmig bzw. gitterförmig ausgebildet ist.
In 5b sind lediglich das Deformationselement 9 und die zusammengefalteten Fahrzeuglängsträger 2 und Koppelelement 3 nach dem Aufprall dargestellt. Nach Deformationsende weist die vordere Querwand DV' des Deformationselementes 9 eine plane, keilförmige oder konvexe Form abhängig vom verwendeten Material und der Ausgangsgeometrie, insbesondere Krümmung des Endabschnittes 7 des Stoßfängerquerträgers auf. In jedem Fall wird dadurch im Zusammenwirken mit dem eingeknickten Stoßfängerquerträger eine Intrusion des generischen Fahrzeuges in den Motorraum bzw. ein Verkeilen innerhalb der Felgen bzw. Radumfanges 11 verhindert. Zudem ist erkennbar, wie das Deformationselement 2 an seiner Innenwand DI' der aufgrund des Aufpralls hervorgerufenen Faltung des Längsträgers 2 nachfolgt. Dieses Nachfolgen ist stark abhängig vom eingesetzten Material und kann zwischen vollständig bis minimal variieren, wobei ein minimales Nachfolgen der Faltung des Längsträgers sich in stark schwankenden Abständen, die bis zu mehrere Zentimeter betragen können, und insbesondere in prismenförmigen Hohlräumen äußert.
6a und 6b zeigen schematisch ein Testszenario für einen Frontalaufprall mit sehr geringer Überdeckung, wobei das Fahrzeug auf eine prahlförmige Barriere mit hoher Geschwindigkeit auftrifft. Der Pfahl ist dabei zwischen 15 und 25 mm breit und repräsentiert insbesondere einen Baum. In 6b wird ein Fahrzeug in einer Seitenansicht vor dem Aufprall dargestellt, wobei der Fahrzeugschweller 18 an der Unterkante der Fahrzeugkarosserie zwischen den zwei Radumfängen 11 bzw. Felgen 11a positioniert ist, und im Falle dieses Testszenarios über Radumfang bzw. Felge als zusätzlicher Lastpfad zur Energieabsorption beiträgt. Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind in der Darstellung sowohl Deformationselement als auch Gurtelement nicht gezeigt.
7a bis 7b schließlich veranschaulichen den Deformationsverlauf des Deformationselementes speziell beim Aufprall auf eine pfahlförmige Barriere P.
In 7a sind die Ausgangssituation (ungestrichelt) und die Situation nach dem Aufprall (gestrichelt/schraffiert) übereinander gelegt. Zudem ist die Pfahlbarriere P gepunktet angedeutet. Zwischen Längsträger und Querträger bzw. zwischen dem Koppelelement 3 und dem Längsträger befindet sich eine Flanschplatte 17, die der Befestigung beider Bauteile untereinander und auch zur Kopplung mit der Innenwand DI des Deformationselementes 9, insbesondere durch Formschluss, dient.
In 7b wird nur das Deformationselement nach dem Aufprall dargestellt. Nach Deformationsende weist die vordere Querwand des Deformationselementes DV' eine konkave, geradlinige oder konvexe Form, abhängig vom verwendeten Material und der Geometrie des Endabschnittes des Stoßfängerquerträgers, auf. In jedem Fall wird dadurch die pfahlförmige Barriere an einer weiteren Intrusion in den Motorraum hinein gehindert. Dies geschieht durch die hohe Energieaufnahmefähigkeit des Deformationselementes 9 an sich in Kombination mit der zusätzlich stabilisierenden Wirkung des insbesondere vorgespannten Gurtelementes 10, welches das Deformationselement 9 umfasst, aber auch durch den über den Radumfang bzw. die Felge entstehenden Lastpfad zum Fahrzeugschweller 18. Zudem ist erkennbar, dass durch den Aufprall mit sehr geringer Überdeckung auf die pfahlförmige Barriere P der Längsträger 2 im Wesentlichen nicht zusammengefaltet wird, was dazu führt, dass die Energie wesentlich durch den Endabschnitt 7 des Stoßfängerquerträgers 1, insbesondere durch dessen Horizontalwände 16, durch Deformationselement 9 und die Gurtelemente 10 und 12 abgebaut wird. Eine verbleibende Restenergie wird über den zusätzlichen Lastpfad Deformationselement 9, Radumfang 11 bzw. Felge 11a und Fahrzeugschweller verzehrt.
8a bis 8d schließlich zeigen verschiedene Ausführungsvarianten für das Deformationselement 9. Dabei weist in 8a das Material das Deformationselement 9 in seinem Inneren eine wellenförmige Struktur auf, wo hingegen in 8b eine Wabenstruktur erkennbar ist. Beide Varianten lassen sich beispielsweise direkt als Spritzgussteil oder aus einem Sandwichpanelzuschnitt herstellen.
8c zeigt ein Deformationselement 9 aus einem geschäumten Kunststoffmaterial, wobei als weiteres Unterschiedsmerkmal zu 8a und 8b der Abstand A zwischen Radumfang und hinterer Querwand DH einen stetig zur Fahrzeugaußenkontur hin ansteigenden Verlauf aufweist.
Dagegen verläuft der Abstand A in 8d genau entgegengesetzt dazu. Außerdem weist das Deformationselement 9 im Innern in dieser Ausführungsform eine rillenartige Struktur auf, wobei die Rillenwände im Wesentlichen parallel zur Lasteinleitungsrichtung und/oder senkrecht zu Längsausdehnung der Endabschnitte 7 des Stoßfängerquerträgers 4 angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Stoßfängerquersystem
2: Fahrzeuglängsträger
3: Koppelelement
4: Stoßfängerquerträger
5: Mittelabschnitt
6: Anbindungsabschnitt
7: Endabschnitt
8: Verbindungsmittel
9: Deformationselement
10: Gurtelement
11: Radumfang mit Felge 11a
12: Gurtelement
13: Fahrgastzelle
14: Kontaktbereich
15: Keilförmig ausgebildete Fahrzeugseite
16: Horizontale Wand von 4
17: Flanschplatte
18: Fahrzeugschweller
19: Innenwand von 9
A: Abstand
B: Barriere
O: Aufprallzone/Überdeckung
P: Pfahlbarriere
DI: Innenwand von 9 vor bzw. nach dem Aufprall
DI': Innenwand von 9 vor bzw. nach dem Aufprall
DH: hintere Querwand von 8 vor bzw. nach dem Aufprall
DH': hintere Querwand von 8 vor bzw. nach dem Aufprall
DV: vorderer Querwand von 8 vor bzw. nach dem Aufprall
DV': vorderer Querwand von 8 vor bzw. nach dem Aufprall
K: Fahrzeugaußenkontur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2121501 A [0007]
DE 102007017857 [0008]
JP 2006/175988 A [0009]

Claims

Stoßfängersystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen quer zur Fahrtrichtung angeordneten Querträger (4), zwei parallel zur Fahrtrichtung angeordnete Längsträger (2), wobei der Querträger (4) direkt oder mittels eines Koppelelementes (3) mit den Längsträgern (2) verbunden ist, und der Querträger (4) aufweist zwei Anbindungsabschnitte (6) zum Anbinden an die Längsträger (2) oder an zwei Koppelelemente (3), einen Mittelabschnitt (5) zwischen den Anbindungsabschnitten (6) sowie zwei Endabschnitten (7) die den Querträger (4) zu den Fahrzeugseiten hin abschließen, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (4) dazu vorgesehen ist, im Falle eines Frontalaufpralls mit sehr geringer Überdeckung mit einem Endabschnitt (7) einzuknicken, wobei dieser sich dabei an einem dahinter angeordneten Deformationselement (9) abstützt.
Stoßfängersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (9) umfasst eine flächig am Längsträger (2) des Fahrzeuges anliegende Innenwand (DI, DI'), eine hintere Querwand (DH, DH') die von einem Radumfang (11) mit einem Abstand (A) beabstandet angeordnet ist, und eine am Endabschnitt (7) wenigstens teilweise flächig anliegende, vordere Querwand (DV, DV').
Stoßfängersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Querwand (DH) zum Radumfang (11) einen im Wesentlichen konstanten Abstand (A) aufweist.
Stoßfängersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Querwand (DH) zum Radumfang (11) einen konkaven Verlauf aufweist.
Stoßfängersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) des Deformationselements (9) zum Radumfang (11) 10 bis 50 mm, bevorzugt, 20 bis 30 mm beträgt.
Stoßfängersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindung des Deformationselementes (9) an den Längsträger (2) bzw. an eine zwischen Stoßfängerquerträger und Längsträger befindliche Flanschplatte (17) durch Stoff-, Form-, Kraftschluss oder eine Kombination daraus erfolgt.
Stoßfängersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (9) aus einem Material besteht, welches eine Rippen-, Waben-, Wellen-, Rillen-, oder Gitterstruktur aufweist.
Stoßfängersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (9) aus einem Kunststoff oder Leichtmetall, insbesondere einen faserverstärkten Kunststoff, Schaum oder Aluminiumguss besteht.
Stoßfängersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (9) mit seiner Innenwand (DI, DI') flächig an der Stirnseite des Längsträgers (2) anliegt und mit diesem stoffschlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig verbunden ist.
Stoßfängersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (9) umfangseitig wenigstens teilweise von mindestens einem Gurtelement (10) abgestützt ist.
Stoßfängersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gurtelement (10) aus einem elastischen und rissfesten Material besteht, vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff, besonders bevorzugt metallfaserverstärktes Polyester.
Stoßfängersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gurtelement (10) an seinem ersten Ende stirnseitig am Längsträger (2) des Fahrzeugs festlegbar ist, und sein zweiten Ende derart befestigt ist, dass die hintere Querwand (DH, DH') des Deformationselementes und wenigstens ein Teil der vorderen Querwand (DV, DV') des Deformationselementes formschlüssig umschlossen sind
Stoßfängersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gurtelement (10) an seinem ersten Ende stirnseitig am Längsträger (2) des Fahrzeugs festgelegt ist, und an seinem zweiten Ende am vorderen Ende des Längsträgers (2) oder des Koppelelementes (3) festgelegt ist, wobei die vordere und hintere Querwand (DH, DH') des Deformationselementes (9) im Wesentlichen vollumfänglich umschlossen sind.
Stoßfängersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres Gurtelement (12) an seinem ersten Ende an die hintere Querwand (DH) des Deformationselementes (9) und an seinem zweiten Ende am Endabschnitt (7) des Stoßfängerquerträgers (4) gekoppelt ist, wobei die vordere und hintere Querwand (DV, DH, DV', DH') des Deformationselementes (9) wenigstens teilweise umschlossen sind.
Stoßfängersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gurtelement (10) vorgespannt mit dem Koppelelement (3) und/oder dem Deformationselement (9) und/oder dem Fahrzeuglängsträger (2) und/oder dem Stoßfängerquerträger (4) festgelegt ist.
Stoßfängersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßfängerquerträger (4) eine im Querschnitt hut- und/oder U-förmige Gestalt aufweist und durch Pressformen, insbesondere Warmformen hergestellt ist.
Stoßfängersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßfängerquerträger (4) eine im Querschnitt B-förmige Gestalt aufweist und rollgeformt ist.
Stoßfängersystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßfängerquerträger (4) aus einem Extrusionsprofil hergestellt ist und eine erste Hohlkammer sowie eine zweite Hohlkammer umfasst, wobei eine die beiden Hohlkammern wenigstens Abschnittsweise verbindende Zwischenwand parallel zur Fahrbahnebene ausgebildet ist.
Stoßfängersystem nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Endabschnitten (7) des Stoßfängerquerträgers (4) in Richtung Fahrgastzelle (13) gekrümmt oder abgebogen ausgebildet sind.
Verfahren zum Energieabbau bei Frontalaufprall eines Kraftfahrzeugs mit einem Hindernis mit sehr geringer Überdeckung, mittels einem Stoßfängersystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch folgende Schritte: 1. Energieabbau durch Deformation des Stoßfängerquerträgers (4) insbesondere durch Faltenbildung im Bereich seiner horizontalen Wände (16) in einer Aufprallzone (O); 2. Energieabbau durch Einknicken des Endabschnittes (7) des Stoßfängerquerträgers (4) in Richtung eines Deformationselementes (9); 3. Energieabbau durch Deformation des Deformationselements (9) in Richtung Fahrzeuglängsträger (2) und/oder Radumfang (11) unter Beibehaltung des Abstandes (A) der hinteren Querwand (DH) des Deformationselementes zum Radumfang (11); 4. Energieabbau durch Deformation des Deformationselements (9) in Richtung Fahrzeuglängsträger (2) unter Verringerung des Abstandes (A) der hinteren Querwand des Deformationselementes zum Radumfang (11).
Verfahren zum Energieabbau nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Energieabbau durch Dehnung wenigstens eines zusätzlichen Gurtelementes (10).
Verfahren zum Energieabbau nach Anspruch 20 oder 21, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Energieabbau durch Übertragung der verbleibenden Aufprallenergie vom Deformationselement (9) über den Radumfang (11) bzw. die Felge (11a) in den Fahrzeugschweller (18)