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Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Frontstoßfänger, mit einem hohlen, ein geschlossenes Querschnittprofil aufweisenden Querträger, der mit an Längsträgern des Kraftfahrzeuges befestigten oder befestigbaren stoßabsorbierenden Deformationskörpern (sogenannten Crashboxen) lösbar verbunden oder verbindbar ist.
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Die meisten Auffahrunfälle von Personenkraftwagen ereignen sich bei Geschwindigkeiten unter 20 km/h. Dabei kommt es zu Fahrzeugbeschädigungen im Front- und Heckbereich. In den vergangenen Jahren wurden in der Versicherungsbranche Crashreparaturtests mit dem Ziel entwickelt, die Schäden an Personenkraftwagen bei typischen Auffahrunfällen zu verringern. Die Autoversicherungen nehmen unter anderem auf der Grundlage dieser Tests heutzutage die Typklasseneinstufung für Personenkraftwagen vor. Die Automobilhersteller berücksichtigen diesen Test bei der Entwicklung neuer Automodelle. Eine Minimierung der Fahrzeugbeschädigungen bei Auffahrunfällen setzt allerdings voraus, dass die Stoßfänger der am Auffahrunfall beteiligten Fahrzeuge geometrisch kompatibel sind. Denn sind die Querträger der Stoßfänger relativ schmal ausgebildet und in unterschiedlichen Höhen angeordnet, so führt dies im Ergebnis dazu, dass sich die Stoßfänger nicht treffen und in die weichen Strukturen des anderen Fahrzeuges abrutschen bzw. eindringen können. Die Reparaturkosten können in diesen Fällen erheblich höher sein als bei Fahrzeugen, deren Stoßfänger sich treffen und die Aufprallenergie wie vorgesehen absorbieren.
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Aber selbst wenn sich die Stoßfänger treffen, ist es für eine Minimierung der Fahrzeugbeschädigungen zudem wichtig, dass die aufprallbedingte Rückverlagerung (Deformierung) des Querträgers des Stoßfängers ein gewisses Maß, beispielsweise 100 mm nicht überschreitet, da andernfalls das Motoraggregat, Kühler und weitere Bauteile beschädigt werden. Bisher sind herkömmliche Kraftfahrzeug-Stoßfänger in der Regel nicht auf diese Anforderung ausgelegt.
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Eine weitere Anforderung bei der Entwicklung neuer Kraftfahrzeuge ist die Minimierung des Fahrzeuggewichts, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Aus diesem Grunde werden in vielen Kraftfahrzeugen Stoßfänger aus Aluminium eingebaut. Diese Stoßfänger weisen zwar ein relativ geringes Gewicht auf, haben jedoch den Nachteil relativ hoher Materialkosten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, dessen Querträger einen relativ hohen Deformationswiderstand bietet, so dass im Falle eines Auffahrunfalls bei Geschwindigkeiten kleiner 20 km/h eine gezielte begrenzte Rückverlagerung des Querträgers erzielt und ein Unter- bzw. Überfahren des Stoßfängers durch den Stoßfänger des Kollisionspartners weitestgehend ausgeschlossen wird. Zugleich soll sich der Stoßfänger durch ein relativ geringes Gewicht auszeichnen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Stoßfänger mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Der erfindungsgemäße Stoßfänger ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Querträger mindestens eine als geschlossenes Hohlprofil ausgebildete stangenförmige Verstärkung integriert ist, die mindestens in der oberen Hälfte des Querträgers angeordnet ist und sich längs des Querträgers mindestens bis zu den stoßabsorbierenden Deformationskörpern erstreckt.
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Aufgrund der im Querträger integrierten stangenförmigen Verstärkung besitzt der erfindungsgemäße Stoßfänger einen erhöhten Deformationswiderstand, der im Falle eines Auffahrunfalls bei Geschwindigkeiten kleiner 20 km/h eine gezielte begrenzte Rückverlagerung des Querträgers bewirkt und ein Unter- bzw. Überfahren des Stoßfängers durch den Stoßfänger des an der Kollision beteiligten Fahrzeuges weitestgehend verhindert. Der erfindungsgemäße Stoßfänger bietet diese verbesserten Aufpralleigenschaften bei relativ geringem Gewicht, wobei sogar eine Minimierung des Gewichts gegenüber herkömmlichen Stoßfängern möglich erscheint.
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Die mindestens eine stangenförmige Verstärkung des erfindungsgemäßen Stoßfängers erstreckt sich vorzugsweise im Querschnitt des Querträgers betrachtet nicht in dessen untere Hälfte. Hierdurch wird das Gewicht des erfindungsgemäßen Stoßfängers reduziert bzw. begrenzt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger und/oder die Verstärkung aus Stahlblech hergestellt sind. Der Werkstoff Stahl findet vorzugsweise aufgrund seiner relativ günstigen Materialkosten und einfachen Bearbeitungs- bzw. Weiterbearbeitungsmöglichkeiten Anwendung. Denn Stahl zeichnet sich insbesondere durch eine gute Kaltumformbarkeit und eine bewährte und kostengünstige Schweißeignung aus. Zudem bietet der Werkstoff Stahl die Möglichkeit, höhere Festigkeiten gegenüber zum Beispiel Aluminium zu realisieren. Denkbar für die Verstärkung sind auch warmvergütbare Stähle, wie beispielsweise Mangan-Bor-Stähle, die als gehärtete Bauteile durchgehend oder lokal unterschiedliche Festigkeiten aufweisen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist dementsprechend vorgesehen, dass der Querträger und/oder die stangenförmige Verstärkung aus hochfestem Stahl, der eine Zugfestigkeit von mindestens 780 MPa aufweist, hergestellt sind. In den gehärteten Bereichen können Zugfestigkeiten von 1400 MPa und mehr eingestellt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger aus mehreren Blechschalen zusammengesetzt ist. Der Querträger kann dabei beispielsweise aus zwei Blechschalen (Halbschalen) zusammengesetzt sein. Diese Ausgestaltung erleichtert das Einführen oder Einlegen der stangenförmigen Verstärkung in den Querträger bzw. in eine seiner Blechschalen während der Herstellung des erfindungsgemäßen Stoßfängers. Nach dem Einführen oder Einlegen der stangenförmigen Verstärkung wird der Querträger durch Anbringen und Verbinden der zweiten bzw. weiteren Blechschalen geschlossen. Des Weiteren bietet diese Ausgestaltung die Möglichkeit, den Querträger aus Blechschalen unterschiedlicher Wanddicke und/oder Materialgüte zusammenzusetzen, wodurch sich eine weitere Gewichtsoptimierung und/oder eine weitere Optimierung des Deformationsverhaltens erzielen lassen.
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Der Querträger und die stangenförmige Verstärkung können auf verschiedene Weise miteinander verbunden sein. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist vorgesehen, dass die stangenförmige Verstärkung und der Querträger formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Diese Ausgestaltung lässt gegebenenfalls eine Relativbewegung der stangenförmigen Verstärkung gegenüber dem Querträger zu, was beispielsweise bei Herstellung des Querträgers und der stangenförmigen Verstärkung aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zweckmäßig sein kann.
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Zusätzlich oder alternativ können die stangenförmige Verstärkung und der Querträger des erfindungsgemäßen Stoßfängers aber auch stoffschlüssig miteinander verbunden sein.
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Die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung von Querträger und stangeförmiger Verstärkung kann nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers derart ausgeführt sein, dass der Querträger nach innen gerichtete Längssicken aufweist, welche die stangenförmige Verstärkung formschlüssig festlegen. Hierdurch wird auf einfache Weise eine zuverlässige Verbindung von Querträger und stangeförmiger Verstärkung erreicht. Die Längssicken erhöhen zudem den Deformationswiderstand des Querträgers.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querträger und die stangenförmige Verstärkung hinsichtlich ihrer Wandstärke und/oder Werkstoffgüte unterscheiden. Hierdurch lässt sich das Deformationsverhalten des Stoßfängers weiter verbessern und/oder das Gewicht des Stoßfängers weiter verringern.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist vorgesehen, dass die stangenförmige Verstärkung an den Außenseiten der stoßabsorbierenden Deformationskörper (Crashboxen) endet. Diese Längenbegrenzung der stangenförmigen Verstärkung dient dem Ziel, das Gewicht des Stoßfängers zu minimieren. Vorzugsweise schließt die stangenförmige Verstärkung in ihrer Längserstreckung im Wesentlichen bündig mit den beiden Außenseiten der stoßabsorbierenden Deformationskörper ab.
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Auch die Form des Querschnittprofils bzw. der Querschnittprofile des Querträgers bzw. der stangenförmigen Verstärkung untereinander können je nach Anforderung und insbesondere mit Blick auf die Minimierung des Gewichts des Stoßfängers variieren.
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Hinsichtlich niedriger Fertigungskosten sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers vor, dass die stangenförmige Verstärkung aus einem Rollprofil, vorzugsweise aus einem gebogenen Rollprofil hergestellt ist. Nach einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers kann die stangenförmige Verstärkung des Querträgers aber auch aus mehreren Blechschalen gebildet sein, deren Längskanten im Stumpfstoß oder Überlappstoß miteinander verschweißt sind. Die letztgenannte Variante bietet die Möglichkeit, die stangenförmige Verstärkung aus Blechschalen unterschiedlicher Wandstärke und/oder unterschiedlicher Werkstoffgüte maßgeschneidert zusammenzusetzen.
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Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stoßfängers, insbesondere Frontstoßfängers sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 einen erfindungsgemäßen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug mit zwei stoßabsorbierenden Deformationskörpern (Crashboxen);
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2 eine Querschnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Stoßfängers entlang der Schnittlinie II-II in 1; und
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3 eine Querschnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Stoßfängers entlang der Schnittlinie II-II in 1.
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In 1 ist ein Stoßfänger 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt, der insbesondere für eine Verwendung als Frontstoßfänger bestimmt ist.
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Der Stoßfänger 1 ist aus einem hohlen, ein geschlossenes Querschnittprofil aufweisenden Querträger 2 gebildet, der mit an Längsträgern des Kraftfahrzeuges befestigten oder befestigbaren stoßabsorbierenden Deformationskörpern 3 lösbar verbunden oder verbindbar ist. Die Deformationskörper 3 können auch als Crashboxen bezeichnet werden und haben beispielsweise ein im Wesentlichen rechteckiges, ovales oder kreisrundes Querschnittprofil.
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An den vorderen Stirnseiten der rohrförmigen Deformationskörper 3 sind Befestigungsmittel 3.1 für den Querträger 2 vorgesehen. Die Befestigungsmittel 3.1 bestehen beispielsweise aus klammerförmigen Halterungen oder Stegen, die an dem jeweiligen Deformationskörper 3 befestigt oder angeformt sind und Löcher zur Aufnahme von mit dem Querträger 2 verbindbaren Schraubbolzen 4 oder dergleichen aufweisen.
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Erfindungsgemäß ist in dem hohlen Querträger 2 eine als geschlossenes Hohlprofil ausgebildete stangenförmige Verstärkung 5 integriert. Die stangenförmige Verstärkung 5 ist dabei in der oberen Hälfte des Querträgers 2 angeordnet. Im Querschnitt des rohrförmigen Querträgers 2 betrachtet ist die räumliche Ausdehnung der Verstärkung 5 auf den Bereich der oberen Hälfte des Querträgers 2 begrenzt (vgl. 2 und 3). Die stangenförmige Verstärkung 5 erstreckt sich somit nicht in die untere Hälfte des Querträgers 2. Des Weiteren ist in 1 dargestellt, dass sich die stangenförmige Verstärkung 5 längs der Querträgers 2 mindestens bis zu den stoßabsorbierenden Deformationskörpern 3 erstreckt.
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Der Querträger 2 und/oder die Verstärkung 5 sind vorzugsweise aus Stahlblech hergestellt. Ebenso sind vorzugsweise auch die Deformationskörper (Crashboxen) 3 aus Stahlblech gefertigt. Insbesondere können der Querträger 2 und/oder die stangenförmige Verstärkung 5 aus hochfestem Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 780 MPa hergestellt sein. Alternativ und gegenüber dem Querträger 2 kann die stangenförmige Verstärkung 5 aus einem warmvergütbaren Stahl hergestellt sein und beispielsweise eine durchgehende Zugfestigkeit von mindestens 1400 MPa aufweisen.
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Für die Herstellung des Querträgers 2 und der stangenförmigen Verstärkung 5 kommen sowohl kontinuierliche Umformverfahren als auch diskontinuierliche Umformverfahren in Betracht. Beispielsweise können der Querträger 2 und die stangenförmige Verstärkung 5 als geschlossene Rollprofile durch kontinuierliches Rollformen von Blechbändern (Spaltbändern) hergestellt werden. Alternativ können der Querträger 2 und/oder die stangenförmige Verstärkung 5 aber auch jeweils als Umformteil diskontinuierlich mittels Tiefziehen oder eines anderen geeigneten Umformverfahrens und anschließender Verschweißung der im Stumpfstoß oder Überlappstoß angeordneten Längskanten der durch Umformen erhaltenen Blechschalen hergestellt werden.
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Die Verbindung zwischen Querträger 2 und stangenförmiger Verstärkung 5 kann als formschlüssige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung ausgeführt sein.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stoßfängers 1 skizziert, bei dem der Querträger 2 nach innen gerichtete Längssicken 6 aufweist, welche die stangenförmige Verstärkung 5 formschlüssig festlegen. Die Tiefe der stangenförmigen Verstärkung 5 ist dabei größer als dessen Höhe. Die Höhe der stangenförmigen Verstärkung 5 beträgt beispielsweise ein Viertel der Höhe des Querträgerprofils 2. Es liegen jedoch auch andere Größenverhältnisse von Querträger 2 und stangenförmiger Verstärkung 5 im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wobei die Höhe der stangenförmigen Verstärkung 5 vorzugsweise im Bereich von 1/5 bis 3/5 der Höhe des Profils des Querträgers 2 liegt.
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Ferner ist in 2 zu erkennen, dass das Querschnittprofil des Querträgers 2 in seiner unteren Hälfte einen Profilabschnitt 2.1 aufweist, der eine größere Tiefe aufweist als der Querträger 2 in seiner oberen Hälfte. Die schräg nach außen verlaufenden Flanken 2.2 des geschlossenen Profils liegen dabei auf unterschiedlichen Höhen.
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Der Querträger 2 und die stangenförmige Verstärkung 5 können sich hinsichtlich ihrer Wandstärke und/oder Werkstoffgüte unterscheiden. Vorzugsweise weist der Querträger 2 eine geringere Wandstärke auf als die stangenförmige Verstärkung 5 und/oder die stangenförmige Verstärkung 5 besteht aus einem Werkstoff, der eine höhere Zugfestigkeit besitzt als der Werkstoff des Querträgers 2.
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Das in 3 skizzierte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stoßfängers 1 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 dadurch, dass der Querträger 2 aus mindestens zwei Blechschalen 2.3, 2.4 zusammengesetzt ist. Mindestens eine der Blechschalen weist dabei Befestigungsflansche 7 auf, an denen die Blechschalen 2.3, 2.4 durch Verschweißung, beispielweise durch eine Vielzahl von Schweißpunkten miteinander stoffschlüssig verbunden sind. Die stangenförmigen Verstärkungen 5 sind beispielsweise zumindest partiell miteinander verbunden und bei diesem Ausführungsbeispiel mit mindestens einer der beiden Blechschalen 2.3, 2.4 stoffschlüssig verbunden, vorzugsweise verschweißt.
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Auch bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Querschnittprofil des Querträgers 2 in seiner unteren Hälfte einen Profilabschnitt 2.1 auf, der eine größere Tiefe aufweist als der Querträger 2 in seiner oberen Hälfte. Dieser erweiterte Profilabschnitt 2.1 ist durch eine nach außen abgewinkelte Flanke 2.2 der vorderen Blechschale 2.3 gebildet. Die Tiefe der stangenförmigen Verstärkung 5 gemäß 3 ist wiederum größer als dessen Höhe.
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In 1 ist gezeigt, dass die Enden der stangenförmigen Verstärkung 5 im Wesentlichen bündig mit den Außenseiten 3.2 der stoßabsorbierenden Deformationskörper (Crashboxen) 3 abschließen.
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Die Querschnittsform des Querträgers 2 und/oder der stangenförmigen Verstärkung 5, insbesondere dessen/deren Profilhöhe kann je nach Anforderung über die Länge des Querträgers 2 variieren. Diesbezüglich ist in 1 beispielhaft dargestellt, dass der Querträger 2 zwischen seinen den Crashboxen 3 zugeordneten Anbindungsstellen einen Längenabschnitt 2.5 mit höhenerweitertem Querschnittprofil aufweist, dessen Höhe mindestens das 1,1-fache, vorzugsweise mindestens das 1,2-fache der Höhe des Querschnittprofils des Querträgers 2 an dessen Enden beträgt.
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Des Weiteren ist die Profilhöhe des in 1 dargestellten Querträgers 2 auch von den Anbindungsstellen an den Crashboxen 3 in Richtung der Enden des Querträgers 2 reduziert. Der Querträger 2 gemäß 1 weist somit mindestens drei Längenabschnitte 2.5, 2.6, 2.7 unterschiedlicher Profilhöhe auf.
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Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind eine Vielzahl von Varianten denkbar, die auch bei von den dargestellten Ausführungsbeispielen abweichenden Gestaltungen von der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen.
