DE102011083617B4

DE102011083617B4 - Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011083617B4
Application number: DE102011083617.9A
Authority: DE
Inventors: Chihoon Choi; Yohan Hahm; Jan-Anders Manson; Tony Jonsson
Original assignee: EELCEE SA; Hyundai Motor Co
Current assignee: EELCEE SA; Hyundai Motor Co
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2024-04-18
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: KR101198621B1; CN102806877B; US20120306222A1; CN102806877A; US8376426B2; DE102011083617A1

Abstract

Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger für ein Fahrzeug, aufweisend:einen Stoßstangenträgerkörper (30), aufweisend ein Vorderteil (31) und Seitenteile (32, 33), die kontinuierlich entlang einem gesamten Umfang des Vorderteils (31) gebildet sind, und gebildet aus einem faserverstärkten Kunststoff-Verbund-Material; undein Einbau-Verstärkungselement (35), das in den Stoßstangenträgerkörper (30) eingesetzt ist entlang einem kontinuierlichen einzelnen schleifenförmigen Pfad einschließlich zwei Teil-Pfaden parallel zu den Seitenteilen (32, 33), wobei das Einbau-Verstärkungselement (35) eine Schleifenform aufweist und in der Längsrichtung des Stoßstangenträgerkörpers (30) angeordnet ist.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stoßstangenträger für ein Fahrzeug. Sie betrifft insbesondere einen Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger für ein Fahrzeug, welcher eine Verringerung des Gewichts und eine Kostensenkung erzielen kann, während er zur selben Zeit exzellente mechanische Eigenschaften und ein ausgezeichnetes Crashverhalten aufweist.
Im Allgemeinen ist ein Stoßfänger für ein Fahrzeug an vorderen beziehungsweise hinteren Endbereichen einer Fahrzeugkarosserie montiert, um in dem Fall einer Kollision einen Aufprall abzufangen, um auf diese Weise einen Fahrer und Fahrzeuginsassen während einem Verkehrsunfall zu schützen und eine Deformation der Fahrzeugkarosserie zu verhindern. Ein Grundaufbau des Fahrzeug-Stoßfängers ist in 1 gezeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, umfasst der Fahrzeug-Stoßfänger im Allgemeinen eine Stoßfängerabdeckung 10 zum Abdecken oder Umschließen eines gesamten unteren Bereichs der vorderen und hinteren Endbereiche der Fahrzeugkarosserie, einen Energieabsorber 20 zum Absorbieren von Vibrationen und einer von der Stoßfängerabdeckung 10 übertragenen Aufprallenergie, einen Stoßstangenträger (oder einen Unterzug) 30, der an der Rückseite des Energieabsorbers 20 angeordnet ist, um die Fahrzeugkarosserie vor einer Beschädigung nach einem Aufprall zu schützen, und eine Abstützung 40 zum Befestigen und Halten des Stoßstangenträgers 30 an der Fahrzeugkarosserie.
In einem Kompaktfahrzeug kann der Stoßfänger lediglich aus der Stoßfängerabdeckung, dem Stoßstangenträger und der Abstützung ohne den Energieabsorber bestehen, um das Gewicht zu verringern. In dieser Anordnung ist der Stoßstangenträger eingerichtet, um die Aufprallenergie effizient zu absorbieren. Der Stoßstangenträger kann gemäß dem Fahrzeugmodell oder der erforderlichen Ausführung aus verschiedenen Materialien wie zum Beispiel Stahl, Aluminium, Kunststoff-Verbundmaterialien, etc. gebildet werden.
Druckschrift US 5 290 079 A und Druckschrift US 6 286 879 B1 offenbaren jeweils einen faserverstärkten Kunststoff-Verbund- Stoßstangenträger, und Druckschrift US 6 817 638 B1 offenbart einen aus einem glasmattenverstärkten Thermoplast (GMT) gebildeten Stoßstangenträger, aufweisend einen C-förmigen Abschnitt und umfassend ein Verstärkungsblech. Druckschrift EP 0 945 253 B1 offenbart einen Stoßstangenträger, der aus einem verfüllten GMT-Verbundwerkstoff gebildet ist, der Polyolefin und Glasfasern umfasst, und Druckschrift KR 10 2007 0 111 812 A offenbart einen Stoßstangenträger, aufweisend ein externes Trägerelement, das aus einem GMT-Material gebildet ist, und ein internes Trägerelement, das aus einem Stahl-Werkstoff gebildet ist.
Darüber hinaus offenbart Druckschrift KR 10 2010 0 104 457 A einen Stoßstangenträger unter Verwendung eines GMT- oder langfaserverstärkten Verbundmaterials, und Druckschrift KR 10 2010 0 006 672 A offenbart einen Stoßstangenträger, umfassend ein einseitig gerichtetes Verstärkungsfaserblech, das durch einen LFT-D-Prozess eingearbeitet oder einstückig gebildet wird.
Diese herkömmlichen Kunststoff-Stoßstangenträger, wie aus den obigen Beschreibungen ersichtlich ist, werden hauptsächlich aus GMT-Verbundmaterialien, die einseitig gerichtete Glasseidenfasern (continuous fibers) umfassen, durch Pressen (d.h. Formpressen) der Materialien in die Form des Stoßstangenträgers gebildet.
Normalerweise ist der GMP- Stoßstangenträger derart gebildet, so dass er eine Stärke von ungefähr 4 bis 15 mm aufweist, um die Festigkeit und das Crashverhalten zu gewährleisten. Jedoch ist es erforderlich, die Stärke der Stoßstange zu verringern, um den Freiheitsgrad im Design der Stoßstange zu erhöhen und gleichzeitig die Absorptionseffizienz der Aufprallenergie zu verbessern, um die Reparaturkosten zu verringern, welche mit einem Verkehrsunfall verbunden sind.
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin folgende Druckschriften bekannt:

Druckschrift US 2005/0082852 A1 offenbart einen Stoßfänger mit einer Polymermatrix und einer Metallverstärkungsstruktur zur Stoßverstärkung, wobei die Metallverstärkungsstruktur mindestens ein Gewebe umfasst. Das Gewebe umfasst Metallschnüre, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, und die Metallschnüre sind mit der Polymermatrix verbunden, so dass eine Belastung direkt zwischen der Polymermatrix und den Metallschnüren übertragen werden kann.
Druckschrift DE 4328309 A1 offenbart ein stoß- und/oder schlagabsorbierendes Bauteil, insbesondere ein Frontschutzbügel und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das stoß- und/oder schlagabsorbierende verstrebte Bauteil ist über eine Halterung an tragenden Teilen einer Kraftfahrzeugkarosserie befestigbar und weist einen verstrebten, innen liegenden Kern auf. Dieser Kern ist von einem stoßabsorbierenden Material umgeben. Darüber hinaus ist der Kern von einem flächenerfassenden Gerüst aus nichtmetallischem, zumindest im Verbund mit dem ihn einschließenden Material bruchzähem und schlagfestem Werkstoff gebildet. Ferner ist der Kern allseitig von einem in die Struktur des Kerns zumindest bereichsweise eindringenden, energieabsorbierenden Material eingeschlossen, das an den Werkstoff des Kerns derart angepasst ist, dass es zusammen mit dem Kern ohne Zwischenschritte recycelbar ist. Das nichtmetallische Gerüst ist von einer flächigen oder schlauchförmigen Gewebe- oder Gelegestruktur aus Glas-Fasern, hochfesten Kunststoff-Fasern, wie z. B. Aramid-Fasern mit hohem Dehnungswiderstand, großer Festigkeit und Biegsamkeit und/oder Kunststoff-f Carbon) Fasern und/oder Textil-Fasern gebildet, die im Inneren des Strebquerschnitts dem Beanspruchungsprofi! der betreffenden Strebe entsprechend orientiert ist

Die obige in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENLEGEUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger, auf thermoplastischer oder duroplastischer Basis, für ein Fahrzeug bereit, welcher eine Verringerung des Gewichts und eine Kostensenkung erzielen kann, und exzellente mechanische Eigenschaften, eine hervorragende strukturelle Festigkeit, Crashverhalten, Lasteinleitung, Lastverteilung auf die Befestigungspunkte aufweist, und auf diese Weise die Stärke der Stoßstange verglichen mit herkömmlichen Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträgern verringert, welche zumindest 4mm - 15mm erfordern, um bei einem Verkehrsunfall wirksam zu sein. Demzufolge ist es möglich, den Freiheitsgrad im Design und die Marktfähigkeit aufgrund der Verringerung der Stärke der Stoßstange zu verbessern.
In einer Ausgestaltung stellt die vorliegende Erfindung einen Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger, auf thermoplastischer oder duroplastischer Basis, für ein Fahrzeug bereit, der einen Stoßstangenträgerkörper umfasst, der ein Vorderteil und Seitenteile aufweist, die kontinuierlich entlang einem gesamten Umfang des Vorderteils gebildet sind , und aus einem faserverstärkten Kunststoff-Verbund-Material gebildet ist. Darüber hinaus ist ein Einbau-Verstärkungselement entlang einem kontinuierlichen einzelnen schleifenförmigen Pfad einschließlich zwei Teil-Pfaden parallel zu den Seitenteilen in den Stoßstangenträgerkörper eingesetzt. Dieses Einbau-Verstärkungselement weist eine Schleifenform auf und ist in der Längsrichtung des Stoßstangenträgerkörpers angeordnet.
In einer Ausführungsform kann der Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger weiterhin einen oder mehrere zusätzliche Einbau-Verstärkungselemente umfassen, die in eine einzelne Position oder eine Mehrzahl von Positionen des Stoßstangenträgerkörpers eingesetzt sind.
In einerAusführungsform kann der Stoßstangenträgerkörper Flanschabschnitte aufweisen, welche kontinuierlich entlang den Seitenteilen des Stoßstangenkörpers gebildet sind, und wobei das Einbau-Verstärkungselement in einen Randbereich zwischen den Seitenteilen und den Flanschabschnitten eingesetzt ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Stoßstangenträgerkörper ebenfalls ein faserverstärktes Kunststoff-Verbund-Material umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem glasmattenverstärkten Kunststoff- (glass mat-reinforced plastic - GM RP) Verbund-Material, einem langfaserverstärkten Kunststoff (long fiber-reinforced plastic - LFRP) -Verbund-Material und einem kurzfaserverstärkten Kunststoff (short fiber-reinforced plastic - SFRP) Verbund-Material besteht.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Einbau-Verstärkungselement ein faserverstärktes Kunststoff-Verbund-Material umfassen, das eine relativ höhere Festigkeit als der Stoßstangenträgerkörper selber aufweist. Darüber hinaus kann das faserverstärkte Kunststoff-Verbund-Material des Einbau-Verstärkungselements ein glasseidenfaserverstärktes (continuous fiber-reinforced) Kunststoff-Verbund-Material sein.
In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das faserverstärkte Kunststoff-Verbund-Material für den Stoßstangenträgerkörper und das faserverstärkte Kunststoff-Verbund-Material für das Einbau-Verstärkungselement Verstärkungsfasern umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Glasfasern, Kohlefasern, Naturfasern, Aramidfasern und ultrahochmolekularen Polyethylen-Fasern besteht.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das faserverstärkte Kunststoff-Verbund-Material für den Stoßstangenträgerkörper und das faserverstärkte Kunststoff-Verbund-Material für das Einbau-Verstärkungselement dieselbe Matrix umfassen, so dass das Einbau-Verstärkungselement während dem Formpressen in den Stoßstangenträgerkörper integriert wird.
In einer Ausführungsform kann die Matrix des faserverstärkten Kunststoff-Verbund-Materials aus der Gruppe ausgewählt sein, die aus Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT) und Polyethylenterephthalat (PET), thermoplastischen Elastomer (TPE) und einem duroplastischen Harz wie einem ungesättigten Polyesterharz (UP), Epoxid (EP), Polyurethan (PUR) besteht.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das faserverstärkte Kunststoff-Verbund-Material für den Stoßstangenträgerkörper und das faserverstärkte Kunststoff-Verbund-Material für das Einbau-Verstärkungselement eine unterschiedliche Matrix auf, so dass das Einbau-Verstärkungselement während dem Formpressen in den Stoßstangenträgerkörper integriert wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Oberfläche des Stoßstangenträgerkörpers mit einer gewebten, geflochtenen oder gestrickten faserverstärkten Platte oder einer daran befestigten glasseidenfaserverstärkten (continuous fiber-reinforced) Platte verstärkt.
In einer Ausführungsform kann das Einbau-Verstärkungselement einen ringförmigen, elliptischen oder polygonalen Gesamt-Querschnitt aufweisen.
Weitere Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich unter Bezugnahme auf deren bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, welche nachfolgend lediglich der Veranschaulichung dienen und somit für die vorliegende Erfindung nicht einschränkend sind, und wobei:

1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines klassischen Stoßfängers für ein Fahrzeug darstellt;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Stoßstangenträgers für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 zeigt eine Schnittdarstellung, die den Aufbau eines Stoßstangenträgers für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 zeigt eine Schnittdarstellung, die den Aufbau eines Stoßstangenträgers für ein Fahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt; und
5 bis 8 zeigen Schnittdarstellungen, die den Aufbau eines Stoßstangenträgers für ein Fahrzeug gemäß weiteren verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen, in welchen ein Einbau-Verstärkungselement und ein Hilfs- Einbau-Verstärkungselement zusammen verwendet werden.

Die in den Zeichnungen dargelegten Bezugszeichen umfassen einen Bezug auf die folgenden Bauelemente, wie sie nachstehend erläutert werden:

10: Stoßfängerabdeckung
20: Energieabsorber
30: Stoßstangenträger
40: Abstützung
31: Vorderteil
32 & 33: Seitenteile
34: Flanschabschnitt
35: Einbau-Verstärkungselement
38: Hilfs-Einbau-Verstärkungselement

Es ist zu beachten, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen veranschaulichenden Merkmalen der Grundsätze der Erfindung darstellen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z.B. spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Einbauorten und Formen werden zum Teil durch die eigens dafür vorgesehene Anwendung und den Einsatzbereich bestimmt.
In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung überall in den einzelnen Figuren der Zeichnungen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, wird der Begriff „ungefähr“, wie er hierin verwendet wird, derart verstanden, dass er innerhalb eines Bereichs mit normgemäßer Toleranz im Stand der Technik liegt, zum Beispiel innerhalb 2 Standardabweichungen der Mittelwerte. Ungefähr kann derart verstanden werden, dass es innerhalb 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Werts liegt. Soweit es sich nicht anderweitig aus dem Kontext ergibt, werden alle hierin bereitgestellten numerischen Werte durch den Begriff ungefähr verändert.
Es ist zu beachten, dass der Ausdruck „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z.B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger für ein Fahrzeug bereit, dadurch gekennzeichnet, dass ein schleifenförmiges Einbau-Verstärkungselement in den Stoßstangenträger eingesetzt ist, um verbesserte mechanische Eigenschaften, eine verbesserte strukturelle Festigkeit, Crashverhalten, Lasteinleitung und Lastverteilung an die Befestigungspunkte bereitzustellen.
Im Detail umfasst der Stoßstangenträger einen Stoßstangenträgerkörper, aufweisend die Form eines Stoßstangenträgers, und gebildet aus einem faserverstärkten Kunststoff-Verbund-Material, und ein Einbau-Verstärkungselement, das in den Stoßstangenträgerkörper eingesetzt ist. Genauer gesagt weist das Einbau-Verstärkungselement eine Schleifenform auf und ist in der Längsrichtung des Stoßstangenträgerkörpers angeordnet.
Hierbei kann das Einbau-Verstärkungselement in einer einzelnen Position oder in einer Mehrzahl von Positionen innerhalb des Stoßstangenträgerkörpers eingesetzt sein. In alternativer Weise kann ein einzelnes Einbau-Verstärkungselement oder eine Mehrzahl von Einbau-Verstärkungselementen in den Stoßstangenträgerkörper in jeder Position eingesetzt sein.
Der Stoßstangenträger der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlicher beschrieben. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines Stoßstangenträgers 30 für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt, in welchem ein Einbau-Verstärkungselement 35 von dem Stoßstangenträger 30 getrennt ist, allerdings ist es in der Praxis in den Stoßstangenträger 30 eingesetzt und integriert (d.h. in den Stoßstangenträgerkörper).
In 2, da der Stoßstangenträger 30 bilateral symmetrisch ist, ist eine durch Trennen des Mittelstücks erlangte Hälfte des Stoßstangenträgers 30 gezeigt und in ähnlicher Weise ist eine durch Trennen des Mittelstücks erlangte Hälfte des Einbau-Verstärkungselements 35 gezeigt.
Wie in der Figur gezeigt, weist der Stoßstangenträger 30 der vorliegenden Erfindung eine im Wesentlichenhutförmige-Querschnittsform auf. Der Körper, welcher die Form des Stoßstangenträgers 30 (nachfolgend als der Stoßstangenträgerkörper bezeichnet) bildet, weist eine Struktur auf, in welcher Seitenteile 32 und 33 kontinuierlich entlang des gesamten Umfangs von einem herausragenden Vorderteil 31 gebildet sind und ein Flanschabschnitt 34 ist kontinuierlich entlang den Endbereichen der Seitenteile 32 und 33 gebildet.
In 2 werden die Seitenteile an der Oberseite und dem Unterteil des Stoßstangenträgerkörpers und die Seitenteile an beiden Endbereichen davon durch Bezugszeichen 32 beziehungsweise 33 bezeichnet.
Das Einbau-Verstärkungselement 35 wird separat aus einem hochfesten Material gebildet und in den Stoßstangenträgerkörper während dem Formpressen des Stoßstangenträgerkörpers eingesetzt und das vollständige Einbau-Verstärkungselement 35 weist eine dreidimensionale Schleifenform (z.B. eine Ringform, und 2 zeigt einen Halbschnitt) auf.
Das Einbau-Verstärkungselement 35 wird verwendet, um die mechanischen Eigenschaften des Stoßstangenträgers 30 zu verbessern und eine ausreichende strukturelle Festigkeit und Crashverhalten, Lasteinleitung, Lastverteilung an die Befestigungspunkte zu gewährleisten. Somit wird das ganze Einbau-Verstärkungselement 35 in den Stoßstangenträgerkörper, nicht auf die Oberfläche davon, eingebettet, und wird während dem Formpressen des Stoßstangenträgerkörpers damit verbunden.
Darüber hinaus wird das Einbau-Verstärkungselement 35 kontinuierlich entlang eines schleifenartigen Verlaufs in der Längsrichtung auf beiden Seiten des Stoßstangenträgerkörpers und in der Richtung nach oben und unten auf beiden Endbereichen davon angeordnet.
Als solches wird während dem Formpressen des Stoßstangenträgerkörpers das separat gebildete Einbau-Verstärkungselement 35 in einen Bereich des Stoßstangenträgerkörpers eingesetzt, welcher verstärkt werden soll, und somit werden die gesamte strukturelle Festigkeit und das Crashverhalten des Stoßstangenträgers 30, und ferner die strukturelle Festigkeit und das Crashverhalten, Lasteinleitung, Lastverteilung an die Befestigungspunkte durch eine Verringerung der Stärke der Stoßstangenträgeranordnung verbessert.
In der vorliegenden Erfindung kann das Hauptmaterial für den Stoßstangenträgerkörper ein faserverstärktes Kunststoff-Verbund-Material wie zum Beispiel ein glasmattenverstärktes Kunststoff-(glass mat-reinforced plastic - GMRP) Verbund-Material, ein langfaserverstärktes Kunststoff (long fiber-reinforced plastic - LFRP) -Verbund-Material und/oder ein kurzfaserverstärktes Kunststoff (short fiber-reinforced plastic - SFRP) Verbund-Material sein. Es können sowohl Kunststoffe auf thermoplastischer als auch auf duroplastischer Basis verwendet werden.
Das Einbau-Verstärkungselement 35, aufweisend eine dreidimensionale Schleifenform, als ein Zwischenmaterial kann aus einem hochfesten Material verglichen mit dem Material für den Stoßstangenträgerkörper selbst gebildet werden, oder kann aus einem faserverstärkten Kunststoff-Verbund-Material, demselben Material wie der Stoßstangenträgerkörper gebildet werden. Vorzugsweise kann das Einbau-Verstärkungselement 35 jedoch aus einem glasseidenfaserverstärkten (continuous fiber-reinforced) Kunststoff-Verbund-Material gebildet werden.
Hierbei kann das Hauptmaterial für den Stoßstangenträgerkörper und das Zwischenmaterial für das Einbau-Verstärkungselement ein Verbund-Material sein, aufweisend eine Matrix von einem thermoplastischen Harz wie zum Beispiel Polypropylen (PP), Polyamid (PA), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylenterephthalat (PET), thermoplastisches Elastomer (TPE) oder einem duroplastischen Harz wie zum Beispiel ein ungesättigtes Polyesterharz (UP), Epoxid (EP) oder Polyurethan (PUR). Darüber hinaus kann das Hauptmaterial für den Stoßstangenträgerkörper und das Zwischenmaterial für das Einbau-Verstärkungselement Verstärkungsfasern wie zum Beispiel Glasfasern, Kohlefasern, Naturfasern, Aramidfasern beziehungsweise ultrahochmolekulare Polyethylen-Fasern (UHMWPE) umfassen.
Das Einbau-Verstärkungselement 35 kann dieselbe Matrix wie das Hauptmaterial für den Stoßstangenträgerkörper umfassen. In diesem Fall ist es möglich, eine ausreichende Grenzflächenhaftung zu gewährleisten, selbst wenn keine Klebstoffverarbeitung oder ein kein Schweißprozess verwendet wird. Das Einbau-Verstärkungselement 35 kann jedoch aus einem Material mit einer höheren Festigkeit gebildet werden, d.h., einem Material, das einen höheren Gehalt an Verstärkungsfasern als das Hauptmaterial für den Stoßstangenträgerkörper enthält.
Wenn zum Beispiel das GMRP, LFRP oder SFRP -Verbund-Material verwendet wird, kann das Hauptmaterial für den Stoßstangenträger 30 die Verstärkungsfasern in einer Menge von ungefähr 5 bis 50 vol% mit Bezug auf das Gesamtgewicht des Stoßstangenträgerkörpers aufweisen, und besonders bevorzugt in einer Menge von ungefähr 10 bis 30 vol%, und das Material für das Einbau-Verstärkungselement 35 kann die Verstärkungsfasern in einer Menge von ungefähr 15 bis 90 vol%, und besonders bevorzugt von ungefähr 20 bis 65 vol% aufweisen.
Die Eigenschaften des glasseidenfaserverstärkte (continuous fiber-reinforced) Kunststoff-Verbund-Materials sind günstiger als jene des kurzfaserverstärkten oder langfaserverstärkten Verbund-Materials und demzufolge ist es, falls das Hauptmaterial für den Stoßstangenträger 30 Kurzfasern oder Langfasern umfasst und das Material für das Einbau-Verstärkungselement 35 Glasseidenfasern enthält, nicht notwendig, dass der Fasergehalt des Einbau-Verstärkungselements 35 so hoch ist.
Der Stoßstangenträgerkörper kann durch verschieden bekannte Verfahren wie zum Beispiel ein Spritzgießverfahren, Strangpressen/Formpressen, Strangpressen/Spritzgießverfahren, etc. ebenso wie Formpressen, Spritzgießverfahren/Formpressen gebildet werden.
Unter Bezugnahme auf 2 ist im Querschnitt eine Struktur des Einbau-Verstärkungselements 35 dargestellt, das mit Verstärkungsfasern 37 in einer Matrix 36 aus einem thermoplastischen Harz verstärkt ist. Das Einbau-Verstärkungselement 35 kann einen wie in der Figur gezeigten kreisförmigen Gesamt-Querschnitt aufweisen, kann allerdings verschiedene Querschnitte, wie zum Beispiel einen elliptischen Gesamt-Querschnitt oder einen polygonalen Gesamt-Querschnitt einschließlich einem quadratischen, rechteckigen, sechseckigen, etc. aufweisen. Als solches wird der Stoßstangenträger 30 der vorliegenden Erfindung durch Einsetzen des Einbau-Verstärkungselements 35 mit einer dreidimensionalen Schleifenform in eine vorbestimmte Position des Stoßstangenträgers 30, nicht auf der Oberfläche davon, gebildet. Infolgedessen ist der Stoßstangenträger 30 in der Lage, verbesserte mechanische Eigenschaften und ein verbessertes Crashverhalten zu erzielen.
Da das Einbau-Verstärkungselement 35, umfassend ein hochfestes faserverstärktes Kunststoff-Verbund-Material, in einer dreidimensionalen Schleifenform gebildet wird, ist es vorteilhafter in Hinblick auf die Aufprallenergieabsorption des Stoßstangenträgers 30. Normalerweise variieren die Eigenschaften des faserverstärkten Verbund-Materials gemäß der Länge und dem Gehalt der Fasern, und wenn ein einen hohen Gehalt von Glasseidenfasern enthaltendes Material für das Einbau-Verstärkungselement 35 verwendet wird, wird der Verstärkungseffekt weiter vergrößert.
In der vorliegenden Erfindung kann das Einbau-Verstärkungselement 35 mit einer dreidimensionalen Schleifenform in verschiedene Strukturen durch Variieren seiner Querschnitts-Struktur, Stärke, Form, etc. gebildet werden, und kann in verschiedene Positionen des Stoßstangenträgerkörpers durch eine richtige Gestaltung der Form für z.B. ein Spritzgießverfahren oder ein Formpressen eingesetzt werden.
3 bis 7 zeigen Schnittdarstellungen, die den Aufbau eines Stoßstangenträgers für ein Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen. Als erstes wird in einem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ein schleifenförmiges Einbau-Verstärkungselement 35 in den Randbereich zwischen einen Flanschabschnitt 34 und einem Seitenteil, mit welchem eine Abstützung verbunden ist, eingesetzt. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird lediglich ein Einbau-Verstärkungselement 35 mit einem großen Durchmesser verwendet. In einer weiteren in 4 gezeigten Ausführungsform können jedoch eine Mehrzahl von Einbau-Verstärkungselementen 35 mit einem relativ geringen Durchmesser in dieselbe Position wie in 3 eingesetzt werden. Als solches kann gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Einbau-Verstärkungselement 35 in den Stoßstangenträger 30 eingesetzt werden, wo die Abstützung montiert werden soll.
In einer in 5 gezeigten weiteren Ausführungsform kann eine Mehrzahl von Einbau-Verstärkungselementen 35 mit denselben oder unterschiedlichen Durchmessern in unterschiedlichen Positionen eingesetzt werden. In diesem Fall wird das Einbau-Verstärkungselement 35 in den Randbereich zwischen den Flanschabschnitt 34 und den Seitenteilen 32 eingesetzt und ferner in einen Vorderteil 31 eingesetzt, der nach vorne herausragt. Im Detail wird das Einbau-Verstärkungselement 35 in den Stoßstangenträger 30 eingesetzt, wo die Abstützung montiert werden soll, und in das Vorderteil 31 eingesetzt, das in Richtung der Vorderseite der Anordnung herausragt. Hierbei kann das Einbau-Verstärkungselement 35, das in den Stoßstangenträger 30 eingesetzt wird, wo die Abstützung montiert werden soll, weggelassen werden.
In anderen in 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen, können ein schleifenförmiges Einbau-Verstärkungselement 35 und ein Hilfs-Einbau-Verstärkungselement 38 zusammen verwendet werden. Das Hilfs-Einbau-Verstärkungselement 38 kann eine Verstärkungsplatte in der Form von einem gewebten faserverstärkten oder glasseidenfaserverstärkten Band sein. Das Hilfs-Einbau-Verstärkungselement 38 wird an die Außenseite des in Richtung der Anordnung herausragenden Vorderteils 31 (siehe 6) oder an die Innenseite des Vorderteils 31 (siehe 7) angebaut.
Die Verstärkungsplatte in der Form eines faserverstärkten Bandes kann ein Verstärkungsband sein, das mit unidirektionalen (UD) Fasern in der Längsrichtung des Stoßstangenträgers verstärkt ist. Ferner ist das Hilfs-Einbau-Verstärkungselement 38 in der Längsrichtung auf beiden Seiten des Stoßstangenträgers angeordnet und kann während dem Formpressen des Stoßstangenträgerkörpers an die Oberfläche des Stoßstangenträgerkörpers durch Einsetzen oder durch Anhaften unter Verwendung eines Klebemittels befestigt werden.
In einer in 8 gezeigten weiteren Ausführungsform wird das Hilfs-Einbau-Verstärkungselement 38 ferner in der Ausführungsform von 5 verwendet, und das Einbau-Verstärkungselement 35 und das Hilfs-Einbau-Verstärkungselement 38 sind dieselben wie jene die oberhalb beschrieben werden. Zusätzlich zu dem schleifenförmigen Einbau-Verstärkungselement 35 kann ein zusätzliches Einbau-Verstärkungselement mit der Form einer diskontinuierlichen Gerade (discontinuous straight line) oder einer Kurvenform in den Stoßstangenträgerkörper in derselben Art und Weise eingesetzt werden. Das Einbau-Verstärkungselement mit der Form einer diskontinuierlichen Gerade (discontinuous straight line) oder einer Kurvenform kann aus demselben Material wie das schleifenförmige Einbau-Verstärkungselement gebildet werden und in der Längsrichtung des Stoßstangenträgerkörpers angeordnet werden.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf Ausführungsformen davon ausführlich beschrieben. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass Änderungen in diesen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von den Grundsätzen und dem Geist der Erfindung abzuweichen, deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten bestimmt ist.

Claims

Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger für ein Fahrzeug, aufweisend: einen Stoßstangenträgerkörper (30), aufweisend ein Vorderteil (31) und Seitenteile (32, 33), die kontinuierlich entlang einem gesamten Umfang des Vorderteils (31) gebildet sind, und gebildet aus einem faserverstärkten Kunststoff-Verbund-Material; und ein Einbau-Verstärkungselement (35), das in den Stoßstangenträgerkörper (30) eingesetzt ist entlang einem kontinuierlichen einzelnen schleifenförmigen Pfad einschließlich zwei Teil-Pfaden parallel zu den Seitenteilen (32, 33), wobei das Einbau-Verstärkungselement (35) eine Schleifenform aufweist und in der Längsrichtung des Stoßstangenträgerkörpers (30) angeordnet ist.
Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein oder mehr zusätzliche Einbau-Verstärkungselemente (35), die in eine einzelne Position oder eine Mehrzahl von Positionen des Stoßstangenträgerkörpers (30) eingesetzt sind.
Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger nach Anspruch 1, wobei der Stoßstangenträgerkörper(30) Flanschabschnitte (34) aufweist, welche kontinuierlich entlang den Seitenteilen (32, 33) des Stoßstangenkörpers (30) gebildet sind, und das Einbau-Verstärkungselement (35) in einen Randbereich zwischen den Seitenteilen (32, 33) und den Flanschabschnitten (34) eingesetzt ist.
Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger nach Anspruch 1, wobei der Stoßstangenträgerkörper (30) ein faserverstärktes Kunststoff-Verbund-Material aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem glasmattenverstärkten Kunststoff- Verbund-Material, einem langfaserverstärkten Kunststoff -Verbund-Material und einem kurzfaserverstärkten Kunststoff Verbund-Material besteht.
Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger nach Anspruch 4, wobei das Einbau-Verstärkungselement (35) ein faserverstärktes Kunststoff-Verbund-Material aufweist, das eine relativ höhere Festigkeit als der Stoßstangenträgerkörper (30) aufweist.
Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger nach Anspruch 5, wobei das faserverstärkte Kunststoff-Verbund-Material des Einbau-Verstärkungselements (35) ein glasseidenfaserverstärktes (continuous fiber-reinforced) Kunststoff-Verbund-Material ist.
Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger nach Anspruch 6, wobei das faserverstärkte Kunststoff-Verbund-Material für den Stoßstangenträgerkörper (30) und das faserverstärkte Kunststoff-Verbund-Material für das Einbau-Verstärkungselement (35) Verstärkungsfasern aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Glasfasern, Kohlefasern, Naturfasern, Aramidfasern und ultrahochmolekularen Polyethylen-Fasern besteht.
Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger nach Anspruch 5, wobei das faserverstärkte Kunststoff-Verbund-Material für den Stoßstangenträgerkörper (30) und das faserverstärkte Kunststoff-Verbund-Material für das Einbau-Verstärkungselement (35) dieselbe oder eine unterschiedliche Matrix aufweisen, wobei das Einbau-Verstärkungselement in den Stoßstangenträgerkörper (30) während einem Formpressen eingesetzt wird.
Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger nach Anspruch 8, wobei die Matrix des faserverstärkten Kunststoff-Verbund-Materials aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Polypropylen, Polyamid, Polybutylenterephthalat und Polyethylenterephthalat, thermoplastischen Elastomer und einem duroplastischen Harz wie einem ungesättigten Polyesterharz, Epoxid, Polyurethan besteht.
Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Stoßstangenträgerkörpers (30) mit einer gewebten, geflochtenen oder gestrickten faserverstärkten Platte oder einer daran befestigten glasseidenfaserverstärkten Platte verstärkt ist.
Kunststoff-Verbund-Stoßstangenträger nach Anspruch 1, wobei das Einbau-Verstärkungselement (35) einen ringförmigen, elliptischen oder polygonalen Gesamt-Querschnitt aufweist.