DE102011113823B4 - Bumpers for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Stoßfänger (1) für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei zueinander beabstandeten rohr- oder kastenförmigen Deformationskörpern (2), deren Mittel- oder Längsachsen im montierten Zustand parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet sind, und mit mehreren rohrförmigen Querträgern (3.1, 3.2, 3.3, 3.4), die übereinander angeordnet und mit den Deformationskörpern (2) verbunden sind, wobei die Querträger (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) aus einer Gruppe von mindestens drei Querträgern gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationskörper (2) und die Querträger (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) aus Stahl hergestellt sind, wobei die Querträger (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) mit den Deformationskörpern (2) über Befestigungsmittel (4) verbunden sind, wobei der unterste Querträger (3.4) eine geringere Wandstärke als mindestens einer der anderen Querträger (3.1, 3.2, 3.3) aufweist, wobei die Wandstärke des untersten Querträgers (3.4) mindestens dem 0,6-fachen und höchstens 0,9-fachen der Wandstärke des Querträgers (3.1, 3.2 oder 3.3) mit der höchsten Wandstärke entspricht, wobei alle Querträger (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) jeweils eine Zugfestigkeit von mindestens 780 MPa aufweisen, und wobei der Deformationswiderstand und/oder die Zugfestigkeit der Querträger vom obersten Querträger (3.1) in Richtung des untersten Querträgers (3.4) stufenweise abnehmen.Bumpers (1) for a motor vehicle with at least two mutually spaced tubular or box-shaped deformation bodies (2), the central or longitudinal axes of which are aligned parallel to the direction of travel of the motor vehicle in the assembled state, and with a plurality of tubular cross members (3.1, 3.2, 3.3, 3.4 ), which are arranged one above the other and connected to the deformation bodies (2), the cross members (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) being formed from a group of at least three cross members, characterized in that the deformation bodies (2) and the cross members ( 3.1, 3.2, 3.3, 3.4) are made of steel, the cross members (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) being connected to the deformation bodies (2) via fastening means (4), the bottom cross member (3.4) having a smaller wall thickness than has at least one of the other cross members (3.1, 3.2, 3.3), the wall thickness of the bottom cross member (3.4) being at least 0.6 times and at most 0.9 times The wall thickness of the cross member (3.1, 3.2 or 3.3) corresponds to the highest wall thickness, with all cross members (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) each having a tensile strength of at least 780 MPa, and the deformation resistance and / or tensile strength of the cross member Remove gradually from the top cross member (3.1) in the direction of the bottom cross member (3.4).
Description
Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Frontstoßfänger, mit mindestens zwei zueinander beabstandeten rohr- oder kastenförmigen Deformationskörpern, deren Mittel- oder Längsachsen im montierten Zustand im Wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges ausgerichtet sind, und mit mehreren rohrförmigen Querträgern, die übereinander angeordnet und mit den Deformationskörpern (sogenannten Crashboxen) verbunden sind, wobei die Querträger aus einer Gruppe von mindestens drei Querträgern gebildet sind.The invention relates to a bumper for a motor vehicle, in particular a front bumper, with at least two mutually spaced tubular or box-shaped deformation bodies, the central or longitudinal axes of which, in the assembled state, are oriented essentially parallel to the direction of travel of the motor vehicle, and with a plurality of tubular cross members, one above the other arranged and connected to the deformation bodies (so-called crash boxes), the cross members being formed from a group of at least three cross members.
Ein derartiger Stoßfänger ist aus der
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.Most rear-end collisions of passenger cars occur at speeds below 20 km / h. This leads to vehicle damage in the front and rear area. In recent years, crash repair tests have been developed in the insurance industry with the aim of reducing damage to cars in typical rear-end collisions. On the basis of these tests, among other things, car insurance companies nowadays classify passenger cars. The automobile manufacturers take this test into account when developing new car models. However, minimizing vehicle damage in the event of a rear-end collision requires that the bumpers of the vehicles involved in the rear-end collision are geometrically compatible. Because the crossbeams of the bumpers are relatively narrow and are arranged at different heights, the result is that the bumpers do not meet and can slip or penetrate into the soft structures of the other vehicle. In these cases, repair costs can be significantly higher than for vehicles whose bumpers meet and absorb the impact energy as intended.
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, insbesondere der Kühler beschädigt wird. Bisher sind herkömmliche Kraftfahrzeug-Stoßfänger in der Regel nicht auf diese Anforderung ausgelegt.But even if the bumpers meet, it is also important for minimizing the damage to the vehicle that the impact-related displacement (deformation) of the cross member of the bumper does not exceed a certain amount, for example 100 mm, since otherwise the engine unit, in particular the radiator, is damaged. So far, conventional motor vehicle bumpers have generally not been designed for this requirement.
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.Another requirement when developing new automobiles is to minimize vehicle weight to reduce fuel consumption. For this reason, aluminum bumpers are installed in many motor vehicles. Although these bumpers are relatively light in weight, they have the disadvantage of relatively high material costs.
Die
Aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stoßfänger der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, dessen Querträger einen relativ hohen Deformationswiderstand bieten, so dass im Falle eines Auffahrunfalls bei Geschwindigkeiten kleiner 20 km/h eine gezielte begrenzte Rückverlagerung der Querträger erzielt und ein Unter- bzw. Überfahren des Stoßfängers durch den Stoßfänger des an der Kollision beteiligten Fahrzeugs weitestgehend ausgeschlossen wird. Zugleich soll sich der Stoßfänger ein relativ geringes Gewicht aufweisen.The present invention has for its object to provide a bumper of the type mentioned, its cross member offer a relatively high resistance to deformation, so that in the event of a rear-end collision at speeds of less than 20 km / h, the crossbeams can be deliberately limited to be moved back and the bumper of the vehicle involved in the collision largely prevents the bumper from going under or over it. At the same time, the bumper should have a relatively low weight.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Stoßfänger mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by a bumper with the features of
Der erfindungsgemäße Stoßfänger ist dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationskörper und die Querträger aus Stahl hergestellt sind, wobei die Querträger mit den Deformationskörpern über Befestigungsmittel verbunden sind, , wobei der unterste Querträger eine geringere Wandstärke als mindestens einer der anderen Querträger aufweist, wobei die Wandstärke mindestens dem 0,6-fachen und höchstens 0,9-fachen der Wandstärke des Querträgers mit der höchsten Wandstärke entspricht, wobei alle Querträger jeweils eine Zugfestigkeit von mindestens 780 MPa aufweisen, und wobei der Deformationswiderstand und/oder die Zugfestigkeit der Querträger vom obersten Querträger in Richtung des untersten Querträgers stufenweise abnehmen.The bumper according to the invention is characterized in that the deformation bodies and the crossbeams are made of steel, the crossbeams being connected to the deformation bodies via fastening means, the lowermost crossbeam having a smaller wall thickness than at least one of the other crossbeams, the wall thickness being at least that Corresponds to 0.6 times and at most 0.9 times the wall thickness of the cross member with the highest wall thickness, with all cross members each having a tensile strength of at least 780 MPa, and wherein the deformation resistance and / or the tensile strength of the cross members from the top cross member in the direction remove the bottom cross member gradually.
Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, dass sich hinsichtlich eines typischen Auffahrunfalls mit einer Geschwindigkeit kleiner 20 km/h eine gezielte begrenzte Rückverlagerung des Querträgerbereichs des Stoßfängers sowie eine hohe Sicherheit gegen ein Unter- bzw. Überfahren des Stoßfängers und zudem eine erhebliche Reduzierung des Gewichts des Stoßfängers erzielen lassen, wenn bei einem Stoßfänger der eingangs genanten Art der unterste Querträger eine geringere Wandstärke aufweist als mindestens einer der darüber angeordneten Querträger.The solution according to the invention is based on the knowledge that, with regard to a typical rear-end collision at a speed of less than 20 km / h, there is a deliberate, limited backward displacement of the cross member area of the bumper, as well as a high degree of security against the bumper being driven under or over, and also a considerable reduction in weight of the bumper can be achieved if the bottom cross member has a smaller wall thickness than at least one of the cross members arranged above in a bumper of the type mentioned.
Der in Anspruch 1 definierte Stoßfänger erfüllt somit die Anforderungen des oben erwähnten von der Versicherungsbranche entwickelten Crashreparaturtests und zeichnet sich zudem durch ein relativ geringes Gewicht aus.The bumper defined in
Die Deformationskörper sowie die Querträger des erfindungsgemäßen Stoßfängers sind erfindungsgemäß aus Stahl gefertigt. 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 ist auch die Verwendung von warmvergütbaren Stählen, wie beispielsweise Mangan-Bor-Stähle, die als Querträger durchgehend gehärtet sein können oder lokal unterschiedliche Festigkeiten aufweisen können. Erfindungsgemäß weisen alle Querträger eine Zugfestigkeit von mindestens 780 MPa auf. Vorzugsweise ist zumindest der unterste Querträger des erfindungsgemäßen Stoßfängers aus hochfestem Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1200 MPa, vorzugsweise von mindestens 1400 MPa hergestellt. The deformation body and the cross member of the bumper according to the invention are made of steel according to the invention. Steel is particularly characterized by good cold formability and a proven and cost-effective weldability. In addition, the material steel offers the possibility of achieving higher strengths than, for example, aluminum. It is also conceivable to use heat-treatable steels, such as, for example, manganese-boron steels, which can be continuously hardened as cross members or can have different strengths locally. According to the invention, all cross members have a tensile strength of at least 780 MPa. At least the lowermost cross member of the bumper according to the invention is preferably made of high-strength steel with a tensile strength of at least 1200 MPa, preferably of at least 1400 MPa.
Je nach Anforderung und mit Blick auf ein relativ niedriges Gewicht können unterschiedliche Werkstoffgüten und/oder Wandstärken verwendet werden. Insbesondere durch die Verwendung von Stählen mit Zugfestigkeiten von mindestens 780 MPa kann zumindest der unterste Querträger mit geringerer Wandstärke hergestellt werden (0,9-fache der Wandstärke des Querträgers mit der höchsten Wandstärke). Kommen Stähle mit Zugfestigkeiten von mindestens 1200 MPa in Betracht, kann die Wandstärke weiter reduziert werden, mindestens um oder auf das 0,6-fache, vorzugsweise 0,7-fache der Wandstärke des Querträgers mit der höchsten (größten) Wandstärke.Depending on the requirements and with a view to a relatively low weight, different material grades and / or wall thicknesses can be used. In particular, by using steels with tensile strengths of at least 780 MPa, at least the lowest cross member with a smaller wall thickness can be produced (0.9 times the wall thickness of the cross member with the highest wall thickness). If steels with tensile strengths of at least 1200 MPa are considered, the wall thickness can be reduced further, at least by or to 0.6 times, preferably 0.7 times the wall thickness of the cross member with the highest (greatest) wall thickness.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers sieht vor, dass zumindest der oberste Querträger an den Außenseiten der Deformationskörper endet. Diese Längenbegrenzung des obersten Querträgers bzw. mindestens eines weiteren Querträgers der anderen Querträger dient dem Ziel, das Gewicht des Stoßfängers zu minimieren. Der betreffende Querträger kann dabei mit geringem Abstand von der Außenseite des jeweiligen Deformationskörpers enden. Der Abstand bzw. Vorsprung des Endes des Querträgers gegenüber der Außenseite des Deformationskörpers ist dabei vorzugsweise kleiner oder gleich dem Außendurchmesser oder der größten Profilaußenweite des betreffenden Querträgers. Besonders bevorzugt schließt zumindest der oberste Querträger in seiner Längserstreckung im Wesentlichen bündig mit den beiden Außenseiten der Deformationskörper ab.A further preferred embodiment of the bumper according to the invention provides that at least the uppermost cross member ends on the outer sides of the deformation bodies. This length limitation of the uppermost cross member or at least one other cross member of the other cross members serves the purpose of minimizing the weight of the bumper. The cross member in question can end at a short distance from the outside of the respective deformation body. The distance or projection of the end of the cross member relative to the outside of the deformation body is preferably less than or equal to the outside diameter or the largest profile outside width of the cross member in question. In a particularly preferred manner, at least the uppermost cross member is essentially flush in its longitudinal extent with the two outer sides of the deformation bodies.
Erfindungsgemäß nehmen der Deformationswiderstand und/oder die Zugfestigkeit der Querträger vom obersten Querträger in Richtung des untersten Querträgers stufenweise ab. Hierdurch können gegebenenfalls die Materialkosten des erfindungsgemäßen Stoßfängers gesenkt und gleichwohl die Anforderungen des oben erwähnten, von der Versicherungsbranche entwickelten Crashreparaturtests erfüllt werden.According to the invention, the deformation resistance and / or the tensile strength of the crossbeam gradually decrease from the uppermost crossbeam in the direction of the lowermost crossbeam. In this way, the material costs of the bumper according to the invention can be reduced, if necessary, and the requirements of the above-mentioned crash repair test developed by the insurance industry can be met.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der oberste Querträger und der unmittelbar darunter angeordnete Querträger zwischen den Deformationskörpern lokal miteinander verbunden sind. Hierdurch kann der Deformationswiderstand im oberen Bereich des Stoßfängers weiter erhöht werden. Die lokale Verbindung des mindestens obersten Querträgers und des unmittelbar darunter angeordneten Querträgers kann dabei vorzugsweise aus einer oder mehreren Schraubverbindungen gebildet sein. Zur Verbesserung des Deformationswiderstandes des Stoßfängers können auch alle Querträger lokal miteinander verbunden sein.A further advantageous embodiment of the bumper according to the invention is characterized in that at least the uppermost cross member and the cross member arranged directly underneath are locally connected to one another between the deformation bodies. As a result, the deformation resistance in the upper area of the bumper can be increased further. The local connection of at least the top crossmember and the The cross member arranged directly below can preferably be formed from one or more screw connections. To improve the deformation resistance of the bumper, all cross members can also be connected locally.
Hinsichtlich niedriger Fertigungskosten sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers vor, dass die Querträger oder zumindest der unterste Querträger als Rollprofil, optional als gebogenes Rollprofil ausgeführt sind/ist. Nach einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers können die Querträger oder zumindest der unterste Querträger auch aus mehreren Blechumformteilen hergestellt sein, wobei die Längskanten des jeweiligen oder obersten Querträgers im Stumpfstoß oder Überlappstoß miteinander verschweißt sind. Die letztgenannte Ausgestaltung bietet die Möglichkeit, den betreffenden Querträger aus Blechen bzw. Blechumformteilen unterschiedlicher Wandstärke und/oder unterschiedlicher Werkstoffgüte maßgeschneidert zusammenzusetzen.With regard to low manufacturing costs, a further preferred embodiment of the bumper according to the invention provides that the cross members or at least the lowermost cross members are / are designed as a rolling profile, optionally as a curved rolling profile. According to an alternative embodiment of the bumper according to the invention, the cross members or at least the lowermost cross member can also be produced from a plurality of sheet metal parts, the longitudinal edges of the respective or top cross member being welded to one another in the butt joint or overlap joint. The latter embodiment offers the possibility of tailoring the cross member in question from sheet metal or sheet metal parts of different wall thickness and / or different material quality.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der unterste Querträger bezüglich seiner Querschnittform von mindestens einem der anderen Querträger unterscheidet. Auch hierdurch lässt sich der Deformationswiderstand des Stoßfängers erhöhen und/oder dessen Gewicht verringern.A further advantageous embodiment of the bumper according to the invention is characterized in that the lowest cross member differs in cross-sectional shape from at least one of the other cross members. This also increases the deformation resistance of the bumper and / or reduces its weight.
Genügt die Anzahl der Querträger der geforderten Mindesthöhe des Stoßfängers und ist eine weitere Erhöhung des Deformationswiderstandes erforderlich, kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers dadurch Abhilfe geschaffen werden, dass mindestens einer der Querträger mit Strukturschaum ausgeschäumt ist.If the number of cross members meets the required minimum height of the bumper and a further increase in the deformation resistance is required, remedial measures can be taken according to a further embodiment of the bumper according to the invention by at least one of the cross members being foamed with structural foam.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stoßfängers, insbesondere Frontstoßfängers sind in den Unteransprüchen angegeben.Further preferred and advantageous embodiments of the bumper according to the invention, in particular front bumper, are specified in the subclaims.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:
-
1 einen erfindungsgemäßen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug mit zwei stoßabsorbierenden Deformationskörpern (Crashboxen), in Draufsicht; -
2 den Stoßfänger der1 , in Vorderansicht; -
3 eine perspektivische Schnittdarstellung des Stoßfängers entlang der Schnittlinie III-III in2 ; -
4 eine Ansicht auf die Schnittfläche der3 ; und -
5 und6 jeweils eine Querschnittansicht auf übereinander angeordnete Querträger eines erfindungsgemäßen Stoßfängers gemäß zwei weiteren Ausführungsbeispielen.
-
1 a bumper according to the invention for a motor vehicle with two shock-absorbing deformation bodies (crash boxes), in plan view; -
2 the bumper of the1 , in front view; -
3 a perspective sectional view of the bumper along the section line III-III in2 ; -
4 a view of the section of the3 ; and -
5 and6 in each case a cross-sectional view of a cross member of a bumper according to the invention arranged one above the other according to two further exemplary embodiments.
In
Der Stoßfänger
Ferner umfasst der Stoßfänger
In den dargestellten Ausführungsbeispielen weist der Stoßfänger
Die Verbindung zwischen den Querträgern
Der unterste Querträger
Um das Gewicht des Stoßfängers
Um den Widerstand im oberen Bereich der Konstruktion weiter zu erhöhen, sind zumindest der oberste Querträger
Die Querträger
Für die Herstellung der rohrförmigen Querträger bzw. Profile
In den
In dem Ausführungsbeispiel gemäß
In dem Ausführungsbeispiel gemäß
Die Verbindung der rohrförmigen Querträger bzw. Profile
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