DE102013000269A1

DE102013000269A1 - Stoßfängersystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013000269A1
Application number: DE201310000269
Authority: DE
Inventors: Christian Handing; Mirko Paare
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: SGL Carbon SE
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2033-01-11
Also published as: DE102013000269B4

Abstract

Hauptanspruch: Stoßfängersystem (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Crashbox (4) zur Eingliederung zwischen einem Stoßfängerquerträger (2) und einer längsträgerseitigen Flanschplatte (3), wobei die Crashbox (4) aus einem rohrförmigen Längsprofil (5) aus zwei U-förmig konfigurierten Schalenkörpern (6) gebildet ist, und am Längsprofil (5) die Flanschplatte (3) mit einer Öffnung (16) versehen ist, wobei am längsträgerseitigem Ende des Längsprofils (5) ein nach außen umgeformter Kragen (10) vorgesehen ist, und der Kragen (10) an der Flanschplatte (3) anliegt und mit der Flanschplatte (3) gefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Längsprofil (5) ein Verstärkungsprofil (11) zugeordnet ist, welches das Längsprofil (5) umfangseitig auf dessen Außenseite (19) wenigstens teilweise umschließt und das Verstärkungsprofil (5) sich wenigstens abschnittsweise an der Flanschplatte (3) abstützt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stoßfängersystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Crashbox aus einem rohrförmigen Längsprofil mit einem längsträgerseitigen in Richtung Crashbox umgestellten Kragen, der mit Flanschplatten am Längsträger gefügt ist.
Der gattungsbildende Stand der Technik ist die EP 1 970 260 A1 . Darin wird ein Stoßfängersystem mit einer rohrförmig ausgebildeten Crashbox offenbart, welche zwischen Stoßfängerquerträger und Fahrzeuglängsträger festlegbar ist und deren offenes zum Fahrzeuglängsträger weisendes Ende radial nach außen pilzartig umgestellt ist, wobei das umgestellte Ende wenigstens teilweise an seiner Außenfläche mit dem Fahrzeuglängsträger über eine Flanschplatte gekoppelt ist. Das an der Flanschplatte gekoppelte Ende der Crashbox sorgt dafür, dass diese bei axialer Belastung infolge eines Aufpralls derart deformiert wird, dass der dem Ende benachbarte Wandabschnitt dabei ebenfalls gleichartig umgestellt wird. Nachteilig dabei ist, dass dieses Crashboxdesign nach dem Stülpprinzip bei üblichen Lastanforderungen nur mit Stahlwerkstoffen realisiert werden kann und somit ein hohes Gewicht aufweist.
Weiterhin zählt die DE 10 2006 058 604 B4 zum Stand der Technik, wonach eine Crashbox zur Eingliederung zwischen Fahrzeuglängsträger und Stoßfängerquerträger vorgeschlagen wird, welche ein metallisches Längsprofil sowie einen formschlüssig an dessen Außenseite anliegenden faserverstärkten Kunststoffmantel aufweist. Wesentlich dabei ist, dass der faserverstärkte Kunststoffmantel und das Längsprofil sich an einer Flanschplatte abstützen, wobei bei einem Frontalaufprall das Längsprofil dabei zusammenfalten und der Kunststoffmantel umgestülpt wird. Problematisch dabei ist, dass durch die formschlüssige Verbindung zwischen Längsprofil und Mantel das Längsprofil bei seiner Deformation behindert wird und unter Umständen durch den unvermeidlichen Faltenwurf auch nach außen den Kunststoffmantel sogar an einer unvorteilhaften Stelle beschädigt.
Ausgehend von vorgenannten Crashboxdesigns ist die Aufgabe der Erfindung, eine Stoßfängersystem bereitzustellen, welche ein erhöhtes Maß an Freiheitsgraden bei der Materialauswahl für eine optimale Leichtbauweise zulässt und gleichzeitig ausfallsicherer ist. Weitere Aufgabe ist ein besonders einfacher und wirtschaftlicher Herstellungsprozess für ein derartiges Stoßfängersystem.
Gelöst wird der gegenständliche Teil der Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Stoßfängersystem mit den Merkmalen im Kennzeichen von Patentanspruch 1. Die darauf rückbezogenen Unteransprüche beschreiben Ausführungsdetails des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems. Der verfahrensgemäße Aufgabenteil wird durch den nebengeordneten Verfahrensanspruch 17 gelöst.
Es wird ein Stoßfängersystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches zwei Crashboxen umfasst zur Eingliederung zwischen einem Stoßfängerquerträger und einer längsträgerseitigen Flanschplatte, wobei die Crashbox aus einem rohrförmigen Längsprofil aus zwei U-förmig konfigurierten Schalenkörpern gebildet ist, und am Längsprofil die Flanschplatte mit einer Öffnung versehen ist, wobei am längsträgerseitigem Ende des Längsprofils ein nach außen umgeformter Kragen vorgesehen ist, und der Kragen an der Flanschplatte anliegt und mit der Flanschplatte gefügt ist. Mit dieser Ausgestaltung des Längsprofils der Crashbox ist es möglich, dass im Crashfall der Stoßfängerquerträger in Richtung Fahrzeuglängsträger verschoben wird und dabei die Crashboxen kontinuierlich in den Fahrzeuglängsträger hinein verschoben werden. Der Fügebereich ist innerhalb der Öffnung oder auf der dem Längsträger zugewandten Seite der Flanschplatte insbesondere als Schweißverbindung ausgebildet. Gekennzeichnet ist das Stoßfängersystem dadurch, dass dem Längsprofil ein Verstärkungsprofil zugeordnet ist, welches das Längsprofil umfangseitig auf dessen Außenseite wenigstens teilweise umschließt und das längsträgerseitige Ende des Verstärkungsprofils sich wenigstens abschnittsweise an der Flanschplatte abstützt. Im Crashfall wirkt dabei das Verstärkungsprofil zusammen mit dem Längsprofil als Aufprallenergieabsorber, wobei das Verstärkungsprofil dabei derart deformiert wird, dass dabei die in der Kunststoffmatrix gebundenen Faserstränge unter großer Energieabsorption zerreißen. Das erfindungsgemäße Stoßfängersystem ist bevorzugt derart mit der Fahrzeugkarosse verbunden, das die längsträgerseitigen Enden der Crashbox über Flanschplatten mit dem Fahrzeuglängsträger gekoppelt sind, wobei jeweils eine Flanschplatte fest, insbesondere stoffschlüssig mit dem Fahrzeuglängsträger und eine weitere ebenso fest mit der Crashbox gekoppelt ist. Die Flanschplatten selbst können sich in ihrer geometrischen und materiellen Ausführung unterscheiden, sind aber beide zur Durchführung der Crashbox während eines Frontalaufpralls mittels einer Öffnung versehen.
Für eine besonders hohe Crashperformance hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Längsprofil der Crashbox als Schalenkörper auszuführen, welche sich endseitig ihrer Seitenschenkel überlappen und im Überlappungsbereich besonders hohen Verformungswiderstand bieten. Damit können auch eventuell auftretende Festigkeitsreduktionen, die infolge des Fügens der beiden Schalenkörper zum Längsprofil auftreten können, ausgeglichen werden.
Weiterhin bevorzugt besitzen das Längsprofil und die Öffnung einen rechteckigen Querschnitt. Mit anderen Worten sind die Schalenkörper jeweils näherungsweise U-förmig konfiguriert. Durch den rechteckigen Querschnitt ist eine größtmögliche Quersteifigkeit erreichbar und damit die Gefahr des Knickens bei teilweise schräg eingeleiteten Aufprallkräften, mit einer Kraftkomponente auch in Fahrzeug-(Y)-Richtung, minimiert. Es ist aber auch vorstellbar, dass das Längsprofil in einem kleinem Winkel (Beta) versetzt zum Fahrzeuglängsträger an der Flanschplatte festgelegt ist, insbesondere dann, wenn die Fahrzeuglängsträger besonders eng zueinander positioniert sind oder der Stoßfängerquerträger besonders lang ist und weit außen mit den Crashboxen gefügt ist.
Das Längsprofil ist dabei bevorzugt fluchtend zur Öffnung ausgerichtet und verläuft im Wesentlichen parallel zu den Fahrzeuglängsträger und senkrecht zur Flanschplatte. Bevorzugt besteht ein Winkel (Alpha) zwischen dem Längsprofil und dem Kragen zwischen 20 Grad und 70 Grad, was einen gleichmäßigen Deformationsbeginn in Form eines Aufstülpens des längsträgerseitigen Endes des Längsprofils bewirkt.
Wie das Längsprofil, so ist bevorzugt auch das Verstärkungsprofil erfindungsgemäß aus zwei Halbschalen gebildet, welche mittels Pultrusion oder alternativ durch Fließpressen hergestellt werden. Die Halbschalen weisen im Querschnitt einen U-förmigen, hutförmigen oder symmetrisch schmetterlingsflügelartigen Querschnitt auf und sind miteinander sowie in ihren Kontaktbereichen zum Längsprofil fest verbunden. Bezüglich der Kontaktierung der zwei Halbschalen des Verstärkungsprofils untereinander ist bevorzugt vorgesehen, dass diese endseitig ihrer Seitenschenkel überlappend miteinander gefügt, insbesondere verklebt oder verschweißt sind. Bei der Verwendung von Duroplast als Matrixmaterial für das Verstärkungsprofil und eines Stahlwerkstoffs als Längsprofil ist es zudem vorteilhaft möglich, die zwei Halbschalen des Verstärkungsprofils untereinander sowie optional auch mit dem Längsprofil zu verkleben und die Aushärtung des Klebers während einer nachfolgenden Beschichtung, insbesondere einer kathodischen Tauchlackierung, vorzunehmen. Die Klebeverbindung bewirkt keine Schwächung des Längsprofils oder des Verstärkungsprofils in Bereich der Fügestellen. Alternativ ist es aber auch möglich, bei der Verwendung von Thermoplast die zwei Halbschalen des Verstärkungsprofils untereinander zu verschweißen, wobei dazu deren sich kontaktierende Seitenschenkel endseitig erwärmt und damit aufgeweicht werden und eine stoffschlüssige Verbindung miteinander eingehen.
Das Verstärkungsprofil ist weiterhin bevorzugt aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet, wobei wenigstens 50 Prozent, bevorzugt wenigstens 70 Prozent der Fasern in Fahrzeug-(X)-Richtung angeordnet sind. Die restlichen Fasern sind dabei bevorzugt 90 Grad versetzt, das bedeutet in Umfangrichtung des Verstärkungsprofils erstreckend angeordnet und sorgen dafür, dass im Crashfall das Verstärkungsprofil ein hohes Energieaufnahmevermögen besitzt. Beim so genannten Crushing brechen die Faserverbindungen mit steigender Belastung auf, wodurch verhältnismäßig viel Energie absorbiert wird. Bei den verwendeten Fasern handelt es sich insbesondere um Glasfasern, die als mehrlagige Glasmattenthermoplaste und/oder in einer Epoxyd-Kunststoffmatrix angeordnet sind. Wie oben beschrieben, werden diese Halbzeuge zu den Halbschalen des Verstärkungsprofils weiterverarbeitet durch Fließpressen im Falle der Glasmattenthermoplaste oder durch Pultrusion einer Duroplast- oder Thermoplastmatrix. Denkbar ist auch im Rahmen der Erfindung, anstelle von Glasfasern Kohlefasern einzusetzen, was sich jedoch wirtschaftlich, insbesondere bei größeren Stückzahlen, als nachteilig darstellt. Weiterhin möglich ist auch das Wickeln der Fasern optional nach einer ”Tränkung” auf ein definiertes Profilelement analog der Endgeometrie des Verstärkungselements. Die Faserstränge werden dabei zunächst durch die flüssige Kunststoffphase geführt, und später so um das Halbzeug herum gewickelt. Alternativ kann auch zunächst die Formgebung durch Abwickeln der Fasern um das Längsprofil und anschließend eine Infiltration z. B. im RTM-Verfahren erfolgen.
Weiterhin bevorzugt ist das Verstärkungsprofil vom Längsprofil wenigstens Abschnittsweise beabstandet, wobei in den Kontaktbereichen eine Fügeverbindung von Längsprofil und Verstärkungsprofil vorgesehen ist, welche ein gleichmäßiges Kraftniveau beziehungsweise einen gleichmäßigen Energieabbau im Crashfall bewirkt. Die Kontaktbereiche sind umfangseitig bevorzugt an wenigstens zwei Punkten des Längsprofils angeordnet und sorgen beim Crash in Verbindung mit oben genannten Winkel (α) für eine geradlinige Bewegung des Längsprofils durch die Öffnung der Flanschplatte in den Fahrzeuglängsträger hinein. Gleichzeitig bewirkt der Abstand zwischen beiden Profilen zumindest im Bereich der Anbindung zur Flanschplatte, dass das Verstärkungsprofil an seinem dem Fahrzeuglängsträger zugewandten Ende nicht in den im Crashfall umzustülpenden Bereich hinein verläuft sondern sicher an der Flanschplatte abgestützt ist. Die Abstützung kann auch noch dadurch vorteilhaft verbessert und der Berstdruck auf das Verstärkungsprofil reduziert werden, dass in der Flanschplatte umlaufend eine grabenförmige Vertiefung eingebracht ist, die für einen Formschluss zwischen Flanschplatte und Verstärkungsprofil bereits vor oder zumindest während eines Crashs sorgt.
In Rahmen der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass das Verstärkungsprofil unlösbar mit dem Längsprofil verbunden ist. Die Verbindung kann durch abschnittsweisen Kontakt zwischen den Profilen erfolgen, insbesondere in Längserstreckungsrichtung des Längsprofils. Es ist aber auch möglich, die Verbindung mittels mehrerer umfangseitig verlaufender – insbesondere durchgehend schmaler – Kontaktbereiche zu realisieren, welche bevorzugt in Fahrzeug-(X)-Richtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Möglich aber nicht bevorzugt ist auch, die Faserausrichtung so zu wählen, dass nur weniger als 50% der Fasern in Fahrzeug-(X)-Richtung verlaufen. In diesem Fall eignet sich das Verstärkungsprofil zum Falten, ein Crushing findet dann aber kaum statt.
Weiterhin bevorzugt weist das Verstärkungsprofil im Querschnitt wenigstens zwei radial nach Innen weisende Rippen auf, welche in Kontakt mit dem Längsprofil treten. Dabei kann insbesondere vorgesehen werden, die Rippen auf ihrem dem Längsprofil zugewandten Ende mit einem Klebstoff zu beaufschlagen und abschließend das Verstärkungsprofil selbst oder dessen Halbschalen mit dem Verstärkungsprofil zu fügen. Die Rippen selbst sind dabei bevorzugt werkstoffeinheitlich mit dem Verstärkungsprofil verbunden. Im Crashfall dienen die Rippen zur Kraftübertragung vom Verstärkungsprofil zum Längsprofil oder umgekehrt, was wieder zu einem gleichmäßigem Kraftniveau im Crashfall beiträgt. Bevorzugt weist wenigstens eine Rippe im Querschnitt eine in Richtung des Längsprofils großer werdende Wandstärke auf, insbesondere weist die Rippe an ihrem Ende eine um mindestens 50 Prozent größere Wandstärke auf, als die Wandstärke der Rippe im gegenüberliegenden Abschnitt. Somit wird erreicht, dass eine große Fügefläche zwischen Verstärkungsprofil und Längsprofil besteht, das Gewicht durch die Rippen aber auf einem akzeptablen Niveau verbleibt.
Bezüglich der bevorzugt stoffschlüssigen Verbindung zwischen Verstärkungsprofil und Längsprofil kann weiterhin vorgesehen werden, diese gleichzeitig mit einer Beschichtung des Längsprofils herzustellen, insbesondere durch einen expandierenden Klebstoff. Der Klebstoff wird dafür zunächst vor der Beschichtung in den Kontaktbereichen oder aber auch vollflächig auf das Verstärkungsprofil aufgebracht und erst während der Beschichtung unter Wärmeeinwirkung ausgehärtet. Diese Art der Verbindung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn als Längsprofil ein Stahlwerkstoff verwendet wird und das bereits vormontierte Stoßfängersystem mit dem das Längsprofil umgreifenden Verstärkungsprofil durch die Beschichtungsanlage, insbesondere eine kathodische Tauchlackieranlage, hindurchgeführt wird. Dabei ermöglicht eine Positionierung des Verstärkungsprofils unter leichter Vorspannung zwischen Flanschplatte und der dem Fahrzeuglängsträger zugewandten Seite des Stoßfängerquerträgers eine hinreichende Positionstreue des Verstärkungsprofils relativ zum Längsprofil. Der unter Wärmeeinfluss expandierende Klebstoff, insbesondere Schaumkleber überbrückt dann während der Beschichtung auch eventuell noch vorhandene Zwischenräume in Kontaktbereichen zwischen Längsprofil und Verstärkungsprofil. Auch deshalb weist das Verstärkungsprofil besonders bevorzugt eine Länge auf, die der Länge des Längsprofils zwischen Anbindungspunkt zum Stoßfängerquerträger und der Flanschplatte entspricht.
Es ist auch möglich, dass das Verstärkungsprofil, insbesondere wenn es aus zwei Halbschalen gebildet ist, in seiner Längserstreckungsrichtung einen in Richtung Fahrzeuglängsträger größer werdenden Außenumfang aufweist, wobei der Anbindungsbereich zur Flanschplatte gleichzeitig der größte Außenumfang darstellt. Zumindest dieser Bereich des Verstärkungsprofil ist bevorzugt vom Längsprofil beabstandet.
Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, dass das Verstärkungsprofil eine Länge aufweist, die nicht mehr als 60 Prozent der Länge des Längsprofils zwischen dem Anbindungspunkt zum Stoßfängerquerträger und der Flanschplatte entspricht. Dazu kann vorgesehen werden, dass das Verstärkungsprofil nur über einen Teil der Länge des Längsprofils angeordnet ist und dieses dabei umschließt und sich mit seinem längsträgerseitigen Ende an der Flanschplatte abstützt. Dadurch ist es möglich, ein mehrstufiges Kraftniveau im Crashfall einzustellen, insbesondere ein erstes niedrigeres Kraftniveau welches im Wesentlichen durch die Deformation des Längsprofils bestimmt wird und ein zweites höheres Kraftniveau, welches durch das Zusammenwirken beider Profile bestimmt wird.
Bezüglich der Materialauswahl wird es durch das erfindungsgemäße Stoßfängersystem möglich, eine sehr leichte Konstruktion aus Stoßfängerquerträger und Crashbox zu wählen. Insbesondere wird es möglich, die Crashbox mit einem aus Leichtmetall gebildeten Längsprofil mit umgeformten Kragen auszustatten, welcher in Kombination mit dem Verstärkungsprofil aus faserverstärkten Kunststoff eine gute Energieaufnahme beziehungsweise gleichmäßige Deformation durch Kragenumstellung während eines Crashfalls bietet. Diese Deformierbarkeit ist bei üblichen Lastfällen ohne erfindungsgemäßes Verstärkungsprofil mit Stahlwerkstoffen nur eingeschränkt und mit Aluminiumlegierungen gar nicht möglich, da eine wesentlich größere Wandstärke des Längsprofils erforderlich wäre, die das gleichmäßige Umstellen des Kragens wenigstens behindert. Bezüglich der erforderlichen Wandstärke für das Verstärkungsprofil und das Längsprofil haben sich folgende Kombinationen als vorteilhaft dargestellt. Für ein Längsprofil aus Schalenkörpern aus Feinkornbaustahl, insbesondere mikrolegiertes Feinkornbaustahl wie die Sorte H400 ist eine Wandstärke von 1,0 bis 2,5 mm zu bevorzugen, insbesondere 1,0 bis 1,6 mm. Anstelle von Stahl ist aber auch die Verwendung von Leichtmetall, insbesondere eine Aluminiumlegierung der Gruppe AW5000 nach EN 537-3 möglich, wobei in diesem Fall die Wandstärke bevorzugt 1,5 bis 3 mm beträgt. Die größeren Werte beziehen sich jeweils auf höhere Anforderungen an das Kraftniveau bzw. die anzubauende Aufprallenergie durch die Crashbox, so zum Beispiel ein hohes Kraftniveau bei 140 Kilonewton oder ein eher geringes Kraftniveau bei 80 Kilonewton. Das Verstärkungsprofil sollte in allen diesen Varianten eine Wandstärke von mindestens 1,0 mm und höchstens 2,0 mm aufweisen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines zuvor beschriebenen Stoßfängersystems.
Das Verfahren ist gekennzeichnet durch folgende Schritte

• Bereitstellung des rohrförmigen Längsprofils aus einem metallischen Werkstoff,
• Fügen des Stoßfängerquerträgers an das rohrförmige Längsprofil der Crashbox,
• Fügen der Flanschplatte an das rohrförmige Längsprofil der Crashbox,
• Bereitstellung zweier vorgeformter Halbschalen aus faserverstärkten Kunststoff,
• Auftrag eines Klebstoffes auf wenigstens einer der vorgeformten Halbschalen
• Bevorzugt Positionierung der vorgeformten Halbschalen umfangseitig des Längsprofils der Crashbox
• Anschließend Zusammenfügen der beiden vorgeformten Halbschalen des Verstärkungsprofil
• Anschließend Aushärten des aufgetragenen Klebstoffs, insbesondere innerhalb einer Beschichtungsanlage.

Die Reihenfolge der Fügeprozesse ist bevorzugt derart, dass zunächst der Stoßfängerquerträger und das Längsprofil gefügt werden und anschließend die Positionierung der mit Klebstoff beaufschlagten Halbschalen des Verstärkungsprofils um das Längsprofil herum erfolgt, gefolgt von deren Zusammenfügen. Abschließend werden die Profile mit der Flanschplatte gefügt, wobei Mittel vorgesehen sein können, die die Ausrichtung der Fügepartner untereinander unterstützen.
Weitere Details zum erfindungsgemäßen Stoßfängersystem sind der folgenden Figurenbeschreibung zu entnehmen. Es werden für gleiche oder ähnliche Teile beziehungsweise Bereiche zur besseren Übersicht die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigen die Figuren schematisch:
1a ein erfindungsgemäßes Stoßfängersystem in einer Draufsicht und
1b das Stoßfängersystem aus 1a im Schnitt
2a einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Crashbox,
2b einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Crashbox,
2c einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Crashbox,
3 einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Crashbox,
4 einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Crashbox,
5a einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Crashbox,
5b eine Abwicklung einer Ausführungsvariante des Verstärkungsprofils der erfindungsgemäßen Crashbox vor der Formung zur Halbschale,
6 eine Schnittansicht auf eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems,
7 zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm einer Crashbox nach dem Stand der Technik und nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante,
8 Ausschnitt auf Anbindungsbereich Stoßfängerquerträger und erfindungsgemäße Crashbox.
Einige Merkmale der verschiedenen Ausführungsvarianten, wie zum Beispiel die Gestaltung der Flanschplatte, sind untereinander kombinierbar, wenn nichts gegenteiliges geschrieben ist.
Die 1a zeigt ein erfindungsgemäßes Stoßfängersystem 1 mit einem Stoßfängerquerträger 2 welche sich quer zur Fahrzeugrichtung (Y) erstreckt und über zwei Crashboxen 4 mit den Fahrzeuglängsträgern 22 koppelbar ist. Der Querträger 2 ist in dieser Ausführungsvariante gerade ausgebildet. Der Schnitt A-A ist in 1b detailliert beschrieben, während der Querschnitt B-B durch die Crashbox 4 in den 2 bis 5 anhand verschiedener Ausführungsformen erläutert wird. Das bedeutet, dass jede dieser Ausführungsvarianten mit dem Stoßfängersystem gemäß 1 kombiniert werden kann.
1b stellt den seitlichen Schnitt A-A aus 1a dar. Das Längsprofil 5 im Innern des Verstärkungsprofils 5 erstreckt sich zwischen Stoßfängerquerträger 2 und Flanschplatten 3, 3'. Die Flanschplatte 3 am Fahrzeuglängsträger 22 sind zentral mit einer Öffnung 16 versehen an dessen Rand ein zu einem Kragen 10 umgestelltes Ende des Längsprofils 5 gefügt sind. Eine Schweißnaht ist nicht dargestellt, stellt aber die zweckmäßigste Verbindung dar. Das Verstärkungsprofil 11 ist an der Flanschplatte 3 abgestützt und greift formschlüssig in eine grabenförmige Vertiefung 14 der Flanschplatte 3. Die Flanschplatte 3' am Fahrzeuglängsträger ist mit der Flanschplatte 3 über nicht dargestellte Schrauben wiederlösbar verbunden.
Die 2a zeigt eine Ausführungsvariante der Crashbox 4 des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1 im Querschnitt. Zwei U-förmig konfigurierte Schalenkörper 6 sind an ihren Seitenschenkeln 7 überlappend zusammengefügt und bilden das im Querschnitt rechteckige Längsprofil 3 der Crashbox 4. Rundungen 9 bilden jeweils den Übergang von einem Seitenschenkel 7 des Schalenkörpers 6 zum die Seitenschenkel verbindenden Wandabschnitt.
Dieses wird umschlossen von einem Verstärkungsprofil 10 aus zwei ebenfalls u-förmig konfigurierten und überlappend gefügten Halbschalen 11 der Wandstärkte T6. An vier Kontaktbereichen 15 ist das Verstärkungsprofil 11 über Rippen 13 mit dem Längsprofil 5 verbunden. Dabei ist die Verbindung mittels eines nicht dargestellten Klebstoffs 17 bevorzugt stoffschlüssig gestaltet. Das Längsprofil 5 ist umfangseitig auf dessen Außenseite 19 wenigstens teilweise vom Verstärkungsprofil 11 umschlossen und weist die Wandstärke T5 auf.
Die 2b zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Crashbox 4 des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1 im Querschnitt. Zwei U-förmig konfigurierte Schalenkörper 6 sind an ihren Seitenschenkeln 7 überlappend zusammengefügt und bilden das rechteckige Längsprofil 5 der Crashbox. Rundungen 9 bilden jeweils den Übergang von einem Seitenschenkel 7 des Schalenkörpers 6 zum die Seitenschenkel verbindenden Wandabschnitt. Dieses wird umschlossen von einem Verstärkungsprofil 11. An zwei Kontaktbereichen 15 ist das Verstärkungsprofil 11 über Rippen 13 mit dem Längsprofil 5 verbunden, und zwar derart, im Bereich der überlappenden Seitenschenkel 7. Dabei ist die Verbindung zwischen den Rippen 13 und den Längsprofile 5 mittels eines nicht dargestellten Klebstoffs bevorzugt stoffschlüssig gestaltet.
Die 2c zeigt eine weitere Ausführungsvariante der Crashbox 4 des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1 im Querschnitt. Zwei u-förmig konfigurierte Schalenkörper 6 der Wandstärke T5 sind an ihren Seitenschenkeln 7 überlappend zusammengefügt und bilden das rechteckige Längsprofil 5 der Crashbox. Rundungen 9 bilden jeweils den Übergang von einem Seitenschenkel 7 des Schalenkörpers 6 zum die Seitenschenkel verbindenden Wandabschnitt. Dieses wird umschlossen von einem Verstärkungsprofil 11 der Wandstärke T6. An zwei Kontaktbereichen 15 ist das Verstärkungsprofil 11 über Rippen 13 mit dem Längsprofil 5 verbunden, und zwar derart, im Bereich der überlappenden Seitenschenkel 7. Dabei ist die Verbindung zwischen den Rippen 13 und den Längsprofile 5 mittels eines nicht dargestellten Klebstoffs bevorzugt stoffschlüssig gestaltet.
3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Crashbox 4 im Querschnitt. Im Unterschied zur Ausführungsvariante der 1 ist hier das Längsprofil 5 rund ausgebildet, wobei Rippen 13 des Verstärkungsprofils 11 das Längsprofil 5 an vier Punkten des Querschnitts kontaktieren. Die Rippen 13 weisen eine nach innen in Richtung Verstärkungsprofil 11 konstante Wandstärke T1 auf. Das Verstärkungsprofil ist in Längserstreckungsrichtung mit einem konstanten Querschnitt und einer Wandstärke T6 ausgebildet, wobei das Verstärkungsprofil 11 einteilig mit den Rippen 13 ausgebildet ist.
4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Crashbox 4 im Querschnitt. Im Unterschied zur Ausführungsvariante der 2 und 3 ist hier auch das Verstärkungsprofil 11 rund ausgebildet, wobei Rippen 13 des Verstärkungsprofils 11 das Längsprofil 5 an vier Punkten des Querschnitts kontaktieren. Die Rippen 13 weisen einen nach innen in Richtung Verstärkungsprofil 11 größer werdenden Wandstärkeverlauf auf mit einer Wandstärke T2 am dem Längsprofil 5 zugewandten Ende 13a der Rippe 13 und der Wandstärke T3 am davon abgewandten Ende der Rippe 13. Diese Gestaltung dient der Vergrößerung des Kontaktbereiches 15 und damit der Fügefläche.
5a zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Crashbox 4 im Querschnitt. Zu erkennen ist das aus zwei Schalenkörpern 6 gebildete Längsprofil 5 sowie das das Längsprofil 5 umfangseitig umgreifende Verstärkungsprofil 11 aus zwei Halbschalen 12. Sowohl die Halbschalen 12 als auch die Schalenkörper 6 umgreifen sich jeweils abschnittsweise derart, dass jeweils zwei Überlappungsbereiche 8, 8' entstehen mit doppelter Wandstärke T7. Ebenso ist erkennbar ein Abstand A zwischen beiden Profilen 5, 11, welcher in Längserstreckung beider Profile 5, 11 mehrmals von einer umlaufenden zum Längsprofil 5 gerichteten Rippe 13 überbrückend ausgebildet ist.
Die Rippen 13 sind in 5b deutlicher dargestellt in der Abwicklung einer Halbschale des Verstärkungsprofils aus 5a.
6 eine Schnittansicht auf eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1 im Kontaktbereich 15 von Verstärkungsprofil 11 und Längsprofil 5 sowie der Abstützung des Verstärkungsprofils 11 an der Flanschplatte 3. Zu erkennen ist, das das Verstärkungsprofil 11 eine Länge L2 aufweist, die nicht mehr als 60 Prozent der Länge L1 des Längsprofils zwischen dem Anbindungspunkt zum Stoßfängerquerträger 2 und der Flanschplatte 3 entspricht. Damit wird erreicht, dass an der dem Stoßfängerquerträger zugewandten Ende beider Profile 5, 11 eine direkte großflächige Kontaktierung erfolgen kann, während am der Flanschplatte 3 zugewandten Ende der Profile 5, 11 beide Profile voneinander beabstandet sind derart, dass das Verstärkungsprofil 11 sich an der Flanschplatte 3 abstützt und die Umformung des Kragens 10 des Längsprofils 5 während eines Crashfalls nicht behindert wird. In den Kontaktbereichen 15 beider Profile ist eine stoffschlüssige Verbindung mittels Klebstoff 17 (gestrichelt) dargestellt. Die Flanschplatte 3 mit der Öffnung 16 (als Radius angedeutet) ist mit der längsträgerseigen Flanschplatte 3' über Schrauben 23 verbunden, wobei zu erkennen ist, dass die Öffnung 16' (auch als Radius angedeuted) in der Flanschplatte 3' geringfügig größer ausgebildet ist, so dass die Deformation des Längsprofils ungestört ablaufen kann.
7 schließlich zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm einer Crashbox nach dem Stand der Technik mit einer homogenen Wandstärke T5 des Längsprofils aus Stahl und nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante mit demselben Längsprofil aber zusätzlichem Verstärkungsprofil der Wandstärke T6. Zu erkennen ist ein nahezu doppelt so hohes Kraftniveau über denselben Deformationsweg durch das Zusammenwirken beider Profile.
8 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1 in einer Draufsicht. Ein Verstärkungsprofil 11 umgreift vollumfänglich das nicht dargestellte Längsprofil 5 und ist zwischen dem Stoßfängerquerträger 2 und der Flanschplatte 3 eingegliedert. Die Flanschplatte 3 ist am Fahrzeuglängsträger 22 festgelegt und dient der Aufnahme des Längsprofils 5 und der Abstützung des Verstärkungsprofils 11. Zur einfachen Montage ist eine zusätzliche Adapterplatte 20 vorgesehen, welche über schmale Schweißöffnungen verfügt. Zunächst wir das Längsprofil 5 mit der Flanschplatte 3 entlang des ausgeformten Kragens 10 verschweißt. Anschließend wird das Verstärkungsprofil 11 über das Längsprofil 5 positioniert und die Adapterplatte 20 mit beiden Profilen 5, 11 auf der der Flanschplatte 3 abgewandten Seite in Kontakt gebracht. Durch die Scheißöffnungen der Adapterplatte 20 hindurch wird diese mit dem Längsprofil 5 verschweißt. Danach erfolgt die Positionierung und stoffschlüssige Verbindung der Adapterplatte 20 mit dem Stoßfängerquerträger 2, insbesondere entlang der Kanten der Adapterplatte. In dieser Ausführungsvariante sind die Kanten der Adapterplatte 20 mit dem Stoßfängerquerträger 2 mittels der Schweißnähte 18 verbunden. Im Gegensatz zur Ausführungsvariante in 1 ist der Stoßfängerquerträger 2 hier leicht gekrümmt ausgeführt, und das Verstärkungsprofil 11 sowie das Längsprofil 5 verlaufen versetzt um einen kleinen Winkel Beta (β) zum Fahrzeuglängsträger 22.
Bezugszeichenliste

1: Stoßfängersystem
2: Stoßfängerquerträger
3: Flanschplatte
4: Crashbox
5: Längsprofil
6: Schalenkörper
7: Seitenschenkel
8: Überlappung
9: Rundung
10: Kragen
11: Verstärkungsprofil
12: Halbschale
13: Rippe
13a: Ende von 13
14: Vertiefung
15: Kontaktbereich
16, 16': Öffnung
17: Klebstoff
18: Schweißnaht
19: Außenseite
20: Adapterplatte
21: Anbindungspunkt
22: Fahrzeuglängsträger
23: Schraube
A: Abstand
T1: Wandstärke
T2: Wandstärke
T3: Wandstärke
T4: Wandstärke
T5: Wandstärke
T6: Wandstärke
α: Winkel
β: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1970260 A1 [0002]
DE 102006058604 B4 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 537-3 [0018]

Claims

Stoßfängersystem (1) für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Crashbox (4) zur Eingliederung zwischen einem Stoßfängerquerträger (2) und einer längsträgerseitigen Flanschplatte (3) am Fahrzeuglängsträger (22), wobei die Crashbox (4) aus einem rohrförmigen Längsprofil (5) aus zwei U-förmig konfigurierten Schalenkörpern (6) gebildet ist, und am Längsprofil (5) die Flanschplatte (3) mit einer Öffnung (16) versehen ist, wobei am längsträgerseitigem Ende des Längsprofils (5) ein nach außen umgeformter Kragen (10) vorgesehen ist, und der Kragen (10) an der Flanschplatte (3) anliegt und mit der Flanschplatte (3) gefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Längsprofil (5) ein Verstärkungsprofil (11) zugeordnet ist, welches das Längsprofil (5) umfangseitig auf dessen Außenseite (19) wenigstens teilweise umschließt und das Verstärkungsprofil (5) sich an der Flanschplatte (3) abstützt.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalenkörper (6) des Längsprofils (5) sich endseitig ihrer Seitenschenkel (7) überlappen.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Längsprofil (5) und die Öffnung (16) einen rechteckigen Querschnitt besitzen.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Längsprofil (3) fluchtend zur Öffnung (16) ausgerichtet ist.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen dem Längsprofil (3) und dem Kragen (10) zwischen 20 Grad und 70 Grad beträgt.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil (11) aus zwei Halbschalen (12) gebildet ist.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbschalen (12) des Verstärkungsprofils (11) endseitig ihrer Seitenschenkel (7) überlappend miteinander gefügt, insbesondere verklebt oder verschweißt sind.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil (11) aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet ist,
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens 50 Prozent, bevorzugt wenigstens 70 Prozent der Fasern in Fahrzeug-(X)-Richtung angeordnet sind.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil (11) pultrudiert ist.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil (11) vom Längsprofil (5) wenigstens Abschnittsweise beabstandet ist.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil (11) unlösbar mit dem Längsprofil (5) verbunden ist.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil (11) im Querschnitt wenigstens zwei radial nach Innen weisende Rippen (13) aufweist.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (13) des Verstärkungsprofils (11) mit dem Längsprofil (5) wenigstens Abschnittsweise verbunden sind, insbesondere stoffschlüssig.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Rippe (13) im Querschnitt eine in Richtung Außenseite (19) des Längsprofil (11) größer werdende Wandstärke (T) aufweist, insbesondere weist die Rippe (13) an ihrem Ende (13a) eine um mindestens 50 Prozent größere Wandstärke (T2) auf, als die Wandstärke (T3) der Rippe (13) im gegenüberliegenden Abschnitt.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung zwischen Verstärkungsprofil (11) und Längsprofil (5) gleichzeitig mit einer Beschichtung des und/oder des Stoßfängerquerträgers (2) herstellbar ist, insbesondere durch einen expandierenden Klebstoff (17).
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil (11) eine Länge (L2) aufweist, die der Länge (L1) des Längsprofils (5) zwischen Anbindungspunkt (21) zum Stoßfängerquerträger (2) und der Flanschplatte (5) entspricht.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsprofil (11) eine Länge (L2) aufweist, die nicht mehr als 60 Prozent der Länge (L1) des Längsprofils zwischen dem Anbindungspunkt zum Stoßfängerquerträger (2) und der Flanschplatte (3) entspricht.
Verfahren zur Herstellung eines Stoßfängersystems (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: • Bereitstellung des rohrförmigen Längsprofils (5) aus einem metallischen Werkstoff, • Fügen des Stoßfängerquerträgers (2) an das rohrförmige Längsprofil (5) der Crashbox (4), • Fügen der Flanschplatte (3) an das rohrförmige Längsprofil (5) der Crashbox (4), • Bereitstellung zweier vorgeformter Halbschalen (12) aus faserverstärkten Kunststoff, • Auftrag von Klebstoff (17) auf wenigstens einer der vorgeformten Halbschalen (12) • Anschließend Zusammenfügen der beiden vorgeformten Halbschalen (12) des Verstärkungsprofil (11) • Anschließend Aushärten des aufgetragenen Klebstoffs (17), insbesondere innerhalb einer Beschichtungsanlage