DE102013001585A1

DE102013001585A1 - Stoßfängeranordnung

Info

Publication number: DE102013001585A1
Application number: DE201310001585
Authority: DE
Inventors: Christian Fechtelpeter; Christian Handing; Konstantin Tatarinov; Dariusz Straznikiewicz
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2033-01-31
Also published as: DE102013001585B4

Abstract

Hauptanspruch: Stoßfängeranordung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen entgegen der Fahrtrichtung (X) verlagerbaren vorderen Querträger, welcher sich wenigstens abschnittsweise zwischen zwei Deformationselementen erstreckt, wobei die Deformationselemente jeweils ein verlagerbares Segment und ein ortsfestes Segment, welche relativ zueinander bewegbar sind, umfassen, wobei das verlagerbare Segment mit dem vorderen Querträger gekoppelt ist und das ortsfeste Segment mit der Fahrzeugkarosse direkt oder über eine Flanschplatte koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zum vorderen Querträger ein ortsfester hinterer Querträger angeordnet ist und sich im Wesentlichen zwischen den Deformationselementen erstreckt, wobei der hintere Querträger mit dem ortsfesten Segment des Deformationselementes oder über Flanschplatten an der Fahrzeugkarosse spielfrei koppelbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stoßfängeranordung für ein Kraftfahrzeug umfassend einen vorderen Querträger und wenigstens zwei Deformationselemente zur Anbindung des vorderen Querträgers an die Fahrzeugkarosse mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
Bei heutigen Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Personenkraftfahrzeugen, werden hohe Anforderungen an das Design sowie damit verbundene Aerodynamikbeiwerte, die sich maßgeblich auf den Kraftstoffverbrauch niederschlagen, gestellt. Hierzu werden an Kraftfahrzeugen Frontschürzen sowie Heckschürzen montiert, die zum einen maßgeblich zu der Erscheinungsform des Kraftfahrzeugs beitragen, zum anderen aber auch die Aerodynamikbeiwerte beeinflussen. Hierzu gibt es zahlreiche Ansätze aus dem Stand der Technik, wobei in einfachster Weise hinter der Frontschürze ein elastisches Material positioniert wird, so dass hier eine Nachgiebigkeit im Falle eines Anpralls erreicht wird.
Diese Nachgiebigkeit steht jedoch im Widerspruch zu den einzuhaltenden Crashstandards bei einem Aufprall hoher Intensität, beispielsweise bei einem Zusammenstoß mit einem anderen Kraftfahrzeug oder aber einem feststehenden Gegenstand. Hier gilt es, möglichst viel Crashenergie derart zu absorbieren, dass die Auswirkungen für die Kraftfahrzeuginsassen auf ein unterkritisches Niveau gesenkt werden. In einem Kraftfahrzeug angeordnete Energieabsorptionselemente, beispielsweise Crashboxen, wandeln dabei die durch einen Aufprall auftretende kinetische Energie in Umformarbeit um und bauen dadurch die Crashenergie ab.
Die DE 101 59 865 A1 offenbart eine Stoßfängeranordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei wenigstens ein Stoßfängerquerträger in Fahrrichtung verlagerbar angeordnet ist und zudem die Motorhaube anhebbar ist. Die Anordnung dient in erster Linie dem Fußgängerschutz und bedarf für einen Fahrzeugaufprall mit hoher Geschwindigkeit zusätzlicher Schutzvorkehrungen. Zugleich werden durch die lose Lagerung des vorderen Querträgers die Enden der Längsträger und damit der Frontbereich der Fahrzeugkarosse anfällig gegen Verwindung.
Eine weitere Stoßfängeranordnung ist beschrieben in der DE 10 2010 017 885 A1 . Dabei wird ein Stoßfänger mit einem nach vorn verlagerbaren Querträger offenbart, welcher an einem aus zwei teleskopartig verlagerbaren Segmenten gebildetem Deformationselement gekoppelt ist. Bei Detektion eines bevorstehenden Aufpralls soll der Deformationsweg verlängert und so das Energieaufnahmevermögen erhöht und die Unfallfolgen für den Insassen und die Fahrzeugkarosse verringert werden.
Die DE 10 2008 060 716 A1 beschreibt eine Stoßfängeranordnung mit einem Deformationselement, welches bei Detektion eines bevorstehenden Aufpralls in eine Vorcrashlage verlagerbar und sodann arretierbar ist. Dadurch soll zusätzlicher Deformationsraum und damit ein erhöhtes Energieaufnahmevermögen erreicht werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass die verlagerbare Anordnung eines Querträgers bzw. von Deformationselementen zu einer Verringerung der Steifigkeit der Fahrzeugkarosse, insbesondere zur Herabsetzung der Verwindungssteifigkeit in der Fahrzeugfront führt, was sich in Falle eines Frontalaufpralls, insbesondere auch eines außermittigen Frontalaufpralls sehr negativ auf die Sicherheit auswirken kann, weil definierte Lastpfade durch eine starke Verwindung verlassen werden könnten.
Aufgabe der Erfindung ist ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik die Schaffung einer Stoßfängeranordung, welche ein herausragendes Fußgängerschutzvermögen und hohes Energieaufnahmevermögen bei gleichzeitiger hoher Steifigkeit der Fahrzeugkarosse aufweist.
Diese Aufgabe wird durch erfindungsgemäße Stoßfängeranordung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Merkmale der Unteransprüche ergeben vorteilhafte Ausführungsformen.
Erfindungsgemäß wird eine Stoßfängeranordung für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welche einen entgegen der Fahrtrichtung (X) verlagerbaren vorderen Querträger umfasst, welcher sich wenigstens abschnittsweise zwischen zwei Deformationselementen erstreckt, wobei die Deformationselemente jeweils ein verlagerbares Segment und ein ortsfestes Segment, welche relativ zueinander bewegbar sind, umfassen, wobei das verlagerbare Segment mit dem vorderen Querträger gekoppelt ist und das ortsfeste Segment mit der Fahrzeugkarosse direkt oder über eine Flanschplatte koppelbar ist. Gekennzeichnet ist die Stoßfängeranordnung dadurch, dass benachbart zum vorderen Querträger ein ortsfester hinterer Querträger angeordnet ist und sich im Wesentlichen zwischen den Deformationselementen erstreckt, wobei der hintere Querträger mit dem ortsfesten Segment des Deformationselementes oder über Flanschplatten an der Fahrzeugkarosse spielfrei koppelbar ist.
Im Rahmen der Erfindung ist der vordere Querträger also zum einen dadurch definiert, dass er durch die Kopplung mit dem verlagerbaren Segment des Deformationselementes selbst auch relativ zum Fahrzeug verlagert werden kann und zwar entgegen der Fahrrichtung, um einen zusätzlichen Fußgängerschutzraum zu schaffen. Gleichsam ist der vordere Querträger auch derart zu verstehen, dass dieser im Falle eines harten Frontalaufpralls zur Steifigkeit des Kraftfahrzeugs beiträgt. Der vordere Querträger ist mit anderen Worten also keine weiche, verlagerbare, expandierbare oder eindrückbare Kunststoffträgerleiste oder Schaumleiste. Allenfalls kann er die Teilfunktionen zusätzlich mit übernehmen.
Der hintere Querträger ist im Rahmen der Erfindung in Fahrzeugquerrichtung (Y) als torsionssteifer Biegeträger ausgeführt und leitet bei einem Fahrzeugaufprall auf ein Hindernis die Aufprallkräfte in das Fahrzeug ein, so dass dynamische und statische Biegebeanspruchungen auf die vordere Fahrzeugkarosse, insbesondere auf die freien Enden der Längsträger, von einer Fahrzeugseite auf die andere weitergeleitet und/oder verteilt werden können. Die Fahrzeugstabilität wird dadurch insgesamt gesteigert, ohne dass ein zusätzlicher separater Querträger am Unterboden oder Fahrwerk vorgesehen werden muss.
Im Rahmen der Erfindung werden drei Aufprallsituationen unterschieden. Zum einen soll unter einem Fußgängeraufprall jede Kollision verstanden werden, welche im Geschwindigkeitsbereich zwischen 15 und 40 km/h stattfindet unter Beteiligung einer Person. Des Weiteren ist unter einem harten Frontalaufprall ein Aufprall auf ein beliebiges Hindernis im Geschwindigkeitsbereich oberhalb 40 km/h zu verstehen.
Eine derartige Stoßfängeranordnung weist mehrere Vorteile auf. Zum einen ermöglicht der Einsatz eines hinteren Querträgers, welcher an der Fahrzeugkarosse, insbesondere an den beiden Längsträgern der Fahrzeugfront spielfrei gekoppelt ist, dass die Verdrehsteifigkeit der Fahrzeugkarosse deutlich gesteigert wird. Dazu kann vorgesehen sein, dass der hintere Querträger mit dem ortsfest zur Fahrzeugkarosse positioniertem Segment des Deformationselements fest verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig. Zum anderen gewährleistet die Verwendung eines torsionssteifen hinteren Querträgers, dass auch unter Belastung, insbesondere bei einem Fahrzeugfrontalaufprall, die Längsträger untereinander in kraftwirksamer Verbindung stehen und ihre Aufgabe als Hauptlastpfad vollständig erfüllen können. Insbesondere wird damit verhindert, dass die vom Fahrzeug weg weisenden Enden der Längsträger, an welchen die Deformationselemente koppelbar sind, bei nicht ausschließlicher axialer Krafteinleitung durch einen Unfall ausknicken. Stattdessen stützen sich die Längsträger gegenseitig durch die kraftwirksame Verbindung über den hinteren Querträger.
Bevorzugt ist der vordere Querträger aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet und kann aus einem oder aus mehreren verschiedenen Materialien bestehen. Der vordere Querträger weist dabei besonders bevorzugt eine Formgestaltung auf, welche korrespondierend zur Außenhaut des Fahrzeugs ausgebildet ist. Alternativ ist auch vorstellbar, den vorderen Querträger aus Strukturkunststoff, insbesondere aus faserverstärkten Kunststoff zu gestalten.
Im Rahmen der Erfindung kann der hintere Querträger selbst unterschiedlich ausgebildet sein und aus verschiedenem Material bestehen. In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der hintere Querträger aus einer metallischen Legierung, insbesondere aus Leichtmetall, wie Aluminium der 7000er oder 6000er Gruppe nach DIN EN 573-3: 2005, und weist einen geschlossenen oder einseitig offenen Querschnitt auf. Insbesondere bei einem geschlossenem Profilquerschnitt des hinteren Querträgers ist eine hohe Torsionssteifigkeit erreichbar und erlaubt bei kraftschlüssiger oder stoffschlüssiger Verbindung des hinteren Querträgers mit der Fahrzeugkarosse eine mit nicht verlagerbaren Stoßfängeranordnungen vergleichbare Steifigkeit der vorderen Fahrzeugkarosserie.
Bevorzugt ist wenigstens ein Segment des Deformationselementes zur Fahrzeugkarosse ortsfest positioniert und an einem Längsträger und/oder innerhalb eines Längsträgers der Fahrzeugkarosse festlegbar. Dabei ist wichtig, dass das ortsfeste Segment derart befestigt ist, dass bei einem Unfall die Crashenergie, welche nicht selbst vom Deformationselement abgebaut worden ist, in die Fahrzeugkarosse weiter leitbar ist. Es bieten sich dabei eine stoffschlüssige oder eine kraftschlüssige Verbindung oder aber auch eine formschlüssige Verbindung an. Auch eine Kombination genannter Verbindungen ist vorstellbar.
Bevorzugt ist das ortsfeste Segment des Deformationselementes an einem Längsträger über Flanschplatten und/oder wenigstens teilweise innerhalb eines Längsträgers der Fahrzeugkarosse festlegbar. Vorteilhaft ist eine indirekte Verbindung über Flanschplatten, welche zusammen verschraubt werden können und so eine einfache Austauschbarkeit bei einem Fahrzeugaufprall mit geringer Geschwindigkeit ermöglichen. Jeweils eine Flanschplatte kann dabei am stirnseitigen Ende des ortsfesten Segmentes sowie am Längsträger der Fahrzeugkarosse insbesondere stoffschlüssig festgelegt und diese dann untereinander kraftschlüssig fest verbunden werden.
Die Verbindung zwischen ortsfestem Segment und Fahrzeugkarosse kann aber auch direkt kraftschlüssig erfolgen, wenn das ortsfeste Segment teilweise innerhalb des Längsträgers angeordnet ist. Somit kann das ortsfest positionierte Segment gleichzeitig am Längsträger abgestützt werden. Wichtig ist dabei, dass das Deformationsverhalten des Deformationselementes unbeeinflusst bleibt, was durch eine im Wesentlichen punktförmige oder linienförmige Kontaktierung zwischen hinterem Querträger und Deformationselement ermöglicht werden kann. Der linienförmige Kontakt ist insbesondere in Fahrzeughochachse (Z) und als stoffschlüssige Verbindung ausgeführt. Alternativ kann es aber auch vorteilhaft sein, den hinteren Querträger flächig an dem vom Fahrzeug weg weisenden Ende des ortsfesten Segments zu koppeln, wobei sich in diesem Fall neben einer Schweißverbindung auch eine Klebeverbindung und/oder eine kraftschlüssige Verbindung dazu eignet. Wichtig ist eine Durchführung des verlagerbaren Segments des Deformationselements innerhalb des hinteren Querträgers vorzusehen, wenn dieser am vorderen Ende des ortsfesten Segments mit diesem gekoppelt wird. Diese kann beispielsweise als einfache Ausstanzung oder mittels Kragenloch ausgeführt sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Verriegelungselement vorgesehen, welches den vorderen Querträger und/oder das verlagerbare Segment des Deformationselementes in der Ausgangsposition hält. Somit wird sichergestellt, dass der vordere Querträger in der Ausgangsposition sehr stabil und vorzugsweise bewegungsfrei positioniert ist. Zum Zeitpunkt eines harten Frontalaufpralls ist der vordere Querträger in der Ausgangsposition festgelegt, so dass dieser Kräfte aufnehmen und an das Deformationselement weiterleiten kann. Das Energieaufnahmevermögen ist aufgrund der vorstehenden Position des vorderen Querträgers besonders hoch. In der Fußgängerschutzposition weisen die beiden Querträger keinen oder nur teilbereichsweise einen geringen Abstand zueinander auf.
Die Festlegung des vorderen Querträgers in der Ausgangsposition ist mittels wenigstens eines Verriegelungselements vorgesehen, welches zwischen ortsfestem und verlagerbarem Segment des Deformationselementes angeordnet ist. Zusätzlich ist auch vorstellbar, weitere Verriegelungselemente am hinteren Querträger anzuordnen.
Insbesondere eignen sich für die Verriegelung nasenförmige und druckbeaufschlagte Rastelemente in Verbindung mit korrespondierend zu den Rastelementen geformten Rastöffnungen oder Rastkerben, wobei die Rastelemente sowohl Teil des Verriegelungselements selbst oder aber auch als separate Bauteile am hinteren Querträger festgelegt sein können. Die Rastelemente und Verriegelungselemente sind indirekt oder direkt mit wenigstens einem ersten Aktor gekoppelt, welcher diese von einer Verriegelungsstellung in eine Entriegelungsstellung verlagert. Diese Zustandsänderung ermöglicht im Falle eines Fußgängeraufpralls die Verlagerung des ersten Querträgers entgegen der Fahrrichtung (X).
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stoßfängeranordnung ist ein erster Aktor innerhalb wenigstens eines Deformationselementes angeordnet, wobei der Aktor die Verlagerung der Segmente zueinander ermöglicht. Aus Symmetriegründen und zur Vermeidung einer nichtlinearen Einfahrbewegung des vorderen Querträgers, ist besonders bevorzugt in zwei Deformationselementen jeweils ein erster Aktor angeordnet, der zeitgleich bei Detektion eines bevorstehenden Aufpralls die Verriegelung des vorderen Querträgers und damit dessen Verlagerbarkeit in die Fußgängerschutzposition freigibt. In besonders einfacher Gestaltung ist der erste Aktor als Drehantrieb, insbesondere als Elektroantrieb ausgeführt. Es ist aber auch möglich, den ersten Aktor pyrotechnisch auszubilden mit einem bei Zündung expandierenden Treibmittel, der eine Ausstellbewegung der Verriegelungselemente und/oder der Rastelemente initiiert.
Weiterhin bevorzugt ist bei einer Stoßfängeranordnung die Zustandsänderung des Verriegelungselements von einer Verriegelungsstellung in eine Entriegelungsstellung ereignisgesteuert, insbesondere durch ein Pre-Crash-Sensorsignal oder eine Schwellwertüberschreitung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei einer geschwindigkeitsabhängigen Ausführung wird das Verriegelungselement beziehungsweise das Rastelement zwischen Verriegelungsstellung und Entriegelungsstellung je nach Fahrsituation hin und her geschaltet. Zu dem Zeitpunkt, wenn die aktuelle Fahrgeschwindigkeit einen unteren Schwellwert, beispielsweise 15 km/h, unterschreitet oder einen oberen Schwellwert, beispielsweise 40 km/h, überschreitet, wird die Entriegelungsstellung eingestellt, während umgekehrt innerhalb dieses Schwellwertbereichs die Verriegelungselemente eine Einfahrbewegung blockieren.
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen werden, dass ein zweiter Aktor, insbesondere ein Energiespeicher innerhalb des Deformationselementes, die Verlagerung des vorderen Querträgers entgegen der Fahrrichtung in die Fußgängerschutzposition unterstützt. Die für die Verlagerung des vorderen Querträgers in die Fußgängerschutzposition erforderliche Bewegungsenergie ist in dieser Ausführungsvariante aus der durch den Fußgängeraufprall und dessen Masse initiierten und der durch den Energiespeicher eingebrachten Energie zusammengesetzt. Somit wird die Masseträgheit des vorderen Querträgers und der damit verbundenen verlagerbaren Segmente der Deformationselemente sowie der daraus resultierende Widerstand reduziert und damit auch das Kraftniveau des Fußgängeraufpralls.
Es ist aber auch möglich, dass der zweite Aktor im Rahmen der Erfindung mit dem Verriegelungselement derart zusammenwirkt, dass bei Zustandsänderung des Verriegelungselements von einer Verriegelungsstellung in eine Entriegelungsstellung der vordere Querträger schlagartig in die Fußgängerschutzposition verlagerbar ist.
Zumindest der hintere Querträger ist torsionssteif ausgeführt. Das heißt im Rahmen der Erfindung, dass dieser ein hohes Maß an Verwindungssteifigkeit in seiner Längserstreckung (Fahrzeugquerachse Y) aufweist. Dadurch und durch eine ebenso steife direkte oder indirekte Anbindung an die Fahrzeugkarosse, welche vorteilhafterweise stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgt, wird eine erhöhte Steifigkeit der gesamten vorderen Fahrzeugkarosse sichergestellt, welche sonst durch die losen Enden der Längsträger bei einem einfahrbaren vorderen Querträger infolge von Lagertoleranzen nur unvollständig gegeben ist.
Der hintere Querträger selbst kann dabei bevorzugt als geschlossenes oder offenes Hohlprofil, insbesondere aus Leichtmetall wie Aluminium ausgebildet sein. Geschlossene Profile besitzen generell eine hohe Torsionssteifigkeit auch bei sehr geringen Wandstärken. Besonders leichte und auch mit im Querschnitt verschiedenen, belastungsangepassten Wandstärken versehene Profile lassen sich durch Strangpressen herstellen. Auch der Einsatz von Rundrohren ist möglich. Die Profile können weiter umformtechnisch bearbeitet werden; im Falle von Rohren beispielsweise derart, dass auf einer ihrer Längsseiten eine nach außen in Richtung vorderer Querträger offene, konkave Kontur ausgebildet ist. Es ist aber auch möglich, den hinteren Querträger in Form von im Querschnitt u-förmigen oder hutförmigen Profilen auszubilden, welche ebenfalls gute Torsionssteifigkeiten aufweisen und einfacher herstellbar sind.
Weiterhin ist es möglich, dass der hintere Querträger in seiner Längserstreckung einen unterschiedlichen Querschnittsverlauf aufweist. Insbesondere kann vorgesehen werden, dass der hintere Querträger partiell eine unterschiedliche Wandstärke oder Querschnittsgeometrie aufweist. Besonders bevorzugt weist der hintere Querträger, zumindest zwischen den Deformationselementen, eine Verprägung auf, welche die Torsionssteifigkeit in diesem Bereich erhöht. So ist auch mittels der Verprägung eine u-förmige oder hutförmige Gestaltung möglich, Die Verprägung selbst kann in eine längliche metallische Formplatine ausgeformt sein, wobei zeitgleich optional die Einbringung von Öffnungen für das verlagerbare Segment des Deformationselements erfolgt.
Der hintere Querträger ist erfindungsgemäß bevorzugt dergestalt, dass dieser den vorderen Querträger in seiner Längserstreckung wenigstens abschnittsweise umgreift. Dies erlaubt zum einen eine bauraumsparende Anordnung des vorderen Querträgers innerhalb eines Teils des hinteren Querträgers. Besonders bevorzugt ist dazu der hintere Querträger c-förmig konfiguriert mit einer vom Fahrzeug weg gewandten Öffnung. Innerhalb des durch die Öffnung und die Schenkel des c-förmigen hinteren Querträgers gebildeten Raumes, kann nun wenigstens ein Teil des vorderen Querträgers in seiner Ausgangsposition zum Liegen kommen.
Selbstverständlich ist auch die genau umgekehrte Konstellation möglich, nämlich einen vorderen Querträger, welcher den hinteren Querträger wenigstens abschnittsweise umgreift, und dazu mit in Richtung Fahrzeug gerichteten Schenkeln ausgebildet ist. Dabei ist der vordere Querträger vorteilhafterweise c-förmig oder hutprofilförmig konfiguriert.
Weiterhin bevorzugt weist das ortsfeste Segment des Deformationselementes eine Länge auf, welche den Einfahrweg des verlagerbaren Segments übersteigt. Bevorzugt ist das Verhältnis der Länge des ortsfesten Segments zum Einfahrweg des verlagerbaren Segments zwischen 1,2 zu 1 und 3 zu 1, besonders bevorzugt zwischen 1,3 zu 1 und 2 zu 1. Das ortsfeste Segment des Deformationselements dient dabei im Wesentlichen der Führung des verlagerbaren Segments sowie zur Befestigung direkt oder über Flanschplatten am Längsträger der Fahrzeugkarosse. Es ist aber bevorzugt zu einem späteren Zeitpunkt im Aufprallgeschehen auch an der Energieaufnahme beteiligt.
Es ist aber im Rahmen der Erfindung möglich, das ortsfeste Segment des Deformationselements mit einer gegenüber dem verlagerbaren Segment geringeren Wandstärke zu versehen, insbesondere dann, wenn dieses formschlüssig im Wesentlichen innerhalb des Längsträgers der Fahrzeugkarosse angeordnet ist. Das Verhältnis der Wandstärken von verlagerbarem Segment zu ortsfestem Segment beträgt in diesem Fall bevorzugt zwischen 1,1 zu 1 und 2,5 zu 1. Bei Nutzung von Strangpressprofilen als Deformationselement mit im Querschnitt uneinheitlicher Wandstärke, ist darunter jeweils die mittlere Wandstärke zu verstehen. Wesentlich dabei ist, dass das aus der Querschnittsfläche und der Wandstärke resultierende Kraftniveau beim Fahrzeugaufprall für beide Segmente des Deformationselementes im Wesentlichen gleich ist.
Als Material für die Querträger und der Deformationselemente sind verschiedene Konfigurationen möglich. Um dem Leichtbaugedanken auch diesbezüglich Rechnung zu tragen, kann vorgesehen sein, sowohl die Querträger als auch die Deformationselemente aus Aluminium oder einem anderen Leichtmetall auszuführen. Es ist zudem möglich, dass anstelle eines Metalls besonders für einen der Querträger auch ein faserverstärkter Kunststoff zum Einsatz kommt, welcher beispielsweise durch Verrippungen oder eine Sandwichstruktur bezüglich Biegesteifigkeit und/oder Torsionssteifigkeit optimiert werden kann. Ebenso ist eine Mischbauweise aus Metall und Kunststoff vorstellbar. Bei einer Kombination eines vorderen Querträgers aus Stahl und eines hinteren Querträgers und/oder Deformationselementen aus Aluminium, bieten sich aus Korrosionsschutzgründen besonders verzinkte Stahlbleche an.
Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen werden, dass zwischen ortsfestem Segment und verlagerbarem Segment des Deformationselementes eine beim Fußgängeraufprall lösbare Verbindung besteht, bevorzugt als kraftschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung, insbesondere in Form wenigstens eines Schweißpunkt. Diese Verbindung wirkt als Sollbruchstelle und dient der Geräuschreduktion während des Fahrbetriebs. Außerdem können auch schwach ausgelegte Schrauben, Blindnieten oder eine Clinchverbindung zu diesem Zweck Verwendung finden. Im Falle einer schmalen umlaufenden Klebeverbindung als Sollbruchstelle ist zudem ein Korrosionsschutz herstellbar.
Es folgt die weitere detaillierte Beschreibung der Erfindung anhand von schematisch und vereinfacht dargestellten Figuren. Für gleichartige oder funktional ähnliche Bauteile werden, soweit sinnvoll, die gleichen Bezugszeichen verwendet.
1a bis 1c: eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stoßfängeranordnung
2: eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stoßfängeranordnung
3a bis 3b: eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stoßfängeranordnung
4: eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stoßfängeranordnung
5: eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stoßfängeranordnung
In 1a ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1 in einer Ausgangsposition dargestellt. Dieses umfasst einen von einem in Fahrtrichtung X nach vorn weisenden vorderen Querträger 2, einen in Fahrtrichtung X dahinter liegenden hinteren Querträger 3 sowie zwei Deformationselemente 4, welche an der Fahrzeugkarosse 6 angebunden sind. Der hintere Querträger ist in Fahrzeugquerrichtung Y torsionssteif und biegesteif ausgeführt, und versteift so die Fahrzeugkarosse, insbesondere bei dynamischer oder außermittiger Belastung der vorderen Fahrzeugkarosse. Die Fahrzeugkarosse ist hier nur ansatzweise in Form eines Längsträgerausschnitts dargestellt.
Durch ein Verriegelungselement 7 auf zwei Seiten innerhalb des Deformationselementes 4, wird sowohl die Bewegung des vorderen Querträgers 2 in die Fußgängerschutzposition hinein verhindert als auch die eigentliche Kraftübertragung beim Aufprall auf ein Hindernis sichergestellt. In dieser Ausführungsform wird das durch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem am ortsfesten Segment 10 angebrachten Verriegelungselement 7 und einer Rastöffnung oder Nut (nicht dargestellt) des verlagerbaren Segmentes 11 des Deformationselements 4 erreicht. Natürlich kann auch vorgesehen werden, das Verriegelungselement 7 zusätzlich oder optional auf der Oberseite und der Unterseite oder allseitig des Deformationselementes 4 anzuordnen. In 1a befinden sich die Verriegelungselemente in der Verriegelungsstellung.
Der Einfahrweg L2, um welcher der vordere Querträger verlagert wird, beträgt typischerweise zwischen 30 mm und 80 mm, insbesondere 50 mm. Die Länge L1 des ortsfesten Segments 10 und der Einfahrweg L2 des verlagerbaren Segments des Deformationselements stehen bevorzugt in einem bestimmten Verhältnis zueinander, wobei L1/L2 zwischen 1,2 zu 1 und 3 zu 1, besonders bevorzugt zwischen 1,3 zu 1 und 2 zu 1, ist.
1b zeigt die erste Ausführungsform in der Fußgängerschutzposition. Mit anderen Worten ist hier das Stoßfängersystem nach einem Fußgängeraufprall dargestellt. Der vordere Querträger 2 befindet sich abschnittsweise innerhalb des in Fahrtrichtung X offenen, im Querschnitt c-förmig konfigurierten hinteren Querträgers 3, so dass die wirksame Breite Bh des hinteren Querträgers 3 im Hinblick auf den erforderlichen Bauraum kaum ins Gewicht fällt. Dies wird in 1c nochmals deutlicher dargestellt. Das Deformationselement 4 weist ein erstes ortsfest zur Fahrzeugkarosse 6 positioniertes und mit diesem gekoppeltes Segment 10 auf. Bereichsweise, innerhalb des ortsfesten Segments 10 des Deformationselementes 4, befindet sich ein verlagerbares zweites Segment 11, welches durch eine Öffnung 9 im hinteren Querträger 3 hindurchragt und am vorderen Querträger 2 befestigt ist. Sowohl der vordere Querträger 2 als auch der hintere Querträger 3 weisen eine im Wesentlichen gleichartige Krümmung K auf, die der Kontur der Fahrzeugfront angepasst ist.
1c zeigt eine in 1b angedeutete Schnittansicht A-A im Bereich der Deformationselemente 4. Zu erkennen ist insbesondere, dass der hintere Querträger 3 den vorderen Querträger 2 bereichsweise umgreift und c-förmig konfiguriert ist. Der vordere Querträger 2 ist hier als Doppelhohlprofil ausgebildet und weist eine Zwischenwand 13 auf. Weiterhin ist eine Rastöffnung 16 in einer Seitenwand 12 des verlagerbaren Segments 11 des Deformationselementes 4 zu erkennen, in welche ein nicht dargestelltes Rastelement oder Verriegelungselement in der Verriegelungsstellung eingreifen kann. Nicht dargestellt ist der erste Aktor, welcher das Verriegelungselement antreibt.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1 dargestellt. Hier erfolgt die Verlagerung des vorderen Querträgers dadurch, dass bei einem Fußgängeranprall nicht nur die Aufprallenergie des Fußgängers (oder Fahrradfahrers) für die Verlagerung des vorderen Querträgers 2 entgegen der Fahrtrichtung X bewirkt wird, sondern zusätzlich über zwei in den Deformationselementen 4 angeordneten zweiten Aktoren 5, welche als Zugfedern ausgeführt sind und sich zwischen Fahrzeugkarosse 6 und verlagerbarem Segment 11 des Deformationselements 4 erstrecken. Der zweite Aktor 5' ist an seinem ersten Ende bevorzugt an einer nicht dargestellten Flanschplatte der Fahrzeugkarosse am vorderen Ende des Längsträgers befestigt oder am vom vorderen Querträger 2 weg weisenden Ende des ortsfesten Segments 10 des Deformationselements 4. An seinem zweiten Ende ist der zweite Aktor 5 am verlagerbaren Segment festgelegt.
In der dargestellten Ausgangsposition wird der vordere Querträger 2 durch mehrere Verriegelungselemente 7 festgelegt, welche in dieser Ausführung als Schieber in Fahrtrichtung Y direkt hinter den verlagerbaren Segmenten angeordnet sind und so eine Rückbewegung blockieren. Somit ist eine Kraftweiterleitung in die Fahrzeugkarosse bei einem Aufprall mit hoher Geschwindigkeit sichergestellt. Die Verriegelungselemente 7 werden elektromagnetisch, elektrisch oder pyrotechnisch antrieben. Prinzipiell sind aber beliebige Stellantriebe vorstellbar, welche eine ausreichend kompakte Baugröße aufweisen.
Der zweite Aktor 5', in dieser Ausführungsform als Linearantrieb ausgebildet, beispielsweise als Zugfeder. Der zweite Aktor 5' kann im einfachsten Falle als einfache Druckspiralfeder gestaltet und im Deformationselement angeordnet sein.
In 3a ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems in der Ausgangsposition dargestellt. Diese ist dadurch ausgezeichnet, dass das verlagerbare Segment 11 mit einer Restlänge L3 innerhalb des ortsfesten Segmentes 10 teleskopartig angeordnet ist. Somit ist eine ausreichende Führung und Belastbarkeit auch bei einem Offsetaufprall auf ein Hindernis mit geringer vertikaler oder horizontaler Überdeckung gegeben, ohne dass das verlagerbare Segment 11 abzubrechen oder auszureißen droht.
Durch ein Verriegelungselement 7 innerhalb des Deformationselementes 4, wird sowohl die Bewegung des vorderen Querträgers 2 in die Fußgängerschutzposition hinein oder auch vom Fahrzeug weg unterbunden, als auch die eigentliche Kraftübertragung beim Aufprall auf ein Hindernis sichergestellt. In dieser Ausführungsform wird das durch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem am ortsfesten Segment 10 angebrachten Verriegelungselement 7 und einer Rastöffnung 16 oder Rastnut im verlagerbaren Segment 11 des Deformationselements 4 erreicht. Der Einfahrweg L2, um welcher der vordere Querträger 2 verlagert wird, beträgt zwischen 30 und 80 mm, insbesondere 50 mm.
In 3b ist die Ausführungsform aus 3a in der Fußgängerschutzposition dargestellt, welche sich dadurch auszeichnet, dass das Deformationselement 4 in die Längsträger 14 der Fahrzeugkarosse 6 hinein verlaufend ausgebildet ist und beide Querträger sich wenigstens punktuell kontaktieren. Das ortsfest zur Fahrzeugkarosse 6 positionierte Segment 10 des Deformationselementes 4 befindet sich innerhalb des Längsträgers 14 und schließt im Wesentlichen bündig mit dem Ende des Längsträgers 14 in Richtung des vorderen Querträgers 2 ab. Das Verriegelungselement befindet sich in der Entriegelungsstellung. Wichtig dabei ist, dass ein Abstand A zwischen Innenmaß des Längsträgers 14 und Außenmaß dieses ortsfesten Segmentes 10 des Deformationselementes 4 besteht, um das Faltverhalten des Längsträgers 14 bei einem harten, hochintensiven Frontalaufprall nicht negativ zu beeinflussen. Das wird dadurch erreicht, dass die Kopplung des ortsfesten Segmentes 10 direkt am hinteren Querträger 3 erfolgt, welcher wiederum mit den Enden des Längsträgers 14 gekoppelt ist.
Innerhalb des ortsfesten Segments 10 des Deformationselementes 4 verläuft wiederum das verlagerbare Segment 11. Dabei ist zu beachten, dass das verlagerbare Segment 11 des Deformationselementes 4 in der Ausgangsposition nur in dem Maße aus dem Längsträger 14 herausragt, wie die Krümmung und die Befestigungssituation am vorderen Querträger 2 es verlangen. Aufgrund der Krümmung K des vorderen Querträgers 2 besteht auch in der Fußgängerschutzposition ein Spalt S zwischen den beiden Querträgern 2, 3, welcher optional mit weichen Deformationsmitteln, beispielsweise mittels Schaum oder einem anderen expandierenden Medium, ausgefüllt ist.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform in der Ausgangsposition dargestellt, welche sich besonders durch die Anbindung des Deformationselementes 4 an die Fahrzeugkarosse 6 von den bisherigen Ausführungen unterscheidet. Stellvertretend für die Karosse ist ein Längsträger 14 ausschnittsweise abgebildet, welcher stoffschlüssig über eine Schweißverbindung 20 mit einer ersten, fahrzeugzugewandten Flanschplatte 18 verbunden ist. Das ortsfeste Segment 11 des Deformationselements 4 ist ebenso stoffschlüssig mit einer fahrzeugabgewandten Flanschplatte verbunden, welche wiederum über Schraubverbindungen 19 mit der ersten Flanschplatte gefügt ist. Es ergibt sich dadurch eine spielfreie und steife Verbindung zwischen Deformationselement und Fahrzeugkarosse.
Am vorderen in Fahrtrichtung X gerichteten Ende des ortsfesten Segments 10, ist der hintere Querträger 3 festgelegt, wobei dieser sich in dieser Ausführungsform im Wesentlichen über die gesamte Querschnittsfläche des ortsfesten Segments 10 erstreckt und umfangseitig durchgehend oder mittels einer Steppnaht mit diesem verschweißt ist. Das verlagerbare Segment 11 verläuft mit der Restlänge L3 innerhalb des ortsfesten Segments 01, wobei daran der vordere Querträger 2 festgelegt ist. Ein Verriegelungselement 7 (schraffiert angedeutet) befindet sich im Eingriff mit einer Rastöffnung 16 (gestrichelt) des verlagerbaren Segments 10, wodurch die Ausgangposition festgelegt ist. Die Rastöffnung 16 im Zusammenwirken mit der Verriegelungselement 7, sorgt für eine Weiterleitung auftretender Kräfte bei einem harten Frontalaufprall in den Längsträger beziehungsweise in die Fahrzeugkarosse 6. Nicht dargestellt ist ein erster Aktor 5, welcher das Verriegelungselement 7 oder auch ein Rastelement von einer Verriegelungsstellung in eine Entriegelungsstellung verlagert. Der erste Aktor 5 selbst kann umfangseitig des Deformationselementes 4 an einer Seitenwand angeordnet sein wie in 2 und 3 zu erkennen. Er kann dabei jeweils ein einzelnes Verriegelungselement 7 ansteuern oder aber mehrere gleichzeitig.
5 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsform des Stoßfängersystems 1 im Querschnitt analog der 2. Das System befindet sich in der Fußgängerschutzposition zum Zeitpunkt nach einem Fußgängeraufprall. Im Unterschied zur Lösung in 2 weist hier der hintere Querträger 3 ein geschlossenes Querschnittsprofil mit einer Zwischenwand auf, während der vordere Querträger 2 (schraffiert gezeigt) entgegen der Fahrrichtung X geöffnet ist. Die Rastöffnung 16 ist nicht im Eingriff mit Verriegelungselementen.
Bezugszeichenliste

1: Stoßfängeranordnung
2: vorderer Querträger
3: hinterer Querträger
4: Deformationselement
5: erster Aktor
5': zweiter Aktor
6: Fahrzeugkarosse
7: Verriegelungselement
7': Aktuator
7'': Bolzen zu 7'
8: Rastelement
9: Öffnung
10: ortsfestes Segment von 4
11: verlagerbares Segment von 4
12: Seitenwand von 11
13: Zwischenwand von 2
14: Längsträger
15: Zylinder
16: Rastöffnung
17: Endabschnitt von 2, 3
18: Flanschplatte
19: Schraubverbindung
20: Schweißverbindung
L1: Länge von 10
L2: Einfahrweg
L3: Restlänge von 11 in 10 in Fußgängerschutzposition
K: Krümmung
P: lösbare Verbindung
S: Spalt
X: Fahrrichtung
Y: Fahrzeugquerrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10159865 A1 [0004]
DE 102010017885 A1 [0005]
DE 102008060716 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 573-3: 2005 [0016]

Claims

Stoßfängeranordung (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen entgegen der Fahrtrichtung (X) verlagerbaren vorderen Querträger (2), welcher sich wenigstens abschnittsweise zwischen zwei Deformationselementen (4) erstreckt, wobei die Deformationselemente (4) jeweils ein verlagerbares Segment (11) und ein ortsfestes Segment (10), welche relativ zueinander bewegbar sind, umfassen, wobei das verlagerbare Segment (11) mit dem vorderen Querträger (2) gekoppelt ist und das ortsfeste Segment (10) mit der Fahrzeugkarosse (16) direkt oder über eine Flanschplatte koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zum vorderen Querträger (2) ein ortsfester hinterer Querträger (3) angeordnet ist und sich im Wesentlichen zwischen den Deformationselementen (4) erstreckt, wobei der hintere Querträger (3) mit dem ortsfesten Segment (10) des Deformationselementes (4) oder über Flanschplatten an der Fahrzeugkarosse spielfrei koppelbar ist.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ortsfeste Segment (10) des Deformationselementes (4) an einem Längsträger (14) über Flanschplatten und/oder wenigstens teilweise innerhalb eines Längsträgers (14) der Fahrzeugkarosse festlegbar ist.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Querträger (3) mit dem ortsfest zur Fahrzeugkarosse positioniertem Segment (10) des Deformationselements (4) fest verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Verriegelungselement (7) vorgesehen ist, welches den vorderen Querträger (2) und/oder das verlagerbare Segment (11) des Deformationselementes (4) in einer Ausgangsposition hält.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem hinteren Querträger (3) wenigstens ein Verriegelungselement (7) zugeordnet ist, welches den vorderen Querträger (2) direkt oder indirekt in einer Ausgangsposition hält.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zustandsänderung des Verriegelungselements (7) von einer Verriegelungsstellung in eine Entriegelungsstellung ereignisgesteuert ist, insbesondere durch ein Pre-Crash-Sensorsignal oder eine Schwellwertüberschreitung der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Aktor (5) innerhalb des Deformationselementes (4) angeordnet ist, welcher die Zustandsänderung wenigstens eines Verriegelungselementes (7), bevorzugt mehrerer Verriegelungselemente (7), bewirkt.
Stoßfängeranordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Entriegelungsstellung des Verriegelungselementes bei einem Fußgängeraufprall der vordere Querträger (2) von einer Ausgangsposition in eine Fußgängerschutzposition verlagerbar ist.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Aktor (5'), insbesondere ein Energiespeicher, die Verlagerung des vorderen Querträgers (2) in die Fußgängerschutzposition unterstützt.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Aktor (5') mit dem Verriegelungselement (7) derart zusammenwirkt, dass bei Zustandsänderung des Verriegelungselements (7) von einer Verriegelungsstellung in eine Entriegelungsstellung, der vordere Querträger (2) schlagartig in die Fußgängerschutzposition verlagerbar ist.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Querträger (3) den vorderen Querträger (2) in seiner Längserstreckung wenigstens abschnittsweise umgreift.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ortsfeste Segment (10) des Deformationselementes (4) eine Lange (L1) aufweist, welche den Einfahrweg (L2) des verlagerbaren Segments (11) des Deformationselements übersteigt, bevorzugt ist das Verhältnis L1/12 zwischen 1,2 zu 1 und 3 zu 1, besonders bevorzugt zwischen 1,3 zu 1 und 2 zu 1.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen ortsfestem Segment (10) und verlagerbarem Segment (11) des Deformationselementes (4), eine beim Fußgängeraufprall lösbare Verbindung (P) besteht, bevorzugt als kraftschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung (P), insbesondere in Form wenigstens eines Schweißpunkts.
Stoßfängeranordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Querträger (2) und der hintere Querträger (3) als Strangpressprofil ausgebildet sind.