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Die Erfindung betrifft ein Stoßfängersystem für ein Kraftfahrzeug.
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Stoßfängersysteme dienen der Aufnahme von Kräften und Stoßenergie bei einem Unfall mit geringer oder mittlerer Relativgeschwindigkeit zwischen Aufprallobjekt und Kraftfahrzeug. Beim Hochgeschwindigkeitsaufprall dienen sie zudem zur gezielten Einleitung der unfallbedingten Kraft bzw. Energie in die Fahrzeugkarosse. Deshalb ist ein zuverlässiges und reproduzierbareres Verhalten des Stoßfängersystems während des Crashs erforderlich.
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Heute müssen in Folge verschärfter gesetzlicher Auflagen an Abgasemissionen in jeder Fahrzeugklasse der Gesamtkraftstoff- bzw. -energieverbrauch reduziert werden, ohne Abstriche bei der Sicherheit machen zu dürften. Viele Hersteller fordern zudem die Beibehaltung der Komfortausstattung oder erweitern diese im selben Zuge sogar von einer Fahrzeuggeneration zur nächsten. Daraus erfolgten stark gestiegene Anforderungen an die Nutzung von Leichtbaupotentialen der Fahrzeugkarosse, und damit nicht zuletzt auch eines Stoßfängersystems.
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Die
DE 10 2009 006 609 A1 beschreibt ein gattungsgemäßes Stoßfängersystem und bildet somit den Oberbegriff von Patentanspruch 1. Darin wird ein Stoßfängersystem offenbart aus einem durch Pressformhärten hergestellten Stoßfängerquerträger, einem Schließblech und Crashboxen, über welcher der Stoßfängerquerträger an der Fahrzeugkarosse koppelbar ist, wobei der Stoßfängerquerträger sich zwischen einer Fahrzeuglängsseite und der anderen Fahrzeuglängsseite erstreckt und einen zumindest abschnittsweise U-profilförmigen Querschnitt aufweist, wobei das Schließblech sich über einen Teil seiner Länge erstreckt und sich der Stoßfängerquerträger und das Schließblech bereichsweise flächig kontaktieren und dort mit einer thermischen Fügeverbindung gefügt sind. Bei der Fügeverbindung handelt es sich bevorzugt um eine Klebeverbindung, jedoch sollen auch Nieten geeignet sein. Das Schließblech besteht aus einer Aluminiumlegierung, was in Kombination mit dem höchstfesten Stoßfängerquerträger ein hohes Leichtbaupotential erschließt.
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Nachteilig ist dabei jedoch, dass im Falle einer Klebeverbindung die Positionierung der beiden Komponenten zueinander erschwert und mit separaten Vorrichtungen oder temporären Fixierungen sicherzustellen ist, bis der Kleber vollständig aushärtet. Stanznietverbindungen dagegen sind heute nur bis zu einer begrenzten Zugfestigkeit beziehungsweise Härte des Stahlblechs möglich und im Falle eine höchstfesten oder Pressgehärteten Stoßfängerquerträgers für den Serieneinsatz unmöglich.
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Experimentell wurde von der Anmelderin weiter untersucht, inwieweit Punktschweißverbindungen tatsächlich möglich sind. Zwar schien diese Technologie zunächst geeignet, jedoch erwiesen sich insbesondere die außen in Richtung Fahrzeuglängsseiten gelegenen Schweißpunkte als stark anfällig für Risse im Crashfall, insbesondere bei neuen Umfallszenarien mit nur partieller Überdeckung des Stoßfängersystems mit der Barriere und die dadurch auftretenden und von den Fügeverbindungen aufzunehmenden Torsionskräfte. Einrisse oder Ausrisse waren besonders auf die nach einer lokal hohen Wärmeeinleitung extrem harte Abkühlung der Punktschweißverbindungen durch Wärmeabfluss in die kalten umgebenden Bereiche geschuldet.
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Die
DE 10 2009 013 322 A1 beschreibt ein Stoßfängersystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Stoßfängerquerträger aus Stahl und Crashboxen aus Aluminium, wobei der Querträger sich zwischen den Fahrzeuglängsseiten erstreckt und aus einem mit einer Zinkbeschichtung versehenen Stahlblechmaterial besteht. Durch Warmformen und Presshärten weist der Querträger eine Zugfestigkeit von 1300 bis 1800 MPa auf und ist durch Schweißlöten mit den Crashboxen aus Aluminium an der Fahrzeugkarosse gekoppelt. Auch wenn ein derartiges Stoßfängersystem für einige Fahrzeugkonzepte hinsichtlich der erreichbaren Crashperformance ausreichend ist, bietet dieses System dennoch Raum für Verbesserungen insbesondere bei höheren Crashanforderungen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist daher ausgehend von diesem Stand der Technik eine weitere Gewichtsreduktion in Verbindung mit höchstem Energieabsorptionsvermögen und zuverlässiger Crashperformance auch bei hoher Torsionsbeanspruchung auf das Stoßfängersystem.
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Die genannte Aufgabe wird durch ein Stoßfängersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 16.
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Erfindungsgemäß wird ein Stoßfängersystem vorgeschlagen, umfassend einen durch Pressformhärten oder Rollformen hergestellten Stoßfängerquerträger, ein Schließblech und Crashboxen, über welcher der Stoßfängerquerträger an der Fahrzeugkarosse koppelbar ist, wobei der Stoßfängerquerträger sich zwischen einer Fahrzeuglängsseite und der dieser gegenüberliegenden Fahrzeuglängsseite erstreckt. Der Stoßfängerquerträger weist dabei einen zumindest abschnittsweise U-profilförmigen Querschnitt auf mit einem Verbindungssteg 3, von dem eine Oberwand und eine Unterwand 5 in einem Winkel Alpha (α) abstehen, und der die Oberwand und die Unterwand unter Ausbildung eines U-Profils verbindet. Weiterhin steht zumindest abschnittsweiset je ein Flansch von der Oberwand und der Unterwand in einem Winkel Beta (β) ab, und bildet eine Fügefläche für das Schließblech. Das Schließblech erstreckt sich wenigstens über einen Teil der Länge des Stoßfängerquerträgers, insbesondere zwischen einem ersten fahrzeuglängsseitigen Ende und einem zweiten fahrzeuglängsseitigen Ende, wobei sich der Stoßfängerquerträger und das Schließblech im Bereich der Fügefläche flächig kontaktieren und entlang der Fügefläche wenigstens teilweise mit einer thermischen Fügeverbindung gefügt sind. Das Schließblech besteht erfindungsgemäß aus einer Aluminiumlegierung und der Stoßfängerquerträger aus Stahlblech.
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Kennzeichnend dabei ist, dass der Stoßfängerquerträger des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems aus einem mit einer metallischen Beschichtung versehenen Stahlblech besteht und wenigstens in dem Verbindungssteg und in der Oberwand und der Unterwand eine Zugfestigkeit von wenigstens 1500 Megapascal aufweist, wobei der Flansch des Stoßfängerquerträgers gegenüber dessen Verbindungssteg wenigstens abschnittsweise eine um mindestens 20 Prozent niedrigere Zugfestigkeit aufweist. Letzteres wirkt sich bezüglich der Rissgefahr ausgehend vom Flansch im Crashfall sowie wegen der Koppelbarkeit mit anderen Fahrzeugkomponenten positiv aus. Die metallische Beschichtung des Stoßfängerquerträgers dient der besseren Verbindbarkeit durch die thermische Fügeverbindung zwischen dem Stoßfängerquerträger und dem Schließblech. Hierbei kommt es darauf an, eine gute Vermischbarkeit bzw. Löslichkeit der metallischen Beschichtung im geschmolzenen Zustand mit der Aluminiumlegierung des Schließblechs zu nutzen. Die Zugfestigkeit des Flansches unterschreitet dabei jedoch erfindungsgemäß nicht 650 Megapascal.
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Betreffend die Zugfestigkeit zumindest des Verbindungssteges des Stoßfängerquerträgers ist festzuhalten, dass diese eine besonders niedrige Wandstärke zumindest in diesem Bereich des Stoßfängerquerträgers erlaubt und damit zu einer hervorragenden Verwindungssteifigkeit beiträgt. Die zuvor genannte Fügefläche ist im Rahmen der Erfindung ein dreidimensionaler oder dreidimensionaler Flächenabschnitt zwischen den kontaktierenden Fügepartnern, wobei die Fügefläche einerseits durch Überlappung von Schließblech und Stoßfängerquerträger gebildet werden kann. Andererseits kann auch durch eine Stoßverbindung der Stirnwand einer der Fügepartner gegen die Seitenfläche des anderen Fügepartners die Fügefläche gebildet sein. Die Fügefläche ist im letzteren Fall im Wesentlichen durch die Querschnittsfläche der Stirnwand des auf Stoß angeordneten Fügepartners gebildet.
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Im Rahmen der Erfindung sind die Fahrzeuglängsseiten derart zu verstehen, dass sie sich im Fahrzeug-(X)-Richtung gesehen von der Fahrzeugfront bis zum Fahrzeugheck erstrecken und dabei im Wesentlichen durch Kotflügel, Seitentüren, Schweller, Dachrahmen und Fahrzeugsäulen gebildet werden. Der Stoßfängerquerträger verläuft dabei zwischen den Fahrzeuglängsseiten.
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Erfindungsgemäß besteht das Schließblech aus einer Aluminiumlegierung insbesondere der Gruppe AA5xxx, AA6xxx oder aber AA7xxx nach der bekannten Norm DIN EN 573 - 3. Dabei handelt es sich um Aluminiumlegierungen, welche in Form von Aluminiumblech als Walzprodukt aber auch als Material zum Strangpressen verfügbar sind. Somit ist es möglich, das Schließblech einerseits eines im Wesentlichen flachen Bauteils durch Pressformen herzustellen, andererseits aber auch durch einen Tiefziehvorgang komplexer umzuformen. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, das Schließblech als profiliertes Bauteil zu erzeugen und Anwendung eines Strangpressverfahren.
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Wesentliche Aufgabe des Schließblechs es ist es, das einseitig offene Profil des Stoßfängerquerträgers mindestens bereichsweise unter Ausbildung eines Hohlraums zu schließen und dadurch die Torsionssteifigkeit sowie die Gefahr des Aufbiegens des Stoßfängerquerträgers während eines Crashereignisses zu reduzieren. Das Schließblech wirkt dabei bevorzugt als Zugstrebe zwischen der Oberwand und der Unterwand des Stoßfängerquerträgers. Im Rahmen der Erfindung ist es deshalb besonders bevorzugt, dass das Schließblech wenigstens bereichsweise flach ausgebildet ist. Dadurch wird erfindungsgemäß in Verbindung mit einer zuverlässig stabilen thermischen Fügeverbindung erreicht, dass während eines gesamten Crashverlaufes die Integrität des Stoßfängersystems erhalten bleibt und die Kräfte und Crashenergie auslegungsrichtig in die Fahrzeugkarosserie eingeleitet werden, insbesondere auch bei Frontalaufprall oder Heckaufprall mit geringer vertikaler Überdeckung der beteiligten Stoßfängersysteme. Ein so genanntes Buckling des Stoßfängerquerträgers tritt nicht ein.
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Es ist auch vorstellbar, das Schließblech doppelwandig auszubilden, beispielsweise als Hohlprofil, um sowohl einen stark profilierten Querschnitt wenigstens abschnittsweise in Längserstreckung um einen Mittelpunkt des Querträgers zu erreichen und diesen dadurch zusätzlich bezüglich Biegespannung zu versteifen, und andererseits die Funktion als Zugstrebe zu gewährleisten.
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Betreffend der Herstellung des Schließbleche es ist es weiterhin möglich, dieses wenigstens lokal mit einer Profilierung zu versehen, beispielsweise durch ein Pressformenprozess, insbesondere durch ein Tiefziehprozess. Dabei hat es sich insbesondere gezeigt, dass die Umformbarkeit einer naturharten beziehungsweise nicht aushärtbaren Aluminiumlegierung der Gruppe AA5xxx durch eine schnelle Erwärmung vor und oder während der Umformung gesteigert werden kann. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass die Erwärmung und die Umformung in möglichst kurzer Zeit, insbesondere in weniger als 30 Sekunden durchgeführt wird, wodurch für die Automobilindustrie akzeptable Taktzeiten in einem festverketteten Fertigungsprozess erreichbar sind, zum anderen aber auch eine Reduzierung der Zugfestigkeit und Streckgrenze des Schließblechs durch eine zu lange Wärmeeinwirkung vermieden wird.
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Bei Verwendung einer ausscheidungshärbaren Aluminiumlegierung der 2xxxer oder 7xxxer Gruppe dagegen ist bevorzugt eine Warmauslagerung nach einem Lösungsglühen und anschließendem Warm- oder Kaltumformung vorzusehen, um die Festigkeitswerte wieder auf das ursprüngliche Niveau zurückzuführen.
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Im Falle der Ausgestaltung des Schließblechs als stark profiliertes Bauteil mit von Flachmaterial stark abweichendem Querschnittsprofil, oder wenn das geforderte Querschnittsprofil nicht durch Pressformprozesse umformbar ist, kann vorgesehen werden, das Schließblech als Strangpressprofil zu formen und anschließend in seiner Längserstreckung der Form des Stoßfängerquerträgers in Fahrzeug-(Y)-Richtung anzupassen, beispielsweise durch Biegung beziehungsweise Krümmung. Hierfür eignen sich die Aluminiumlegierungen der Gruppen AA6xxx und AA7xxx nach DIN EN 573 - 3.
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Bevorzugt wird der Stoßfängerquerträger durch Pressformhärten hergestellt. Beim Pressformhärten handelt es sich um ein gekoppelten Wärmebehandlung- und Umformprozess. Dabei wird zunächst eine zugeschnittene Blechplatine oder ein bereits vorgeformtes Halbzeug aus Stahlblech wenigstens partiell auf eine Temperatur oberhalb der Austenitisierungstemperatur erwärmt, und das erwärmte Halbzeug dann in ein aktiv gekühltes Pressformenwerkzeug überführt und in diesem Werkzeug warm umgeformt und wenigstens partiell gehärtet. Hervorragend eignen sich dafür vergütbare Stahlwerkstoffe der Güte Manganborstahl. Im Falle der Verwendung eines bereits vorgeformten Halbzeuges, welches vor der wenigstens partiellen Austenitisierung bereits zur Endform oder annähernd an die Endform umgeformt wird, erfolgt im Pressformenwerkzeug lediglich eine Kalibrierung und die Formhärtung des Halbzeugs. Nach dem Pressformhärten wird das fertige Bauteil bei einer Temperatur von ca. 250 Grad Celsius bis circa Raumtemperatur aus dem Pressformenwerkzeug entnommen und der weiteren Bearbeitung oder einer Montage im Kraftfahrzeug zugeführt. Bei der weiteren Bearbeitung kann es sich um eine Reinigung, um eine Beschichtung oder eine Kopplung an einer anderen Fahrzeugkomponente handeln.
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Die Beschichtung des Stoßfängerquerträgers ist dabei bevorzugt aus Zink, Aluminium oder einer Legierung mit mehrheitlich Zink- oder Aluminiumanteilen gebildet.
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Durch die metallische Beschichtung des Stahlbleches, welche bevorzugt vor der Erwärmung und Umformung aufgetragen wird, kann auf eine Entzunderung des Stoßfängerquerträgers infolge der Wärmebehandlung verzichtet werden. So erfolgt spätestens bei der Erwärmung auch gleichzeitig eine Durchlegierung der metallischen Beschichtung mit dem Stahlsubstrat des Halbzeugs.
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Erfindungsgemäß ist es aber auch möglich, dass die metallische Beschichtung erst nach dem Pressformhärten aufgebracht wird. In diesem Fall kann es sich bevorzugt um eine Stückverzinkung, insbesondere um ein Feuerverzinken, ein Feueraluminieren oder auch um eine Zinkdiffusionsbeschichtung handeln.
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Erfindungsgemäß ist es allerdings anstelle eines Pressformenhärtens möglich, den Stoßfängerquerträger durch Rollformen zu erzeugen. Beim Rollformen handelt es sich um einen Umformprozess, welcher eine Reihe von Formenwalzenstufen umfasst, in welche ein Bandförmiges Halbzeug stufenweise zu einem Profilbauteil umgeformt und anschließend erst zum Bauteil zugeschnitten wird.
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Gleichzeitig oder nach dem Beschnitt kann eine Härtung des Bauteils erfolgen, wobei diese sowohl in einem Pressformenwerkzeug wie zuvor beschrieben erfolgen kann, als auch durch eine einfache punktuelle Einspannung, Induktionsschleifenerwärmung und Duschenabschreckung des durch Rollformen hergestellten Sto ß fängerq uerträgers.
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Weiterhin bevorzugt hat der Stoßfängerquerträger in Verbindungssteg und in der Oberwand und der Unterwand, bevorzugt zusätzlich auch in den Flanschen, eine Zugfestigkeit von mehr als 1800 Megapascal, wobei die Zugfestigkeit 2100 Megapascal nicht überschreiten sollte. Dadurch ist es möglich, einen Stoßfängerquerträger für das Stoßfängersystem zu erzeugen, welcher gegenüber konventionell rollgeformten oder pressgehärteten Bauteilen eine weiter reduzierte Wandstärke bei gleicher Crashperformance hat.
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Weiterhin bevorzugt besteht der Stoßfängerquerträger aus einem Stahlwerkstoff, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen folgende Legierungselemente in Gewichtsprozent enthält:
- Kohlenstoff (C): 0,18 - 0,42, vorzugsweise 0,30 - 0,40, insbesondere 0,31 - 0,38 Silizium (Si): 0,10 - 0,70, vorzugsweise 0,20 - 0,28, insbesondere 0,22 - 0,27 Mangan (Mn): 1,00 - 2,50, vorzugsweise 1,20 - 2,00, insbesondere 1,20 - 1,50 Chrom (Cr): 0,10 - 0,80, vorzugsweise 0,10 - 0,60, insbesondere 0,12 - 0,18 Bor (B): 0,0006 - 0,006, vorzugsweise 0,0008 - 0,004, insbesondere 0,002 - 0,0035
- Schwefel (S): maximal 0,01,
- Phosphor (P): maximal 0,025, sowie wahlweise
- Titan (Ti) 0,01 - 0,05, vorzugsweise 0,02 - 0,04, insbesondere 0,025 - 0,035.
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Die geringe Menge an Legierungselementen macht den Werkstoff wirtschaftlich interessant. Bor wirkt für den Vergütungsprozess als Aushärtungsverzögerer, so dass die Härtung des Stoßfängerquerträgers nicht vor dem Pressformende abgeschlossen ist. Die mechanischen Kennwerte, insbesondere die Zugfestigkeit, wird durch Zugabe von Kohlenstoff und vor allem von Mangan positiv beeinflusst.
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Diese Legierung eignet sich hervorragend für das oben beschriebene Pressformhärten. Allerdings hat sich in Versuchen gezeigt, dass dieses Verfahren das Bauteil anfällig macht für späteres Versagen im Bereich von Beschnitträndern und Kerbstellung, insbesondere auch in der Fügefläche. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass bevorzugt wenigstens der Flansch des Stoßfängerquerträgers gegenüber dessen Verbindungssteg wenigstens abschnittsweise eine um mindestens 20 %, bevorzugt um mindestens 30 % niedrigere Zugfestigkeit aufweist. Dies kann durch die von der erfindungsgemäßen thermischen Fügeverbindung hervorgerufenen bereichsweisen Wärmebehandlung des Flansches ermöglicht werden.
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Weiterhin bevorzugt weist das Schließblech eine Zugfestigkeit auf, welche gegenüber dem Verbindungssteg des Stoßfängerquerträger eine um wenigstens 50 %, bevorzugt um mindestens 70 % niedrigere Zugfestigkeit ist, wobei zu Zugfestigkeit 350 Megapascal nicht unterschreiten sollte.
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Bevorzugt erstreckt sich das Schließblech nur über einen Teil der Länge des Stoßfängerquerträgers, wobei die Enden des Stoßfängerquerträgers vom Schließblech nicht geschlossen sind.
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Besonders bevorzugt ist es aber, dass auch die Enden des Stoßfängerquerträgers und der Abschnitt um den in Fahrzeuglängserstreckung betrachteten Mittelpunkt des Stoßfängerquerträgers von insbesondere einem gemeinsamen Schließblech unter Ausbindung eines Hohlraums geschlossen sind. Das hat den Vorteil, dass Mittel zur Befestigung einer Abschleppvorrichtung leicht am Schließblech festlegbar und/oder von diesem im Verbindung mit dem Stoßfängerquerträger abgestützt anordenbar sind.
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Denkbar ist auch, mit mehr als einem Schließblech beispielsweise sowohl die Enden des Stoßfängersystems als auch den Abschnitt um dessen Mittelpunkt geschlossen auszubilden.
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Ganz wesentlich ist für das erfindungsgemäße Stoßfängersystem die thermische Fügeverbindung zwischen Stoßfängerquerträger und Schließblech, welche insbesondere als Schweißlötverbindung ausgeführt ist. Beim Schweißlöten erfolgt - bevorzugt unter Zuhilfenahme eines Lötzusatzwerkstoffs -eine metallurgische Verbindung zwischen dem Werkstoff des Schließblechs und der metallischen Beschichtung des Stoßfängerquerträgers unter Ausbindung einer raupenförmigen Schweißnaht. Vorteilhaft ist dabei, dass die Beschichtung durch die thermische Fügeverbindung im geschmolzenen Zustand sehr geschmeidig bleibt und so die Schweißnaht kontinuierlich von einem Schweißnahtplateau zum Nahtrand abnimmt.
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Hier kommt positiv zum tragen, dass die Beschichtung länger flüssig bleibt als der Lötzusatzwerkstoff, wodurch sich ein sehr flacher Winkel Delta zwischen der Fügefläche des Stoßfängerquerträgers und der Nahtoberfläche im Nahtrand einstellt. Der Winkel Delta (δ) wird auch als Benetzungswinkel bezeichnet und beträgt besonders bevorzugt zwischen 10 Grad (°) und 45 Grad (°), wodurch eine nur geringe Kerbwirkung in der thermischen Fügeverbindung besteht und eine Anwendung im dynamische n Bereich erlaubt.
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Es kommt dabei bevorzugt ein Lötzusatzwerkstoff aus einer Aluminium-Silizium-Legierung oder aus einer Zinkaluminiumlegierung zur Anwendung in Kombination mit einer Zinkbeschichtung, die zumindest im Fügebereich des Stoßfängerquerträgers angeordnet ist.
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Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, auf die Nutzung eines Lötzusatzwerkstoffs vollständig zu verzichten, indem die metallische Beschichtung des Stoßfängerquerträgers entsprechend mit einer hohen Schichtstärke vorgesehen wird. Im Falle einer Zinklegierungsbeschichtung, die wenigstens zu 67 Masseprozent Zink enthält, ist dabei zumindest die dem Fügepartner, das heißt die dem Schießblech zugewandten Fügefläche mit einer Schichtstärke von wenigstens 25 Mikrometer (µm) und höchstens 100 µm, bevorzugt aber zwischen 30 und 40 µm zu versehen. Daraus ergibt sich der Vorteil, den Lötprozess schneller und mit einfacheren Fügevorrichtungen zu bewerkstelligen.
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Bevorzugt ist die Schweißlötverbindung als Steppnaht ausgebildet, wobei die Gesamtlänge der Schweißlötnaht im Verhältnis zur Länge des Schließblechs zwischen 25 Prozent und 55 Prozent, insbesondere zwischen 30 und 50 Prozent beträgt. Dies erspart Schweißzusatzstoff, Gewicht und unter Umständen auch Bearbeitungszeit für die Herstellung der Fügeverbindung.
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Alternativ ist nur eine Schweißlötnaht durchgehend und parallel zur Längserstreckung des Stoßfängerquerträgers an den beiden Längskanten des Schließblechs angeordnet, was besonders kurze Bearbeitungszeiten, insbesondere auch in taktverketteten Umform- und Fügeprozessen, bei der Herstellung der Fügeverbindung erlaubt.
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Alternativ ist es auch möglich, dass mindestens eine Schweißlötnaht in Längserstreckungsrichtung des Stoßfängerquerträgers zickzackförmig oder sinusförmig angeordnet ist, und/ oder das mehrere Schweißlötnähte nicht parallel zur Längserstreckung des Stoßfängerquerträgers verlaufend ausgebildet sind.
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Erfindungsgemäß kann anstelle der Schweißlötverbindung auch ein artverwandtes thermisches Fügeverfahren zur Anwendung gelangen. So konnten in Versuchen teils vielversprechende Ergebnisse auch mittels Diffusionsschweißen, Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Sprengschweißen und insbesondere Rührreibschweißen erzielt werden.
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Das an sich bekannte Rührreibschweißen erlaubt es, ein Stoßfängersystem mit vollständiger Überlappung des Schließblechs mit der Fügefläche des Stoßfängerquerträgers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung thermisch zu Fügen, ohne im Schließblech Schlitze vorsehen zu müssen. Vielmehr ist durch ein rotierendes Reibwerkzeug eine lokale Wärmeeinbringung derart möglich, dass eine temporär teigige Konditionierung des Schließblechmaterials sowie eine Aktivierung der metallischen Beschichtung erfolgen kann und eine Vermischung beider Legierungen in der Fügefläche ausbildbar ist.
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Bevorzugt schließt sich wenigstens einem Flansch des Stoßfängerquerträgers eine in einem Winkel Gamma (φ) abstehende Umbiegung an, welche nur über einen Teil der Länge des Stoßfängerquerträgers ausgebildet ist und welche in Richtung Verbindungssteg weist.
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Der Verbindungssteg weist bevorzugt nur über einen Teil der Länge des Stoßfängerquerträgers eine grabenförmige Vertiefung aufweist, welche entgegen der Richtung der Oberwand und der Unterwand absteht. Die Vertiefung wirkt den Biegewiderstand und das Flächenträgheitsmoment des Stoßfängerquerträgers erhöhend.
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Das Schließblech weist bevorzugt ebenfalls über einen Teil der Länge des Stoßfängerquerträgers eine grabenförmige Vertiefung auf, welche in Richtung des Verbindungsstegs des Stoßfängerquerträgers winkelig absteht und die gleich Wirkung wie oben beschrieben hat. Der Verstärkungseffekt kann durch die kombinierte Ausbildung beider grabenförmiger Vertiefungen weiter gesteigert werden.
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Bevorzugt weist das Schließblech über einen Teil der Länge des Stoßfängerquerträgers Ausnehmungen auf, insbesondere unter Ausbildung eines eine Öffnung der Ausnehmung umlaufenden Kragens. In diesem Abschnitt ist das Schließblech daher vorteilhafterweise nicht grabenförmig vertieft ausgebildet bzw. die grabenförmige Vertiefung läuft vom Mittelpunkt aus in Richtung Ausnehmung betrachtet vor Erreichen der Ausnehmung aus.
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Vorstellbar ist zusätzlich oder alternativ auch die Anordnung mindestens zweier grabenförmiger Vertiefungen quer zur Längserstreckung des Stoßfängerquerträgers in der Oberwand und /oder in der Unterwand. Damit kann erreicht werden, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt während eines Crashereignisses der Stoßfängerquerträger sich gezielt lokal deformiert, und die grabenförmigen Vertiefungen eine Solldeformationsstelle insbesondere zum Einknicken bilden.
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Weiterhin bevorzugt nimmt die Tiefe des Stoßfängerquerträgers zwischen seinen fahrzeuglängsseitigen Enden und seinem Mittelpunkt kontinuierlich ab, wobei das Verhältnis zwischen seiner Tiefe im Mittelpunkt und seiner Tiefe an seinem Enden zwischen 3 zu 2 und 3 zu 1, insbesondere 2 zu 1 liegt.
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Es folgen anhand von Figurenbeschreibungen nähere Erläuterungen zu vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung. Für gleiche oder ähnliche Bauteile oder Bereiche werden soweit sinnvoll einheitliche Bezugszeichen verwendet. Die Figuren sind schematisiert dargestellt. Die in den Figuren beschriebenen Merkmale der Ausführungsformen sind miteinander auch kombinierbar.
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Im Einzelnen zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems in perspektivischer Ansicht von hinten
- 2 die erste Ausführungsform in perspektivischer Ansicht von vorn
- 3a bis 3b die erste Ausführungsform anhand von Querschnitten
- 4 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems in perspektivischer Ansicht von hinten
- 5 die zweite Ausführungsform in einer Frontansicht ohne Crashboxdarstellung
- 6 die zweite Ausführungsform in einer Draufsicht
- 7a bis 7c die zweite Ausführungsform anhand von Querschnitten
- 8 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems in perspektivischer Ansicht
- 9 eine Detailansicht auf eine Schweißlötverbindung mit Schweißlötnaht
- 10 Kraft-Weg-Diagramm eines erfindungsgemäßen Stoßfängersystems und verschiedener bekannter Vergleichssystemen.
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In den 1 bis 3 wird zunächst eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems dargestellt.
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In 1 ist übersichtlich das Stoßfängersystem in der ersten Ausführungsform von der Rückseite aus betrachtet gezeigt. Es umfasst einen Stoßfängerquerträger 2, welcher durch ein Schließblech 11, welches sich in Fahrzeug-(X)-Richtung vor dem Stoßfängerquerträger 2 befindet, vollständig verschlossen wird. Der Stoßfängerquerträger 2 ist über Crashboxen 21 mit der nicht dargestellten Fahrzeugkarosse gekoppelt. Es versteht sich von selbst, dass das Stoßfängersystem 1 zum Zeitpunkt der Fahrzeugmontage, aber auch zu späteren Reparatur- und Demontagezeitpunkten für die Fahrzeugverwertung eines Kraftfahrzeuges koppelbar ist.
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Weiterhin ist in 1 dargestellt, ein fahrzeuglängsseitiges Ende E1 des Stoßfängerquerträgers 2 sowie ein stirnseitiges Ende E11 des Schließbleches 11 (in der Figur links dargestellt), sowie ein zweites fahrzeuglängsseitiges Ende des Stoßfängerquerträgers 2 und ein weiteres stirnseitiges Ende E12 des Schließbleches 11. Der Stoßfängerquerträger erstreckt sich dabei zwischen den Crashboxen und verläuft von einer Fahrzeuglängsseite zu anderen, wobei in dieser Ausführungsform die Enden des Stoßfängerquerträgers 2 sowie des Schließbleche 11 über die jeweiligen Crashboxen 21 hinaus in Richtung Fahrzeuglängsseiten ragen. Der Stoßfängerquerträger 2 umfasst einen über seine gesamte Länge L2 ausgebildeten Verbindungssteg 3, welcher in Fahrzeug-(X)-Richtung gesehen von einer Oberwand 4 sowie einer Unterwand 5 winkelig absteht. Verbindungssteg 3, Oberwand 4 und Unterwand 5 bilden im Querschnitt einen im Wesentlichen U-profilförmigen Querschnittsverlauf, wobei sich an den Enden der Oberwand 4 und der Unterwand 5 ein Flansch 6, 7 anschließt, welcher dem Querträger einen hutförmigen Querschnitt verleiht. Der Flansch 6, 7 ist mit anderen Worten auf der Oberseite und der Unterseite des Stoßfängerquerträgers 2 angeordnet, und bildet eine Fügefläche 12 für das Schließblech 11.
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Weiterhin gezeigt ist der Mittelpunkt M des Stoßfängerquerträgers 2, welcher sich im Wesentlichen im Zentrum des selbigen befindet und bei dieser Ausführungsform gleichzeitig die Symmetrieachse des Stoßfängerquerträgers 2 darstellt. Über eine Länge L9 des Stoßfängerquerträgers 2 schließt sich dem Flansch endseitig eine Umbiegung 9 an, welche in dieser Ausführungsform in Richtung Verbindungssteg 3 bzw. in Richtung Kraftfahrzeug gerichtet ist. Der Stoßfängerquerträger 2 weist eine Länge L2 sowie das Schließblech 11 eine Länge L11 auf, wobei in dieser Ausführungsform sowohl der Stoßfängerquerträger 2 als auch das Schließblech 11 in Fahrzeug-(X)-Richtung gekrümmt sind. Diese Krümmung R dient der Anpassung an die vorderseitige oder rückseitige Außenhautkontur des Kraftfahrzeugs.
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Zu erkennen ist in 1 außerdem, dass sich der Stoßfängerquerträger 2 und das Schließblech 11 über eine Höhe HK, H11 erstrecken, welche größer ist als die Höhe H21 der Crashbox 21. Das bedeutet, dass der Stoßfängerquerträger 2 bzw. das Schließblech 11 Kräfte aufnehmen können, welche auch oberhalb der Crashboxanbindung in das Kraftfahrzeug bei einem Frontalaufprall eingeleitet werden. Daraus ergeben sich aufgrund des Höhenunterschiedes zwischen Stoßfängerquerträger 2 und Crashbox 21 auf dem Stoßfängerquerträger 2 und besonders auf die thermische Fügeverbindung wirkende Torsionskräfte, welche durch die erfindungsgemäße Ausführungsform Rechnung getragen wird.
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2 stellt dieselbe Ausführungsform des Stoßfängersystems 1 in einer perspektivischen Ansicht von vorn dar, wobei hier deutlicher das Schließblech 11 zu erkennen ist, welches sich in Fahrzeug-(X)-Richtung vor dem Stoßfängerquerträger 2 befindet. Das Schließblech 11 weist über einen Teil seiner Länge L11 eine grabenförmige Vertiefung 14 der Länge L14 auf, welche sich in Fahrzeug-(Y)-Richtung entlang des Schließblechs erstreckt. Die grabenförmige Vertiefung 14 ist in Richtung Verbindungssteg 4 beziehungsweise in Kraftfahrzeugrichtung gerichtet.
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Zudem sind in 2 gestrichelt angedeutet die Fügeflächen 12, welche sich entlang der Längskanten 13 des Schließblechs 11 über dessen gesamte Länge L11 erstrecken. Zwei gesteppte Schweißlötnähte 28 verlaufen in dieser Ausführungsform mehrfach unterbrochen in der Fügefläche 12, wobei im Schließblech dazu mehrere Schlitze 30 entlang der Fügefläche 12 vorgesehen sind, in welcher jeweils eine Schweißlötnaht 28 angeordnet ist. Alle Schweißlötnähte 28 zusammen bilden die thermische Fügeverbindung in Form einer Schweißlötverbindung 18 zwischen dem Stoßfängerquerträger 2 einerseits und dem Schließblech 11 andererseits. Erkennbar ist auch, dass mit einem Abstand A jeweils 2 benachbarte Schweißlötverbindungen beabstandet sind. In dieser Ausführungsform ist der Abstand A zwischen den einzelnen benachbarten Schweißlötverbindungen 18 konstant.
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Ebenso ist in 2 erkennbar erfindungsgemäß eine Ausnehmung 20 zur Durchführung einer Abschleppeinrichtung B sowie eines die Ausnehmung 20 umlaufend umgebenden Kragens 20' vorgesehen, welcher im Wesentlichen eine Versteifung des geschwächten Bereichs um die Ausnehmung 20 herum bewirkt.
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Die Crashboxen 21 verbinden den Stoßfängerquerträger 2 mit der Fahrzeugkarosse und sind in dieser Ausführungsform als Schalenkonstruktionen ausgeführt, welche zwei U-Profile umfasst die sich mit ihren Seitenwänden teilweise überlappen und zusammengefügt sind.
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In 3a) und 3b) sind Querschnitte des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1 dargestellt, wobei in 3a) ein Schnitt M-M durch den Mittelpunkt M des Stoßfängerquerträgers 2 und des zugehörigen Schließblechs 11 erfolgt ist. Zu erkennen sind im Stoßfängerquerträger 2 der Verbindungssteg 3, an welchen sich unter den Winkel Alpha eine Oberwand 4 sowie eine Unterwand 5 anschließen. An den Enden der Oberwand 4 und der Unterwand 5 wiederum schließen sich unter einem Winkel Beta die Flansche 6 und 7 an. In dieser Ausführungsform beträgt der Winkel Alpha ca. 100°, während der Winkel Beta circa 90° ist. Weiterhin zu erkennen ist eine Umbiegung 9, welche im Mittelpunkt des Stoßfängerquerträgers 2 ausgebildet ist und sich nur über einen Teil der Länge L2 des Stoßfängerquerträgers 2 erstreckt. Am Stoßfängerquerträger 2 ist ein Schließblech 11 gekoppelt, welches im Mittelpunkt M eine grabenförmige Vertiefung 14 aufweist, die in Richtung des Verbindungsstegs 3 des Stoßfängerquerträgers 2 ausgerichtet ist.
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Auch der Stoßfängerquerträger 2 weist eine grabenförmige Vertiefung 8 auf, welche in Richtung Kraftfahrzeug ausgerichtet ist. Zu erkennen ist außerdem, dass das Schließblech 11 im Bereich rund um den Mittelpunkts eine Höhe H11 aufweist, welche geringer ist als die Höhe HM des Stoßfängerquerträgers 2.
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Im Gegensatz dazu weist das Schließblech 11 im Bereich seiner Enden E11, E12 selbst eine Höhe H11 auf, welche im Wesentlichen der Höhe HE des Stoßfängerquerträgers 2 entspricht. Weder der Stoßfängerquerträger 2 noch das Schließblech 11 sind im Bereich der fahrzeuglängsseitigen Enden E1, E2 mit grabenförmigen Vertiefungen versehen. Für das Schließblech 11 bedeutet das, dass es bereits am Anfang eines Frontalaufpralls oder Heckaufpralls als Zugstrebe wirkt, wenn der Stoßfängerquerträger 2 beginnt, sich im Querschnittsprofil nach oben bzw. unten unter Vergrößerung des Winkels Alpha zu weiten.
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Ebenso erkennbar ist, dass die Fügefläche 12 im Vergleich zum Mittelpunkt M in 3a) größer ausgebildet ist. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Belastungen, welche auf die Fügeverbindung zwischen Schließblech 11 und Stoßfängerquerträger 2 wirken, im Bereich der Enden E11, E12 bzw. im Koppelbereich zu den Crashboxen größer sind als im Mittelpunkt des Stoßfängerquerträgers 2.
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In der Fügefläche 12 ist am Schließblech 11 im Mittelpunkt M des Stoßfängerquerträgers ein Schlitz 30 ausgebildet, durch welchen hindurch die eigentliche thermische Fügeverbindung als Schweißlötnaht 28 mittels Schweißlöten erfolgt. Die Schlitze 30 selbst sind von der im Wesentlichen gemeinsamen Längskante 13 des Schließblechs 11 und des Stoßfängerquerträgers 2 derart mit einem Abstand A30 beabstandet, dass ein Ausreißen des verbleibenden Blechmaterials des Schließblechs 11 im Crashverlauf nicht eintritt. Erfahrungsgemäß hat sich ein Verhältnis von Wandstärke W11 des Schließblechs 11 zu Abstand A30 von 1:3 bis 1:10 als vorteilhaft erwiesen.
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4 stellt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1 in perspektivischer Ansicht von vorn dar, bestehend aus einem Stoßfängerquerträger 2, welcher über Crashboxen 21 an der Fahrzeugkarosse gekoppelt ist. Im Fahrzeug-(X)-Richtung vor dem Stoßfängerquerträger 2 positioniert ist das Schließblech 11, welches in dieser Ausführungsform eine Höhe H11 aufweist, die in seiner Längserstreckung nicht konstant ist, sondern von einem stirnseitigen Ende E11 des Schließblechs 11 in Richtung des Mittelpunktes M abnimmt. Im Bereich des Mittelpunktes M ist die Höhe H11 des Schließblechs im Wesentlichen konstant. Ebenso ist die Höhe HE des Stoßfängerquerträgers 2 an seinem fahrzeuglängsseitigen Ende E2 größer als im Bereich des Mittelpunktes M. Dem Stoßfängerquerträger 2 sowie das Schließlich 11 ist eine Abschleppeinrichtung B zugeordnet, welche zur Aufnahme eines Abschlepphakens oder dergleichen dient. Die Länge L11 des Schließblechs 11 ist in dieser Ausführungsform geringer als die Länge L2 des Stoßfängerquerträgers 2, wobei der Stoßfängerquerträger 2 an seinem fahrzeuglängsseitigen Enden E1, E2 durch das Schließlich 11 nicht geschlossen wird.
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Weiterhin zu erkennen ist in 4, dass die Flügelfläche 12 als Schweißlötverbindungen 18 ausgeführt ist, wobei hier die Schweißlötverbindung 18 ebenfalls als Steppnaht ausgebildet ist. Das bedeutet, dass sich einer Schweißlötnaht 28 der Länge L28 ein Bereich ohne Schweißlötverbindung 18 anschließt, der wiederum von einer weiteren Schweißlötnaht 28 fortgeführt wird. In dieser Ausführungsform wechseln sich eine Mehrzahl von Schweißlötverbindungen 18 und Freiräume im Wesentlichen gleicher Länge kontinuierlich ab. Die Flügelfläche 12 befindet sich in der unmittelbaren Nachbarschaft zu den Längskanten 13 des Stoßfängerquerträgers 2.
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5 zeigt eine Frontalansicht der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1 ohne Crashboxen. Der Stoßfängerquerträger 2 weist eine Höhe HE,HK,HM auf, welche von den fahrzeuglängsseitigen Enden E1, E2 aus betrachtet in Richtung Mittelpunkt M direkt nach dem Kopplungsabschnitt mit den Crashboxen im Wesentlichen sprunghaft abnimmt.
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6 zeigt eine Draufsicht der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1. Der Stoßfängerquerträger 2 weist eine Tiefe T,TM auf, welche von den fahrzeuglängsseitigen Enden E1, E2 in Richtung Mittelpunkt M im Wesentlichen kontinuierlich zunimmt.
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In den 7a) bis 7c) sind Querschnitte des Stoßfängerquerträgers 2 sowie das Schließblechs 11 der zweiten Ausführungsform nach den 4 bis 6 dargestellt. Zunächst ist in 7a) der Querschnitt am fahrzeuglängsseitigen Ende des Stoßfängerquerträgers 2 gezeigt, welcher in 6 bereits durch den Schnitt E-E angedeutet ist. Der Stoßfängerquerträger 2 weist einen Verbindungssteg 3 sowie zwei unter einem Winkel Alpha (α) vom Verbindungssteg 3 abstehende Oberwand 4 und Unterwand 5 auf. Von der Oberwand 4 und der Unterwand 5 schließen sich wiederum unter einem Winkel Beta (β) Flansche 6 und 7 an. Der Stoßfängerquerträger 2 weist in dem fahrzeuglängsseitigen Ende eine Höhe HE auf, welche größer ist als die Höhe in den anderen Abschnitten des Stoßfängerquerträgers 2.
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Zu erkennen ist in 7b) ein Schnitt K-K des Stoßfängerquerträgers 2 sowie des Schließbleches 11. Das Schließblech 11 weist eine Höhe H11 auf, welche geringer ist als die Höhe HK des Stoßfängerquerträgers 2. Die Kopplung zwischen Stoßfängerquerträger 2 und Schließblech 11 im Bereich der Fügefläche 12 erfolgt sowohl klebertechnisch als auch durch eine Schweißlötverbindung 18. Angedeutet sind hierzu die Schweißlötnähte 28 an der Längskante 13 des Schließblechs 11. Die Tiefe TK des Stoßfängerquerträgers 2 ist gegenüber der Tiefe TE am fahrzeuglängsseitigen Ende E1, E2 nur unwesentlich größer ausgebildet.
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Demgegenüber ist in 7c, welcher einen Schnitt M-M durch den Mittelpunkt des Stoßfängerquerträgers 2 zeigt, die Tiefe TM wesentlich größer. Die Tiefe TM entspricht hier in dieser Ausführungsform ungefähr der doppelten tiefer TG des Stoßfängerquerträgers 2 im fahrzeuglängsseitigen Ende E1, E2. Weiterhin weist der Stoßfängerquerträger 2 ausgehend von den Flanschen 6,7 Umbiegungen 9 auf, welche unter einem Winkel Gamma in Richtung Verbindungssteg 3 geneigt sind. Das Schließblech 11 schließt im Bereich des Mittelpunktes M den Stoßfängerquerträger 2 und bildet so einen Hohlraum.
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8 stellt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems 1 dar, bestehend aus einem Stoßfängerquerträger 2, welcher über Crashbox 21 an der Fahrzeugkarosse gekoppelt ist. In Fahrzeug-(X)-Richtung vor dem Stoßfängerquerträger 2 positioniert ist das Schließblech 11. Das Stoßfängersystem 1 unterscheidet sich nur durch die Gestaltung der thermischen Fügeverbindung von der zweiten Ausführungsform nach 4, da hier jeweils eine durchgehende, ununterbrochene Schweißlötnaht 28 vorgesehen ist in der Fügefläche 12 entlang der oberen und der unteren Längskante 13. Zudem sind in den Enden E11 des Schließblechs 11 vertikale Schweißlötnähte 28' angeordnet.
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Die 9 schließlich zeigt eine Detailansicht einer Schweißlötverbindung 18 mit Schweißlötnaht 28. Die Schweißnaht 28 wird dabei ausgebildet aus einer schmalen Fügefläche 12 entlang der Längskante 13 des Schließblechs 11 sowie aus einem Schweißlötzusatzstoff 32 auf Aluminiumbasis und unverdampften Resten der metallischen Beschichtung 10 des Stoßfängerquerträgers 2. Zu erkennen ist ein zum Nahtrand 29 relativ flach auslaufender Verlauf der Schweißlötnaht 28 unter Ausbildung eines Winkels Delta δ zwischen Fügefläche 12 des Stoßfängerquerträgers 2 und Nahtoberfäche 31 von etwa 20 Grad (°). Der Nahtrand 29 ist zum Großteil gebildet aus dem gegenüber dem Schweißlötzusatzstoff 32 niedriger schmelzenden bzw. bei niedriger Temperatur erstarrenden Zink der metallischen Beschichtung 10.
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10 zeigt den Kraft-Verformungsweg-Verlauf für verschiedene Konfigurationen von Stoßfängerquerträgern 2. Alle Querträger 2 sind identisch über Crashboxen 21 an einer Prüfstandgrundplatte angebunden, so dass eine Einflussnahme resultierend aus der Befestigung des Querträgers ausgeschlossen werden kann. Sämtliche gestrichelt dargestellte Lösungen (Kurve K2 bis K4) stellen Vergleichskonfigurationen nach den Stand der Technik dar, während der geschlossene dargestellte Kurve K1 sich aus einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängerquerträgers ergab.
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Zu sehen sind die nach den RCAR-Prüfkriterien resultierenden Kraftverläufe über einen aufgezeichneten Verformungsweg. Bei der RCAR-Prüfung handelt es sich um eine dynamische Prüfung, welche auch als Bumper-zu-Bumper-Test bezeichnet wird und einen Frontalaufprall auf ein anderes Kraftfahrzeug mit vollständiger horizontaler Überdeckung, aber partiellem vertikalen Versatz der Stoßfängerquerträger 2 simuliert. Der vertikale Versatz zumindest im Bereich des Mittelpunkts des Stoßfängerquerträgers 2 ergibt sich aus der Tatsache, dass Fahrzeuge heute unterschiedliche Längsträgerpositionen aufweisen, je nach Fahrzeugsegment, und Höhenunterschiede nur teilweise durch die Höhe und das Design des Querträgers selbst abgefangen werden. Die daraus sich ergebenden Torsionskräfte müssen zuverlässig innerhalb eines Stoßfängerquerträgers und durch seine Anbindung an die Fahrzeugkarosse kompensiert werden.
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Im Einzelnen zeigt Kurve K1 ein über den gesamten Verformungsweg im Wesentlichen homogenen ansteigenden Kraftverlauf bis zu seinem Maximum, welcher danach rapide ohne weiter fortschreitende Verformung bis auf Null abfällt.
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Kurve K2 stellt eine Konfiguration mit einem u-profilförmigen warmgeformten und pressgehärteten Stoßfängerquerträger aus Stahl der Sorte 22MnB5 dar, welcher mit einem Schließblech aus Dualphasenstahl durch Punktschweißen verbunden ist. Diese Konfiguration bietet insgesamt das niedrigste Kraftniveau, hat aber über seinen gesamten Verformungsweg einen nahezu monoton steigenden Verlauf.
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Kurve K3 stellt hingegen eine Konfiguration mit einem hutprofilförmigen warmgeformten und pressgehärten Stoßfängerquerträger aus Stahl der Güte 22MnB5 dar, welcher mit einem Schließblech aus Dualphasenstahl durch Kleben verbunden ist. Die Klebeverbindung wurde in KTL-Beschichtungsprozess unter Serienbedingungen ausgehärtet. Diese Lösung weist im Vergleich zur Konfiguration nach Kurve K2 ein insgesamt höheres Kraftniveau über den Verformungsweg auf, wobei negativ auffällt, dass zu einem relativ späten Verformungszeitpunkt ein rapider und vorzeitiger Kraftabfall eintritt. Der Kraftabfall ist auf ein Versagen der Klebeverbindung zurückzuführen, welches als Kohäsionsbruch zu Tage trat und auf eine Überbeanspruchung der Klebeverbindung hindeutet.
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Kurve K4 stellt darüber hinaus eine Konfiguration mit einem pressgehärteten Querträger aus vergütbarem Stahl der Sorte 35MnB5 dar, welcher ebenfalls durch Punktschweißen mit einem Schließblech 11 aus Dualphasenstahl verbunden ist. Im Vergleich zur erfindungsgemäßen Lösung nach Kurve K1 gibt es bis zu einem bestimmten Verformungsweg ein ähnlich hohes Kraftniveau, welches im Wesentlichen oberhalb der anderen Vergleichskonfigurationen liegt. Danach fällt die Kraft nach Kurve K4 stark ab, was auf ein Versagen der Fügeverbindungen zurückzuführen ist. Bei genauer Untersuchung hat sich gezeigt, dass es aufgrund der extrem hohen Festigkeit und Härte des pressgehärteten Querträgers in der Wärmeeinflusszone der zuerst beanspruchten Punktschweißverbindungen zu Auskröpfungen und Ausbrüchen kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Stoßfängersystem
- 2 -
- Stoßfängerquerträger
- 3 -
- Verbindungssteg
- 4 -
- Oberwand
- 5 -
- Unterwand
- 6 -
- Flansch
- 7 -
- Flansch
- 8 -
- grabenförm ige Vertiefung zu 2
- 9 -
- Umbiegung
- 10 -
- Beschichtung
- 11 -
- Schließblech
- 12 -
- Fügefläche
- 13 -
- Längskante zu 11
- 14 -
- grabenförmige Vertiefung zu 11
- 15 -
- Klebeverbindung
- 18 -
- Schweißlötverbindung
- 19 -
- MAG-Schweißverbindung
- 20 -
- Ausnehmung
- 20' -
- Kragen
- 21 -
- Crashbox
- 28 -
- Schweißlötnaht
- 29 -
- Nahtrand
- 30 -
- Schlitz
- 31 -
- Nahtoberfläche
- 32 -
- Schweißlötzusatzstoff
- 33 -
- Lötnahtplateau
- Aa1 -
- Abstand
- AaM -
- Abstand
- AaE -
- Abstand
- A30 -
- Abstand
- B -
- Abschleppeinrichtung
- E1 -
- Enden zu 2
- E2 -
- Enden zu 2
- E11 -
- Enden zu 11
- E12 -
- Enden zu 11
- HE -
- Höhe zu 2
- HM -
- Höhe zu 2
- HK -
- Höhe zu 2
- H11 -
- Höhe zu 11
- H21 -
- Höhe zu 21
- K1 -
- Kurve zu 1
- K2 -
- Kurve Vergleichssystem
- K3 -
- Kurve Vergleichssystem
- K4 -
- Kurve Vergleichssystem
- L1 -
- Länge
- L2 -
- Länge zu 2
- L14 -
- Länge zu 14
- L28 -
- Länge zu 28
- M -
- Mittelpunkt zu 2
- R -
- Krümmung
- T -
- Tiefe
- T1 -
- Tiefe
- TE -
- Tiefe zu 2
- TK -
- Tiefe zu 2
- TM -
- Tiefe
- W11 -
- Wandstärke zu 11
- X -
- Fahrzeug-(X)-Richtung
- Y -
- Fahrzeug-(Y)-Richtung
- Z -
- Fahrzeug-(Z)-Richtung
- α -
- Winkel Alpha
- β -
- Winkel Beta
- φ -
- Winkel Gamma
- δ -
- Winkel Delta
