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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Stoßabsorptionsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen im Wesentlichen aus einem im Querschnitt C-förmigen Profil gefertigten Querträger mit wenigstens einem darin integriert ausgebildeten Energieabsorptionsbauteilabschnitt und mit wenigstens einem darin integriert ausgebildeten Längsträgeranbindungsabschnitt.
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Hintergrund der Erfindung
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Mit einem mehrteiligen Aufbau von herkömmlichen Stoßabsorptionsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge gehen eine Vielzahl von Einzelprozessen während des Herstellungsprozesses einher. Dabei umfasst eine solche Stoßabsorptionsvorrichtung, wie aus
DE 20 2012 104 117 U1 hervorgeht, in der Regel einen Querträger, jeweils zwei zueinander beabstandete und an diesem befestigte Crashboxen, sowie daran stoffschlüssig angeschlossene Verbindungsplatten, so genannte Baseplates, zum Anbinden an die Längsträger der Karosserie. Der Querträger kann dabei als offenes oder als geschlossenes Profil ausgeführt sein. Ein offenes Profil ist dabei meist durch eine einzelne im Wesentlichen U-, C- oder hutförmige Blechschale abgebildet ist. Unter einem geschlossenen Profil versteht man dagegen entweder ein U-, C- oder hutförmiges Schalenprofil, das auf seiner hinteren Seite mit einem Schließblech versehen ist oder beispielsweise ein stranggepresstes Extrusionsprofil oder ein Profil, bei dem soeben genannte Schalenausführungen zueinander entgegengesetzt gerichtet und miteinander über ihren Längsverlauf, d.h. quer zur Fahrtrichtung und somit in y-Richtung, zumindest abschnittsweise derart verbunden sind, dass sie sich zumindest über ihre Zargen oder daran abgestellten Flansche gegenseitig abstützen. Sowohl bei geschlossenen, als auch bei offenen Profilen ist es aber nicht notwendig die jeweils äußeren Seiten zur Verbesserung der Aufpralleigenschaften zu verschließen.
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Um die Produktion ökonomischer zu gestalten, ist es im Stand der Technik bekannt, eine derartige mehrteilige Vorrichtung zu substituieren. Dies geschieht dadurch, dass man versucht die Funktionalität der einzelnen Bauteile bestenfalls in einem einzigen Bauteil abzubilden. Der Querträger selbst sollte biegesteif und höchstfest ausgebildet sein, um auftretenden Biegebelastungen entgegen wirken zu können. Die daran angebrachten Crashboxen hingegen dienen vorwiegend zur Aufnahme der Stoßenergie im Falle eines Aufpralls. Eine substituierte Stoßabsorptionsvorrichtung besteht daher im Wesentlichen aus nur einem Querträger, bei dem die Crashboxen integriert als Energieabsorptionsbauteilabschnitte und die Baseplates integriert als Längsträgeranbindungsabschnitte ausgebildet sind.
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Wie sich der
DE 10 2008 026 334 A1 entnehmen lässt, ist darin ein als einseitig offenes Hutprofil ausgebildeter hinterer oder vorderer Querträger gezeigt, wobei die Querschnittstiefe über dessen Längsrichtung variiert, wodurch das Widerstandsmoment des Querträgers beeinflusst werden kann. Allerdings ist es bei der Ausgestaltung dieser Lösung erforderlich, jeweils in den gegenüber dem mittleren Abschnitt des Querträgers tiefer ausgebildeten äußeren Bereichen des Querträgers weitere Deformationselemente einzubringen. Durch die Verwendung offener Profile geht damit gegenüber geschlossenen Profilen zwar eine Gewichtsreduktion einher, allerdings ist der Herstellungsprozess weiterhin aufwendig.
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Die
DE 10 2007 038 496 A1 begegnet dem zu
DE 10 2008 026 334 A1 beschriebenen Nachteil, indem darin ein Verfahren zur Herstellung eines U-förmigen Querträgers offenbart wird, welcher einen mittleren Abschnitt und jeweils sich an diesen endseitig anschließende Anbindungsabschnitte hat, die zugleich als Crashbox dienen und mit dem Querträger einstückig ausgebildet sind. Damit der Querträger den gewünschten Crashanforderungen entspricht, d.h. biegesteif und fest ist, werden aber zusätzliche Arbeitsschritte, wie beispielsweise zusätzliches Härten notwendig.
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Problematisch im bisherigen Stand der Technik ist zudem, dass offene Profile im Gegensatz zu geschlossenen Profilen ein wesentlich geringeres Energieabsorptionspotential haben. Damit dem entgegnet werden kann, sind entweder zusätzliche Arbeitsschritte, wie beispielsweise partielles Härten, oder das Einbringen zusätzlicher Verstärkungselemente erforderlich. Bei einer herkömmlichen mehrteiligen Ausführungsform bestehen außerdem die Nachteile hinsichtlich der Prozessführung, des Toleranzausgleichs und damit verbundene hohe Kosten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Stoßabsorptionsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, die die zuvor zum Stand der Technik diskutierten Probleme beseitigt oder zumindest verringert, indem diese bei Gewichtsersparnis, Bauraumflexibilität und leichterer Herstellbarkeit die geforderten gesetzlichen Bestimmungen verschiedenster Crashanforderungen erfüllt.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die eingangs genannte gattungsgemäße Stoßabsorptionsvorrichtung, bei der der Querträger wenigstens im Umfange seiner Energieabsorptionsabschnitte aus TWIP-Stahl und zur Ausbildung einer Schale an seinen in y-Richtung weisenden äußeren Seite geschlossen ausgebildet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Wenn im Rahmen dieser Ausführungen von „vorne“, „hinten“, „oben“, „unten“, „außen“, „innen“, „seitlich“ die Rede ist, handelt es sich hierbei um Beschreibungen der standardisierten Richtungen in einem Fahrzeug, wobei „vorne“ und „hinten“ Richtungen in der x-Achse, „oben“ und „unten“ Richtungen in der z-Achse und „außen“, „innen“ oder „seitlich“ Richtungen in der y-Achse sind.
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Die Stoßabsorptionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass mithilfe eines so genannten TWIP-Stahles die Vorteile eines geschlossenen und eines offenen Profils miteinander kombiniert werden können. Dabei versteht man unter TWIP-Stahl (Twinning Induced Plasticity) eine Stahlsorte mit reduzierter Dichte, bei der bei plastischer Verformung eine Zwillingsbildung stattfindet, die dazu führt, dass sich der Stahl bei gleichzeitig hoher Bruchdehnung stark verfestigt.
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Vor allem die Eigenschaft der hohen Dehnbarkeit hat man sich in der vorliegenden Erfindung zu Nutzen gemacht, indem die Stoßabsorptionsvorrichtung einteilig in wenigstens einem Tiefziehprozess derart ausgebildet ist, das das grundsätzlich C-förmige Schalenprofil des Querträgers an seinen äußeren, in y-Richtung weisenden Seiten geschlossen ist. Der integriert ausgebildete Energieabsorptionsbauteilabschnitt des auf diese Weise gebildeten Schalenprofils ist dabei ferner bei seitlicher Betrachtung in seinem Querschnitt größer ausgebildet als der übrige Querschnitt des Schalenprofils.
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Im Stand der Technik konnten durch die Verwendung von herkömmlichen Stahlsorten, wie beispielsweise DP800, bei einteiligen Stoßabsorptionsvorrichtungen maximale Ziehtiefen von 45 mm verwirklicht werden, wohingegen sich mit Hilfe des TWIP-Stahls diesbezüglich Ziehtiefen bei von bis zu 200 mm realisieren lassen bevor eine entsprechende Rissbildung eintritt.
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Überraschender Weise hat sich dabei gezeigt, dass sich herkömmliche mehrteilige Stoßabsorptionsvorrichtungen vollständig substituieren lassen und durch den tiefer als 45mm ausgebildeten Energieabsorptionsbauteilabschnitt in Kombination mit der Ausbildung jeweils einer geschlossenen äußeren Seite des Schalenprofils die Energieabsorption im Vergleich zu offenen Profilen wesentlich erhöht hat und im Vergleich zu geschlossenen Profilen bereits ähnliche Werte erzielt hat. Das Kraftniveau der Stoßabsorptionsvorrichtung konnte demnach insgesamt verbessert werden, indem die Zargen des Schalenprofils formstabil gestützt werden ohne weitere Bauteile einbringen zu müssen.
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Ferner hat sich bei der erfindungsgemäßen Stoßabsorptionsvorrichtung überraschender Weise gezeigt, dass diese im Falle eines Aufpralls nicht kollabiert, sondern die ausgebildeten Energieabsorptionsbereiche auch ohne die Einbringung von Sicken sich einem Faltprozess unterziehen, wodurch sich unter anderem die gute Energieabsorptionsergebnisse erklären lassen.
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Vorteilhaft an der vorliegenden Erfindung ist durch den hohen Integrationsgrad, dass keine zusätzlichen Bauteile, wie separate Crashboxen oder Verbindungsplatten zur Anbindung an einen Längsträger hergestellt werden müssen. Dadurch bedingt wird auch der Herstellungsprozess vereinfacht und läuft zudem wesentlich schneller ab. Dies vor allem deshalb, da keine zusätzlichen Schweißoperationen vorgenommen werden müssen und etwaige Toleranzprobleme eines mehrteiligen Zusammenbaus bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht existent sind. Außerdem lassen sich die in der Automobilindustrie üblicherweise zur Umformung von Karosserieblechen verwendeten Tiefziehverfahren und -vorrichtungen auch zur Herstellung der erfindungsgemäßen Stoßabsorptionsvorrichtung verwenden. Dadurch steht einerseits ein verlässlicher und robuster Umformungsprozess zur Verfügung und andererseits geht damit eine hohe Wiederholgenauigkeit einher.
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Dass sich die einteilige Stoßabsorptionsvorrichtung bei den konstruktiven Gestaltungen äußerst variabel zeigt, bietet zudem den Vorteil, dass hinsichtlich der von Automobilherstellern geforderten Flexibilität bei der Bauraumgestaltung, beispielsweise in Bezug auf Größe und Geometrie, Rechnung getragen werden kann. Durch die Auswahl des Materials wird zudem ein geringeres Gewicht bei niedrigeren Produktkosten erreicht.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weitere Vorteile und bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung dem Fachmann deutlich werden ohne den Geist und den Umfang der Erfindung zu verlassen.
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IN DEN ZEICHNUNGEN ZEIGT:
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1: eine isometrische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stoßabsorptionsvorrichtung;
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2: eine Vorderansicht der Stoßabsorptionsvorrichtung der Ausführungsform der 1;
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3: eine Draufsicht der Stoßabsorptionsvorrichtung der Ausführungsform der 1;
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4: eine Schnittansicht der Stoßabsorptionsvorrichtung der Ausführungsform der 1 entlang der Linie A-A;
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5: eine hintere Ansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stoßabsorptionsvorrichtung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Mit Verweis auf 1 bis 3 umfasst die Stoßabsorptionsvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug einen Querträger 2 mit einem im Wesentlichen C-förmig ausgebildeten Schalenprofil, mit wenigstens einem darin integriert ausgebildeten Energieabsorptionsbauteilabschnitt 3, 3.1 und mit wenigstens einem darin integriert ausgebildeten Längsträgeranbindungsabschnitt 4, 4.1.
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Dabei ist die Stoßabsorptionsvorrichtung 1 bevorzugt durchgehend aus einem TWIP-Stahl, beispielsweise aus HSD 600, durch einen Tiefziehprozess, als geöffnetes Hohlprofil in Gestalt einer im Wesentlichen Cförmigen Ausbildung, hergestellt. Die Öffnung des C-förmigen Querträgers 2 ist in Richtung zur Karosserie, demnach entgegen der Fahrtrichtung (x-Richtung), angeordnet und ist bevorzugt über seinen Längsverlauf, d.h. quer zur Fahrtrichtung (y-Richtung), nach hinten weisend gebogen. Es versteht sich, dass der Querträger dabei natürlich auch aus einem Tailor Rolled Blank gebildet sein kann.
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Es bleibt aber festzustellen, dass die Stoßabsorptionsvorrichtung 1 durchaus auch in Materialkombinationen ausgebildet sein kann, sofern zumindest der Energieabsorptionsabschnitt 3, 3.1 aus TWIP-Stahl besteht. Bei einer solchen Ausgestaltung bietet es sich an, zumindest auch den an den jeweiligen Energieabsorptionsabschnitt 3, 3.1 angrenzenden ersten Abschnitt des eigentlichen Querträgers 2 aus TWIP-Stahl vorzusehen. Insofern ist es dann auch möglich die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise als Tailored Welded Blank auszubilden.
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Zur Versteifung der Stoßabsorptionsvorrichtung 1 ist am C-förmigen Querträger 2 in z-Richtung ein die Stoßabsorptionsvorrichtung 1 bevorzugt vollumfänglich umlaufender Flansch ausgebildet, der von den Zargen 10, 10.1 und der Kontur des Querträgers 2 um bevorzugt 90° abgestellt ist. Zudem ist bevorzugt in der vorderen Seite des Querträgers 2 zur Versteifung eine quer zur Fahrtrichtung verlaufende Sicke 7 eingebracht.
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Ferner ist in der vorderen Seite jeweils neben der quer zur Fahrtrichtung verlaufenden Sicke 7 eine Öffnung 6, 6.1 ausgebildet, die zur Aufnahme von weiteren Anbauteilen, wie beispielsweise einer Abschleppvorrichtung, Gewindehülsen, Muttern, etc. geeignet ist.
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Es bleibt aber festzustellen, dass eine derartige Sicke lediglich optional ist und daher auch weggelassen, in mehrfacher Ausbildung oder auch an anderen Stellen der Stoßabsorptionsvorrichtung 1 eingebracht werden kann. Wie dem Fachmann offensichtlich ist, wäre eine solche andere Stelle beispielsweise der Energieabsorptionsabschnitt 3, 3.1, wodurch im Falle eines Aufpralls der auch ohne eingebrachte Sicken vorhandene Faltvorgang zusätzlich unterstützt werden würde.
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Die Stoßabsorptionsvorrichtung 1 umfasst zwei in integrierter Bauweise ausgebildete Energieabsorptionsabschnitte 3, 3.1. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Energieabsorptionsabschnitte 3, 3.1 aus ein und derselben Platine mit dem Querträger 2 im Zuge eines Umformprozesses erstellt worden. Im Folgenden wird der Energieabsorptionsabschnitt 3 beschrieben. Es versteht sich, dass dieselben Ausführungen entsprechend für den Energieabsorptionsabschnitt 3.1 gelten. Der Energieabsorptionsabschnitt 3 ist an einer äußeren Seite des Querträgers 2 derart ausgebildet, dass er wesentlich tiefer gezogen ist, als der über seinen Längsverlauf betrachtet mittlere Bereich des Querträgers 2. Damit ist auch der Querschnitt des Energieabsorptionsbauteilabschnitts 3 größer als der Querschnitt des übrigen Querträgers 2, d.h. im Wesentlichen des mittleren Bereichs des Querträgers 2. Dies wird aus der Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 4 besonders deutlich. Der Übergang vom Energieabsorptionsabschnitt 3 zum mittleren Bereich des Querträgers 2 ist dabei bevorzugt fließend. Zudem ist kennzeichnend, dass auch die äußere Seite des Schalenprofils 2 geschlossen ausgebildet ist, so dass dadurch strukturell eine herkömmliche Crashbox integriert abgebildet ist, die nach innen und nach hinten gerichtet offen ist und daher gegenüber der herkömmlichen Vorrichtungen eine Materialersparnis mit sich bringt. Dabei ist eine Ziehtiefe von mehr als 45 mm, bevorzugt von 115 mm realisiert. Der Energieabsorptionsabschnitt 3 ist, über die Längserstreckung des Querträgers 2 betrachtet, so breit ausgebildet, dass diese Breite weitestgehend der Breite des anzuschließenden Längsträgers (nicht gezeigt) entspricht.
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Allgemein bleibt an dieser Stelle festzustellen, dass mit wenigstens einem Tiefziehvorgang in weiteren, nicht gezeigten Ausführungsformen, dabei bevorzugt Ziehtiefen in einem Bereich von 80 mm bis 200 mm realisiert werden.
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Ferner umfasst die Stoßabsorptionsvorrichtung 1 zwei in integrierter Bauweise ausgebildete Längsträgeranbindungsabschnitte 4, 4.1. Im Folgenden wird der Längsträgeranbindungsabschnitt 4 beschrieben. Es versteht sich, dass dieselben Ausführungen entsprechend für den Längsträgeranbindungsabschnitt 4.1 gelten. Der den Energieabsorptionsabschnitt 3 umlaufende Flansch 8 bildet in diesem Bereich dabei den Längsträgeranbindungsabschnitt 4. Dieser ist mit Öffnungen 6.2, 6.3, 6.8, 6.9 versehen über die, mittels Verbindungselemente, die Stoßabsorptionsvorrichtung 1 an den Längsträger einer Karosserie angebunden wird. Es erschließt sich für einen Fachmann, dass bei der Anbindung an den Längsträger optional auch eine Verstärkungsplatte zusätzlich zwischengeschaltet sein kann.
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Mit Verweis auf 5 ist dort eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stoßabsorptionsvorrichtung 1 gezeigt. Kennzeichnend ist dabei das zusätzliche Anbringen eines Schließblechs 5 am hinteren Bereich des Querträgers 2, welches die Biegesteifigkeit der Stoßabsorptionsvorrichtung 1 nochmals erhöht. Denkbar wäre dabei natürlich auch, dass man den Querträger 2 in seinem hinteren Bereich mit mehreren Schließblechen versieht, die an unterschiedlichen Abschnitten angeordnet sind. Im Übrigen gelten die zum ersten Ausführungsbeispiel gemachten Ausführungen.
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In einer weiteren Ausführungsformen (nicht gezeigt) ist der Querträgers 2 über seinen Längsverlauf gerade oder bauraumoptimiert, beispielsweise durch einen S-förmigen Übergang vom Energieabsorptionsbauteilabschnitt zum mittleren Bereich des Querträgers 2, ausgebildet.
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Die zuvor gemachten Ausführungen verdeutlichen, dass durch die erfindungsgemäß gestaltete Stoßabsorptionsvorrichtung 1 die im Stand der Technik diskutierten Probleme beseitigt oder zumindest verringert worden sind, indem die Vorteile von geschlossenen und vollständig geöffneten Profilen kombiniert wurden. Bei entsprechender Gewichtsersparnis durch den optimalen Werkstoffeinsatz in Kombination mit der veränderten geometrischen Ausbildung der Stoßabsorptionsvorrichtung, wurde sowohl eine leichtere, als auch eine kostengünstigere Herstellbarkeit erreicht. Die damit realisierbare Bauraumflexibilität wird zudem unter gleichzeitiger Einhaltung der geforderten gesetzlichen Bestimmungen hinsichtlich der verschiedenen Crashanforderungen erzielt.
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Die vorstehende Beschreibung stellt nur bevorzugte Ausführungsbeispiele dar. Die geltenden Ansprüche sind nicht allein auf diese Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr sollen alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die in diesem technischen Gebiet durch einen Fachmann abgeleitet oder vorgenommen werden, zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung im Umfange der geltenden Ansprüche gehören.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stoßabsorptionsvorrichtung
- 2
- Querträger
- 3, 3.1
- Energieabsorptionsbauteilabschnitt
- 4, 4.1
- Längsträgeranbindungsabschnitt
- 5
- Schließblech
- 6, 6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 6.7, 6.8, 6.9
- Öffnung
- 7
- Sicke
- 8
- Flansch
- 9, 9.1
- äußere Seite
- 10, 10.1
- Zarge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012104117 U1 [0002]
- DE 102008026334 A1 [0004, 0005]
- DE 102007038496 A1 [0005]
