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Die Erfindung betrifft ein Energieabsorptionsbauteil für ein Fahrzeug mit einem Energieabsorptionsprofil und mit Mitteln zum Anschließen des einen Endes des Energieabsorptionsprofils an das Chassis eines Fahrzeuges und mit Mitteln zum Anschließen desselben mit seinem anderen Ende an einen Stoßfängerquerträger, wobei zum Anschließen des Energieabsorptionsbauteils an den Stoßfängerquerträger das Energieabsorptionsprofil ein die dem Stoßfängerquerträger zugewandte Seite abdeckendes Verbindungsstück trägt, welches mit einer zu dem an das Verbindungsstück anzuschließenden Stoßfängerquerträger weisenden Seite den Stoßfängerquerträger zumindest teilweise über einen ersten Abschnitt oben und/oder zumindest teilweise über einen zweiten Abschnitt unten umgreift und mit einem mittleren Abschnitt zumindest teilweise daran anliegt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Stoßfängerbaugruppe umfassend zumindest ein solches Energieabsorptionsbauteil und einen Stoßfängerquerträger, an den das Energieabsorptionsbauteil angeschlossen ist.
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Der Umweltgedanke in Gestalt von zu reduzierenden Emissionswerten veranlasst die Automobilhersteller dazu ihre Fahrzeuge immer leichter zu gestalten. Gleichzeitig besteht aber die Pflicht den stetig steigenden gesetzlichen Sicherheitsanforderungen Rechnung zu tragen. Vor allem bei sicherheitsrelevanten Bauteilen bzw. Baugruppen stellt dies eine große Herausforderung dar.
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Grundsätzlich werden zum Absorbieren von kinetischer Energie, die auf den Stoßfänger eines Fahrzeuges im Falle eines Unfalles wirken, Energieabsorptionsbauteile - sogenannte Crashboxen - zwischen dem Stoßfänger und dem Chassis eines Fahrzeuges angeordnet. Ein solches Energieabsorptionsbauteil umfasst ein Energieabsorptionsprofil, von dem die Aufprallenergie absorbiert wird. Bei einem solchen Energieabsorptionsprofil handelt es sich typischerweise um ein Metallprofil. Eingesetzt werden dabei beispielsweise Leichtmetalle wie z.B. Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen oder Stahlwerkstoffe. Diese Profile können stranggepresste, kastenförmige, auch mehrkammerig ausgeführte Extrusionsprofile oder tiefgezogene Profile sein. Im Falle einer Energieabsorption werden diese Energieabsorptionsprofile in Richtung ihrer Längsachse ziehharmonikaähnlich bzw. nach Art eines Balges zusammengefaltet, durch welchen Umformprozess die Aufprallenergie absorbiert wird.
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Zum Anordnen eines solchen Energieabsorptionsprofils zwischen dem Chassis des Fahrzeuges und dem Stoßfänger umfasst das Energieabsorptionsbauteil neben dem eigentlichen Energieabsorptionsprofil Mittel zum Anschließen des einen Endes desselben an das Chassis und an dem anderen Ende zum Anschließen desselben an einen Stoßfängerquerträger. Zum Anschließen des jeweiligen Energieabsorptionsprofils bzw. einer Stoßfängerbaugruppe an ein Chassis dient eine typischerweise mit dem Energieabsorptionsprofil verschweißte Montageplatte, die beim Anschließen des Energieabsorptionsbauteils an das Chassis mit dessen Fahrzeuglängsträger verschraubt wird.
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Ein Anschluss des Energieabsorptionsbauteils aus einem Aluminiumwerkstoff an den Stoßfängerquerträger aus Stahlwerkstoff erfolgt in aller Regel ebenfalls über Schraubverbindungen. Handelt es sich bei dem Energieabsorptionsprofil um ein solches aus einem Aluminiumwerkstoff, kann dieses in eine Aufnahme des Stoßfängerquerträgers eingesetzt und mit dieser durch in die Seitenwände des Energieabsorptionsbauteils eingreifende Schrauben verbunden werden. Wenn das Energieabsorptionsprofil ein Stahlprofil ist, kann dieses mit dem ebenfalls aus Stahl gefertigten Stoßfängerquerträger verschweißt werden. Insofern bilden bei einer Ausgestaltung des Energieabsorptionsprofils aus einem Aluminiumwerkstoff die darin eingebrachten Bohrungen und Verstärkungshülsen, in die die Schrauben eingreifen, oftmals die Mittel zum Anschließen des Energieabsorptionsbauteils an den Stoßfängerquerträger. In diesem Zusammenhang sind auch alternative Fügetechnologien wie beispielsweise Kleben bekannt.
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In der
DE 20 2012 103 728 U1 ist ein Energieabsorptionsprofil offenbart, welches sowohl Mittel zum Anschließen des Profils an den Stoßfängerquerträger als auch Mittel zum Anschließen an das Chassis zeigt. Ein das Profil abdeckendes Verbindungsstück dient dabei zum Anschließen an den Stoßfängerquerträger und ist mit einer Klebefläche ausgestattet über welche eine Fügeverbindung zwischen Stoßfängerquerträger und Energieabsorptionsprofil mittels Klebstoff hergestellt ist.
Nachteilig an dieser Fügeverbindung ist, dass in einem Crashfall die Klebefläche mitunter einer starken Beanspruchung durch Scherung ausgesetzt sein kann, mit der ein abruptes Versagen der Fügeverbindung einhergehen kann. Mit anderen Worten reißt die Klebeverbindung und das Energieabsorptionselement löst sich vom Stoßfängerquerträger. In einem derartigen Fall ist die Crashperformance herabgesetzt und führt zu unbefriedigenden Ergebnissen. Zudem ist es notwendig den Querträger mittels selbstfurchender Schraube bis zur Aushärtung des Klebers zu fixieren, wodurch ein zusätzlicher Fügeprozess erforderlich ist und damit einen erhöhten Kostenaufwand verursacht.
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Die
DE 196 039 58 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Befestigung eines Aufpralldämpfers eines Längsträgers an einem Prallträger eines Kraftfahrzeugs, wobei die Befestigungsvorrichtung an ihrer dem Prallträger zugewandten Seite U-förmig ausgebildet ist und mittels einer durch eingebrachte Öffnungen durchgesteckten Schraube befestigt ist. Dadurch soll im Stoßfängerbereich ein besserer Toleranzausgleich in Fahrzeuglängsrichtung gewährleistet werden können. Nachteilig ist aber, dass hier ein zusätzliches Verbindungselement in Form einer Schraube und zusätzliche Löcher und damit ein erhöhter Herstellungsaufwand notwendig ist.
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Ferner zeigt die
DE 195 333 66 A1 einen Aufprallträger mit daran mittels Schweißen oder hintergreifenden Clipselementen angebrachten Aufpralldämpfer, welcher eine U-förmig ausgebildete Befestigungskammer aufweist, die an der dem Aufpralldämpfer zugewandten Wand des Querträgers formschlüssig anliegt. Nachteilig an dieser Ausführungsform ist dabei, dass sich wegen den auftretenden Toleranzen im Rahmen der Fertigung eine prozesssichere Verbindung von Querträger und Aufprallträger über die Clipverbindungen nur unter hohem Aufwand realisieren lässt.
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Allgemein hat sich bei hybriden Stoßfängersystemen, bei denen das Energieabsorptionsbauteil demnach aus einem zu dem Material des Stoßfängerquerträgers unterschiedlichen Material gefertigt ist, gezeigt, dass mitunter die eingesetzten Verschraubungen oder Verklebungen zum Anschließen der Energieabsorptionsbauteile an den Stoßfängerquerträger zum Abscheren und/oder Lochleiben neigen. Dieses ist unerwünscht, da dieses zu einer Verschlechterung der Crashperformance führt.
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Vor diesem Hintergrund liegt, ausgehend von
DE 20 2012 103 728 U1 , der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Energieabsorptionsbauteil sowie eine eingangs genannte Stoßfängerbaugruppe umfassend zumindest ein solches Energieabsorptionsbauteil und einen Stoßfängerquerträger dergestalt weiterzubilden, dass prinzipiell auch höhere Aufprallkräfte in das Energieabsorptionsprofil eingeleitet werden können und hierbei die Gefahr eines Abscherens und/oder Lochleibens eliminiert oder zumindest verzögert ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Energieabsorptionsbauteil, bei welchem ein zusätzlicher Formschluss in y-Richtung in das Verbindungsstück und komplementär dazu im Stoßfängerquerträger wenigstens eine Verprägung eingebracht ist, um eine Abstützung beziehungsweise eine Verkantung des Stoßfängerquerträgers und des Energieabsorptionsbauteils im Crashfall zu gewährleisten und damit ein Herausdrehen des Stoßfängerquerträgers aus dem Energieabsorptionsbauteil, das heißt aus dem Verbindungsstück nahezu auszuschließen.
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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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Bei diesem Energieabsorptionsbauteil wird das Energieabsorptionsprofil unter Zwischenschaltung eines Verbindungsstückes an den Stoßfängerquerträger angeschlossen. Das Verbindungsstück ist ausgeführt, um die dem Stoßfängerquerträger zugewandte Seite des Energieabsorptionsprofils abzudecken. Durch das Verbindungsstück wird somit eine, verglichen mit der allein durch die Stirnseiten der Profilwände des Energieabsorptionsprofils bereitgestellten Fläche große Anbindungsfläche zum Anbinden eines Stoßfängerquerträgers bereitgestellt. Die nutzbare Anbindungsfläche entspricht einem Vielfachen der lediglich durch die Wandstirnflächen des Energieabsorptionsprofils bereit gestellten Fläche.
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Ferner bilden in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bei einem hutförmigen Verbindungsstück zwei nach oben bzw. unten abgestellte und sich zumindest weitestgehend parallel zur zugewandten Seite des Stoßfängerquerträgers erstreckenden und daran zumindest abschnittsweise angebrachten Flansche als Bestandteil des hutförmigen Profils eine weitere Vergrößerung der Anbindungsfläche.
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Das Verbindungsstück deckt die dem Stoßfängerquerträger zugewandte Seite des Energieabsorptionsprofils zumindest bereichsweise, bevorzugt aber vollständig ab und kann mit dem Rand der stirnseitigen Querschnittsfläche eines solchen Energieabsorptionsprofils bündig abschließen oder zumindest bereichsweise darüber hinausragen. Bevorzugt ist das Energieabsorptionsprofil und das Verbindungsstück miteinander verschweißt.
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Die dem Stoßfängerquerträger zugewandte Seite des Verbindungsstücks wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel verwendet, um zumindest teilweise eine Klebefläche zur entsprechenden Anbindung am Stoßfängerquerträger bereitzustellen. Dies bedeutet, dass die zur Verfügung stehende Klebefläche prinzipiell umso größer ist, je mehr das Verbindungsstück die Stirnseite des Energieabsorptionsprofils überragt. Mithin ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen das Energieabsorptionsbauteil mittels einer Klebeverbindung am Stoßfängerquerträger anzuschließen. Die durch die übliche Querschnittsfläche eines Energieabsorptionsprofils bereitgestellte Fläche ist hinreichend groß, um das Erstellen einer solchen Klebeverbindung zu ermöglichen. In vielen Fällen wird die bereitgestellte Fläche nicht unerheblich größer sein als die für die Klebeverbindung benötigte. Aus diesem Grunde kann die zu dem Stoßfängerquerträger weisende Seite des Verbindungsstückes des Energieabsorptionsbauteils, welche zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, als Klebefläche verwendet wird, als Träger für ein oder mehrere weitere Bauteile, wie beispielsweise eines Anschlussbauteils für einen Abschlepphaken, genutzt werden. Allgemein ist im Verbindungsstück erfindungsgemäß wenigstens eine Verprägung eingebracht, die komplementär dazu auch im Stoßfängerquerträger ausgebildet ist. Grundsätzlich werden Sicken zur Erhöhung der Steifigkeit eines Bauteils eingesetzt. Durch die hier eingebrachte Verprägung, die beispielsweise in Gestalt einer Sicke, d.h. einer rinnenförmigen oder jeden beliebigen geeigneten geometrischen Form ausgebildet ist, wird ein zusätzlicher Formschluss zwischen dem Energieabsorptionsbauteil und dem Stoßfängerquerträger realisiert.
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In der vorliegenden Erfindung macht man sich daher die eingebrachte geometrische Form der Verprägung zunutze, was dazu führt, dass bei einer scherenden Beanspruchung einer Verbindung, demnach einer hauptsächlich in y-Richtung wirkenden Zug-Beanspruchung, beispielsweise die Klebeverbindung, Schraubverbindung oder Bolzenverbindung, etc., entlastet wird.
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Gleichzeitig führt im angesprochenen geklebten Ausführungsbeispiel der über die Verprägung verwirklichte Formschluss auch dazu, dass bei einer Rotation des Stoßfängerquerträgers im Falle eines Crashs um die z-Achse die schälende Beanspruchung der Klebeschicht verringert ist, indem eine Art Abstützung bzw. Verkantung des Stoßfängerquerträgers und des Energieabsorptionselements stattfindet. Folglich ist ein Herausdrehen des Stoßfängerquerträgers aus dem Energieabsorptionsbauteil bzw. aus dem Verbindungsstück nahezu ausgeschlossen und zumindest deutlich erschwert. In Extremfällen führt dies daher bei äußerst hohen Belastungen lediglich zu partiellem Versagen, wodurch eine Rissbildung in der Klebeschicht auftreten kann, ein komplettes Ablösen ist durch die eingebrachten Verprägungen im Stoßfängerquerträger und Energieabsorptionsbauteil unterbunden. Dadurch bedingt ist es sogar möglich eine geklebte Verbindung zwischen Stoßfängerquerträger und Energieabsorptionsbauteil herzustellen, die geeignet ist die hohen Crashanforderungen zu erfüllen.Mit anderen Worten führt die Verprägung zu einer Entlastung der Klebenaht, wodurch ein abruptes Versagen der Verbindung und damit ein Abreißen des Stoßfängerquerträgers vom Energieabsorptionsbauteil unterbunden ist.
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Die Verprägung im Verbindungsstück kann grundsätzlich im ersten Abschnitt und/oder im zweiten Abschnitt und/oder im mittleren Abschnitt des Verbindungsstücks ausgebildet sein. Zudem kann eine Verprägung im Verbindungsstück derart ausgebildet sein, dass sie sich durchgängig oder mit Unterbrechungen über die gesamte zum Stoßfänger weisenden Fläche des Verbindungsstücks erstreckt. Entscheidend ist dabei, dass mit der dazu komplementär ausgebildeten Verprägung im Stoßfängerquerträger ein Formschluss ausbildbar ist, der dazu führt, dass sich der Stoßfängerquerträger nicht relativ zum Energieabsorptionsbauteil in y-Richtung verschieben lässt. Es versteht sich, dass eine derartige Verprägung mehrfach ausgebildet sein kann und beliebig angeordnet und geometrisch ausgebildet sein kann, sofern ein entsprechender Formschluss realisierbar ist. Außerdem kann über die Verprägung beispielsweise das Einstellen eines Klebespaltes vorgenommen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind im ersten Abschnitt und im zweiten Abschnitt jeweils zwei voneinander beabstandete Verprägungen ausgebildet, die sich alle von der Kopffläche bis teilweise in den mittleren Abschnitt ragend, also in x-Richtung, erstrecken. Dabei ist als bevorzugte Geometrie für die Verprägungen eine im Querschnitt betrachtet bogenförmige Ausbildung verwendet worden. Ob die Verprägungen nach oben oder unten weisend ausgebildet sind, d.h. in welche Richtung die bogenförmigen Verprägungen geöffnet sind, oder in einer Kombination von beiden ausgebildet sind, hat auf die Entlastung hingegen keinen Einfluss.
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Allerdings hat sich gezeigt, dass der Abstand der Verprägungen zueinander einen wesentlichen Einfluss auf die Entlastung einer Klebeverbindung bei einer schälenden Beanspruchung hat, weshalb die Verprägungen bevorzugt so weit wie möglich voneinander beabstandet sind. Dies begründet sich darin, dass bei einer schälenden Beanspruchung der Klebeverbindung der Stoßfängerquerträger und das Energieabsorptionsbauteil bzw. das Verbindungsstück bei den eingebrachten Verprägungen verkanten und dadurch eine Art Abstützung der Bauteile zueinander stattfindet. Je größer dabei der Abstand der eingebrachten Verprägungen ist, desto leichter kann eine derartiges Verkanten der Bauteile im Crashfall ablaufen. Zudem hat sich ebenso gezeigt, dass die Tiefe der Verprägungen einen erheblichen Einfluss hat. Während bei einer Scherbeanspruchung in y-Richtung bereits geringe Tiefen zu einer deutlichen Entlastung führen, erfolgt eine Reduktion einer schälenden Belastung bei einer drehenden Bewegung des Querträgers im Verhältnis zum Energieabsorptionsbauteil mit steigender Tiefe und Länge. Durch das Einbringen mehrerer nebeneinander angeordneter und beabstandeter Verprägungen wird demnach durch den zusätzlichen Formschluss eine gesteigerte Entlastung einer Klebeverbindung ermöglicht.
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Es versteht sich, dass die entlastende Wirkung der in das Verbindungsstück eingebrachten Verprägungen auch bei reinen Schraubverbindungen, bei denen auf ein Kleben verzichtet wird, von crashbeanspruchten Bauteilen zu einer verbesserten Crashperformance führen können, da dort mitunter der Kraftschluss während der Crashbelastung nicht sichergestellt werden kann. Dies begründet sich in der Tatsache, dass Schrauben über eine Verspannung durch Reibung gehalten werden. Im Crashfall wirken die Verprägungen daher den enormen Scherkräften entgegen wodurch eine auftretende Scherung und/oder Lochleibung zumindest verringert wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die bzw. sind die eingebrachten Verprägungen, die dazu dienen einen gewünschten Formschluss in y-Richtung auszubilden konisch ausgebildet. Dadurch ist es besonders vorteilhaft, dass der Querträger ohne besonderem Aufwand leicht zu positionieren ist, indem eine Art Selbstjustierung vorgenommen wird und zudem Toleranzprobleme auf einfache Art und Weise eliminiert sind.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Energieabsorptionsprofil aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und das Verbindungsstück ist typischerweise ebenfalls ein Aluminiumwerkstück. Bei einer solchen Ausgestaltung können die beiden Bauteile, Energieabsorptionsprofil und Verbindungsstück, miteinander verschweißt werden. Dabei ist es aber auch vorstellbar, dass das Energieabsorptionsprofil und das Verbindungsstück über ihren Längsverlauf betrachtet eine Einheit bilden, die einstückig, beispielsweise aus einer einzelnen Platine, ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Energieabsorptionsprofil und das Verbindungsstück über ihren Längsverlauf, d.h. in x-Richtung betrachtet eine einstückige Einheit, ist aber mehrteilig aus wenigstens einem oberen und einem unteren oder einem rechten und linken, d.h zwei seitlichen schalenförmigen Elementen ausgebildet. Dabei kommen Ausführungen aus Leichtmetallen oder Stahlwerkstoffen gleichermaßen in Betracht.
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Von besonderem Vorteil dabei ist, dass man entsprechend dem zur Verfügung stehenden Bauraum das Energieabsorptionsbauteil durch eine entsprechende Ausführungsform beliebig anpassen kann, indem auf herkömmliche Fertigungsverfahren zurückgegriffen werden kann, ohne dass zusätzliche Nachbearbeitungen, wie beispielsweise Fräsen, notwendig werden.
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Zum Erzielen einer bestimmungsgemäßen Positionierung des Energieabsorptionsbauteils an dem Stoßfängerquerträger in z-Richtung des Fahrzeuges ist vorgesehen, dass das Verbindungsstück über zwei einander gegenüberliegend angeordnete, vom mittleren Abschnitt in Richtung des Stoßfängerquerträger abragende und diesen begrenzende Einfassungen verfügt an denen jeweils ein abgestellter Flansch nach oben bzw. unten angeordnet ist. Sowohl die zur Seite des Stoßfängerquerträger weisende Seite dieser Flansche, als auch die den mittleren Abschnitt begrenzenden Einfassungen können neben dem mittleren Abschnitt als Klebefläche verwendet werden. Auf diese Weise ist eine hutförmige Aufnahme gebildet, wobei der mittlere Abschnitt die Basisfläche bildet, in welche Aufnahme ein komplementär ausgeführter Abschnitt des Stoßfängerquerträgers eingreift. Dieser an das Verbindungsstück des Energieabsorptionsbauteils anzuschließende Abschnitt des Stoßfängerquerträgers ist im Rahmen dieser Ausführungen auch als Anschlussabschnitt angesprochen.
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Die durch das Verbindungsstück bereitgestellte Klebefläche trägt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hiervon abragende Vorsprünge oder Verprägungen, und zwar in einer Höhe, die der Höhe der zu erstellenden Klebeschicht zum Verbinden von Energieabsorptionsbauteil und Stoßfängerquerträger gewünscht oder benötigt wird. Mithin bilden derartige Vorsprünge oder Verprägungen eine Lehre für die Stärke der auszubildenden Klebeschicht. Somit ist durch diese Vorsprünge oder Verprägungen sichergestellt, dass die Klebeschicht nicht dünner ausfällt als die Höhe der Vorsprünge oder Verprägungen. Die Höhe der Vorsprünge oder Verprägungen entspricht daher der gewünschten Minimalstärke der Klebeschicht. Die Stärke der Klebeschicht kann daher auf einen minimalen Klebereinsatz konzipiert werden.
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In die Prozesskette zum Herstellen einer Stoßfängerbaugruppe, umfassend einen Stoßfängerquerträger und zwei daran angeschlossene Energieabsorptionsbauteile, ist typischerweise ein Lackierprozess integriert, in der Regel ausgeführt im Wege eines kathodischen Tauchlackierungsverfahrens. Teil eines solchen Lackierprozesses ist die Aushärtung des Lackes in einem Ofen. Während dieses Prozesses kann ebenfalls ein Kleber zum Verbinden der Energieabsorptionsbauteile mit dem Stoßfängerquerträger aushärten, so dass für das Aushärten des Klebers unter Wärmeeinwirkung grundsätzlich kein eigener Prozessschritt benötigt wird. Denkbar ist demnach jedes Aushärten unter Wärmeeinfluss. Zum mechanischen Fixieren der mit dem Kleber applizierten Energieabsorptionsbauteile an dem Stoßfängerquerträger bis zur Aushärtung des Klebers ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Verbindungsstück am ersten und/oder zweiten Abschnitt um einen mechanischen Clip erweitert ist. Zusätzlich ist an einer korrespondierenden Anbindungsstelle des Stoßfängerquerträgers eine Öffnung ausgebildet, mit welcher der Clip eine Schnappverbindung herstellt, indem er darin eingesteckt und verrastet ist. Es versteht sich, dass der Clip und die zugehörige Öffnung jeweils auch am entsprechend anderen Bauteil angeordnet sein können. Diese Öffnung kann dabei in Gestalt eines Schlitzes während des Formgebungsverfahrens des entsprechenden Bauteils ausgebildet werden. Der Clip selbst ist durch eine während der Formgebung des entsprechenden Bauteils ausgebildete abstehende Lasche ausgebildet, die mit der korrespondierenden Öffnung verrastet. Alternativ zur Lasche sind natürlich auch alle anderen Schnappverbindungen denkbar, die sich integrativ in den entsprechenden Bauteilen im konventionellen Herstellungsprozess ausbilden lassen ohne zusätzliche Verbindungselemente verwenden zu müssen. Daher kann der Clip beispielsweise auch in einer brückenförmigen oder einer kiemenförmigen Gestaltung ausgebildet sein. Die Clipverbindung braucht zudem keinen nennenswerten mechanischen Beanspruchungen zu genügen und kann daher relativ klein dimensioniert sein.
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Vorteilhaft an einer derartigen Clipverbindung ist, dass auf ein zusätzliches mechanisches Verbindungselement, wie dies beispielsweise im Stand der Technik mittels selbstfurchender Schraube gelöst ist, verzichtet werden kann. Außerdem kann mittels des Clips der Klebespalt eingestellt werden ohne eine zusätzliche Verprägung vornehmen zu müssen.
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Zudem ist es vorteilhaft, dass durch die erfindungsgemäße Lehre eine erhöhte Verbindungsfestigkeit, bei Bedarf ein vereinfachter Klebeprozess und ein reduziertes Gewicht einer Stoßfängerbaugruppe realisiert ist.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
- 1: eine perspektivische Darstellung nach Art einer Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Stoßfängerbaugruppe der vorliegenden Erfindung, umfassend einen Stoßfängerquerträger sowie zwei daran anzuschließende Energieabsorptionsbauteile und ein Schließblech,
- 2: eine isometrische Ansicht der Stoßfängerbaugruppe von 1 ohne Schließblech,
- 2a: eine vergrößerte Ansicht des Details A aus 2,
- 3: eine isometrische Ansicht eines Energieabsorptionsbauteils von 1,
- 4: eine gedrehte Ansicht des Energieabsorptionsbauteils von 3 mit seitlicher Ausrichtung,
- 5: ein Kraft-Weg Diagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit eingebrachtem Formschluss in y-Richtung sowie eines geschweißten und eines geklebten Referenzsystems ohne entsprechendem Formschluss.
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Mit Verweis auf 1 und 2 zeigen diese eine bevorzugte Ausführungsform einer Stoßfängerbaugruppe 1 für ein Fahrzeug der vorliegenden Erfindung, wobei diese einen Stoßfängerquerträger 2 sowie zwei Energieabsorptionsbauteile 3, 3.1 umfasst. Bei dem Stoßfängerquerträger 2 handelt es sich um ein Stahlblechbauteil oder ein Bauteil aus Leichtmetall. Der Stoßfängerquerträger 2 verfügt über zwei Anschlussabschnitte 17, 17.1 zum Anschließen des Stoßfängerquerträgers 2 an die beiden Energieabsorptionsbauteile 3, 3.1.
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Die beiden Energieabsorptionsbauteile 3, 3.1 sind prinzipiell gleich ausgebildet. Im Folgenden ist das Energieabsorptionsbauteil 3 beschrieben. Dieselben Ausführungen gelten gleichermaßen für das Energieabsorptionsbauteil 3.1. Das Energieabsorptionsbauteil 3 umfasst ein aus einem geeigneten Aluminiumwerkstoff in Schalenbauweise hergestelltes Energieabsorptionsprofil 5, welches bevorzugt aus einem linken und einem rechten schalenförmigen Element 8, 8.1 hergestellt ist. Dieses ist typischerweise als Hohlprofil ausgebildet. Das Energieabsorptionsprofil 5 trägt an seiner zu dem Chassis eines Fahrzeuges weisenden Seite eine Montageplatte 4, mit der die Stoßfängerbaugruppe 1 über Schraubverbindungen an das Chassis, typischerweise einen Fahrzeuglängsträger angeschlossen werden kann. Mit der Montageplatte 4, die ebenfalls aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt worden ist, ist das Energieabsorptionsprofil 5 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verschweißt. Es versteht sich, dass an dieser Stelle auch andere Verbindungstechniken, beispielsweise etwa ein Kleben, einsetzbar sind. Zudem ist an dieser Stelle auch denkbar, dass das Energieabsorptionsprofil 5 beispielsweise im Wege eines Strangpressverfahrens hergestellt ist.
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Die zu dem Stoßfängerquerträger 2 weisende Seite des Energieabsorptionsprofils 5 ist durch ein Verbindungsstück 7 abgedeckt. Bevorzugt besteht das Verbindungsstück 7 und das Energieabsorptionsprofil 5 aus dem gleichen Material und sind im bevorzugten Ausführungsbeispiel miteinander verschweißt. Bei dem Verbindungsstück 7 handelt es sich beim vorliegenden Ausführungsbeispiel um eine im Wege eines Tiefziehverfahrens zu einem hutförmigen Bauteil umgeformte Platine. Gleichzeitig ist es aber auch möglich das Verbindungsstück 7 und das Energieabsorptionprofil 5 über ihren Längsverlauf betrachtet als einstückige Einheit (16) auszubilden. Dies bedeutet, dass das Energieabsorptionsbauteil 3 mit Ausnahme der separaten Montageplatte 4 als Einheit (16) entweder einteilig, als auch aus einem einstückigen oberen und einem einstückigen unteren schalenförmigen Element ausgebildet sein kann.
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Das Verbindungsstück 7 deckt hier mit seiner der Stoßfängerquerträger 2 abgewandten Seite die dem Stoßfängerquerträger zugewandte Seite des Energieabsorptionsprofils 5, welche in seiner Kontur als Negativ zum daran zu befestigenden hutförmigen Bauteil ausgebildet ist, die Außenseiten des Energieabsorptionsprofils 5 in z- und y-Richtung überlappend ab. Eine überlappende Ausbildung führt dabei zu einer zusätzlichen Verbesserung der Crashperformance. Dies begründet sich darin, dass die dem Stoßfängerquerträger 2 zugewandte Seite des Verbindungsstücks 7 als Klebefläche 15 dient über welche das Energieabsorptionsbauteil 3 mit dem Stoßfängerquerträger 2 flächig umschließend verbunden ist. Je größer die Überlappung ist, desto größer ist auch die zur Verfügung stehende Klebefläche über die die Kraft im Crashfall eingeleitet werden kann. Denkbar ist aber an dieser Stelle auch ein bündiger Abschluss oder ein abschnittsweises Üblerlappen. Durch das Überlappen ist es zudem möglich in diesem Bereich eine Schweißverbindung leichter zu realisieren.
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Zum Verkleben der Energieabsorptionsbauteile 3, 3.1 mit dem Stoßfängerquerträger 2 wird ein geeigneter Strukturklebstoff verwendet, der auf die Klebeflächen 15 der beiden Energieabsorptionsbauteile 3, 3.1 aufgetragen wird, typischerweise vollflächig. Hierdurch wird nicht nur eine hochbelastbare Verbindung hergestellt, bei der auftretende Kräfte großflächig von dem Stoßfängerquerträger 2 in das jeweilige Energieabsorptionsbauteil 3 bzw. 3.1 eingeleitet werden, sondern es erfolgt hierdurch auch eine galvanische Trennung zwischen dem aus unterschiedlichen bzw. nicht miteinander verschweißbaren Werkstoffen gefertigten Stoßfängerquerträger 2 und dem Verbindungsstück 7. Auf diese Weise ist gleichzeitig auch einer Kontaktkorrosion zwischen den beiden unterschiedlichen, miteinander verklebten Werkstoffen vorgebeugt. Die Klebeverbindung (nicht gezeigt) zwischen dem Anschlussabschnitt 17 des Stoßfängerquerträgers 2 und dem Energieabsorptionsbauteil 3 ist dabei bevorzugt über die komplette zum Stoßfängerquerträger 2 weisende Seite des Verbindungsstücks 7 hergestellt. Dies bedeutet, dass die zum Stoßfängerquerträger 2 weisende Seite des Verbindungsstücks 7 dabei zumindest teilweise, bevorzugt komplett, als Klebefläche 15 dient. Alternativ ist es dabei aber auch möglich die Klebeverbindung nur über Teilbereiche auszubilden. Die Energieabsorptionsbauteile 3, 3.1 befinden sich zweckmäßigerweise in einer entsprechenden Lehre, wenn der Stoßfängerquerträger mit seinen Anschlussabschnitten 17, 17.1 mit den Verbindungsstücken der Energieabsorptionsbauteile 3, 3.1 verklebt wird. Von Vorteil bei einem solchen Verkleben ist zudem, dass die miteinander verbundenen Teile keinerlei Verzug erfahren, wie dieses bei einem Schweißen zu erwarten ist.
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Bis zur Aushärtung des aufgebrachten Klebers werden die Bauteile 2, 3, 3.1 miteinander mittels einer zusätzlichen Clipverbindung fixiert. Bevorzugt ist diese über eine Kombination aus einer im Stoßfängerquerträger 2 integriert ausgebildeten Öffnung 10 und einem im Verbindungsstück 7 zughörigen und integriert ausgebildeten Clip 11 beispielsweise nach Art einer Lasche, Brücke oder Kieme hergestellt, indem der Clip 11 in die Öffnung 10 eingesteckt und/oder über einen Schnappmechanismus verrastet ist. Es versteht sich, dass die Öffnung 10 und der Clip 11 auch jeweils am anderen Bauteil angeordnet sein kann. Im vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Clip 11 bevorzugt im ersten und zweiten Abschnitt 12, 14 des Verbindungsstücks 7 angeordnet und die Öffnung auf der dazu komplementären oberen bzw. unteren Seite des Verbindungsabschnitts 17, 17.1 des Stoßfängerquerträgers 2. Damit eine etwaige Kontaktkorrosion an dieser Stelle unterbunden ist, sind die Bauteile 2, 3, 3.1 im Bereich des Clips 11 mittels Kleber zueinander isoliert. Die Öffnung 10 und der Clip 11 können dabei bereits während des Umformvorgangs des entsprechenden Bauteils 2, 3, 3.1 ausgebildet werden ohne dass aufwendige Nachbearbeitungsschritte notwendig sind. Zudem ist es möglich über die Clipverbindung den Klebespalt einzustellen. Alternativ ist dies aber auch über zusätzlich eingebrachte Verprägungen in den Bauteilen 2, 3, 3.1 möglich.
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Diese in der 2a in Gestalt einer vergrößerten Ansicht des Details A aus 2 gezeigte Clipverbindung dient einerseits dem Zweck einer mechanischen Fixierung der Bauteile zueinander, bis der Kleber ausgehärtet worden ist und andererseits erfolgt über den dadurch erzeugten zusätzlichen Formschluss in y-Richtung einer Verringerung der Scherbeanspruchung der Klebeverbindung 15 im Crashfall. Das angesprochene Aushärten erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb eines einer Lackierung nachgeschalteten Ofens. Eine Fixierung mittels Clipverbindung ist dabei ausreichend, da jeder Verbindungsabschnitt 17 bzw. 17.1 des Stoßfängerquerträgers 2 in den hutförmigen Aufnahmen der Verbindungsstücke 7 der Energieabsorptionsbauteile 3, 3.1 verdrehsicher gehalten ist.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lehre sind im ersten Abschnitt 12 und im zweiten Abschnitt 14 des Verbindungsstücks 7 und komplementär dazu im Anschlußabschnitt 17 des Stoßfängerquerträgers 2 dabei jeweils zwei Verprägungen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 ausgebildet, welche sich jeweils in x-Richtung erstrecken und zueinander beabstandet angeordnet sind. Dadurch wird ein Formschluss in y-Richtung generiert, der dazu führt, dass die Klebeverbindung bei einem Crash hinsichtlich ihrer scherenden Beanspruchung deutlich entlastet werden kann, indem sich die Bauteile aneinander durch ein Verkanten abstützen. Die Verprägungen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 sind in der vorliegenden Ausführungsform bevorzugt konisch ausgebildet, da es dadurch ermöglicht wird den Stoßfängerquerträger 2 und das Energieabsorptionsbauteil 3 zueinander exakt zu positionieren und dadurch etwaigen Toleranzproblemen auf einfache Art und Weise entgegengewirkt werden kann.
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Grundsätzlich sind bei der Materialwahl von Stoßfängerquerträger 2 und Energieabsorptionsbauteil 3, 3.1 mannigfache Varianten von Materialkombinationen vorstellbar. Bevorzugt sind aber grundsätzlich die Materialkombinationen, die sich nicht oder nur erschwert, wie z.B. TWIP-Stahl, verschweißen lassen. Daher sind für die Bauteile 2, 3, 3.1 beispielsweise Materialien wie pressgehärteter Stahl, TWIP-Stahl, kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung in Betracht zu ziehen. Wenngleich darauf hingewiesen wird, dass ein derart eingebrachter Formschluß in y-Richtung auch verschraubte Ausführungen hinsichtlich der Crashperformance verbessern kann.
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Bezugnehmend auf 3 und 4 zeigen diese eine isometrische bzw. eine seitliche Ansicht eines Energieabsorptionsbauteils 3 von 1. Gezeigt sind darin ein Energieabsorptionsprofil 5 mit angeschweißter Montageplatte 4 sowie einem angeschweißten Verbindungsstück 7. Das Verbindungsstück 7 ist dabei in Gestalt eines Hutprofils ausgebildet. Mit anderen Worten umfasst es eine Grundplatine mit daran seitlich angeordneten Einfassungen an welchen zwei nach oben bzw. unten abgestellte Flansche angeordnet sind. Dabei bildet die Grundplatine einen mittleren Abschnitt 13 und die Einfassungen einen ersten 12 und einen zweiten Abschnitt 14 aus. Im ersten und im zweiten Abschnitt 12, 14 sind jeweils zwei voneinander beabstandete Verprägungen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 eingebracht, die sich in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) und zumindest teilweise in den mittleren Bereich 13 erstrecken. Die Erstreckung der Verprägungen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 können in ihrer Länge beliebig ausgebildet sein. So ist es auch vorstellbar, dass die Verprägungen 9.1, 9.2, 9.3, 9.4 sich über den kompletten mittleren Bereich 13 erstrecken und dadurch derart miteinander verbunden sind, dass diese sich durchgängig über den ersten, zweiten und mittleren Abschnitt 12, 13, 14 erstrecken. Die Verprägungen 9.1 und 9.2 im zweiten Abschnitt 14 sind im Ausführungsbeispiel parallel zu den Verprägungen 9.3 und 9.4 im ersten Abschnitt 12 angeordnet, zwingend erforderlich ist dies aber nicht. Zudem können auch zusätzliche Verprägungen in den abgestellten Flanschen des Hutprofils eingebracht sein. Ausschlaggebend ist lediglich, dass ein Formschluss in y-Richtung ausgebildet ist. Dabei hat sich zudem gezeigt, dass eine Entlastung der Klebeverbindung umso größer ist, je größer der Abstand der nebeneinander angeordneten Verprägungen ist und durch eine konische Ausbildung der Verprägungen Toleranzprobleme unterbunden werden.
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Bezugnehmend auf 5 ist dort ein Kraft-Weg Diagramm mit den charakteristischen Kurven eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit eingebrachtem Formschluss in y-Richtung sowie eines geschweißten und eines geklebten Referenzsystems ohne entsprechendem Formschluss gezeigt. Die Kurven zeigen die Funktionsweise, welche anhand eines üblichen 3-Punkt-Biegeversuch erstellt wurden. Das Referenzmodell bildet dabei eine geschweißte Stahlvariante aus. Zudem ist eine Kurve für ein Modell mit der erfindungsgemäßen Lehre abgebildet, bei der ein Stoßfängerquerträger aus Stahl und ein Energieabsorptionsbauteil aus Aluminium unter Einbringung eines Formschlusses in y-Richtung mittels Verprägung miteinander verklebt wurde. Letztlich ist eine Kurve für ein Modell abgebildet, bei der ein Stoßfängerquerträger aus Stahl und ein Energieabsorptionsbauteil aus Aluminium ohne Einbringung eines Formschlusses in y-Richtung mittels Verprägung miteinander verklebt wurde.
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Dem Diagramm kann entnommen werden, dass der Verlauf der Kraft-Weg-Kurven von einem geschweißten Referenzmodell aus Stahl und einem Modell nach der erfindungsgemäßen Lehre annähernd gleich ist. Wohingegen die geklebte Variante ohne Verprägungen deutlich früher abfällt. Dieses abrupte Abfallen zeigt den Zeitpunkt des Abreißens des Stoßfängerquerträgers vom Energieabsorptionsbauteil. Zudem kann man am Schnittpunkt S erkennen, dass bei einem Crash der Kleber zwar leicht einreißt, aber nicht abreißt, so dass die Festigkeit bestehen und das System intakt bleibt. Da die geschweißte Lösung einen ähnlichen Verlauf hat, wie die erfindungsgemäße Lehre, ist es demnach möglich bei hybriden oder schwer zu verschweißenden Materialkombinationen bei einfacher Herstellbarkeit Gewicht einzusparen und eine crashfeste Anbindung von Stoßfängerquerträger und Energieabsorptionsbauteil zu gewährleisten, indem ein zusätzlicher Formschluss in y-Richtung zwischen Stoßfängerquerträger und Energieabsorptionsbauteil mittels wenigstens einer Verprägung realisiert ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stoßfängerbaugruppe
- 2
- Stoßfängerquerträger
- 3, 3.1
- Energieabsorptionsbauteil
- 4, 4.1
- Montageplatte
- 5, 5.1
- Energieabsorptionsprofil
- 6
- Schließblech
- 7, 7.1
- Verbindungsstück
- 8, 8.1
- Schalenförmiges Element
- 9, 9.1 9.2, 9.3, 9.4
- Verprägung
- 10
- Öffnung
- 11
- Clip
- 12
- Erster Abschnitt
- 13
- Mittlerer Abschnitt
- 14
- Zweiter Abschnitt
- 15, 15.1, 15.2
- Klebefläche
- 16
- Einheit
- 17, 17.1
- Anschlussabschnitt
