DE102016002635A1

DE102016002635A1 - Stoßfängermodul

Info

Publication number: DE102016002635A1
Application number: DE102016002635.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan HOLDERRIED; Tommy HECHTEL; Theobald HOCK; Fabian FUERST
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2017-09-07
Also published as: GB2549185A; US9994176B2; CN107150648A; GB201703126D0; US20170253202A1

Abstract

Ein Stoßfängermodul (1) für ein Fahrzeug umfasst einen Querträger (2) und zwei Befestigungsflansche (12) zur Befestigung des Querträgers (2) an einem Karosserielängsträger (13). Eine Schicht (9) aus faserverstärktem Kunststoff erstreckt sich von dem Querträger (2) durchgehend bis in die Befestigungsflansche (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stoßfängermodul für ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenfahrzeug, mit einem wenigstens eine Schicht aus faserverstärktem Kunststoff umfassenden Querträger. Ein solches Stoßfängermodul ist in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2014 011 790.1 beschrieben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Stoßfängermodul zu schaffen, das bei geringem Gewicht eine hohe Belastbarkeit aufweist und dennoch rationell und kostengünstig zu fertigen ist.
Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zu Folge gelöst, indem bei einem Stoßfängermodul für ein Fahrzeug mit einem Querträger und zwei Befestigungsflanschen zur Befestigung des Querträgers an einem Karosserielängsträger eine Schicht aus faserverstärktem Kunststoff sich von dem Querträger durchgehend bis in die Befestigungsflansche erstreckt.
Eine solche Schicht kann insbesondere durch ein sogenanntes Organic Sheet oder Organoblech gebildet sein, das durch Thermoformen in die für das Stoßfängermodul benötigte dreidimensionale Gestalt gebracht werden kann.
Ein durchgehender Verlauf der Schicht aus faserverstärktem Kunststoff ist besonders einfach realisierbar, wenn der Querträger sich zwischen den Befestigungsflanschen flächenbündig an diese anschließend erstreckt.
Um bei einer Kollision, bei der ein Fremdkörper auf den Querträger trifft, die benötigte stoßdämpfende Wirkung erzielen und die Aufprallkräfte auf die Längsträger ableiten zu können, sollte der Querträger zwischen den Befestigungsflanschen zur Fahrzeugaußenseite hin vorgewölbt sein.
Für eine reißfeste Anbindung an die Karosserielängsträger ist es nützlich, wenn wenigstens ein Schraubloch eines der Befestigungsflansche die Schicht aus faserverstärktem Kunststoff kreuzt.
Unter Umständen kann es jedoch nötig sein, einen Befestigungsflansch durch Anspritzen von Kunststoffmaterial zu ergänzen. Bei einem Abschnitt eines Befestigungsflanschs, der über eine Längskante des Querträgers hinausreicht, kann auf diese Weise der Verschnitt an faserverstärktem Kunststoff minimiert werden.
Die Schicht aus faserverstärktem Kunststoff kann entlang einer ersten Längskante des Querträgers gebogen sein, um wenigstens eine äußere und eine innere Wand zu bilden und auf diese Weise die Belastbarkeit des Querträgers zu erhöhen.
Wenn dies der Fall ist, kann die Schicht aus faserverstärktem Kunststoff nicht über diese Längskante hinausreichen, so das, wenn jenseits dieser Längskante ein Flanschabschnitt benötigt wird, es sich anbietet, ihn durch Anspritzen zu formen.
Vorzugsweise ist die erste Längskante eine Oberkante des Querträgers. Dann ist das aus dem Biegen der Schicht resultierende U-Profil nach unten offen, und es kann sich kein Schmutz oder Niederschlag darin sammeln.
Um die Belastbarkeit des Querträgers weiter zu verbessern, können die innere und die äußere Wand durch zwischen ihnen angespritzte Rippen verbunden sein.
Einer alternativen Ausgestaltung zufolge kann die Schicht aus faserverstärktem Kunststoff zu einer in Fahrzeuglängsrichtung offenen Rinne oder zu mehreren solchen nebeneinander verlaufenden Rinnen geformt sein.
Auch hier können zur Erhöhung der Belastbarkeit Rippen innerhalb der Rinne angespritzt sein.
Die Tiefe der Rinne sollte von der Mitte des Querträgers zu den Befestigungsflanschen hin allmählich abnehmen, um einen kontinuierlichen, von stark gekrümmten oder kantigen, im Kollisionsfall besonders versagensgefährdeten Bereichen freien Übergang zu den Befestigungsflanschen zu schaffen.
Obere und untere Flanken der Rinne neigen im Kollisionsfall dazu, einer Belastung durch Ausknicken nach oben oder unten auszuweichen. Um dieser Neigung entgegenzuwirken, kann der Querträger einen hutförmigen Querschnitt aufweisen. Indem der Hutkrempe entsprechende Bereiche oben und unten an die Flanken der Rinne anschließen, erschweren sie das Ausknicken der Flanken und tragen so erheblich zur Belastbarkeit bei.
Um eine ausreichende stoßdämpfende Wirkung auch dann zu erzielen, wenn ein Fremdkörper unmittelbar vor einem der Längsträger auf das Fahrzeug trifft, kann ein Energieabsorber an die Außenseite der Befestigungsflansche angebracht sein.
Um eine rationelle Fertigung zu ermöglichen, kann der Energieabsorber genauso wie der oben erwähnte ergänzende Abschnitt an den Befestigungsflansch angespritzt sein.
Zum Anspritzen geeignet ist insbesondere ein Energieabsorber mit Wabenstruktur.
Wenn die Waben der Wabenstruktur in vertikaler Richtung offen sind, erlaubt dies die Verwendung von einfachen Formwerkzeugen mit einer kleinen Zahl von gegeneinander beweglichen Formteilen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Stoßfängermoduls gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
2 ein Schnitt durch das Stoßfängermodul aus 1;
3a–c Draufsichten auf Varianten eines Energieabsorbers des Stoßfängermoduls aus 1;
4 eine perspektivische Ansicht eines Stoßfängermoduls gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
5a–c Schnitte durch das Stoßfängermodul aus 4; und
6 eine Variante des Stoßfängermoduls der zweiten Ausgestaltung.
1 zeigt ein Stoßfängermodul 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung in perspektivischer Ansicht. Ein Querträger 2 des Stoßfängermoduls 1 ist als eine langgestreckte, nach unten offene Rinne mit einer im am Fahrzeug montierten Zustand dem Innern des Fahrzeugs zugewandten Innenwand 3, einer von einer Stoßfängerverkleidung umhüllten Außenwand 4 und einem Innen- und Außenwand 3, 4 einstückig verbindenden gerundeten Scheitel 5 geformt. Ein Mittelabschnitt 6 des Querträgers 2 ist von oben gesehen zum Fahrzeugäußeren hin konvex gekrümmt. An den Mittelabschnitt 6 schließen beiderseits, über kurze nach außen konkav gekrümmte Zwischenabschnitte 7, sich geradlinig in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Seitenabschnitte 8 an.
2 zeigt einen Schnitt durch einen der Seitenabschnitte 8. Der Querträger 2 ist durch Thermoformen eines rechteckigen Zuschnitts aus Organoblech erhalten, eine interne Faserschicht 9 des Organoblechs erstreckt sich kontinuierlich über Innenwand 3, Scheitel 5 und Außenwand 4. Die Faserschicht 9 ist in eine Matrix 10 aus thermoplastischem Kunststoff eingebettet; in 2 bildet die Matrix 10 Oberflächenschichten, die die Faserschicht beiderseits umgeben; in der Praxis können die Fasern der Schicht 9 bis an die Oberflächen des Querträgers 2 reichen.
Im Innern der Rinne sind über die ganze Breite des Querträgers 2 verteilt Rippen 11 angespritzt, die Innen- und Außenwand 3, 4 materialschlüssig verbinden. Der Kunststoff der Rippen 11 ist mit dem der Matrix 10 chemisch identisch; deshalb ist bei der Temperatur, bei der die Rippen 11 an den Querträger 2 angespritzt werden, auch die Matrix 10 weich und in der Lage, eine materialschlüssige Verbindung mit dem angespritzten Material einzugehen.
Die Innenwand 3 bildet in Höhe der Seitenabschnitte 8 jeweils einen Befestigungsflansch 12, der vorgesehen ist, um am Ende eines – in 2 gestrichelt eingezeichneten – Längsträgers 13 des Fahrzeugs mit Hilfe von Schrauben, Bolzen oder dergleichen befestigt zu werden. Erste Löcher 14 für diese Schrauben befinden sich in einem unteren Randbereich 15 des Befestigungsflansches 12, unterhalb einer Unterkante 16 der Außenwand 4. So sind sie bei der Montage des Stoßfängermoduls 1 an den Längsträgern von außen gut zugänglich. Die Löcher 14 kreuzen die Faserschicht 9, die sich hier bis unmittelbar an den unteren Rand des Befestigungsflansches 12 erstreckt.
Weitere Löcher 17 sind an einem Abschnitt 18 des Befestigungsflansches 12 geformt, der sich, die Innenwand 3 bündig verlängernd, nach oben bis über den Scheitel 5 hinaus erstreckt. Der Abschnitt 18 ist wie die Rippen 11 an den Querträger 2 angespritzt und mit dem Kunststoff der Matrix 10 verschmolzen. Um eine belastbare Anbindung an den Querträger 2 zu schaffen, ist der Abschnitt 18 im Querschnitt keilförmig mit nach unten, zum Querträger 2 hin zunehmender Wandstärke.
Einer Variante zufolge verläuft eine Unterkante der Innenwand 3 im Mittelabschnitt 6 auf gleicher Höhe mit der Unterkante 16 der Außenwand 4. Die Faserschicht 9 reicht dann nicht bis in den unteren Randbereich 15 des Befestigungsflanschs 12, stattdessen wird dieser Randbereich 15 genauso wie der Abschnitt 18 durch Anspritzen geformt.
1 zeigt an den Seitenabschnitten 8 vor der Außenwand 4 einen blockförmigen Energieabsorber 19. Auch der Energieabsorber 19 ist durch Anspritzen an den Querträger 2 gebildet. Wie in 2 deutlich wird, hat der Energieabsorber 19 eine Wabenstruktur mit einer sich von der Außenwand horizontal nach außen erstreckenden Grundplatte 20 und von der Grundplatte 20 nach oben und unten abstehenden, an Ober- und Unterseite des Energieabsorbers 19 offene Waben 21 begrenzenden Wänden 22.
Linien 23, an denen sich die Wände 22 kreuzen, liegen jeweils parallel zur Außenwand 4. So ist es möglich, mit Hilfe von nur zwei Formwerkzeugteilen 24, 25, die in Richtung der Linien 23 aufeinander zubewegt werden, in einem einzigen Arbeitsgang den Organoblechzuschnitt zum Querträger 2 zu formen, bei geschlossener Form die Abschnitte 18, die Rippen 11 und die Energieabsorber 19 sowie ggf. die Randbereiche 15 an den Querträger anzuspritzen und das fertige Stoßfängermodul durch Auseinanderziehen der Formwerkzeugteile 24, 25 entlang der Linien 23 zu entformen.
3 zeigt Varianten von Energieabsorbern 19 in Draufsicht. Der Energieabsorber 19 von 3a hat rautenförmige Waben 21 auf einer rechteckigen Grundfläche, die in Fahrzeuglängsrichtung mit dem Befestigungsflansch 12 fluchtet.
In 3b erstrecken sich diagonal orientierte Wände 22 des Energieabsorbers 19 über den Befestigungsflansch 12 hinaus bis an den konkav gekrümmten Zwischenabschnitt 7 und versteifen diesen.
In der Variante der 3c füllt der Energieabsorber 19 den gesamten Zwischenraum zwischen dem Querträger 2 und einer Stoßfängerverkleidung 26, wobei zur Mitte des Mittelabschnitts 6 hin die Ausdehnung in Fahrzeuglängsrichtung des Energieabsorbers 19 immer kleiner wird und Null werden kann.
Selbstverständlich können die Waben 21 auch andere als rautenförmige, z. B. drei- oder sechseckige Grundflächen haben.
4 und 5 zeigen eine zweite Ausgestaltung des Stoßfängermoduls in einer perspektivischen Ansicht sowie in mehreren Schnitten. Der Querträger 2 ist auch hier durch Thermoformen eines rechteckigen Organoblech-Zuschnitts erhalten, allerdings ist dieser nicht doppelwandig umgeformt. Stattdessen bleibt der Zuschnitt in den Befestigungsflanschen 12 unverformt, um eben an den Enden der Längsträger anzuliegen, und in den Zwischenabschnitten 7 und dem Mittelabschnitt 6 ist in dem Zuschnitt eine horizontal verlaufende, zum Fahrzeuginneren hin offene Rinne 27 geformt. Oberhalb und unterhalb der Rinne 27 überstehende Streifen 28 geben dem Querträger 2 einen hutförmigen Querschnitt. Die Tiefe d der Rinne 27 nimmt von den Seiten zur Mitte des Querträgers 2 hin zu. Da das Organoblech beim Thermoformen nicht gedehnt wird, ist die vertikale Abmessung h des Stoßfängermoduls an den Befestigungsflanschen 12, wie in 5a gezeigt, am größten und erreicht ein Minimum im Mittelabschnitt 6 der 5c, wo die Tiefe d am größten ist.
Um das Hutprofil und versteifende Rippen 11 im Innern der Rinne 27 zu formen, werden zwei Formwerkzeugteile benötigt, die gegeneinander in Fahrzeuglängsrichtung beweglich sind.
Zwei weitere Formwerkzeugteile sind erforderlich, um an die Befestigungsflansche 12 wie in 5a gezeigt, Energieabsorber 19 mit nach oben und unten offenen Waben 21 anzuformen.
Um die Zahl der benötigten Formwerkzeugteile zu reduzieren, könnte man einen Energieabsorber 19 mit in Fahrzeuglängsrichtung offenen Waben 21 wie in 6 gezeigt in Betracht ziehen. Der lange Entformweg bringt es jedoch mit sich, dass die Wände 22 des Energieabsorbers 19 an ihrem dem Befestigungsflansch 12 zugewandten Ende eine hohe Stärke erreichen. Daher ist sowohl aus Gründen des Gewichts als auch der besseren Stauchbarkeit ein Energieabsorber 19 mit einer sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Grundplatte und sich von dieser Grundplatte aus in entgegengesetzte Richtungen erstreckenden Waben, wie in 2 und 5 gezeigt, bevorzugt.
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Bezugszeichenliste

1: Stoßfängermodul
2: Querträger
3: Innenwand
4: Außenwand
5: Scheitel
6: Mittelabschnitt
7: Zwischenabschnitt
8: Seitenabschnitt
9: Faserschicht
10: Matrix
11: Rippe
12: Befestigungsflansch
13: Längsträger
14: Loch
15: Randbereich
16: Unterkante
17: Loch
18: Abschnitt
19: Energieabsorber
20: Grundplatte
21: Wabe
22: Wand
23: Linie
24: Formwerkzeugteil
25: Formwerkzeugteil
26: Stoßfängerverkleidung
27: Rinne
28: Streifen

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

DE 102014011790 [0001]

Claims

Stoßfängermodul (1) für ein Fahrzeug, mit einem Querträger (2) und zwei Befestigungsflanschen (12) zur Befestigung des Querträgers (2) an einem Karosserielängsträger (13), bei dem eine Schicht (9) aus faserverstärktem Kunststoff sich von dem Querträger (2) durchgehend bis in die Befestigungsflansche (12) erstreckt.
Stoßfängermodul nach Anspruch 1, bei dem der Querträger (2) sich zwischen den Befestigungsflanschen (12) flächenbündig an diese anschließend erstreckt.
Stoßfängermodul nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Querträger (2) zwischen den Befestigungsflanschen (12) zur Fahrzeugaußenseite hin vorgewölbt ist.
Stoßfängermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Schraubloch (14) eines der Befestigungsflansche (12) die Schicht (9) aus faserverstärktem Kunststoff kreuzt.
Stoßfängermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein über eine Längskante des Querträgers (2) hinausreichender Abschnitt (18) wenigstens eines der Befestigungsflansche (12) aus angespritztem Kunststoffmaterial besteht.
Stoßfängermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Schicht aus faserverstärktem Kunststoff (9) entlang einer ersten Längskante des Querträgers (2) gebogen ist, um wenigstens eine Außenwand (4) und eine Innenwand (3) zu bilden.
Stoßfängermodul nach Anspruch 6, bei dem die erste Längskante eine Oberkante des Querträgers (2) ist.
Stoßfängermodul nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Innenwand (3) und die Außenwand (4) durch zwischen ihnen angespritzte Rippen (11) verbunden sind.
Stoßfängermodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Schicht (9) aus faserverstärktem Kunststoff zu wenigstens einer in Fahrzeuglängsrichtung offenen Rinne (27) geformt ist.
Stoßfängermodul nach Anspruch 9, bei dem Rippen (11) innerhalb der Rinne (27) angespritzt sind.
Stoßfängermodul nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Tiefe (d) der Rinne (27) von der Mitte des Querträgers (2) zu den Befestigungsflanschen (12) abnimmt.
Stoßfängermodul nach Anspruch 9, 10 oder 11, bei dem der Querträger (2) einen hutförmigen Querschnitt aufweist.
Stoßfängermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Energieabsorber (19) an die Außenseite der Befestigungsflansche (12) angespritzt ist.
Stoßfängermodul nach Anspruch 13, bei dem der Energieabsorber (19) eine Wabenstruktur aufweist.
Stoßfängermodul nach Anspruch 14, bei dem Waben (21) der Wabenstruktur in vertikaler Richtung offen sind.