DE102016200674A1

DE102016200674A1 - Stoßfänger für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016200674A1
Application number: DE102016200674.6A
Authority: DE
Inventors: Lothar Patberg; Clemens Latuske; Christina Mendelin; Rolf Röttger; Martin Kibben
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2017-07-20
Also published as: WO2017125319A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger (1, 1') für ein Fahrzeug umfassend ein erstes geschlossenes Hohlprofil (2, 2') aus einem ersten Werkstoff, insbesondere einem metallischen Werkstoff und mindestens ein zweites geschlossenes Hohlprofil (3, 3') aus einem zweiten Werkstoff, insbesondere einem metallischen Werkstoff, welche vertikal übereinander angeordnet sind und eine Biegeträgereinheit (23, 23') bilden, mit mindestens einem Verstärkungselement (5, 5.1, 5.2) aus einem dritten Werkstoff, welches zumindest bereichsweise mit dem ersten und dem mindestens einen zweiten Hohlprofil (2, 2', 3, 3') kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Die Aufgabe einen Stoßfänger bereit zu stellen, welcher einen im Vergleich zum Stand der Technik einfachen Aufbau bei gleichzeitiger Reduzierung der Masse aufweist und den an die Kollisionslastfälle gestellten Anforderungen gerecht wird, wird dadurch gelöst, dass das Verstärkungselement (5, 5.1, 5.2) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger für ein Fahrzeug umfassend ein erstes geschlossenes Hohlprofil aus einem ersten Werkstoff, insbesondere einem metallischen Werkstoff und mindestens ein zweites geschlossenes Hohlprofil aus einem zweiten Werkstoff, insbesondere einem metallischen Werkstoff, welche vertikal übereinander angeordnet sind und eine Biegeträgereinheit bilden, mit mindestens einem Verstärkungselement aus einem dritten Werkstoff, welches zumindest bereichsweise mit dem ersten und dem mindestens einen zweiten Hohlprofil kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
Stoßfänger insbesondere in der Vorderwagenstruktur im Fahrzeug, insbesondere im Kraftfahrzeug müssen hohen Anforderungen hinsichtlich der Sicherheit der Fahrzeuginsassen aber auch hinsichtlich des Gewichtes und leichten Austausches bei einer Beschädigung gerecht werden. Im Falle einer Frontalkollision kann die Aufprallenergie durch eine gezielte Deformation des Biegeträgers und der Deformationselemente, die vorzugsweise als sogenannte Crashboxen ausgebildet und vorzugsweise zwischen Biegeträger und Längsträger eines Fahrzeuges angeordnet sind, durch plastische Verformung absorbiert und das Fahrzeug entscheidend verzögert werden, bevor weitere, insbesondere tragende Strukturen, wie beispielsweise Längsträger zur weiteren Energieabsorption beitragen. Ferner haben die Biegeträger die Aufgabe, bei geringen Aufprallgeschwindigkeiten tragende Fahrzeugstrukturen und Fahrzeugaggregate, wie beispielsweise Kühler und Motor vor einer Beschädigung zu schützen. Zudem ist es die Bestrebung im Automobilbau, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren, um den CO₂-Ausstoß zu senken. Gattungsgemäße Stoßfänger sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Mit der Einführung der Kollisionslastfälle RCAR- und Pfahltest werden Fahrzeuge hinsichtlich ihrer Sicherheit bewertet und bieten dem Verbraucher eine Transparenz bezüglich der Sicherheitseinstufung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
In der deutschen Patentschrift 10 2004 056 956 ist beispielsweise ein Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug offenbart, welcher zwei rohrförmige Profile aus einem metallischen Werkstück aufweist, welche quer zur Fahrzeugrichtung und vertikal übereinander angeordnet sind und eine Biegeträgereinheit bilden. Im Mittelabschnitt der Biegeträgereinheit ist eine Klammer (Verstärkungselement) vorgesehen, welche mindestens einem Viertel der Länge auf der Breite der Biegeträgereinheit entspricht und dazu dient, die beiden Profile miteinander zu verbinden und die Festigkeit des mittleren Abschnitts der Biegeträgereinheit zu erhöhen. Weitere Gattungsgemäße Stoßfänger sind in den Veröffentlichungen DE 10 2012 105 938 A1 und CN-A 102 180 136 offenbart. Der Aufbau dieser Stoßfänger kann die an die Kollisionslastfälle gestellten Anforderungen erfüllen, jedoch besteht weiteres Verbesserungspotenzial, insbesondere hinsichtlich einer weiteren Gewichtsreduktion.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stoßfänger bereit zu stellen, welcher ein im Vergleich zum Stand der Technik einfachen Aufbau bei gleichzeitiger Reduzierung der Masse aufweist und den an die Kollisionslastfälle gestellten Anforderungen gerecht wird.
Die aufgezeigte Aufgabe für einen gattungsgemäßen Stoßfänger wird dadurch gelöst, dass das Verstärkungselement aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht.
Erfindungsgemäß umfasst der Stoßfänger für ein Fahrzeug ein erstes geschlossenes Hohlprofil aus einem ersten Werkstoff, insbesondere einem metallischen Werkstoff und mindestens ein zweites geschlossenes Hohlprofil aus einem zweiten Werkstoff, insbesondere einem metallischen Werkstoff. Beispielsweise sind der erste und zweite metallische Werkstoff Stahl und/oder Aluminium. Die Hohlprofile sind übereinander angeordnet und bilden eine Biegeträgereinheit. Optional umfasst der Stoßfänger mindestens ein, vorzugsweise zwei Deformationselemente (crash boxes), welche mit der Biegeträgereinheit über geeignete Mittel, vorzugsweise über mechanische Verbindungsmittel, insbesondere Schraubverbindungen zur lösbaren Verbindung, verbunden sind. Des Weiteren umfasst der Stoßfänger mindestens ein Verstärkungselement aus einem dritten Werkstoff, welches zumindest bereichsweise mit dem ersten und dem mindestens einen zweiten Hohlprofil kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist, vorzugsweise zumindest auf der Vorderseite der Biegeträgereinheit angebunden ist. Das Verstärkungselement besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff. Im Vergleich zu Verstärkungselementen aus metallischen Werkstoffen bieten faserverstärkte Kunststoffe zum einen ein reduziertes Gewicht und zum anderen kann aufgrund der Fasern, insbesondere der Faserausrichtung und/oder des Faservolumenanteils in der Kunststoffmatrix gezielt Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Verstärkungselements genommen werden. Die Materialstärke des mindestens einen Verstärkungselementes beträgt beispielsweise 0,5 bis 6,0 mm, insbesondere 0,7 bis 5,0 mm, vorzugsweise 0,8 bis 4,0 mm, besonders bevorzugt 1,0 bis 3,0 mm. Das Verstärkungselement wird mindestens in den Bereichen an der Biegeträgereinheit angeordnet, in welchen im Falle einer Frontalkollision lokale hohe Beanspruchungen zu erwarten sind bzw. sich ergeben. Diese Bereiche können mittels Simulation ermittelt werden und in Crashtests verifiziert werden. Der erfindungsgemäße Stoßfänger erfüllt somit die Kollisionsanforderungen im Hinblick auf den RCAR- und Pfahltest-Lastfall und weist eine reduzierte Masse im Vergleich zu den Ausführungen aus dem Stand der Technik auf.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers sind das erste Hohlprofil und das mindestens eine zweite Hohlprofil beabstandet zueinander angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass wenn der erfindungsgemäße Stoßfänger in einem „normalen” Kraftfahrzeug eingebaut ist, im Falle einer Frontalkollision mit einem höher gelegenen Fahrzeug, beispielsweise einem sogenannten „SUV”, der obere der beiden Hohlprofile verhindern kann, dass das mit dem erfindungsgemäßen Stoßfänger ausgestatteten Kraftfahrzeug nicht das höher gelegene Fahrzeug unterfährt. Dadurch ist eine ausreichende Überdeckung auch mit größeren Fahrzeugen sichergestellt. Beispielsweise ist der Querschnitt der Hohlprofile oval oder rund, wobei ein rechteckiger Querschnitt ebenfalls denkbar ist.
Alternativ stehen das erste Hohlprofil und das mindestens eine zweite Hohlprofil unmittelbar in Kontakt oder sind mittelbar, insbesondere über eine Klebstoffschicht oder über mindestens ein zwischen den Hohlprofilen angeordnetes Verstärkungselements miteinander verbunden. Durch die unmittelbare oder mittelbare Kontaktierung steht ein höheres Widerstandsmoment zur Verfügung, welches sich positiv insbesondere auf eine Reduzierung der Intrusion im Falle einer Frontalkollision auswirken kann respektive zur Erhöhung der Stabilität beitragen kann. Vorzugsweise ist der Querschnitt der Hohlprofile rechteckig, wodurch eine ausreichende Fläche insbesondere für eine mittelbare Verbindung untereinander bereitgestellt werden kann. Ein ovaler wie auch ein runder Querschnitt ist ebenfalls denkbar.
Die Materialstärke der Hohlprofile liegt beispielsweise zwischen 0,5 und 3,0 mm, insbesondere zwischen 0,7 und 2,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,8 und 2,0 mm, besonders bevorzugt zwischen 1,0 und 1,6 mm.
Eine besonders hohe Stabilität kann der Biegeträgereinheit dadurch verliehen werden, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers das mindestens eine Verstärkungselement die mindestens aus zwei Hohlprofilen gebildete Biegeträgereinheit vollumfänglich umgibt. Alternativ kann das Verstärkungselement 5- oder H-förmig zwischen den zwei Hohlprofilen angeordnet sein. Das Verstärkungselement wird mit den Profilen verklebt oder nach einem Umwicklungs- bzw. Umlegungsprozess durch verflüssigte Matrix mit den Profilen adhäsiv verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers besteht das Verstärkungselement aus Glas-, Kohle-, Aramid-, Polyester- und/oder Borfasern, welche in einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix eingebettet sind. Die Faserverstärkung in Form von textilen Flächengebilden, insbesondere als Vliese oder insbesondere als Maschenware, beispielsweise als Gewirke oder Gestricke, oder insbesondere als nicht maschenbildende Systeme, beispielsweise als Gelege, Geflechte oder Gewebe ist in einer Matrix eingebettet, welche beispielsweise als sogenannte „Organobleche” beziehbar sind. Beispielsweise werden vorzugsweise Kohlefasern oder besonders bevorzugt Glasfasern in einer thermoplastischen Matrix verwendet, wobei die thermoplastische Matrix, insbesondere durch Wärmeeinwirkung, formbar und je nach Faserart und/oder Faservolumenanteil ggf. schweißbar ist. Alternativ kann eine duroplastische Matrix verwendet werden, in welcher die Fasern, vorzugsweise Kohlefasern oder besonders bevorzugt Glasfasern eingebettet sind und welche temperaturresistenter sein können.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers weist das Verstärkungselement eine belastungsgerechte, insbesondere auf Zugbeanspruchung ausgelegte Faserorientierung auf und das Verstärkungselement ist derart mit der Biegeträgereinheit verbunden, dass die Fasern vorzugsweise in Längs- und Querrichtung der Hohlprofile verlaufen. Eine höhere Stabilität kann durch zusätzliche Fasern in Ausrichtung 30, 45, 60 Grad zur Hohlprofillängsrichtung und/oder mehreren Faserlagen erzielt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers sind das erste Hohlprofil und das mindestens eine zweite Hohlprofil aus einem Stahlwerkstoff gebildet, vorzugsweise aus dem gleichen Stahlwerkstoff gebildet, insbesondere einem Stahlwerkstoff mit einer moderaten Duktilität, vorzugsweise mit einer Bruchdehnung A₈₀ > 8%, besonders bevorzugt A₈₀ > 10%, um insbesondere die im Falle einer Frontalkollision auftretende Aufprallenergie durch ausreichende plastische Verformung abbauen zu können. Beispielsweise weist der Stahlwerkstoff neben einer moderaten Bruchdehnung auch eine moderate Zugfestigkeit von beispielsweise R_m > 700 MPa, insbesondere R_m > 800 MPa, vorzugsweise R_m > 900 MPa auf, um die Tiefe der Intrusion mit steigender Zugfestigkeit zu reduzieren. Ein weiterer positiver Einfluss auf eine Reduzierung des Gewichts des Stoßfängers kann dadurch erreicht werden, indem ein flexibel gewalzter Stahlwerkstoff, auch „tailored rolled blank” oder „tailor rolled strip” genannt, als Werkstoff für die Biegeträgereinheit verwendet wird, welcher unterschiedliche Materialstärken aufweist. Vorzugsweise besteht der Biegeträger aus einem flexibel gewalzten duktilen Kaltumformstahl. Der flexibel gewalzte Stahlwerkstoff, aber auch alternativ ein Stahlwerkstoff mit einer im Wesentlichen konstanten Materialstärke wird zunächst vorzugsweise mittels Rollformen zu einem Schlitzprofil umgeformt und entweder kontinuierlich an seinen Stoßkanten zu einem geschlossenen Hohlprofil verschweißt, vorzugsweise mittels HF, und auf Maß abgelängt oder wird als Schlitzprofil auf Maß abgelängt und zu einem späteren Zeitpunkt an seinen Stoßkanten zu einem geschlossenen Hohlprofil verschweißt, beispielsweise mittels Laser. Die Hohlprofile können je nach Bedarf gerade oder bevorzugt gebogen, wobei das Biegen inline in der Rollformstation vor oder nach dem Schweißvorgang oder in einer gesonderten Vorrichtung vor oder nach dem Schweißvorgang erfolgen kann, ausgeführt sein. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser bei dem flexibel gewalzten Werkstoff längskonstant und der Innendurchmesser variiert in Längsrichtung aufgrund der unterschiedlichen Materialstärke. Alternativ kann auch der Innendurchmesser längskonstant bei einem in Längsrichtung variierenden Außendurchmesser gewählt werden. Um auf der gesamten Länge der Biegeträgereinheit respektive der einzelnen Hohlprofile zumindest eine konstante Widerstandsfähigkeit bereit zu stellen, ist in den Bereichen, die eine geringere Materialstärke aufweisen, gezielt mindestens ein Verstärkungselement angeordnet, wobei in den Bereichen, die eine größere Materialstärke aufweisen, vorzugsweise keines vorgesehen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist das Verstärkungselement zumindest bereichsweise im mittleren Abschnitt der Biegeträgereinheit angeordnet. Dadurch kann in vorteilhafter Weise im Aufprallpunkt in der Fahrzeugmitte ein hoher Widerstand gegen Durchbiegung und Knickung erzielt werden, insbesondere in der Kombination mit einer vorzugsweise in Fahrzeugrichtung gebogenen und symmetrisch ausgebildeten Biegeträgereinheit. Alternativ oder kumulativ können mindestens im Bereich der Anbindung der Deformationselemente weitere Verstärkungselemente insbesondere zur Erhöhung der Stabilität aber auch zur Erhöhung des Widerstandes gegen Knickung oder Durchbiegung der Biegeträgereinheit angeordnet sein. Durch die bereichsweise Anordnung des mindestens einen Verstärkungselements an der Biegeträgereinheit wird bzw. werden gezielt Sollknickstellen in der Biegeträgereinheit bereitgestellt, welche insbesondere in unmittelbarer Nähe des an dem mit dem Verstärkungselement versehenen Bereichs der Biegeträgereinheit angrenzen, um insbesondere Einfluss auf die Intrusionstiefe im Falle einer Frontalkollision durch gezielte Initiierung/Einleitung einer plastischen Deformation zum Abbau der Aufprallenergie nehmen zu können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers sind mindestens zwei Verstärkungselemente vorgesehen sind, welche beispielsweise nebeneinander angeordnet sind, wobei diese insbesondere unterschiedliche Eigenschaften, vorzugsweise unterschiedliche Dicken aufweisen und/oder das zweite Verstärkungselement kleiner in seiner Abmessung ausgebildet ist als das erste Verstärkungselement, wobei das zweite Verstärkungselement das erste Verstärkungselement bereichsweise überdeckt, vorzugsweise nach Art eines „Patchworks” auf dem ersten Verstärkungselement angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist zumindest ein Bereich in mindestens einem der Hohlprofile ausgeschäumt. Dies hat den Vorteil, dass lokal Einfluss auf die Steifigkeit der Biegeträgereinheit genommen werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Stoßfängers in einer Vorderwagenstruktur eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise eines Personenkraftwagens. Kumulativ oder alternativ kann der erfindungsgemäße Stoßfänger auch in der Hinterwagenstruktur eines Fahrzeugs angeordnet bzw. vorgesehen sein, um ein Optimum des Intrusionsverhaltens in Richtung der Fahrgastzelle auch bei einem Heckaufprall gezielt einstellen zu können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigt
1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stoßfängers für ein Fahrzeug in perspektivischer Ansicht,
2a bis 2c: schematische Querschnitte an einem ersten (Schnitt I-I in 1), an einem zweiten sowie einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stoßfängers einer Biegeträgereinheit mit einem angeordneten Verstärkungselement und
3: ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stoßfängers für ein Fahrzeug in perspektivischer Ansicht.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stoßfängers (1) in perspektivischer Ansicht dargestellt. Dieser umfasst zwei Hohlprofile (2, 3), welche vertikal übereinander angeordnet sind, beispielsweise unmittelbar oder mittelbar in Kontakt zueinander stehen, oder alternativ und hier nicht dargestellt, beabstandet zueinander angeordnet sein können, und eine Biegeträgereinheit (23) bilden. Die Hohlprofile (2, 3) bestehen aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Stahlwerkstoff, insbesondere aus einem Kaltumformstahl mit moderater Duktilität, vorzugsweise mit einer Bruchdehnung A₈₀ > 8%, besonders bevorzugt A₈₀ > 10%, um insbesondere die im Falle einer Frontalkollision auftretende Aufprallenergie durch ausreichende plastische Verformung abbauen zu können. Beispielsweise weist der Stahlwerkstoff neben einer moderaten Bruchdehnung auch eine moderate Zugfestigkeit von beispielsweise R_m > 700 MPa, insbesondere R_m > 800 MPa, vorzugsweise R_m > 900 MPa auf, wobei im Kollisionsfall die Intrusionstiefe mit zunehmender Zugfestigkeit reduziert wird. Der Querschnitt ist in der dargestellten Ausführungsform rechteckig. Die Materialstärke der Hohlprofile liegt beispielsweise zwischen 0,5 und 3,0 mm, insbesondere zwischen 0,7 und 2,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,8 und 2,0 mm, besonders bevorzugt zwischen 1,0 und 1,6 mm. Alternativ oder kumulativ können auch Aluminiumwerkstoffe verwendet werden. Optional sind auf der linken und rechten Seite der Biegeträgereinheit (23) Deformationselemente (4) vorgesehen, die über eine vorzugsweise lösbare Schraubverbindung an nicht dargestellte Längsträger einer Fahrzeugkarossiere anbindbar sind. Die Öffnungen zum Einstecken der Schrauben sind mit Bezugszeichen (7) gekennzeichnet. Das Deformationselement (4) kann beispielsweise aus mindestens zwei Halbschalen, die vorzugsweise aus einem Stahlwerkstoff gebildet sind und zu einem geschlossenen Profil beispielsweise mittels Laser im Stumpfstoß miteinander verschweißt sind, zusammengesetzt sein. Zur lösbaren kraftschlüssigen Anbindung des Deformationselementes (4) an die Biegeträgereinheit (23) sind Schraubverbindungen (6) vorgesehen. Durch die lösbare Verbindung lässt sich die Biegeträgereinheit (23) in vorteilhafter Weise bei einer Beschädigung einfach austauschen.
Der erfindungsgemäße Stoßfänger (1) weist mindestens ein Verstärkungselement (5) auf, welches aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist und zumindest bereichsweise mit dem ersten geschlossenen Hohlprofil (2) und dem zweiten geschlossenen Hohlprofil (3) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist, vorzugsweise im mittleren Abschnitt der Biegeträgereinheit (23) angeordnet und besonders bevorzugt zumindest auf der Vorderseite der Biegeträgereinheit (23) angebunden ist. Eine Befestigung des Verstärkungselements (5) vorzugsweise im Mittenbereich der Biegeträgereinheit (23) mit den Hohlprofilen (2, 3) erfolgt vorzugsweise stoffschlüssig, beispielsweise mittels Kleben. Dadurch kann in vorteilhafter Weise im Aufprallpunkt in der Fahrzeugmitte ein hoher Widerstand gegen Knickung oder Durchbiegung erzielt werden, insbesondere in der Kombination mit einer vorzugsweise in Fahrzeugrichtung gebogenen und symmetrisch ausgebildeten Biegeträgereinheit (23). Die Materialstärke des mindestens einen Verstärkungselementes beträgt beispielsweise 0,5 bis 6,0 mm, insbesondere 0,7 bis 5,0 mm, vorzugsweise 0,8 bis 4,0 mm, besonders bevorzugt 1,0 bis 3,0 mm. Durch die bereichsweise Anordnung des mindestens einen Verstärkungselements (5) an der Biegeträgereinheit wird bzw. werden gezielt Sollknickstellen in der Biegeträgereinheit (23) bereitgestellt, welche insbesondere in unmittelbarer Nähe (8) des an dem mit dem Verstärkungselement (5) versehenen Bereichs der Biegeträgereinheit (23) angrenzen, um insbesondere Einfluss auf die Intrusionstiefe im Falle einer Frontalkollision durch gezielte Initiierung/Einleitung einer plastischen Deformation in vordefinierten Bereichen der Biegeträgereinheit (23) zum Abbau der Aufprallenergie nehmen zu können.
Die Hohlprofile (2, 3) bestehen vorzugsweise aus einem Dualphasenstahl mit einer Bruchdehnung von mindestens 10%, einer Zugfestigkeit von mindestens 950 MPa und einer Materialstärke von jeweils 1,4 mm. Weitere Stahlwerkstoffe mit moderater Duktilität wie auch moderater Zugfestigkeit sind ebenfalls denkbar, z. B. Mehrphasenstähle. Das abschnittsweise im Mittenbereich der Biegeträgereinheit (23) angeordnete mindestens eine Verstärkungselement (5) umfasst drei einzelne Verstärkungselemente (5.1, 5.2). Sowohl das erste Verstärkungselement (5.1), welches mittig an der Biegeträgereinheit (23) angeordnet ist und eine Materialstärke von beispielsweise 2,2 mm aufweist, wie auch die beiden anderen Verstärkungselemente (5.2), welche jeweils links und rechts bündig neben dem ersten Verstärkungselement (5.1) an der Biegeträgereinheit (23) angeordnet sind und jeweils eine Materialstärke von beispielsweise 0,7 mm aufweisen, sind zumindest bereichsweise mit dem ersten geschlossenen Hohlprofil (2) und dem zweiten geschlossenen Hohlprofil (3) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Hier nicht dargestellt, kann alternativ ein erstes Verstärkungselement und mindestens ein zweites Verstärkungselement, welches kleiner in seiner Abmessung ausgebildet ist als das erste Verstärkungselement, wobei das mindestens zweite Verstärkungselement das erste Verstärkungselement bereichsweise überdeckt, vorzugsweise nach Art eines „Patchworks” auf dem ersten Verstärkungselement angeordnet ist. Die Verstärkungselemente (5.1, 5.2) bestehen aus einem GFK-Organoblech, insbesondere aus einer Gewebematte aus Glasfasern, welche in einer thermoplastischen (Kunststoff-)Matrix eingebettet ist, wobei der Faservolumenanteil in der Kunststoffmatrix, je nach Bedarf und Belastungsauslegung zwischen 25 und 70 Vol.-% beträgt. Durch die Verwendung einer thermoplastischen Matrix sind Umformungen der Verstärkungselemente, insbesondere unter Wärmeeinwirkung, noch möglich und diese lassen sich individuell an den Einbauzustand anpassen. Die Fasern in den Verstärkungselementen (5.1, 5.2) sind belastungsgerecht, insbesondere auf Zugbeanspruchung ausgelegt und die Verstärkungselemente (5.1, 5.2) sind derart mit der Biegeträgereinheit (23) verbunden, dass die Fasern (hier nicht dargestellt) vorzugsweise im Wesentlichen in Längsrichtung der Hohlprofile (2, 3) verlaufen.
In den 2a bis 2c sind schematische Querschnitte an einem ersten, einem zweiten sowie einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stoßfängers einer Biegeträgereinheit mit einem angeordneten Verstärkungselement dargestellt. 2a zeigt einen Schnitt durch die Mitte (Schnitt I-I, 1) der Biegeträgereinheit (23) mit einem ersten Hohlprofil (2) und einem zweiten Hohlprofil (3). Die beiden Hohlprofile (2, 3) stehen unmittelbar in Kontakt und sind von einem Verstärkungselement (5, 5.1) aus einer faserverstärkten Kunststoff vollumfänglich umgeben. An der Unterseite des zweiten Hohlprofils (3) treffen die beiden Kanten des umgeformten GFK-Organoblechs (5.1) zusammen. Befestigt (hier nicht dargestellt) ist das Verstärkungselement (5.1) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem ersten Hohlprofil (2) und dem zweiten Hohlprofil (3) der Biegeträgereinheit (23).
Alternativ zu dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stoßfängers kann, wie in 2b dargestellt, das Verstärkungselement (5) S-förmig zwischen den Hohlprofilen (2, 3) angeordnet sein. Die zwei Hohlprofile (2, 3) sind somit mittelbar durch das zwischen den beiden Hohlprofilen (2, 3) angeordnete Verstärkungselement (5) verbunden, welches kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit dem ersten und zweiten Hohlprofil (2, 3) der Biegeträgereinheit (23) verbunden ist.
Gemäß einer dritten in 2c dargestellten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers können zwei Verstärkungselemente (5) H-förmig zwischen den Hohlprofilen (2, 3) angeordnet sein, wobei die Verstärkungselemente (5), insbesondere mit identischer Materialstärke jeweils ¾ der Kanten der vorzugsweise rechteckigen Hohlprofile (2, 3) bedecken und die Hohlprofile (2, 3) mittelbar, insbesondere durch eine Materialdoppelung der Verstärkungselemente (5) miteinander verbunden sind, wobei zusätzlich die Verstärkungselemente (5) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig (hier nicht dargestellt) mit dem ersten Hohlprofil (2) und dem zweiten Hohlprofil (3) der Biegeträgereinheit (23) verbunden sind.
Die drei Ausführungsbeispiel haben vorzugsweise gemeinsam, dass ein Stahlwerkstoff, insbesondere ein bandförmiger Stahlwerkstoff zunächst vorzugsweise mittels Rollformen zu einem Schlitzprofil umgeformt und entweder kontinuierlich an seinen Stoßkanten zu einem geschlossenen Hohlprofil, vorzugsweise mittels HF verschweißt und auf Maß abgelängt wird oder als Schlitzprofil auf Maß abgelängt und zu einem späteren Zeitpunkt an seinen Stoßkanten zu einem geschlossenen Profil verschweigt wird, beispielsweise mittels Laser. Die Hohlprofile können je nach Bedarf gerade oder bevorzugt gebogen, wobei das Biegen inline in der Rollformstation vor oder nach dem Schweißvorgang oder in einer gesonderten Vorrichtung vor oder nach dem Schweißvorgang erfolgen kann, ausgeführt sein. Dass es sich vorzugsweise um ein rollgeformtes geschlossenes Hohlprofil (2, 3) handelt, ist durch eine in Längsrichtung ausgebildete Schweißnaht (9) gekennzeichnet.
Alternativ und hier nicht dargestellt kann das Verstärkungselement einen Querschnitt aufweisen, welcher einem halben „H” entspricht, das heißt, die beiden Profile der Biegeträgereinheit sind auf der Vorder- oder Rückseite (im eingebauten Zustand in Fahrtrichtung gesehen) und zwischen den Profilen verstärkt. Auch ein C-förmiger Querschnitt des Verstärkungselementes kann die Profile auf der Vorder- oder Rückseite der Biegeträgereinheit verstärken.
Alternativ zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist in 3 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stoßfängers (1') für ein Fahrzeug in perspektivischer Ansicht dargestellt. Eine Möglichkeit zur weiteren Reduzierung der Masse kann an einem erfindungsgemäßen Stoßfänger (1') dadurch bereitgestellt werden, dass die Hohlprofile (2', 3') der Biegeträgereinheit (23') aus einem flexibel gewalzten Material bestehen. Die in Längsrichtung der Hohlprofile (2', 3') variierenden Querschnitte weisen in einem ersten Abschnitt (b) eine höhere Materialstärke im Vergleich zu einem zweiten Abschnitt (a) auf. In dem zweiten Abschnitt (a) sind Verstärkungselemente (5), welche belastungsgerecht ausgelegt sind, angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Außendurchmesser der Hohlprofile (2', 3') längskonstant und der Innendurchmesser variiert entsprechend. Alternativ kann auch der Innendurchmesser der Hohlprofile längskonstant bei variierendem Außendurchmesser ausgeführt sein.
Die Erfindung ist nicht auf die im Zusammenhang mit der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch Verstärkungselemente im Bereich der Anbindung der Deformationselemente vorgesehen sein, wobei die eine Biegeträgereinheit bildenden Hohlprofile einen in Längsrichtung konstanten Querschnitt aufweisen.
Bezugszeichenliste

1, 1': Stoßfänger
2, 2': erstes Hohlprofil
3, 3': zweites Hohlprofil
4: Deformationselement
5, 5.1, 5.2: Verstärkungselement
6: Schraubverbindung
7: Öffnung
8: Knickbereich
9: Schweißnaht
23, 23': Biegeträgereinheit
a: zweiter Abschnitt mit niedriger Materialstärke
b: erster Abschnitt mit höherer Materialstärke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004056956 [0004]
DE 102012105938 A1 [0004]
CN 102180136 A [0004]

Claims

Stoßfänger (1, 1') für ein Fahrzeug umfassend ein erstes geschlossenes Hohlprofil (2, 2') aus einem ersten Werkstoff, insbesondere einem metallischen Werkstoff und mindestens ein zweites geschlossenes Hohlprofil (3, 3') aus einem zweiten Werkstoff, insbesondere einem metallischen Werkstoff, welche vertikal übereinander angeordnet sind und eine Biegeträgereinheit (23, 23') bilden, mit mindestens einem Verstärkungselement (5, 5.1, 5.2) aus einem dritten Werkstoff, welches zumindest bereichsweise mit dem ersten und dem mindestens einen zweiten Hohlprofil (2, 2', 3, 3') kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (5, 5.1, 5.2) aus einem faserverstärkten Kunststoff besteht.
Stoßfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hohlprofil (2, 2') und das mindestens eine zweite Hohlprofil (3, 3') beabstandet zueinander angeordnet sind oder das erste Hohlprofil (2, 2') und das mindestens eine zweite Hohlprofil (3, 3') unmittelbar in Kontakt stehen oder mittelbar, insbesondere über eine Kleberschicht oder über mindestens ein zwischen den Hohlprofilen (2, 2', 3, 3') angeordnetes Verstärkungselements (5, 5.1, 5.2) miteinander verbunden sind.
Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verstärkungselement (5, 5.1, 5.2) die mindestens aus zwei Hohlprofilen (2, 2', 3, 3') gebildete Biegeträgereinheit (23, 23') vollumfänglich umgibt.
Stoßfänger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (5, 5.1, 5.2) aus Glas-, Kohle-, Aramid-, Polyester- und/oder Borfasern, welche in einer thermoplastischen oder duroplastischen (Kunststoff-)Matrix eingebettet sind, besteht.
Stoßfänger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (5, 5.1, 5.2) eine belastungsgerechte, insbesondere auf Zugbeanspruchung ausgelegte Faserorientierung aufweist und das Verstärkungselement derart mit der Biegeträgereinheit verbunden ist, dass die Fasern vorzugsweise in Längs- und Querrichtung der Hohlprofile verlaufen.
Stoßfänger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hohlprofil (2, 2') und das mindestens eine zweite Hohlprofil (3, 3') aus einem Stahlwerkstoff gebildet sind, insbesondere einem Stahlwerkstoff mit einer moderaten Duktilität, insbesondere mit einer Bruchdehnung A₈₀ > 8%.
Stoßfänger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (5, 5.1, 5.2) zumindest bereichsweise im mittleren Abschnitt der Biegeträgereinheit (23, 23') angeordnet ist.
Stoßfänger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Verstärkungselemente (5.1, 5.2) vorgesehen sind, welche beispielsweise nebeneinander angeordnet sind, wobei diese insbesondere unterschiedliche Eigenschaften, vorzugsweise unterschiedliche Dicken aufweisen und/oder das zweite Verstärkungselement kleiner in seiner Abmessung ausgebildet ist als das erste Verstärkungselement, wobei das zweite Verstärkungselement das erste Verstärkungselement bereichsweise überdeckt, vorzugsweise nach Art eines „Patchworks” auf dem ersten Verstärkungselement angeordnet ist.
Stoßfänger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Bereich in mindestens einem der Hohlprofile ausgeschäumt ist.
Verwendung eines Stoßfängers nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in der Vorderwagenstruktur eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise eines Personenkraftwagens.