-
Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger für ein Fahrzeug umfassend mindestens ein Profil, insbesondere ein offenes Profil, aus einem ersten Werkstoff mit mindestens einer aus Rippen gebildeten Rippenstruktur aus einem zweiten Werkstoff, welche zumindest bereichsweise entlang des Profils angeordnet ist und zumindest bereichsweise mit dem Profil kraft-, form- und/oder stoffschlüssig zur Verstärkung des Profils 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 Stoßfängers und der Deformationselemente, die vorzugsweise als sogenannte Crashboxen ausgebildet und vorzugsweise zwischen Stoßfänger 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 Stoßfänger 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
koreanischen Offenlegungsschrift 2009 029 937 A ist beispielsweise ein Querträger als Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug offenbart, welcher ein offenes Profil aus Kunststoff mit einer aus Rippen gebildeten Rippenstruktur zur Verstärkung aus Kunststoff, welche vollständig entlang des Profils angeordnet und mit dem Profil verbunden ist, umfasst. Zur Erhöhung der Steifigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht schlägt die Lehre vor, ein Stahlgeflecht innerhalb des Profils vorzusehen. Diese Art von Aufbau kann die an die Kollisionslastfälle gestellten Anforderungen erfüllen, jedoch besteht weiteres Verbesserungspotenzial, insbesondere hinsichtlich einer belastungsoptimierten Auslegung.
-
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stoßfänger bereit zu stellen, welcher den an die Kollisionslastfälle gestellten Anforderungen gerecht wird und im Vergleich zum Stand der Technik belastungsoptimierter ausgelegt werden kann.
-
Die aufgezeigte Aufgabe für einen gattungsgemäßen Stoßfänger wird dadurch gelöst, dass die Rippenstruktur aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist und mindestens einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist, welche sich hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden.
-
Erfindungsgemäß umfasst der Stoßfänger für ein Fahrzeug mindestens ein Profil aus einem ersten Werkstoff, insbesondere ein offenes Profil mit mindestens einer aus Rippen gebildeten Rippenstruktur aus einem zweiten Werkstoff, welche zumindest bereichsweise entlang des Profils angeordnet und zumindest bereichsweise mit dem Profil kraft-, form- und/oder stoffschlüssig zur Verstärkung des Profils verbunden ist, vorzugsweise in dem offenen Profil integriert ist. Die Rippenstruktur besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff mit mindestens einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, welche sich hinsichtlich mindestens einer Eigenschaftvoneinander unterscheiden. Damit weist die Rippenstruktur mindestens zwei Bereiche mit unterschiedlichen Eigenschaften auf, welche individuell und belastungsgerecht insbesondere mit Blick auf die verschiedenen Kollisionslastfälle angepasst werden können. Diese Bereiche können mittels Simulation ermittelt und in Crashtests verifiziert werden. Der erfindungsgemäße Stoßfänger kann somit die Kollisionsanforderungen im Hinblick auf den RCAR- und Pfahltest-Lastfall erfüllen und im Vergleich zu der Ausführung im Stand der Technik belastungsgerechter ausgelegt werden.
-
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers betrifft die Eigenschaft mindestens den Anteil der Fasern im Kunststoff, den Belegungsgrad, die Ausrichtung, die Breite und/oder die Höhe der die Rippenstruktur bildendenden Rippen bezogen auf einen Bereich. Unter Anteil der Fasern im Kunststoff (Rippen) in einem Bereich ist der Volumenanteil der Fasern innerhalb des Kunststoffs gemeint. Unter Belegungsgrad der Rippen in einem Bereich ist die mit Rippen (Kunststoff) belegte Fläche in Bezug auf die vollständige Fläche des Bereichs gemeint, d. h. dass die Rippen (Kunststoff) bereichsbezogen eine Fläche zwischen > 0% und < 100% einnehmen können, wobei bei 100% die Fläche vollständig mit Kunststoff gefüllt wäre. Unter Ausrichtung der Rippen in einem Bereich ist das Muster der Rippen gemeint, welches unterschiedlich ausgebildet sein kann, beispielsweise aus einer aus mehreren Rippen zusammengesetzte Struktur, wobei die Rippen winklig zueinander angeordnet sind, sich kreuzen und sich dadurch eine Vielzahl von Vielecken ausbilden können, sternenförmig angeordnet sein können und/oder weitere Ausgestaltungen annehmen können, insbesondere auch Kombinationen daraus. Unter der Breite der Rippen in einem Bereich ist die Rippenbreite respektive die Materialstärke der Rippe(n) gemeint, welche beispielsweise zischen 0,2 bis 10,0 mm, insbesondere 0,7 bis 8,0 mm, vorzugsweise 0,8 bis 6,0 mm, besonders bevorzugt 1,0 bis 5,0 mm betragen kann. Unter der Höhe der Rippen in einem Bereich ist die Rippenhöhe, also die Länge der Rippe senkrecht zur Oberfläche des Profils gemeint, welche bereichsweise maximal der Tiefe des Profils entsprechen kann. Mit den vorgenannten Eigenschaften, jeweils für sich einzeln genommen oder in Kombination, kann gezielt bereichsweise Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften, insbesondere auf die Steifigkeit und Festigkeit und damit verbunden auf die Widerstandsfähigkeit des Stoßfängers genommen werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers erstreckt sich die Rippenstruktur im Wesentlichen vollständig entlang des Profils, wobei die Rippenstruktur in einem ersten Bereich, welcher im mittleren Abschnitt des Profils angeordnet ist, eine höhere Steifigkeit als in einem unmittelbar an den ersten Bereich angrenzenden zweiten Bereich aufweist. Die im Wesentlichen vollständige Erstreckung entlang des Profils umfasst mindestens teilweise die Bereiche, in welchen jeweils mindestens ein Deformationselement (crash box), welche zur Anbindung des Stoßfängers an die Karossiere eines Fahrzeugs ausgebildet sind, verbindbar ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Rippenstruktur noch weiter und ist vollständig im Bereich zur Anbindung an die Deformationselemente vorhanden. Die Rippenstruktur schließt beispielsweise nicht bündig mit den Enden des Profils ab, sondern endet mit einem vorbestimmten Abstand zu den Enden des Profils, so dass die Endabschnitte des Profils frei von der Rippenstruktur bleiben, da in diesem Bereich das Vorsehen einer Rippenstruktur zu keiner Verbesserung beiträgt und durch das Weglassen Gewicht eingespart werden kann.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers verteilt sich das Eigenschaftsprofil der Rippenstruktur symmetrisch entlang des Profils und weist pro Symmetriebereich, also durch eine Symmetrieebene des Profils begrenzte Hälfte des Profils, mindestens drei Bereiche, vorzugsweise vier Bereiche mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften auf. Das Vorsehen von mindestens drei Bereichen mit unterschiedlichen Eigenschaften trägt dem Sachverhalt Rechnung, dass im Falle einer Kollision, sich die einwirkenden Kräfte bereichsweise unterschiedlich auswirken können und dadurch gezielt und flexibel entgegengewirkt werden kann.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers besteht die Rippenstruktur aus in einer thermoplastischen oder duroplastischen (Kunststoff-)Matrix eingebetteten Glas-, Kohle-, Aramid-, Polyester-, Natur-, Recyclat- und/oder Borfasern, wobei der Faseranteil zwischen 10 und 50 Vol.-% betragen kann. Je nach Faserart und Faservolumen kann Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften genommen werden, insbesondere mit steigendem Faseranteil kann die Festigkeit erhöht werden. Unterhalb von 10 Vol.-% ist kaum eine Verbesserung hinsichtlich einer Festigkeitssteigerung zu verzeichnen und ein Faseranteil oberhalb von 50 Vol.-% führt zu einer Erhöhung des Gewichtes bei nur geringer Festigkeitssteigerung.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist das Profil ein offenes Tiefziehprofil, ein offenes Strangpressprofil oder vorzugsweise ein offenes Rollprofil aus einem metallischen Werkstoff, wobei insbesondere der Querschnitt des Profils zumindest bereichsweise u-, hut- und/oder w-förmig ausgebildet ist. Weiterhin kann das Profil längskonstant oder längsvariabel ausgebildet sein. Der Metallwerkstoff mit einer im Wesentlichen konstanten Materialstärke wird vorzugsweise mittels Rollformen kostengünstig zu einem Rollprofil umgeformt. Die Rollprofile können je nach Bedarf gerade oder bevorzugt gebogen ausgeführt sein, wobei das Biegen inline in der Rollformstation oder in einer gesonderten Vorrichtung erfolgen kann. Alternativ ist auch ein Tiefziehprozess oder ein Strangpressprozess möglich. Die Materialstärke des Profils liegt beispielsweise zwischen 0,5 und 6,0 mm, insbesondere zwischen 0,7 und 5,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,8 und 4,0 mm, besonders bevorzugt zwischen 1,0 und 2,5 mm.
-
Je dünner das Material gewählt wird, umso mehr Potential zur Gewichtseinsparung ist möglich. Alternativ kann auch ein flexibel gewalzter Werkstoff mit unterschiedlicher Materialstärke eingesetzt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist die Rippenstruktur einstückig oder mehrstückig geformt, welche innerhalb des offenen Profils insbesondere stoffschlüssig angebunden ist, vorzugsweise eingeklebt ist. Geformt ist die einstückige oder mehrstückige Rippenstruktur aus 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, oder alternativ lose Kurzfasern, welche in einer Matrix eingebettet sind und beispielsweise als sogenannte „Organobleche” beziehbar sind. Beispielsweise werden Kohlefasern oder besonders bevorzugt Glasfasern in einer thermoplastischen Matrix oder alternativ in einer duroplastischen Matrix verwendet, wobei die vorgefertigte Rippenstruktur als Massenware und als Modul bzw. Module kostengünstig hergestellt werden kann und belastungsoptimiert in das Profil eingesetzt bzw. integriert werden kann.
-
Alternativ und besonders bevorzugt ist die Rippenstruktur belastungsoptimiert innerhalb des Profils angespritzt. Mittels konventionellen Spritzgießwerkzeugen lassen sich kostengünstig hinterspritzte Profile bei ausreichend hohen Taktzeit herstellen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist das Profil aus einem Stahlwerkstoff gebildet, vorzugsweise einem Stahlwerkstoff mit einer moderaten Duktilität, insbesondere 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 Rm > 700 MPa, insbesondere Rm > 800 MPa, vorzugsweise Rm > 900 MPa auf, um die Tiefe der Intrusion mit steigender Zugfestigkeit reduzieren zu können. 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 das Profil verwendet wird, welches unterschiedliche Materialstärken aufweist. Beispielsweise besteht das Profil aus einem flexibel gewalzten duktilen Kaltumformstahl. Ein Aluminiumwerkstoff, insbesondere hochfest und hochduktil kann ebenfalls zur Herstellung eines Profils verwendet werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stoßfängers ist zumindest ein Bereich in der Rippenstruktur ausgeschäumt. Dies hat den Vorteil, dass lokal eine höhere Steifigkeit am Stoßfänger erzielt werden kann.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Stoßfängers für ein Fahrzeug. Gemäß einer ersten Variante umfasst das Verfahren die Schritte:
- – Bereitstellen eines Profils aus einem ersten Werkstoff,
- – Einlegen des Profils in ein geöffnetes Spritzgießwerkzeug,
- – Schließen des Spritzgießwerkzeugs und Spritzgießen eines zweiten Werkstoff zur Erzeugung mindestens einer aus Rippen gebildeten Rippenstruktur, welche zumindest bereichsweise entlang des Profils angespritzt wird und zumindest bereichsweise kraft-, form- und/oder stoffschlüssiges mit dem Profi zur Verstärkung des Profils verbunden wird,
- – Aushärten des angespritzten Werkstoffs,
- – Öffnen des Spritzwerkzeugs und Entnahme des verstärkten Profils. Erfindungsgemäß wird als zweiter Werkstoff ein faserverstärkter Kunststoffverwendet, und dass eine Rippenstruktur mit mindestens einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich erzeugt wird, welche sich hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden.
In konventionellen Spritzgießwerkzeugen lassen sich wirtschaftlich hinterspritzte Profile bei ausreichend hohen Taktzeit herstellen, welche als Stoßfänger verwendet werden können und belastungsoptimiert ausgelegt sind.
-
Gemäß einer zweiten Variante umfasst das Verfahren die Schritte:
- – Bereitstellen eines Profils aus einem ersten Werkstoff,
- – Bereitstellen mindestens einer aus Rippen gebildeten Rippenstruktur aus einem zweiten Werkstoff, wobei die Rippenstruktur aus einem faserverstärkten Kunststoff geformt ist und mindestens einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, welche sich hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden, und
- – zumindest bereichsweises Anordnen der Rippenstruktur entlang des Profils und zumindest bereichsweises kraft-, form- und/oder stoffschlüssiges Verbinden mit dem Profil zur Verstärkung des Profils. Die vorgefertigte, beispielsweise einstückige oder mehrstückige Rippenstruktur wird beispielsweise als Modul bzw. Module bereitgestellt, welches als Massenware wirtschaftlich hergestellt werden kann und belastungsoptimiert in das Profil eingesetzt bzw. integriert werden kann.
-
Zur Erhöhung der Haftung zwischen dem ersten Werkstoff des Profils und der Rippenstruktur aus einem faserverstärkten Kunststoff wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer der vorgenannten Variante ein Haftvermittler verwendet, welcher zumindest einseitig auf den ersten Werkstoff vor oder nach der Herstellung des Profils aufgebracht wird, wobei der Haftvermittler auf der Innenseite des Profils vorgesehen ist.
-
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Stoßfängers in der Vorderwagenstruktur eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise eines Personenkraftwagens. Vorzugsweise ist das Profil im eingebauten Zustand in Fahrtrichtung offen. Dies hat den Vorteil, dass sich im Belastungsfall die Rippenstruktur nicht aus dem offenen Profil herauslöst sondern sich am Profil abstützt und somit die Widerstandskraft des Stoßfängers erhöht werden kann. Alternativ kann das Profil im eingebauten Zustand entgegengesetzt der Fahrtrichtung offen sein.
-
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,
-
2: einen Ausschnitt aus 1 eines Bereichs in Draufsicht,
-
3: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Stoßfängers gemäß einer ersten Variante in schematischer Abfolge und
-
4: ein Ausführungsbeispiel eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Stoßfängers gemäß einer zweiten Variante in schematischer Abfolge.
-
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stoßfängers (1) in perspektivischer Ansicht dargestellt. Dieser umfasst ein Profil (2) aus einem ersten Werkstoff, welches ein offenes Tiefziehprofil, ein offenes Strangpressprofil oder vorzugsweise ein offenes Rollprofil aus einem metallischen Werkstoff ist. Der Querschnitt des Profils (2) ist zumindest bereichsweise, vorzugsweise durchgehend w-förmig und insbesondere längskonstant ausgebildet. Andere Querschnittsformen sind ebenfalls denkbar. Der Metallwerkstoff mit einer im Wesentlichen konstanten Materialstärke wird vorzugsweise mittels Rollformen zu einem Rollprofil umgeformt. Die Rollprofile können je nach Bedarf gerade oder bevorzugt gebogen, wobei das Biegen inline in der Rollformstation oder in einer gesonderten Vorrichtung erfolgen kann, ausgeführt sein. Das Profil (2) besteht 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 Rm > 700 MPa, insbesondere Rm > 800 MPa, vorzugsweise Rm > 900 MPa auf, wobei im Kollisionsfall die Intrusionstiefe mit zunehmender Zugfestigkeit reduziert werden kann. Die Materialstärke des Profils 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. Das dargestellte offene, gebogene Rollprofil besteht aus einem höherfesten Stahl, beispielsweise einem Mehrphasenstahl mit einer Bruchdehnung A80 > 8% und einer Zugfestigkeit von Rm > 800 MPa bei einer Materialstärke zwischen 1,1 mm und 1,4 mm, vorzugsweise aus einem Dualphasenstahl mit einer Materialstärke von 1,2 mm.
-
Auf der linken und rechten Seite des Profils (2) werden nicht dargestellte Deformationselemente in den Anbindungsbereichen (11, 11') angebunden, die über eine vorzugsweise lösbare Schraubverbindung an nicht dargestellte Längsträger einer Fahrzeugkarossiere anbindbar sind. Die Öffnungen (12, 12') im Profil (2) dienen zum Einstecken von nichtdargestellten Schrauben zum lösbaren Verbinden der Deformationselemente mit dem Profil (2). Durch die lösbare Verbindung lässt sich das Profil (2) in vorteilhafter Weise bei einer Beschädigung einfach austauschen. Zur Versteifung der Anbindungsbereiche (11, 11') können lokal integrierte Verstärkungen (13, 13') vorgesehen sein. Zur weiteren Erhöhung, insbesondere der globalen Steifigkeit des Profils (2) können die Kanten/Flansche (14) des Profils (2) abgekantet bzw. gebogen sein.
-
Der erfindungsgemäße Stoßfänger (
1) weist mindestens eine aus Rippen (R) gebildete Rippenstruktur (
3) aus einem zweiten Werkstoff, welche zumindest bereichsweise entlang des Profils (
2) angeordnet ist und zumindest bereichsweise mit dem Profil (
2) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig zur Verstärkung des Profils (
2) verbunden ist, vorzugsweise in dem Profil (
2) integriert ist. Die Rippenstruktur (
3) ist aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet und weist mindestens einen ersten Bereich (
4) und einen zweiten Bereich (
5,
5') auf, welche sich hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden. Die Rippenstruktur (
3) erstreckt sich im Wesentlichen vollständig entlang des Profils (
2), wobei die Rippenstruktur (
3) in einem ersten Bereich (
4), welcher im mittleren Abschnitt des Profils (
2) angeordnet ist, eine höhere Festigkeit als in einem unmittelbar an den ersten Bereich (
4) angrenzenden zweiten Bereich (
5,
5'), aufweist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise im Aufprallpunkt in der Fahrzeugmitte ein hoher Widerstand gegen Durchbiegung und Knickung erzielt werden, insbesondere in der Kombination mit einem vorzugsweise in Fahrzeugrichtung offenen, gebogenen und symmetrisch ausgebildeten Profils (
2). Die im Wesentlichen vollständige Erstreckung entlang des Profils (
2) umfasst mindestens teilweise die Bereiche (
7,
7'), in welchen jeweils mindestens ein Deformationselement (crash box) anbindbar ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Rippenstruktur noch weiter und ist vollständig im Bereich (
11,
11') zur Anbindung an die Karosserie vorhanden. Die Rippenstruktur (
3) schließt beispielsweise nicht bündig mit den Enden des Profils (
2) ab, sondern endet mit einem vorbestimmten Abstand (a, a') zu den Enden des Profils (
2), so dass die Endabschnitte des Profils (
2) frei von der Rippenstruktur (
3) bleiben. Das Eigenschaftsprofil der Rippenstruktur (
3) verteilt sich symmetrisch entlang des Profils (
2) und weist pro Symmetrieebene mindestens drei Bereiche, vorzugsweise mindestens vier Bereiche (
4,
5,
5',
6,
6',
7,
7') mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften auf. Das Vorsehen von mindestens drei Bereichen mit unterschiedlichen Eigenschaften trägt dem Sachverhalt Rechnung, dass im Falle einer Kollision, sich die einwirkenden Kräfte bereichsweise unterschiedlich auswirken können und dadurch gezielt und flexibel entgegengewirkt werden kann und der Stoßfänger dadurch belastungsgerecht ausgelegt werden kann. Der faserverstärkte Kunststoff ist beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff, insbesondere ein PA6 mit einem Faseranteil von beispielsweise 30 Vol.-%, wobei insbesondere Glasfasern verwendet werden. Aufgrund des w-förmigen Querschnitts des Profils/Rollprofils (
2) variiert die Höhe der die Rippenstruktur (
3) bildendenden Rippen (R) in Querrichtung des Profils (
2), wobei die Höhe der Rippen (R) vorzugsweise maximal der Tiefe (T) des offenen Profils (
2) entspricht. Die unterschiedlichen Eigenschaften hinsichtlich Belegungsgrad, Ausrichtung und Dicke der die Rippenstruktur (
3) bildendenden Rippen (
2) für die vier Bereiche (
4,
5,
5',
6,
6',
7,
7') sind aufgeführt.
Bereich | Dichte | Ausrichtung | Breite (t) |
| | rauten- und | |
4 | 50% | schachbrettförmig | 3,0 mm |
5, 5 | 25% | rautenförmig | 3,5 mm |
6, 6' | 10% | sternenförmig | 1,5 mm |
7, 7' | 25% | rautenförmig und lokale Aufdickung für Schraubverbindung | 4,0 mm |
-
Mit den vorgenannten Eigenschaften, jeweils für sich einzeln genommen oder in Kombination, kann gezielt bereichsweise Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften, insbesondere auf die Steifigkeit und Festigkeit und damit verbunden auf die Widerstandsfähigkeit des Stoßfängers, insbesondere auf die Intrusionstiefe im Falle einer Frontalkollision durch gezielte Initiierung/Einleitung einer plastischen Deformation in vordefinierten Bereichen des Profils (2) zum Abbau der Aufprallenergie genommen werden. Eine lokale Erhöhung der Steifigkeit am Stoßfänger (1) kann zusätzlich dadurch erzielt werden, wenn zumindest ein Bereich (9) in der Rippenstruktur (3) ausgeschäumt ist.
-
In 2 ist der strichpunktierte Bereich (10) aus der 1 in Draufsicht dargestellt. Es ist der dritte Bereich (6) gezeigt, welcher eine sternenförmige Ausrichtung, eine Dichte von 10% und eine Breite (t) von 1,5 mm der die Rippenstruktur (3) bildendenden Rippen (2) aufweist. Zur Erhöhung der Haftung zwischen der Rippenstruktur (3) und dem Profil (2) ist vorzugsweise auf der Innenseite (8) des Profils (2) ein Haftvermittler vorgesehen.
-
In 3 ist ein Ablaufschema einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Stoßfängers (1) für ein Fahrzeug dargestellt. Gemäß Schritt (A) erfolgt das Bereitstellen eines Profils (2) aus einem ersten Werkstoff, insbesondere ein Tiefziehprofil oder vorzugsweise ein Rollprofil aus einem metallischen Werkstoff, welches offen ist. Gemäß Schritt (B) erfolgt das Einlegen des vorzugsweise offenen, metallischen Rollprofils (2) in ein geöffnetes Spritzgießwerkzeug. In Schritt (C) erfolgt das Schließen des Spritzgießwerkzeugs und Spritzgießen eines zweiten Werkstoff zur Erzeugung mindestens einer aus Rippen (R) gebildeten Rippenstruktur (3), welche zumindest bereichsweise entlang des Profils (2) angespritzt wird und zumindest bereichsweise kraft-, form- und/oder stoffschlüssiges mit dem Profil (2) zur Verstärkung des Profils (2) verbunden wird. Das Aushärten des angespritzten Werkstoffs erfolgt in Schritt (D) mit anschließendem Öffnen des Spritzwerkzeugs und Entnahme des verstärkten Profils (2) in Schritt (E). Als zweiter Werkstoff wird ein faserverstärkter Kunststoff verwendet, beispielsweise eine thermoplastische Spritzgießmasse, vorzugsweise mit losen Kurzfasern mit einem Faseranteil zwischen 10 und 50 Vol.-% versehen, und es wird eine Rippenstruktur (3) mit mindestens einem ersten Bereich (4) und einem zweiten Bereich (5, 5') erzeugt, welche sich hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden. In konventionellen Spritzgießwerkzeugen lassen sich wirtschaftlich hinterspritzte Profile (2) bei ausreichend hohen Taktzeit herstellen, welche als Stoßfänger (1) verwendet werden und belastungsoptimiert ausgelegt sind.
-
In 4 ist ein Ablaufschema einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Stoßfängers (1) für ein Fahrzeug dargestellt. In Schritt (A') erfolgt das Bereitstellens eines Profils (2) aus einem ersten Werkstoff, insbesondere ein Tiefziehprofil oder vorzugsweise ein Rollprofil aus einem metallischen Werkstoff, welches offen ist. Das Bereitstellen mindestens einer aus Rippen (R) gebildeten Rippenstruktur (3) aus einem zweiten Werkstoff, wobei die Rippenstruktur (3) aus einem faserverstärkten Kunststoff einstückig oder mehrstückig geformt ist und mindestens einen ersten Bereich (4) und einen zweiten Bereich (5, 5') aufweist, welche sich hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden, erfolgt in Schritt (B'). Das zumindest bereichsweise Anordnen der Rippenstruktur entlang des Profils (2) und zumindest bereichsweise kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbinden mit dem Profil (2) zur Verstärkung des Profils (2) wird in Schritt (C') durchgeführt. Die vorgefertigte einstückige oder mehrstückige Rippenstruktur (3) wird beispielsweise als Modul bzw. Module bereitgestellt, welches als Massenware wirtschaftlich hergestellt werden kann und das Profil (2) kann belastungsoptimiert ausgelegt werden.
-
Der Stoßfänger (1) als Hybridbauteil mitvorzugsweise einem Rollprofil aus einem hochfesten, duktilen Stahlwerkstoff und einer aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einem mit Glasfasern verstärkten PA6, gebildeten Rippenstruktur verleiht dem Stoßfänger (1) zunächst zum Zeitpunkt des Aufpralls eine hohe Festigkeit, die insbesondere in der Fahrzeugmitte (Aufprallpunkt) zunächst einen hohen Widerstand gegen Durchbiegung und Knickung bereitstellt. Die einwirkende Aufprallenergie führt zu einem Überschreiten der maximalen Festigkeit des faserverstärkten Kunststoffs, welcher aufgrund seiner relativ geringen Bruchdehnung versagt und die weitere Energie durch den hochfesten, duktilen Stahlwerkstoff infolge der plastischen Verformung gezielt, insbesondere bei geringen Intrusionstiefen abgebaut werden kann.
-
Die Erfindung ist nicht auf die im Zusammenhang mit der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung auch Kombinationen untereinander möglich. 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.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Stoßfänger
- 2
- Profil
- 3
- Rippenstruktur
- 4
- erster Bereich
- 5, 5'
- zweiter Bereich
- 6, 6'
- dritter Bereich
- 7, 7'
- vierter Bereich
- 8
- Innenseite des Profils
- 9
- ausgeschäumter Bereich
- 10
- Teilansicht
- 11, 11'
- Anbindungsbereich
- 12, 12'
- Öffnung
- 13, 13'
- lokal integrierte Verstärkung
- 14
- Kanten/Flansche
- A, B, C, D, E
- Prozessschritte, Prozessabfolge
- A', B', C'
- Prozessschritte, Prozessabfolge
- R
- Rippe(n)
- T
- Tiefe
- a, a'
- Bereich ohne Rippenstruktur, freier Bereich
- t
- Breite der Rippe
-
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
-