DE102017218393A1 - Träger für eine Stoßfängervorrichtung eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zur Herstellung eines Trägers für eine derartige Stoßfängervorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Träger für einen Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, der zumindest ein erstes, aus Stahl oder Stahlblech gebildetes, Trägerfunktionselement und zumindest ein zweites, nicht aus Stahl oder Stahlblech gebildetes, Trägerfunktionselement aufweist. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Trägers für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei durch Bereitstellen eines ersten Trägerfunktionselements aus einem Stahlwerkstoff und durch Bereitstellen eines zweiten Trägerfunktionselements aus einem Nicht-Stahlwerkstoff und anschließendes Zusammenfügen der beiden Trägerfunktionselemente zu einem einheitlichen Trägerelement eine entsprechende Einheit geschaffen wird.

Description

• Stand der Technik
• Die vorliegende Erfindung geht aus von bekannten Trägern für Stoßfängervorrichtungen für Kraftfahrzeuge, die in der Regel aus Stahl oder Kunststoffkonstruktionen gebildet sind. Stoßfängervorrichtungen für Kraftfahrzeuge umfassen heute zumeist einen in Querrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufenden, auch als sogenannten bumper bezeichneten, Träger. Moderne Kraftfahrzeuge weisen heute eine Frontstruktur mit einem sogenannten Crash-Management-System auf. Derartige Crash-Management-Systeme umfassen im Kern den Träger (auch als bumper oder Frontendträger bezeichnet), sogenannte Crashboxen, welche zwischen Träger und Kraftfahrzeug zur weiteren Aufnahme von Aufprallenergie angeordnet sind, als auch sogenannte Längsträgerelemente.
• Aus der DE 42 08 670 A1 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Trägern aus faserverstärkten Kunststoffen bekannt. Hier wird vorgeschlagen, dass der die Fasern einbettende Kunststoff kontinuierlich extrudiert wird, wobei er die endgültige Querschnittsform erhält, und die Verstärkungen nach Art und Größe der zu erwartenden Belastungen in vorbestimmter, gerichteter Anordnung und Wahl des Materials in der Kunststoffmatrix ebenfalls kontinuierlich eingebettet werden. Anschließend kann dann der extrudierte faserverstärke Kunststoff in der gewünschten Länge abgelängt werden. Im Gegensatz zu bis zu diesem Zeitpunkt hergestellten Trägern sollte so eine kontinuierliche Herstellung von Trägern erreicht werden. Auf diese Weise hergestellte Träger konnten dann einen sogenannten Faser-Hybridaufbau aufweisen, bei dem Fasern unterschiedlichen Materials, wie Glas-, Aramid-, Kohlefasern, oder dergleichen, entweder in verschiedenen Lagen oder aber abschnittsweise nebeneinander eingesetzt werden (z.B. bei einem Gewebe als Kettfaden, Kohlefasern und als Schussfaden Aramidfasern). Ferner konnten Verstärkungsmittel wie endlose Fasern oder endlose Gewebebänder eingearbeitet werden.
• Ferner ist aus der US 2016/0167609 A1 ein Träger bekannt, der im Pultrusionsverfahren hergestellt wird und bei dem in einen Aufbau aus Polymeren, wie Polyurethanen, Verstärkungsstrukturen aus Kohlefasern oder Glasfasern eingebettet sind.
• In der EP 2 298 610 A1 ist ein Crashelement zur Anbindung an einen Träger offenbart, wobei das Crashelement ein Hohlkammerprofil sowie eine Trägerplatte aufweist die einteilig miteinander verbunden sind.
• Ferner ist aus der EP 2 045 141 A1 eine aus Stahlblech hergestellte Stoßfängervorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben bekannt.
• Offenbarung der Erfindung
• Vor dem Hintergrund der aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen für Stoßfängerträger liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde einen alternativen Träger für einen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, der einfach und kostengünstig herstellbar ist, der insbesondere im Hinblick auf seine Formgebung sehr flexibel herstellbar ist und der bei geringem Gewicht eine hohe Stabilität bei definierter Biegesteifigkeit aufweist.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, durch die Kombination von zwei einzelnen und auch separat aus unterschiedlichen Materialien herstellbaren Trägereinzelteilen, die dann zu einem einzigen Trägerverbundelement zusammengefügt werden, Eigenschaften unterschiedlicher Werkstoffe in einem Stoßfängerträger zu vereinen. Gemäß der Erfindung wird dafür ein Träger für einen Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, der zumindest ein erstes, aus Stahl oder Stahlblech gebildetes, Trägerfunktionselement sowie zumindest ein zweites, nicht aus Stahl oder Stahlblech gebildetes, Trägerfunktionselement aufweist.
• In einer besonders bevorzugten Ausführung des Trägers ist das zweite Trägerfunktionselement aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff wie z.B. Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Polyetheretherketon (PEEK), Polyamidimid (PAI) und/oder Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), Kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK), Aramidfaserverstärkter Kunststoff (AFK) hergestellt.
• Mit Vorteil wird das zweite Trägerfunktionselement durch Pultrusion beziehungsweise im Strangziehverfahren hergestellt (im Folgenden unter anderem auch als Pultrusionsbauteil bezeichnet) - einem Verfahren, welches sich besonders zur Fertigung von faserverstärkten Kunststoffprofilen eignet.
• Ein Träger mit einem vorstehend beschriebenen Aufbau bildet ein Verbundelement, welches im Hinblick auf seine Eigenschaften verbesserte Möglichkeiten beim gewünschten Design eines aufzubauenden Stoßfängers als auch verbesserte Eigenschaften im Hinblick auf das Energieaufnahmevermögen im Falle eines Unfalls bietet. Darüber hinaus bietet auch die Fertigung der Einzelkomponenten große Vorteile, da die Einzelteile jeweils einfacher beziehungsweise mit weniger Aufwand herzustellen sind als ein einheitliches Teil mit entsprechenden Eigenschaften.
• Bevorzugt ist das zweite Trägerfunktionselement mit Fasern und/oder Partikeln und/oder Pulverbestandteilen eines Werkstoffes durchsetzt, der unterschiedlich zu dem Grundwerkstoff des Trägerfunktionselementes ist. Durch das gezielte Einbinden zusätzlicher (Fremd-) Stoffe in bestimmter Ausprägung (Fasern, Partikel, Pulver) können die Eigenschaften des zweiten Trägerfunktionselements und damit des Trägers im Herstellungsprozess gezielt in die gewünschte Richtung (härter, weicher, flexibler, Energie absorbierend, ...) eingestellt werden.
• Das zweite Trägerfunktionselement kann als im Querschnitt gesehen durch einen flachbandförmigen Frontplattenabschnitt und eine Mehrzahl von von der Innenseite des Frontplattenabschnittes nach innen gerichteten T-Profil förmigen Frontplattenabschnitten gebildet sein. Durch diese Geometrie wird zum einen eine Material sparende Fertigung bei gleichzeitig hohem Energieabsorbtionsvermögen sowie eine besonders gute Integration des Trägers in den Stoßfänger gewährleistet.
• Die beiden Trägerfunktionselemente sind mit Vorteil stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Bevorzugt werden sie miteinander verklebt oder durch Stanznietkleben miteinander verbunden - können aber ebenso über einfache Schraub-, Bolzen und/oder Nietverbindungen zusammengefügt werden.
• Um eine entsprechende Stabilität und ein entsprechendes Absorbtionsvermögen des Trägers zu gewährleisten, ist das erste Trägerfunktionselement bevorzugt aus einem Werkstoff mit einer Festigkeit von mindestens 800 MPa (Megapascal) hergestellt und mit Vorteil zumindest teilweise im Rahmen eines Kaltwalzprozesses bzw. Kaltprofilierens oder eines Warmwalzprozesses bzw. Warmprofilierens hergestellt. Ebenso kann die Herstellung zumindest teilweise auch durch Warmumformung realisiert werden.
• Gemäß der Erfindung wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Trägers für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren werden ein erstes, aus Stahl oder Stahlblech gefertigtes, Trägerfunktionselement sowie ein zweites, im Pultrusionsverfahren aus einem von Stahl verschiedenen Werkstoff, insbesondere aus einem Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff, hergestelltes Trägerfunktionselement, bereitgestellt und zusammengefügt. Das Zusammenfügen der beiden Trägerfunktionselemente zu einem einheitlichen Trägerelement erfolgt dabei insbesondere durch stoffschlüssige und/oder formschlüssige und/oder kraftformschlüssige Verbindung.
• Auch ist die Integration des zweiten Trägerfunktionselements in den Herstellungsprozess des ersten Trägerfunktionselements denkbar, wobei das erste Trägerfunktionselement durch Rollprofilieren eines Stahlblechteils hergestellt wird und das zweite Trägerfunktionselement durch gezielte Führung in Form eines „Inlays“ (bzw. einer Einlage) in das erste Trägerfunktionselement integriert wird. Dabei kann das als Stahlblechteil ausgeführte erste Trägerfunktionselement um das zweite als Nicht-Stahlbauteil ausgeführte (insbesondere als Kunststoffbauteil ausgeführte) Trägerfunktionselement profiliert werden.
• Durch die Erfindung wird der Leichtbaugedanke von Kunststoff beziehungsweise faserverstärktem Kunststoff mit dem Stand der Technik und den Anforderungen in der Fahrzeugindustrie sowie der Einsatz von Stahlwerkstoffen in modernen Crash-Management-Systemen in Einklang gebracht. Durch die gezielte Kombination der beiden Werkstoffe werden Potentiale genutzt und die Anforderungen moderner Crash-Management-Systeme erfüllt.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränkt.
• Figurenliste
• 1 zeigt den erfindungsgemäßen Träger für einen Stoßfänger in einer schematischen Darstellung in Perspektivansicht.
• 2 zeigt den Träger gemäß 1 in einer Schnittdarstellung A-A.
• Ausführungsformen der Erfindung
• In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Figur 1 zeigt einen Träger 1 für einen Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs in einer beispielhaften bevorzugten Ausführungsform in schematischer Darstellung. Der Träger 1 setzt sich aus zwei zusammengefügten Trägerfunktionselementen 10, 11 zusammen, wobei ein erstes Trägerfunktionselement 10 zum Beispiel als frontseitiges Stahlblechteil ausgebildet ist und wobei ein zweites Trägerfunktionselement 11 als nach innen, Richtung Kraftfahrzeug gerichtetes und zum Beispiel aus Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff gebildetes Kunststoffteil ausgeführt ist.
• Die beiden Trägerfunktionselemente 10, 11 sind bevorzugt separat hergestellt und in einem späteren Verfahrensschritt zu einem Verbundteil gefügt, wobei der Fügeprozess durch eine Stoffschlussverbindung und/oder eine Formschlussverbindung und/oder eine Kraftschlussverbindung erfolgt. Beispielsweise können die beiden Teile über eine Schraub-, Bolzen-, und/oder Nietverbindung gefügt werden - aber auch eine entsprechende Klebe- oder Stanznietklebeverbindung ist geeignet.
• Das insbesondere im Pultrusionsverfahren gefertigte zweite Trägerelement 11 ist auf seiner dem ersten Trägerfunktionselement 10 zugewandten Seite plattenartig oder flachbandartig ausgebildet (flachbandförmiger Frontplattenabschnitt F) und weist auf seiner dem ersten Trägerfunktionselement 10 abgewandten Seite eine Vielzahl von im Querschnitt T-förmig ausgebildeten Profilstreifen T auf.
• Die Integration des als Kunststoffteil ausgeführten zweiten Trägerfunktionselements 11 in den Herstellungsprozess des als Stahlblech ausgeführten ersten Trägerfunktionselements 10 (Stahlquerträger) kann erfolgen, indem das Stahlblechteil durch Rollprofilieren gefertigt und in diesem Prozess das Kunststoffbauteil in Form eines Inlays quasi in das Stahlblechteil eingebettet bzw. das Stahlblechteil um das Kunststoffteil herum profiliert wird.
• In 2 ist der Träger 1 gemäß einem Schnitt entlang der Schnittlinie A-A in 1 dargestellt.
• Bezugszeichenliste

1

Träger

10

erstes Trägerfunktionselement

11

zweites Trägerfunktionselement

F

flachbandförmiger Frontplattenabschnitt des zweiten Trägerfunktionselements

T

T-Profil förmiger Profilstreifen des zweiten Trägerfunktionselements

• 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 4208670 A1 [0002]
• US 2016/0167609 A1 [0003]
• EP 2298610 A1 [0004]
• EP 2045141 A1 [0005]

Claims (10)

1. Träger (1) für einen Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs, wobei der Träger (1) - zumindest ein erstes, aus Stahl oder Stahlblech gebildetes, Trägerfunktionselement (10) sowie - zumindest ein zweites, nicht aus Stahl oder Stahlblech gebildetes, Trägerfunktionselement (11) aufweist.
2. Träger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trägerfunktionselement (11) aus Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff gebildet ist.
3. Träger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trägerfunktionselement (11) als im Pultrusionsverfahren hergestelltes Pultrusionsbauteil ausgeführt ist.
4. Träger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trägerfunktionselement (11) Fasern und/oder Partikel und/oder Pulverbestandteile eines Werkstoffes aufweist, der unterschiedlich zu dem Grundwerkstoff des Trägerfunktionselementes (11) ist.
5. Träger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trägerfunktionselement (11) im Querschnitt gesehen durch einen flachbandförmigen Frontplattenabschnitt (F) und einer Mehrzahl von von der Innenseite des Frontplattenabschnittes (F) nach innen gerichteten T-Profil förmigen Profilstreifen (T) gebildet ist.
6. Träger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägerfunktionselement (10) und das zweite Trägerfunktionselement (11) stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind, die Trägerfunktionselemente (10, 11) insbesondere miteinander verklebt oder durch Stanznietkleben miteinander verbunden sind.
7. Träger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägerfunktionselement (10) aus einem Werkstoff mit einer Festigkeit von mindestens 800 MPa hergestellt ist.
8. Träger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägerfunktionselement (10) zumindest teilweise im Rahmen eines Kaltwalzprozesses oder eines Warmwalzprozesses hergestellt ist.
9. Träger (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägerfunktionselement (10) zumindest teilweise im Rahmen eine Warmumformprozesses hergestellt ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Trägers (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Bereitstellen eines ersten, aus Stahl oder Stahlblech gefertigten, Trägerfunktionselements (10), - Bereitstellen eines zweiten, im Pultrusionsverfahren aus einem von Stahl verschiedenen Werkstoff, insbesondere aus einem Kunststoff oder einem faserverstärkten Kunststoff, hergestellten Trägerfunktionselements (11), und - Zusammenfügen der beiden Trägerfunktionselemente (10, 11) zu einem einheitlichen Trägerelement, insbesondere durch stoffschlüssige und/oder formschlüssige und/oder kraftformschlüssige Verbindung.

Images