DE102019120327A1

DE102019120327A1 - Stoßfängerquerträger für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019120327A1
Application number: DE102019120327.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Günther; Lena Kremer
Original assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Current assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2021-01-28
Anticipated expiration: 2039-07-27
Also published as: CN114206685B; JP7309034B2; CN114206685A; WO2021018804A1; US20220258684A1; KR20220038164A; JP2022541061A; DE102019120327B4

Abstract

Beschrieben ist ein Stoßfängerquerträger für ein Fahrzeug, welcher Stoßfängerquerträger einen aus einer äußeren, fahrzeugabgewandten Schale 4 und einer inneren, fahrzeugzugewandten Schale 5 bereitgestellten Querträger aufweist, welche beiden Schalen 4, 5 entlang ihres Umfanges miteinander verbunden sind, welcher Querträger einen in Richtung seiner Längserstreckung ausgerichteten und sich über seine Mitte 9 bezüglich seiner Längserstreckung (y-Richtung) erstreckenden Durchzug 8 aufweist, durch den der Querträger in einen oberen Hohlkammerabschnitt 12 und einen unteren Hohlkammerabschnitt 13 unterteilt ist, und an dessen unteren Hohlkammerabschnitt 13 an seiner fahrzeugzugewandten Seite mit Abstand zueinander angeordnete Crashboxen 14, 15 angeschlossen sind, wobei der Stoßfängerquerträger über einen zweiten, in z-Richtung von dem unteren Hohlkammerabschnitt 13 beabstandeten unteren Querträger verfügt, der mit zumindest zwei Verbinderteilen 18, 19 an den unteren Hohlkammerabschnitt 13 des anderen Querträgers angeschlossen ist und der an den an seiner fahrzeugzugewandten Seite mit Abstand zueinander Crashboxen 16, 17 angeschlossen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoßfängerquerträger für ein Fahrzeug, welcher Stoßfängerquerträger einen aus einer äußeren, fahrzeugabgewandten Schale und einer inneren, fahrzeugzugewandten Schale bereitgestellten Querträger aufweist, welche beiden Schalen entlang ihres Umfanges miteinander verbunden sind, welcher Querträger einen in Richtung seiner Längserstreckung ausgerichteten und sich über seine Mitte bezüglich seiner Längserstreckung erstreckenden Durchzug aufweist, durch den der Querträger in einen oberen Hohlkammerabschnitt und einen unteren Hohlkammerabschnitt unterteilt ist, und an dessen unteren Hohlkammerabschnitt an seiner fahrzeugzugewandten Seite mit Abstand zueinander angeordnete Crashboxen angeschlossen sind.
Zum Schutze der Sicherheitszelle eines Fahrzeuges sowie von davor befindlicher Aggregate, wie etwa dem Motor, dem Kühler und dergleichen sind Kraftfahrzeuge mit einer Stoßfängeranordnung im Bereich des Vorderwagens ausgerüstet. Eine solche Stoßfängeranordnung umfasst einen Stoßfängerquerträger, der sich über die Breite des Fahrzeuges erstreckt und an Längsträgerbauteile des Fahrzeuges angeschlossen ist. Bei diesen Längsträgerbauteilen kann es sich um sogenannte Crashboxen handeln, die bei Überschreiten einer bestimmten Aufprallenergie diese durch plastische Deformation absorbieren. Zur Fahrzeugaußenseite hin ist ein solcher Stoßfängerquerträger typischerweise durch eine Verkleidungsschale aus Kunststoff verkleidet. Der Zwischenraum zwischen der Verkleidungsschale aus Kunststoff und dem Querträger aus Metall ist typischerweise mit einem Schaum erfüllt.
Der Anschluss eines solchen Stoßfängerquerträgers an die in den Seitenbereichen eines Fahrzeuges angeordneten Längsträger bildet einen Hauptlastpfad zur Absorption kinetischer Energie im Falle eines Aufpralls. Bestrebungen, Fahrzeuge kollisionskompatibel auszulegen, haben zur Folge, dass Aufprallenergie über eine größere vertikale Erstreckung (z-Fahrzeugrichtung) und eine größere horizontale Erstreckung (y-Richtung) absorbiert werden muss. Die größere vertikale und horizontale Erstreckung derartiger Stoßfängerquerträger soll die Kollisionskompatibilität zwischen unterschiedlichen Fahrzeugen verbessern. Zu diesem Zweck sind Crashmanagementsysteme entwickelt worden, die neben einem Hauptlastpfad über ein oder zwei in vertikaler Richtung davon beabstandete Nebenlastpfade verfügen. Über diese wird ebenfalls Energie absorbiert, und zwar je nach Auslegung in einer Ebene unterhalb und/oder oberhalb des Hauptlastpfades. Um der Forderung einer besseren Kollisionskompatibilität zwischen unterschiedlichen Fahrzeugen gerecht zu werden, kann jedem Lastpfad ein eigener Stoßfängerquerträger zugeordnet sein. Diese sind mit einem Abstand zueinander angeordnet. Eine solche Auslegung eines kollisionskompatiblen Stoßfängerquerträger bzw. einer solchen Anordnung ist bei solchen Fahrzeugen erforderlich, bei denen zur Luftanströmung beispielsweise von Kühlern im Vorderwagen sich nicht ein einziger Stoßfängerquerträger über die gesamte zu überbrückende Höhe erstrecken kann.
Aus DE 10 2017 118 514 B3 ist ein Stoßfängerquerträger gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Dieser Stoßfängerquerträger verfügt über einen Querträger, der aus einer äußeren, fahrzeugabgewandten Schale und einer inneren, fahrzeugzugewandten Schale gebildet ist. Die beiden Schalen sind entlang ihres Umfanges miteinander verbunden, und zwar durch eine Laserverschweißung. Der Längserstreckung des Querträgers folgend sind in diesen mehrere Durchzüge eingebracht. Einer der Durchzüge befindet sich im mittleren Bereich des Querträgers bezogen auf seine y-Richtung. Durch die Durchzüge ist die Höhe des Querträgers (z-Richtung) in drei Abschnitte unterteilt, und zwar in einen oberen Hohlkammerabschnitt, in einen unteren Hohlkammerabschnitt und in einen dazwischen befindlichen Durchzugsabschnitt.
Auch wenn dieser vorbekannte Stoßfängerquerträger bereits hohen Anforderungen genügt, wäre es wünschenswert, wenn die Crash-Performance verbessert werden könnte. Getestet wird die Crash-Performance mitunter mit dem MPDB-Crashtest, bei welchem Crashtest es sich um einen Kompatibilitäts-Crashtest handelt (MPDB - mobile progressive deformable barrier).
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stoßfängerquerträger gemäß DE 10 2017 118 514 B3 hinsichtlich seiner Crash-Performance bei Kompatibilitäts-Crashtests, wie beispielsweise dem MPDB-Crashtest, zu verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen eingangs genannten, gattungsgemäßen Stoßfängerquerträger, bei dem der Stoßfängerquerträger über einen zweiten, in z-Richtung von dem unteren Hohlkammerabschnitt beabstandeten unteren Querträger verfügt, der mit zumindest zwei Verbinderteilen an den unteren Hohlkammerabschnitt des anderen Querträgers angeschlossen ist und der an den an seiner fahrzeugzugewandten Seite mit Abstand zueinander Crashboxen angeschlossen sind.
Bei den im Rahmen dieser Ausführungen verwendeten Richtungen - der x-Richtung, der y-Richtung und der z-Richtung - handelt es sich um die Koordinatenrichtungen eines Fahrzeuges, wobei die x-Richtung der Längserstreckung, die y-Richtung der Erstreckung in Seitenrichtung und die z-Richtung die Vertikalerstreckung (Hochachse) des Fahrzeuges ist. Dieses Koordinatensystem wird auf die Beschreibung des Stoßfängerquerträgers in gleicher Weise angewandt.
Der im Rahmen dieser Ausführungen benutzte Begriff „Durchzug“ umfasst sämtliche in den Stoßfängerquerträger eingebrachte Öffnungen, gleich welcher Art, die den Stoßfängerquerträger in Fahrtrichtung und somit in x-Richtung durchgreifen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Öffnungen mit einer in den Stoßfängerquerträger hinein erstreckenden umlaufenden Wand handeln. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die beiden Schalen miteinander fluchtende Öffnungen ohne einen angeformten Kragen oder eine angeformte Wand aufweisen, welche Öffnungen beispielsweise durch Lasern, Fräsen oder dergleichen in die jeweilige Schale eingebracht sind.
Bei diesem Stoßfängerquerträger sind die Crashboxen an der fahrzeugzugewandten Seite des unteren Hohlkammerabschnittes angeschlossen. Damit liegt der obere Hohlkammerabschnitt des oberen Querträgers in vertikaler Richtung (z-Richtung) oberhalb der Ebene der Crashboxen.
Damit wird durch den unteren Hohlkammerabschnitt des oberen Querträgers der Hauptlastpfad definiert. Aufgrund der Schalenkonzeption des oberen Querträgers werden auf den oberen Hohlkammerabschnitt wirkende Aufprallkräfte über den Querträger in die an den unteren Hohlkammerabschnitt angeordneten Crashboxen eingeleitet. Dieses stellt somit einen weiteren Lastpfad dar. Neben diesen beiden Lastpfaden verfügt der Stoßfängerquerträger durch seinen unteren Querträger über einen dritten Lastpfad. Der untere Querträger dient zum Vergrößern der Gesamthöhe des Stoßfängerquerträgers und somit gleichermaßen als Fußgängerschutz. Der untere Querträger ist in vertikaler Richtung mit Abstand zu dem unteren Abschluss des unteren Hohlkammerabschnittes des oberen Querträgers angeordnet und mit diesem durch zumindest zwei Verbinderteile verbunden. Auf den unteren Querträger einwirkende Aufprallenergie wird über die beiden Verbinderteile in den unteren Hohlkammerabschnitt des oberen Querträgers eingeleitet. Dieses stellt einen dritten Lastpfad dar.
An der fahrzeugzugewandten Seite des unteren Querträgers können ebenfalls Crashboxen angeschlossen sein. Während die an den unteren Hohlkammerabschnitt des oberen Querträgers angeschlossenen Crashboxen typischerweise an die Längsträger eines Fahrzeuges angeschlossen sind, sind die an den unteren Querträger angeschlossenen Crashboxen fahrzeugseitig beispielsweise an den Achsträgern typischerweise abgestützt. Der dritte Lastpfad wird bei einer solchen Ausgestaltung durch den unteren Querträger und die an diesen angeschlossenen Crashboxen bereitgestellt.
Die Verbinderteile sind gemäß einem Ausführungsbeispiel separate Komponenten, die an den unteren Hohlkammerabschnitt des oberen Querträgers und den unteren Querträger angeschlossen sind. Eine solche modulare Ausgestaltung des Stoßfängerquerträgers erlaubt es, durch Einsatz allein unterschiedlicher Verbinderteile mit ein und demselben oberen Querträger und mit ein und demselben unteren Querträger unterschiedliche Gesamthöhen eines Stoßfängerquerträgers realisieren zu können. Benötigt werden zum Realisieren eines solchen Modul-Stoßfängerquerträgerkonzeptes allein an die unterschiedliche Gesamthöhe des Stoßfängerquerträgers angepasste Verbinderteile.
Mit einem solchen, bezüglich seiner Höhe (z-Richtung) deutlich höheren Stoßfängerquerträger verglichen mit vorbekannten wird den Anforderungen an Kompatibilitäts-Crashtests, insbesondere dem MPDB-Crashtest Genüge getan. Dieses wird durch die aufgrund der größeren Höhe und Breite des Stoßfängerquerträgers und damit seiner größeren Frontfläche durch eine großflächige Energieverteilung bzw. Energieabbau erreicht.
Aufgrund der Höhe des Stoßfängerquerträgers verfügt der obere Querträger über zumindest einen Durchzug. Dieser dient auch zum Durchleiten von Luft, um beispielsweise dahinter befindliche Aggregate, wie etwa einen Kühler oder dergleichen, zu kühlen. Dieser zumindest eine Durchzug erstreckt sich über die Mitte des Stoßfängerquerträgers in Bezug auf seine Längserstreckung (y-Richtung). Neben der vorbeschriebenen Luftdurchlassfunktion kann dieser Durchzug auch dazu genutzt werden, in der Mitte des oberen Querträgers in Richtung seiner Längserstreckung eine Sollknickstelle auszubilden. Es hat sich überraschend gezeigt, dass das Vorsehen einer in der Mitte des oberen Querträgers eines solchen Stoßfängerquerträgers vorgesehene Sollknickstelle das Deformationsverhalten des Stoßfängerquerträgers bei einem Kompatibilitäts-Crashtest mit einer Überdeckung von beispielsweise 800 mm, wie dieses bei derzeitig durchgeführten Kompatibilitäts-Crashtests der Fall ist, verbessert ist, insbesondere, um Aufprallenergie in die seitlichen Schweller des Fahrzeuges einleiten zu können. Bezüglich seiner Breite ist der Stoßfängerquerträger ausgelegt, dass bei einer Beanspruchung entsprechend einem solchen Kompatibilitäts-Crashtest der Endabschnitt des Stoßfängerquerträgers, auf den die Barriere wirkt, zum Rad geführt und die Aufprallenergie über das Rad in den an dieser Seite angeordneten Seitenschweller eingeleitet wird. Ein solches Deformationsverhalten wird durch das Vorsehen einer Sollknickstelle im Bereich der Mitte der Längserstreckung des Stoßfängerquerträgers bzw. zumindest seines oberen Querträgers unterstützt. Das Einleiten von zu absorbierender Crashenergie nicht nur in die Crashboxen und die Längsträger, sondern in die Seitenschweller unterstützt die Sicherheit der Personen in der Fahrgastzelle. Ein solches Crashdeformationsverhalten ist auch zum Fernhalten von Aufprallenergie von den typischerweise im Bodenbereich angeordneten Batteriemodulen bei einem Elektrofahrzeug vorteilhaft. Eine solche Sollknickstelle kann über die Konturierung des Durchzuges somit grundsätzlich ohne zusätzliche Maßnahmen eingerichtet sein, beispielsweise dadurch, dass durch die umlaufende Kontur des Durchzuges und zur Sollknickstelle hin die Höhe des oberen Hohlkammerabschnittes sowie diejenige des unteren Hohlkammerabschnittes abnimmt. Ein solcher Durchzug weist im Bereich seiner Mitte die größte lichte Weite auf, die zu seinen in y-Richtung liegenden seitlichen Abschlüssen abnimmt. Eine solche Sollknickstelle lässt sich auch auf andere Weise erreichen, beispielsweise durch Vorsehen von der Längserstreckung der beiden Hohlkammerabschnitte des oberen Querträgers verlaufende Sicken, die im Bereich der Mitte des oberen Querträgers unterbrochen sind. Auch ein Einsatz von bezüglich ihrer Materialstärke im Bereich der Mitte des oberen Querträgers reduzierten Platinen zum Ausbilden mindestens einer der beiden Schalen kann zu diesem Zweck vorgenommen werden. Auch eine Kombination unterschiedlicher Maßnahmen zum Erzielen einer Sollbruchstelle in der Mitte bzw. im mittleren Bereich des oberen Querträgers ist möglich. Eine verringerte Materialdicke im Bereich der Mitte der Schalen kann beispielsweise durch Einsatz sogenannter Tailor Rolled Blanks oder Tailor Welded Blanks vorgenommen werden. Eine derartige Sollknickstelle kann auch durch Einsetzen von Verstärkungsblechen auf der Innenseite zumindest einer der beiden Schalen mit einer Unterbrechung zwischen diesen im Bereich der Sollbruchstelle bewirkt werden.
Der Abstand der an den unteren Hohlkammerabschnitt des oberen Querträgers angeschlossenen Crashboxen voneinander ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung größer als der Abstand der an den unteren Querträger angeschlossenen Crashboxen. Diese sind, wie üblich, symmetrisch zur Mitte des Stoßfängerquerträgers in y-Richtung angeordnet. Bei einer solchen Ausgestaltung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die zumindest zwei Verbinderteile zum Anschließen des unteren Querträgers an den unteren Hohlkammerabschnitt des oberen Querträgers außenseitig in Bezug auf die y-Richtung zu den Crashboxen des unteren Querträgers an den unteren Querträger und innenseitig bezüglich der Crashboxen des oberen Querträgers an den unteren Hohlkammerabschnitt angeschlossen sind. Aufgrund der oftmals fahrzeugseitig vorgegebenen Geometrie zum Anschluss der Crashboxen sind bei einer solchen Ausgestaltung die Verbinderteile geneigt bzw. weisen bei einer vorderseitigen Ansicht einen weitestgehend S-förmigen Verlauf auf. Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der der Anschluss dieser Verbinderteile an den oberen Querträger in einem Abschnitt erfolgt, in dem in z-Richtung oberhalb des Verbinderteilanschlusses kein Durchzug vorhanden ist. Hierdurch ist eine flächige Kraftübertragung von dem oberen Querträger, und zwar aller seiner Abschnitte in die Verbinderteile und sodann in den unteren Querträger und umgekehrt gewährleistet. Dieses unterstützt die bereits vorstehend angesprochene großflächige Energieverteilung von Aufprallenergie, insbesondere wenn nur ein Teil der Frontfläche des Stoßfängerquerträgers durch einen Aufprall betroffen ist.
Eine solche geneigte bzw. weitestgehend S-förmige Auslegung der Verbinderteile trägt auch zur Versteifung derselben bei Torsionsbeanspruchungen bei.
Diese beiden Verbinderteile sind gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung als jeweils durch zwei Schalen gebildete Verbinderteile ausgeführt. Die beiden Schalen können materialeinheitlich oder auch materialunterschiedlich vorgesehen sein. Diese beiden Schalen sind in ihrem mittleren Abschnitt miteinander verbunden, typischerweise mittels einer Schweißverbindung. Ein solches Verbinderteil verfügt gemäß einer Ausgestaltung über eine erste Verbinderschale mit einem U-förmig ausgeführten mittleren Abschnitt und mit zwei sich zur Vorderseite jeweils eines Querträgers erstreckenden Anschlussabschnitten. Die zweite Verbinderschale dient zum Verschließen des U-förmig ausgeführten mittleren Abschnittes, um in diesem Abschnitt ein geschlossenes Kastenprofil auszubilden. Die zweite Verbinderschale dient zudem zum Komplettieren der Anschlussabschnitte der ersten Verbinderschale zu in x-Richtung geschlossenen Aufnahmen. Die obere Aufnahme dient zum Einsetzen eines unteren Abschnittes des unteren Hohlkammerabschnittes des oberen Querträgers. Die untere Aufnahme dient zum Einsetzen zumindest eines Abschnittes des unteren Querträgers in Bezug auf seine Höhe. Diese Aufnahmen sind somit ebenfalls U-förmig ausgeführt. Die beiden Schenkel einer solchen Aufnahme können an die Vorderseite bzw. Rückseite des jeweils aufgenommenen Querträgers angeschlossen sein. Dieses begünstigt eine Kraftübertragung von einem solchen Verbinderteil in den angrenzenden Querträger und umgekehrt. In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass nur der Anschlussabschnitt der fahrzeugabgewandten Verbinderschale an die fahrzeugabgewandte Schale des oberen Querträgers angeschlossen ist, typischerweise mit einer Schweißverbindung. Der zum Kompetieren dieser oberen Querträgeraufnahme dienende Anschlussabschnitt der fahrzeugzugewandten Verbinderschale ist mit einem geringen Spalt zu der Oberfläche der inneren Schale 4 angeordnet. Erst im Crashfalle wird der untere Hohlkammerabschnitt mit seiner Außenseite an diesen Anschlussabschnitt herangeführt, wodurch dieser in einem solchen Falle das Deformationsverhalten des Stoßfängerquerträgers durch die damit verbundene höhere notwendige Energie, die für eine weitere Deformation benötigt wird, positiv beeinflusst.
Die erste Verbinderschale sitzt gemäß einer Ausführung eines solchen Verbinderteils an der fahrzeugabgewandten Seite, während die zweite Verbinderschale an der fahrzeugzugewandten Seite angeordnet ist.
Angeschlossen sind diese Verbinderteile an die Querträger beispielsweise durch eine Schweißverbindung oder auch durch eine Schraubverbindung.
Zur Versteifung eines solchen Verbinderteils können die erste und/oder die zweite Verbinderschale jeweils zumindest eine ihrer Längserstreckung folgende Versteifungssicke aufweisen. Eine solche Versteifung wirkt nicht nur in x-Richtung, sondern versteift ein solches Verbinderteil sowie den gesamten Stoßfängerquerträger auch bei Torsionsbeanspruchungen.
In einer Weiterbildung eines solchen Stoßfängerquerträgers ist vorgesehen, dass der untere Querträger auch im Bereich seiner Endabschnitte durch zwei weitere Verbinderteile an den unteren Hohlkammerabschnitt des oberen Querträgers angeschlossen ist. Vor allem wenn Crashenergie in die Seitenschweller des Fahrzeuges eingeleitet werden soll, ist eine solche Maßnahme zweckmäßig, da durch diese außenseitig sitzenden Verbinderteile ein Kraftübertragungselement bereitgestellt ist, mit dem die auf den Stoßfängerquerträger einwirkende Kraft aufgrund der Höhenerstreckung dieser Verbinderteile (Erstreckungen in z-Richtung) flächig in das Rad eingeleitet wird und auch dann in das Rad eingeleitet wird, wenn aufgrund des Aufpralls eine gewisse Verstellung des Stoßfängerquerträgers in z-Richtung infolge eines Aufpralls stattgefunden hat. Diese beiden weiteren Verbinderteile befinden sich zu diesem Zweck vorzugsweise an der Rückseite des unteren Querträgers und des oberen Querträgers. Bei diesen Verbinderteilen kann es sich um Hohlkammerprofilabschnitte handeln.
Bei den beiden Schalen zur Ausbildung des oberen Querträgers handelt es sich typischerweise um pressgehärtete Stahlblechplatinen, die zur Ausbildung des oberen Querträgers umfänglich miteinander verbunden sind. Zu diesem Zweck verfügen die Halbschalen jeweils über einen umlaufenden Fügeflansch, mit denen die beiden Halbschalen aneinandergrenzen. Typischerweise sind die beiden Halbschalen umfänglich miteinander verschweißt. Dieses gilt typischerweise auch für den zumindest einen Durchzug, sodass auch die den Durchzug bildenden Wandabschnitte der beiden Schalen typischerweise durch Schweißen umfänglich miteinander verbunden sind.
Bei dem unteren Querträger kann es sich beispielsweise um ein Aluminiumstrangpressprofil handeln. Auch die vorbeschriebenen, an die Endabschnitte angeschlossenen Verbinderteile können stranggepresste Aluminiumprofilabschnitte sein. Ein solchermaßen ausgelegter Stoßfängerquerträger ist gegenüber einem solchen, der ausschließlich aus Stahlblechbauteilen hergestellt ist, gewichtsoptimiert. Eine weitere Gewichtsoptimierung lässt sich erreichen, wenn sämtliche Bauteile des Stoßfängerquerträgers Aluminiumbauteile sind. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf diese vorbeschriebene Materialauswahl der genannten Komponenten beschränkt ist und dass die Erfindung auch mit materialeinheitlichen Bauteilen sowie mit einer anderen Materialauswahl zum Ausbilden der einzelnen Komponenten verwirklicht wird.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

1: eine Vorderseitenansicht eines erfindungsgemäßen Stoßfängerquerträgers,
2: eine Rückseitenansicht des Stoßfängerquerträgers der 1,
3: eine Schnittdarstellung durch den Stoßfängerquerträger der vorstehenden Figuren entlang der Linie A-A der 1,
4: eine schematisierte Unteransicht des an einem Fahrzeug montierten Stoßfängerquerträgers der vorstehenden Figuren nach Durchführen eines Kompatibilitäts-Crashtests mit einer Überdeckung,
5: eine Vorderseitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Stoßfängerquerträgers und
6: eine Rückseitenansicht des Stoßfängerquerträgers der 5.

Ein Stoßfängerquerträger 1 umfasst einen oberen Querträger 2 und einen an diesen angeschlossenen unteren Querträger 3. Der obere Querträger 2 des dargestellten Ausführungsbeispiels ist aus einer äußeren Schale 4 und einer inneren Schale 5 (siehe 2) zusammengesetzt. Die beiden Schalen 4, 5 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel pressgehärtete Stahlblechbauteile. Zwischen den beiden Schalen 4, 5 befindet sich ein Hohlraum. Die beiden Schalen 4, 5 tragen einen umlaufenden, in der Ebene der jeweiligen Schale 4 bzw. 5 abragenden Fügeflansch 6, 7, an denen die beiden Schalen 4, 5 durch Schweißen miteinander verbunden sind. Grundsätzlich eignet sich hierfür jedwedes Schweißverfahren. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Schalen 4, 5 durch Laser-Schweißen miteinander verbunden. Für die umfängliche Verschweißung der beiden Schalen 4, 5 an ihren Fügeflanschen 6, 7 wird ein Laser-Schweißen verwendet, da dieses besonders verzugsarm ist. Der obere Querträger 2 verfügt über einen ersten Durchzug 8, der sich über die Mitte 9 des oberen Querträgers 2 in Richtung seiner Längserstreckung (y-Richtung) erstreckt. Mit Abstand zu dem Durchzug 9 befinden sich in etwa in derselben Höhe des Durchzuges 8 zwei weitere Durchzüge 10, 11.
Die Durchzüge 8, 10, 11 befinden sich in einer Reihe. Durch diese ist der obere Querträger 2 in einen oberen Hohlkammerabschnitt 12 und in einen unteren Hohlkammerabschnitt 13 unterteilt. Zwischen diesen beiden Hohlkammerabschnitten 12, 13 befindet sich der Abschnitt, in dem die Durchzüge 8, 10, 11 angeordnet sind. Die die Durchzüge 8, 10, 11 einfassenden Wandanteile der beiden Schalen 4, 5 sind ebenfalls umlaufend miteinander verschweißt, und zwar bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch MAG-Schweißen. Dieses ermöglicht eine Überbrückung unter Umständen vorhandener Spalte zwischen den zueinander weisenden Kanten der die Durchzüge 8, 10, 11 einfassenden Wandabschnitte. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der obere Querträger 2 einen mittleren Abschnitt auf, der eine größere Höhe (z-Richtung) aufweist als die daran zu den seitlichen Endabschnitten hin angrenzenden Querträgerabschnitte. Der Abschnitt größerer Höhe des Querträgers 2 erstreckt sich in Richtung der Längserstreckung des Querträgers 2 über eine größere Erstreckung als die diesbezügliche Erstreckung des Durchzuges 8.
An den unteren Hohlkammerabschnitt 13 sind rückseitig zwei mit Abstand zueinander angeordnete Crashboxen 14, 15 angeschlossen, von denen in 1 und 2 nur ihre jeweilige Anschlussplatte (base plate) sichtbar ist.
Der Durchzug 8 weist eine Umrissgeometrie nach Art einer Raute auf, da sich dessen größte lichte Weite in der Mitte 9 des oberen Querträgers 2 befindet. Damit nimmt die Höhe der beiden Hohlkammerabschnitte 12, 13 ausgehend von dem seitlichen Abschluss des Durchzuges 8 in Richtung zur Mitte 9 hin ab. Hierdurch ist eine Sollknickstelle bereitgestellt, da der Querträger 2 gegenüber einer Aufnahme von Aufprallenergie gegenüber den daran anschließenden Abschnitten aufgrund der geringeren Höhe der Hohlkammerabschnitte 12, 13 geschwächt ist.
Bei dem unteren Querträger 3 des dargestellten Ausführungsbeispiels handelt es sich um ein stranggepresstes Aluminiumprofil, welches als dreikammeriges Hohlkammerprofil ausgeführt ist. An den unteren Querträger 3 sind ebenfalls zwei Crashboxen 16, 17 angeschlossen, von denen in der Perspektive der Darstellung des Stoßfängerquerträgers 1 in den 1 und 2 nur die jeweilige Anschlussplatte (base plate) erkennbar ist. Der untere Querträger ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit vier Verbinderteilen an den oberen Querträger 2 angeschlossen. Bei diesen Verbinderteilen handelt es sich um zwei innere Verbinderteile 18, 19 sowie zwei äußere Verbinderteile 20, 21.
Die Anordnung der Crashboxen 14 bis 17 an dem oberen Querträger 2 bzw. dem unteren Querträger 3 ist aus der Schnittdarstellung der 3 erkennbar. Die Crashbox 14 ist mit ihrer Anschlussplatte vorgesehen, an einen Längsträger eines Fahrzeuges angeschlossen zu werden. Die Crashbox 16 ist mit ihrer Anschlussplatte vorgesehen, an einen Achsträger eines Fahrzeuges angeschlossen zu werden.
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 das Verbinderteil 18 detaillierter beschrieben. Dieselben Ausführungen gelten gleichermaßen für das Verbinderteil 19. Das Verbinderteil 18 ist aus zwei Schalen zusammengesetzt, und zwar einer ersten Verbinderschale 22 und einer zweiten, als Schließblech bei dieser Ausgestaltung dienenden Verbinderschale 23. Das Verbinderteil 18 ist, wie aus den 1 und 2 erkennbar, außenseitig in y-Richtung bezüglich der an den unteren Querträger 3 angeschlossen Crashbox und innenseitig bezüglich der an den unteren Hohlkammerabschnitt 13 des oberen Querträgers 3 angeschlossene Crashbox 14 an den jeweiligen Querträger 3 bzw. 2 angeschlossen. Die Crashbox 16 weist zur Mitte 9 einen geringeren Abstand auf als die Crashbox 14. Beide Crashboxen 14, 16 sind somit versetzt zueinander angeordnet. Aus diesem Grunde ist das Verbinderteil 18 weitestgehend S-förmig gekrümmt (siehe 1 und 2) und erstreckt sich somit von dem unmittelbar zu dem Anschluss der Crashbox 16 benachbarten Abschnitt des unteren Querträgers 3 zu dem oberen Querträger 2 und ist an diesen in demjenigen Abschnitt des unteren Hohlkammerabschnittes 13 angeschlossen, in dem in z-Richtung kein Durchzug vorhanden ist. Dieser Bereich ist derjenige Abschnitt des oberen Querträgers, in dem seine Höhe von dem mittleren Abschnitt mit größerer Höhe in die beiden angrenzenden Abschnitte geringerer Höhe übergeht. Das Verbinderteil 18 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Stahl mit einer Festigkeit von 600 bis 800 MPa gefertigt. Damit liegt die Materialfestigkeit dieses Verbinderteils 18 zwischen der Festigkeit der pressgehärteten Schalen (1500 MPa) und derjenigen des zur Ausführung des unteren Querträgers 3 verwendeten Materials. Die vorstehenden Materialangaben beziehen sich auf das konkret beschriebene Ausführungsbeispiel. Es versteht sich, dass auch andere Materialien, insbesondere Stahlsorten eingesetzt werden können, selbstverständlich auch Faserverbundwerkstoffe.
Die erste Verbinderschale 22 weist einen mittleren, U-förmig geformten Abschnitt 24 auf. Dieses ist derjenige Abschnitt, der sich zwischen der Unterseite des oberen Querträgers 2 und der Oberseite des unteren Querträgers 3 erstreckt. Dieser Abschnitt 24 geht über in jeweils einen lappenartigen Anschlussabschnitt 24.1, 24.2. Die Anschlussabschnitte 24.1, 24.2 stellen eine Begrenzung einer Querträgeraufnahme dar. Die in z-Richtung weisenden Abschlüsse der Wände des U-förmigen Abschnitts 24 sind an die jeweilige Kontur des daran anzuschließenden Querträgers 2 bzw. 3 angepasst. Die erste Verbinderschale 22 weist an ihrem diesbezüglichen, zu dem Querträger 2 weisenden Ende eine Ausnehmung 25 zur Aufnahme der miteinander verschweißten Fügeflansche 6, 7 auf. Der zu der Öffnungsseite der U-förmigen Auslegung weisende Abschnitt ist konzipiert, damit dieser von der Unterseite der Seitenwand 26 der inneren Schale 5 beabstandet ist. Die oberen Anschlussabschnitte 24.1 sind mit der Vorderseite der fahrzeugabgewandten Schale 4 verschweißt.
Die Kontur dieser den U-förmigen Abschnitt 24 in Richtung zu dem unteren Querträger 3 begrenzenden Wand ist gerade. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt diese Wand an der Oberseite des unteren Querträgers 3 nicht an (siehe 3). Die zweite Verbinderschale 23 dient zum Verschließen des U-förmigen Abschnittes 24 der ersten Verbinderschale 22, um auf diese Weise ein Kastenprofil auszubilden. Zugleich ist die zweite Verbinderschale 23 mit einer solchen Länge ausgeführt, dass diese bis über die Rückseite der inneren Schale 5 des unteren Hohlkammerabschnittes 13 des oberen Querträgers 2 und die Rückseite des unteren Querträgers 3 geführt ist. Dadurch werden die durch die erste Verbinderschale 22 vorbereiteten Querträgeraufnahmen komplettiert, sodass zwei in y-Richtung offene, jedoch in x-Richtung geschlossene Querträgeraufnahmen bereitgestellt sind, in die, wie vorstehend bereits ausgeführt, die Querträger 2, 3 eingesetzt sind. Auch die an die Rückwand des oberen Querträgers 3 grenzenden Abschnitte der zweiten Verbinderschale 23 sind mit dieser schweißverbunden. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel vor dem Hintergrund der Herstellbarkeit, insbesondere mit Verweis auf etwaig erforderliche oder sich ergebende enge Toleranzen, vorgesehen, dass die nach oben abragenden lappenartigen Abschnitte der ersten Verbinderschale 22 beabstandet zur inneren Schale 5 des oberen Querträgers 2, 2.1 geführt sind. Durch die Beabstandung wird zudem gewährleistet, dass störende Frequenzprobleme in Gestalt von Vibrationen oder Klappergeräuschen unterbunden sind. Die Querträgeraufnahme für den unteren Querträger 3 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel so ausgeführt, dass der Querträger 3 darin fast vollständig bezüglich seiner Höhe aufgenommen ist. Der untere Querträger 3 ist an das Verbinderteil 18 mittels eines Befestigungsbolzens (in den Figuren nicht dargestellt) befestigt. Die beiden Verbinderschalen 22, 23 verfügen zu diesem Zweck über die Querträgeraufnahme hineingerichtete Verprägungen 26, 27. Der in den Figuren nicht dargestellte Befestigungsbolzen durchgreift den unteren Querträger 3 in der mittleren, in 3 erkennbaren Hohlkammer. Der Abstand der beiden, die mittlere Hohlkammer begrenzenden Profilkammern ist so gewählt, dass ein Einsatz von Hülsen zum Aussteifen des unteren Querträgers 3 im Zusammenhang mit einer Verschraubung an den unteren Anschlüssen der Verbinderteile 18, 19 nicht erforderlich ist.
Aus den 1 und 2 ist erkennbar, dass die erste Verbinderschale 22 an ihrer fahrzeugabgewandten Seite eine dem S-förmigen Verlauf folgende Versteifungssicke eingeprägt ist. Die zweite Verbinderschale 23 verfügt über zwei parallel zueinander verlaufende Versteifungssicken, die ebenfalls der Längserstreckung der Verbindungsteile folgen.
4 zeigt den Stoßfängerquerträger 1 nach Durchführen eines Kompatibilitäts-Crashtests mit einer Überdeckung, angeschlossen an ein nur mit bestimmten Einzelteilen gezeigtes Fahrzeug mit Blickrichtung von unten. An dem in 4 unteren, weniger deformierten Abschnitt des Stoßfängerquerträgers 1 sind die Crashboxen 14 und 16, angeschlossen an das Fahrzeug, erkennbar. Deutlich erkennbar ist zudem das Verbinderteil 20. Die Barriere wirkte mit ihrer Überdeckung auf den in 4 gezeigten oberen Abschnitt des Stoßfängerquerträgers 1. Zu erkennen ist, dass der obere Querträger 2 im Bereich seiner Mitte eingeknickt, ebenso wie der untere Querträger 3. Aufgrund des Aufpralls sind die Crashboxen 15, 17 zusammengeschoben und der Stoßfängerquerträger 1 in Richtung zu dem diesseitigen Fahrzeugrad 28 deformiert. Das Verbindungsteil 21 wirkt gegen das Fahrzeugrad 28 bzw. seine Felge, welches, wie durch die Blockpfeile angedeutet, die aufgenommene Aufprallenergie in den Seitenschweller 29 des Fahrzeuges einleitet. Von Bedeutung ist, dass die Fahrgastzelle trotz der beträchtlichen Aufprallenergie nahezu undeformiert geblieben ist. Dieses Deformationsverhalten ist auch vorteilhaft, wenn an den Schweller 29 ein Batteriegehäuse mit Batteriemodulen angrenzt oder daran angeschlossen ist. Aus diesem Grunde bleiben auch die in einem solchen Batteriegehäuse eingehausten Batteriemodule bei einem solchen Aufprall unbeschädigt. Allenfalls können geringe Deformationen am Au-ßenprofil des Batteriegehäuses festgestellt werden.
5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stoßfängerquerträgers 1.1. Dieser ist genauso aufgebaut wie der Stoßfängerquerträger 1, unterscheidet sich von dem Stoßfängerquerträger 1 nur dadurch, dass dessen unterer Querträger 3 nicht zusätzlich noch mit im Endbereich angeordneten Verbinderteilen an den oberen Querträger 2.1 angeschlossen ist.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Möglichkeiten die Erfindung umzusetzen, ohne dass dieses im Rahmen dieser Ausführungen im Einzelnen näher erläutert werden müsste.
Bezugszeichenliste

1, 1.1: Stoßfängerquerträger
2, 2.1: Oberer Querträger
3, 3.2: Unterer Querträger
4: Äußere Schale
5: Innere Schale
6: Fügeflansch
7: Fügeflansch
8: Durchzug
9: Mitte
10: Durchzug
11: Durchzug
12: Oberer Hohlkammerabschnitt
13: Unterer Hohlkammerabschnitt
14: Crashbox
15: Crashbox
16: Crashbox
17: Crashbox
18: Verbinderteil
19: Verbinderteil
20: Verbinderteil
21: Verbinderteil
22: Erste Verbinderschale
23: Zweite Verbinderschale
24: Abschnitt
24.1: Anschlussabschnitt
24.2: Anschlussabschnitt
25: Ausnehmung
26: Verprägung
27: Verprägung
28: Fahrzeugrad
29: Seitenschweller

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 102017118514 B3 [0004, 0006]

Claims

Stoßfängerquerträger für ein Fahrzeug, welcher Stoßfängerquerträger (1, 1.1) einen aus einer äußeren, fahrzeugabgewandten Schale (4) und einer inneren, fahrzeugzugewandten Schale (5) bereitgestellten Querträger (2, 2.1) aufweist, welche beiden Schalen (4, 5) entlang ihres Umfanges miteinander verbunden sind, welcher Querträger (2, 2.1) einen in Richtung seiner Längserstreckung ausgerichteten und sich über seine Mitte (9) bezüglich seiner Längserstreckung (y-Richtung) erstreckenden Durchzug (8) aufweist, durch den der Querträger (2, 2.1) in einen oberen Hohlkammerabschnitt (12) und einen unteren Hohlkammerabschnitt (13) unterteilt ist, und an dessen unteren Hohlkammerabschnitt (13) an seiner fahrzeugzugewandten Seite mit Abstand zueinander angeordnete Crashboxen (14, 15) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßfängerquerträger (1, 1.1) über einen zweiten, in z-Richtung von dem unteren Hohlkammerabschnitt (13) beabstandeten unteren Querträger (3, 3.1) verfügt, der mit zumindest zwei Verbinderteilen (18, 19) an den unteren Hohlkammerabschnitt (13) des anderen Querträgers (2, 2.1) angeschlossen ist und der an den an seiner fahrzeugzugewandten Seite mit Abstand zueinander Crashboxen (16, 17) angeschlossen sind.
Stoßfängerquerträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an den unteren Querträger (3) angeschlossen Crashboxen (16, 17) einen geringeren Abstand zueinander haben als die an den unteren Hohlkammerabschnitt (13) angeschlossenen Crashboxen (14, 15) des oberen Querträgers (2).
Stoßfängerquerträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Querträger (3) mit zwei durch zwei Schalen (22, 23) gebildete Verbinderteile (18, 19) an den unteren Hohlkammerabschnitt (13) des oberen Querträgers (2, 2.1) angeschlossen sind.
Stoßfängerquerträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein solches Verbinderteil (18, 19) eine erste Verbinderschale (22) mit einem U-förmig ausgeführten mittleren Abschnitt (24) und mit zwei sich bis zur Vorderseite jeweils eines Querträgers (2, 3, 2.1, 3.1) erstreckenden Anschlussabschnitten und eine zweite Verbinderschale (23) zum Verschließen des mittleren Abschnittes (24) der ersten Verbinderschale (22) und zum Komplettieren der Anschlussabschnitte zu in x-Richtung geschlossene Aufnahmen zum Einsetzen eines unteren Abschnittes des unteren Hohlkammerabschnittes (13) in die obere Aufnahme und zum Einsetzen zumindest eines Teils des unteren Querträgers (3, 3.1) in die untere Aufnahme aufweist.
Stoßfängerquerträger nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbinderschale (22) die an der fahrzeugabgewandten Seite sitzende Schale ist.
Stoßfängerquerträger nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Anschlussabschnitt der ersten Verbinderschale (22) eine Ausnehmung (25) zum Bereitstellen eines Eingriffraumes für einen in z-Richtung von dem unteren Hohlkammerabschnitt (13) abragenden Fügeflansch (6, 7) aufweist.
Stoßfängerquerträger nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Verbinderschale (23) bis zur Rückseite jeweils eines Querträgers (2, 3, 2.1, 3.1) erstreckt.
Stoßfängerquerträger nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbinderschale (22) und/oder die zweite Verbinderschale (23) eines Verbinderteils jeweils zumindest eine ihre Längserstreckung folgende Versteifungsdicke aufweisen.
Stoßfängerquerträger nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbinderteile (18, 19) an den unteren Querträger (3) in y-Richtung außenseitig zu seinen Crashboxen (16, 17) und an den unteren Hohlkammerabschnitt (13) innenseitig zu dessen Crashboxen (14, 15) angeschlossen sind.
Stoßfängerquerträger nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Querträger (3) zusätzlich mit zwei weiteren Verbinderteilen (20, 21) mit dem oberen Querträger (2) verbunden ist, welche weiteren Verbinderteile (20, 21) im äußeren Endabschnitt der beiden Querträger (2, 3) an diese angeschlossen sind.
Stoßfängerquerträger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese weiteren Verbinderteile (20, 21) Hohlkammerprofilabschnitte sind, die an die Rückseite der beiden Querträger (2, 3) angeschlossen sind.
Stoßfängerquerträger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stoßfängerquerträger (1, 1.1) in y-Richtung so weit nach außen erstreckt, dass bei einer Krafteinleitung entsprechend einem Kompatibilitäts-Crashtest mit teilweiser Überdeckung der aufprallbeanspruchte äußere Abschluss des Stoßfängerquerträgers (1, 1.1) an das Fahrzeugrad (28) geführt wird.
Stoßfängerquerträger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Querträger (2, 2.1) mehrere, in einer Reihe angeordnete Durchzüge (8, 10, 11) aufweist.
Stoßfängerquerträger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Querträger (2, 2.1) im Bereich seiner Mitte (9) in y-Richtung eine Sollknickstelle aufweist.
Stoßfängerquerträger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollknickstelle durch eine Verjüngung des oberen und unteren Hohlkammerabschnittes (12, 13) in z-Richtung und somit eine entsprechende Vergrößerung des in diesem Bereich befindlichen Durchzuges (8) in z-Richtung bereitgestellt ist.
Stoßfängerquerträger nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden den oberen Querträger (2, 2.1) bildenden Halbschalen (4, 5) pressgehärtete Stahlblechteile sind.
Stoßfängerquerträger nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Querträger (3, 3.1) ein Leichtmetallhohlkammerprofil, insbesondere ein solches aus einer Aluminiumlegierung ist.
Stoßfängerquerträger nach einem Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden jeweils durch zwei Schalen (22, 23) gebildeten Verbinderteile (18, 19) Stahlblechteile mit einer Materialgüte sind, die zwischen der Festigkeit der beiden Schalen des oberen Querträgers (2, 2.1) und der geringeren Festigkeit des unteren Querträgers liegt.
Stoßfängerquerträger nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Verbinderteile (20, 21) Leichtmetallhohlkammerprofilabschnitte, insbesondere solche aus einer Aluminiumlegierung sind.