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Die Erfindung betrifft einen Stoßfängerquerträger für ein Kraftfahrzeug mit einem sich quer zur Fahrzeuglängsachse erstreckenden Querträger und mit zwei daran angeschlossenen, als Hohlkammerprofile ausgebildeten Crashboxen, von denen jeweils eine in jeweils einem Endabschnitt mit ihrem vom Fahrzeug jeweils wegweisenden Ende an den Querträger angeschlossen ist und mit ihrem zum Fahrzeug weisenden Ende an ein dem Fahrzeug zugehöriges Strukturbauteil, etwa an einen Längsträger anschließbar ist
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Ein Stoßfängerquerträger dient dem Schutz von fahrzeugseitig hinter dem Stoßfängerquerträger befindlichen Aggregaten sowie des Fahrgastraumes im Falle eines insbesondere frontalen Zusammenstoßes. Der Stoßfängerquerträger verfügt über einen Querträger, der sich mit seiner Längserstreckung quer zur Fahrtrichtung (x-Richtung) des Fahrzeuges somit in y-Richtung erstreckt. An den Querträger sind in seinen beiden Endabschnitten Energieabsorptionsbauteile, sogenannte Crashboxen, angeschlossen. Diese sind an der Rückseite des Querträgers mit ihrem vom Fahrzeug wegweisenden Ende abgestützt. Das andere Ende der Crashbox weist in Richtung zu dem Fahrzeug und ist an ein Strukturbauteil des Fahrzeuges, typischerweise einen Längsträger anschließbar bzw. angeschlossen. Teil einer solchen Crashbox ist in vielen Fällen eine Grundplatte, eine sogenannte Baseplate, an ihrem zum Fahrzeug weisenden Ende. Eine solche Baseplate ragt mit ihrer Flächenerstreckung über die Mantelfläche der Crashbox nach Art eines Flansches aus. In diesen sind Montageöffnungen eingebracht, um den Stoßfängerquerträger an dem fahrzeugseitigen Strukturbauteil anzuschließen.
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Crashboxen dienen zur Absorption von Aufprallenergie durch definiertes Umformen derselben. Somit wird die aufzunehmende Energie in Umformenergie umgewandelt. Crashboxen können aus einer hierfür geeigneten Aluminiumlegierung, dann typischerweise als Hohlkammerprofile hergestellt sein. Crashboxen können auch aus Stahlbauteilen hergestellt sein, dann typischerweise durch zwei mit ihren längsseitigen Stößen aneinandergrenzenden Halbschalen, zumeist U-förmig im Querschnitt.
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Stahlcrashboxen weisen typischerweise Strukturen auf, die eine Faltenbildung beeinflussen, beispielsweise Sicken oder dergleichen.
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Unabhängig davon, aus welchem Material und wie eine solche Crashbox konzipiert ist, muss die darauf einwirkende Kraft eine gewisse Initialisierungsgröße überschreiten, damit die gewünschte Deformation über die Länge der Crashbox bei anhaltender Krafteinwirkung stattfindet. In einem Kraft-Weg-Diagramm, dass das Verformungsverhalten einer solchen Crashbox im Falle einer Energieabsorption darstellt, macht sich dieses in einem deutlich erkennbaren Anfangspeak bemerkbar. Mitunter wird bei einer solchen Crashbox der Anfangspeak nur mit einer Kraft erreicht, die größer als die für die jeweilige Anwendung zulässige Kraft ist. Aus diesem Grunde hat man versucht, die Höhe eines solchen Anfangspeaks und damit die erforderliche Initialisierungskraft dadurch zu reduzieren, dass die Crashbox in Längserstreckung Bereiche aufweist, für deren Deformation eine unterschiedliche Energie benötigt wird. Beispielsweise kann eine solche Crashbox an seiner an den Querträger eines solchen Stoßfängerquerträgers angrenzenden Anfangsabschnitt mit einer geringeren Wandstärke ausgebildet sein als in den in Richtung zum Fahrzeug anschließenden Bereichen. Aufgrund der reduzierten Wandstärke ist die Höhe eines solchen Anfangspeaks naturgemäß reduziert. Auch besteht die Möglichkeit, durch ortsselektive Erwärmung Bereiche einer solchen Crashbox mit einer geringeren Festigkeit einzustellen, so dass in diesen die Deformation einsetzt und aufgrund der geringeren Festigkeit in diesem Abschnitt nur eine geringere Kraft anliegen muss, um den Anfangspeak zu überwinden.
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Diese vorbekannten Maßnahmen erfordern jedoch entweder eine aufwendige Gestaltung der Crashboxen oder zusätzliche Prozessschritte.
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Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zu Grunde, einen eingangs genannten, gattungsgemä-ßen Stoßfängerquerträger dergestalt weiterzubilden, dass grundsätzlich ohne besondere, die Festigkeitseigenschaften einer solchen Crashbox beeinflussende Maßnahmen der Stoßfängerquerträger dennoch einen bezüglich seiner Höhe reduzierten Anfangspeak bei einer Energieabsorption aufweist.
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Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen eingangs genannten, gattungsgemäßen Stoßfängerquerträger, bei dem die Crashboxen mit ihren Stirnflächen nur abschnittsweise an der Rückseite des Querträgers abgestützt sind, und zwar dergestalt, dass die Abstützung entweder im oberen und unteren Stirnflächenbereich oder in den beiden seitlichen Stirnflächenbereichen durchgängig oder zumindest weitestgehend durchgängig ist, während eine Abstützung der jeweils anderen Stirnflächenbereiche nur abschnittsweise vorgesehen oder nicht vorhanden ist, wobei der Abstand der nicht an der Rückseite des Querträgers abgestützten Stirnflächenbereiche der Crashboxen von der Rückseite des Querträgers so eingerichtet ist, dass erst nach einer ersten Phase einer Energieabsorption mit Verformung der Crashbox die zum Querträger weisende Stirnfläche vollflächig an dessen Rückseite abgestützt ist.
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Bei diesem Stoßfängerquerträger sind die Crashboxen mit ihren zu dem Querträger weisenden Stirnseiten nur abschnittsweise an der Rückseite des Querträgers abgestützt. Durch diese nur abschnittsweise Abstützung erfolgt eine Krafteinleitung von dem Querträger in die zu diesem weisende Stirnseite einer solchen Crashbox zunächst nur in denjenigen Stirnseitenabschnitten, die an der Rückseite des Querträgers abgestützt sind. Eine solche bezüglich der Umfangserstreckung der Stirnseite einer solchen Crashbox zunächst nur abschnittsweise Einleitung von zu absorbierender Energie führt zu einer Kraftkonzentration auf die abgestützten Stirnseitenbereiche, so dass in einer ersten Phase der Deformation nur die an die abgestützten Stirnseitenbereiche grenzenden Abschnitte der Crashbox deformiert werden. Mithin wird in dieser ersten Phase einer Energieabsorption die Energie nicht umlaufend in die zu dem Querträger weisende Stirnseite der Crashbox eingeleitet. Wenn eine Deformation in den abgestützten Stirnseitenbereichen begonnen hat, liegen auch die zunächst nicht abgestützten Stirnflächenseiten an der Rückseite des Querträgers an, so dass dann eine Krafteinleitung umfänglich in die Crashbox erfolgt. Aufgrund dieses besonderen Wirkzusammenhanges kann der Anfangspeak in einem Kraft-Weg-Diagramm signifikant reduziert werden. Eine solche Abstützanordnung lässt sich durch entsprechende Konturierung der zum Querträger weisenden Stirnfläche der Crashbox einstellen.
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Eine solche Abstützung der zum Querträger weisenden Stirnseite einer solchen Crashbox erfolgt jeweils in den einander in z- bzw. y-Richtung gegenüber liegenden Stirnseitenbereichen in gleicher Weise. Entweder sind die oberen und unteren Stirnflächenbereiche oder die beiden seitlichen Stirnflächenbereiche durchgängig oder zumindest weitestgehend durchgängig an der Rückseite des Querträgers abgestützt. Das jeweilig andere Flächenpaar bzw. Stirnseitenpaar ist je nach Auslegung des Stoßfängerquerträgers nur abschnittsweise an der Rückseite des Querträgers abgestützt oder überhaupt nicht. Von Besonderheit dieser Auslegung des Stoßfängerquerträgers ist, dass über das Maß der Abstützung in den nicht durchgängig oder zumindest weitestgehend nicht durchgängig abgestützten Stirnseitenbereichen Einfluss auf die den Anfangspeak definierende Deformationsinitialisierungskraft genommen werden kann. Somit kann allein durch entsprechende Konturierung der zum Querträger weisenden Stirnfläche einer solchen Crashbox durch Vorsehen einer längeren oder kürzeren Abstützlänge entsprechender Einfluss genommen werden.
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Bei einem solchen Stoßfängerquerträger ist, da grundsätzlich keine zusätzlichen Verfahrensschritte für dessen Herstellung durchgeführt und auch keine speziellen Crashboxen verwendet werden müssen, sind die Herstellungskosten gegenüber herkömmlichen Anbindungen einer Crashbox an den Querträger eines Stoßfängerquerträgers nicht erhöht, jedenfalls nicht nennenswert höher. Die Konturierung der zu dem Querträger weisenden Stirnseite einer solchen Crashbox kann, wenn diese aus zwei pressungeformten Halbschalen zusammengesetzt ist, bereits beim Stanzen oder Ausschneiden der Platinen aus einer Blechtafel vorgenommen werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung eines solchen Stoßfängerquerträgers ist bei den beiden Crashboxen jeweils der obere und untere Stirnseitenbereich durchgängig oder zumindest weitestgehend durchgängig. Die beiden seitlichen, in y-Richtung weisenden Stirnseitenbereiche sind, wenn überhaupt, nur abschnittsweise an dem Querträger abgestützt.
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Die vorbeschriebene Abstützung der Crashboxen an dem Querträger lässt sich auch bei solchen Querträger realisieren, die eine in Hochrichtung (z-Richtung) ausgerichtete Wellenstruktur aufweisen. Mitunter werden auch derartige Querträger eingesetzt, da diese über ihre Wellenstruktur eine höhere Steifigkeit aufweisen. Die Ausrichtung der Wellenstruktur in Hochrichtung bedingt, dass die Wellenstruktur der Längserstreckung des Querträgers folgende Scheitelstrukturen umfasst, und zwar zumindest drei gleichsinnige Scheitelstrukturen, und somit drei in dieselbe Richtung weisende Scheitelstrukturen. Zwei benachbarte Scheitelstrukturen sind jeweils durch eine gegenüber einer Horizontalen geneigte Flanke miteinander verbunden. Bei einem solchen Querträger ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der obere und untere Stirnseitenbereich jeder Crashbox an einer solchen Flanke abgestützt ist, und zwar vorzugsweise an einer in Hochrichtung weisenden Flanke. Bei einer solchen Auslegung weist die obere Flanke, an der der obere Stirnseitenbereich abgestützt ist, in Hochrichtung. Die untere Flanke, an der der untere Stirnseitenbereich abgestützt ist, weist in Hochrichtung nach unten. Bei einer solchen Auslegung sind die an den in Hochrichtung weisenden Flanken abgestützten oberen und unteren Stirnseitenbereiche leicht zugänglich, um entlang dieser abgestützten Stirnseitenbereiche die Crashbox mit der Rückseite des Querträgers stoffschlüssig zu verbinden, und zwar typischerweise durch Verschweißen der beiden Teile miteinander. Vorzugsweise tragen die seitlichen Stirnseitenbereiche der Crashboxen eine in Richtung zur Rückseite des Querträgers abragende Stützlasche. Diese greift ein in eine zwischen den beiden äußeren Scheitelstrukturen liegende Scheitelstruktur. In dieser ist die Stützlasche allerdings nur an den beiden zueinander weisenden Flanken abgestützt, mit denen diese mittlere Scheitelstruktur mit den beiden äußeren Scheitelstrukturen verbunden ist. Je nachdem wie lang die Kontaktfläche einer solchen Stützlasche mit einer solchen Flanke des Querträgers ist, kann das Deformationsverhalten in der ersten Phase eines Deformationsprozesses beeinflusst werden. Somit sind bei einer solchen Auslegung des Stoßfängerquerträgers zumindest die zu der Crashbox weisenden Scheitelstrukturen nicht an der Stirnseite der Crashbox abgestützt. Eine Abstützung in den nicht abgestützten Stirnseitenbereichen der Crashbox erfolgt nach einer ersten Deformationsphase, wenn eine Deformation in der Crashbox über die abgestützten Stirnseitenbereiche bereits initialisiert worden ist.
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Bei den im Rahmen dieser Ausführung benutzten Richtungsangaben - x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung - handelt es sich um die bei einem Fahrzeug üblicherweise verwendeten Richtungsangaben. Die x-Richtung entspricht der Fahrzeuglängserstreckung. Die y-Richtung ist die Quererstreckung des Fahrzeuges in Richtung seiner Breite. Die z-Richtung ist die Hochrichtung.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1: Eine perspektivische Darstellung eines Stoßfängerquerträgers,
- 2: einen Querschnitt durch den Stoßfängerquerträger der 1 mit einer Schnittlinie in der Mitte seiner Längserstreckung mit Blickrichtung auf das in 1 gezeigte linke Ende und
- 3: ein Kraft-Weg-Diagramm, darstellend das anfängliche Verformungsverhalten des Stoßfängerquerträgers.
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Ein Stoßfängerquerträger 1 umfasst einen Querträger 2, an den im Bereich seiner Enden jeweils eine Crashbox 3, 3.1 angeschlossen ist. Der Querträger 2 des Stoßfängerquerträgers 1 weist eine in z-Richtung ausgerichtete Wellenstruktur auf. Die Profilierung der Wellenstruktur erstreckt sich mit ihren Scheitelstrukturen in Längserstreckung des Querträgers 2. Bei dem Querträger 2 handelt es sich um ein pressumgeformtes Stahlbauteil.
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Die Crashbox 3 - die Crashbox 3.1 ist identisch aufgebaut - ist aus zwei aus jeweils einer Stahlplatine pressumgeformten U-förmigen Halbschalen 4, 4.1 zusammengesetzt. Die beiden Halbschalen 4, 4.1 grenzen mit ihren längsseitigen Stößen aneinander und sind an dieser Stelle miteinander verschweißt. An dem zu ein in den Figuren nicht dargestellten Fahrzeug weisenden Ende trägt die Crashbox 3 eine sogenannte Baseplate 5, mit der der Stoßfängerquerträger 1 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an einen fahrzeugseitigen Längsträger angeschlossen wird.
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Aufgrund der aus 1 erkennbaren Profilierung des Querträgers 2 in Hochrichtung ist, wie aus 2 erkennbar, auch die zur Rückseite des Querträgers 2 weisende Stirnseite der Crashbox 3 entsprechend profiliert.
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Wie ebenfalls aus 2 deutlicher als in 1 zu erkennen, verfügt die Wellenstruktur des Querträgers 3 über drei vom Fahrzeug wegweisende positive Scheitelstrukturen 6, 6.1, 6.2 sowie über zwei dazwischen befindliche negative Scheitelstrukturen 7, 7.1 als Vertiefungen gegenüber den positiven Scheitelstrukturen 6, 6.1, 6.2. In Richtung zur Crashbox 3 stellen die negativen Scheitelstrukturen 7, 7.1 die positiven Scheitelstrukturen dar und die Scheitelstrukturen 6, 6.1, 6.2 negative Scheitelstrukturen, da diese gegenüber den Scheitelstrukturen 7, 7.1 zurückspringen. Benachbarte Scheitelstrukturen sind durch jeweils eine Flanke 8, 8.1, 8.2, 8.3 miteinander verbunden. Diese Flanken 8, 8.1, 8.2, 8.3 sind gegenüber der Horizontalen geneigt, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa mit 30 Grad.
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Die Konturierung der zum Querträger 2 weisenden Stirnseite der Crashbox 3 ist so konzipiert, dass der obere, durch die obere Wand 9 bereitgestellte Stirnseitenbereich 10 und der untere, durch die untere Wand 11 bereitgestellte Stirnseitenbereich 12 über ihre Erstreckung in y-Richtung an jeweils einer in Hochrichtung weisenden Flanke 8, 8.3 abgestützt und mit dieser durch eine Schweißverbindung gefügt sind. Der Bereich der Abstützung des oberen und unteren Stirnseitenbereiches 10, 12 an der Flanke 8 bzw. 8.3 ist in 2 durch jeweils einen Blockpfeil kenntlich gemacht. Die zu der Crashbox 3 weisende Scheitelstruktur 7, 7.1 ist hingegen nicht an der komplementären Kontur 13, 13.1 in der Stirnflächengestaltung der Crashbox 3 abgestützt.
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Die beiden Seitenwände 14 der Crashbox 3, von denen in 1 nur die Seitenwand 14 erkennbar ist, tragen in Richtung der Längserstreckung der Crashbox 3 eine in Richtung zu dem Querträger 2 abragende Stützlasche 15. Diese greift ein in die aus Blickrichtung der Crashbox 3 zwischen den Scheitelstrukturen 7, 7.1 befindliche negative Scheitelstruktur 6.1 ein. Die Stützlasche 15 ist bezüglich ihrer in 2 erkennbaren Umrissgeometrie ausgelegt, dass diese nur an den zueinander weisenden geneigten Flanken 8, 8.2 abgestützt ist. Auch diese Abstützbereiche sind durch jeweils einen Blockpfeil kenntlich gemacht. Der zu dem Querträger 2 weisende Scheitel der Stützlasche 15 ist wiederum von der Scheitelstruktur 6.1 beabstandet.
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Im Falle einer Absorption von Aufprallenergie, wie in 2 durch den Blockpfeil angedeutet, wird die Aufprallenergie zunächst nur in die an den Flanken 8, 8.1, 8.2, 8.3 befindlichen Stirnseitenbereiche in die Crashbox 3 eingebracht. Erst wenn die unmittelbar an der Rückseite des Querträgers 2 abgestützten Stirnseitenbereiche begonnen haben sich zu deformieren, mithin in Richtung zur Baseplate 5 verformt sind, gelangen die Scheitelstrukturen 6, 7, 7.1 mit ihrer zu der Crashbox 3 weisenden Seiten zur Anlage an den Komplementärgeometrien 13, 13.1 sowie dem Scheitel der Stützlasche 15 zur Anlage. Erst dann wird die Crashbox 3 zur weiteren Energieabsorption über ihre gesamte zum Querträger 2 weisende Querschnittsfläche verformt.
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Die in 2 gezeigte Auslegung der Abstützung der Crashbox 3 mit ihrer vom Fahrzeug wegweisenden Stirnseite an der Rückseite des Querträgers 2 lässt erkennen, dass der Abstand zwischen den Scheitelstrukturen 7, 7.1 zu den Komplementärgeometrien 13, 13.1 der Crashbox 3 geringer ist als der Abstand des Scheitels der Stützlasche 15 zu der Scheitelstruktur 6.1. Damit ist eine anfängliche Krafteinleitung, bis eine Krafteinleitung in die vollständige Querschnittsfläche der Crashbox eingeleitet wird, von dem Querträger 2 die Crashbox 3 dreistufig ausgelegt. Während zu Beginn einer Deformationsphase Energie nur über die oberen und unteren Stirnseitenbereiche 10, 12 in die Crashbox 3 eingeleitet wird, gelangen die Scheitel 7, 7.1 nach einer ersten Deformationsphase der Crashbox 3 zur Anlage an den Komplementärgeometrien 13, 13.1 der Crashbox 3, so dass dann auch diese Abstützbereiche in die weitere Deformation einbezogen werden. Erst nach einer weiteren Deformation gelangt dann die zu der Crashbox 3 weisende Seite der Scheitelstruktur 6.1 zur Anlage an dem Scheitel der Stützlasche 15. Anschließend erfolgt eine Krafteinleitung in die Crashbox 3 über ihre gesamte Querschnittsgeometrie.
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Die vorbeschriebene Auslegung des Stoßfängerquerträgers 1 resultiert in einem deutlich reduzierten Anfangspeak, trägt man das vorstehend beschriebene Deformationsverhalten in ein Kraft-Weg-Diagramm ein. Ein solches ist bezüglich des Stoßfängerquerträgers 1 in 3 gezeigt. Dieses zeigt das Verformungsverhalten im Bereich der Crashbox 4. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel war das Ziel, dass eine Maximalkraft von 140 kN nicht überschritten werden durfte. Dieses Ziel ist aufgrund der besonderen Konzeption der Abstützung der Crashboxen 3, 3.1 an der Rückseite des Querträgers 2 gelungen.
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Der Kurve (durchgezogene Linienführung), die das Deformationsverhalten der Crashbox 3, angeschlossen an die Rückseite des Querträgers 2 zeigt, ist eine Kurve (gestrichelte Linienführung) gegenüber gestellt, die Verformung einer Crashbox zeigt, wenn diese über ihre gesamte, zur Rückseite desselben Querträgers weisende Stirnfläche an diesem Querträger abgestützt ist. Die für die Initialdeformation erforderliche Kraft liegt bei einem solchermaßen konzipierten Stoßfängerquerträger deutlich über der für den beschriebenen Fall zugelassenen Kraft von 140 kN. Der Anfangspeak ist bei dieser Ausgestaltung prägnant ausgebildet.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Realisieren lässt sich die beschriebene Abstützanordnung der Crashboxen an dem Querträger beispielsweise auch, wenn der Querträger eine hutförmige Querschnittsprofilierung aufweist, vor allem dann, wenn die Schenkel gegeneinander geneigt sind und sich somit die Hohlkammer von der Crashbox wegweisend weiter öffnet. Der obere und der untere Stirnseitenbereich der Crashbox sind dann an diese Flanken angeschlossen. Der die Flanken verbindende Steg des Querträgers ist zumindest bereichsweise von der Stirnfläche der Crashbox im Bereich seiner Seitenwände beabstandet.
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Für einen Fachmann ergeben sich zahlreiche weitere Möglichkeiten, die Erfindung umzusetzen, ohne dass dieses im Rahmen dieser Ausführungen im Einzelnen ausgeführt werden müsste.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stoßfängerquerträger
- 2
- Querträger
- 3, 3.1
- Crashbox
- 4, 4.1
- Halbschale
- 5
- Baseplate
- 6, 6.1, 6.2
- Scheitelstruktur
- 7, 7.1
- Scheitelstruktur
- 8, 8.1 - 8.3
- Flanke
- 9
- Wand
- 10
- oberer Stirnseitenbereich
- 11
- Wand
- 12
- unterer Stirnseitenbereich
- 13, 13.1
- Komplementärkontur
- 14
- Seitenwand
- 15
- Stützlasche
