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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stoßfängeranordnung aufweisend einen Querträger, welcher über Crashboxen an einem Kraftfahrzeug gekoppelt ist, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik sind Stoßfängeranordnungen bekannt, die frontseitig oder endseitig an einem Kraftfahrzeug angeordnet sind. Diese Stoßfängeranordnungen dienen der Umwandlung von Crashenergie in Umformarbeit im Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs auf einen Gegenstand.
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Solche Stoßfängeranordnungen weisen zumeist einen Querträger auf, der sich im Wesentlichen in Kraftfahrzeugquerrichtung erstreckt und zumeist eine Breite aufweist, die im Wesentlichen dem Kraftfahrzeug selbst entspricht bzw. geringfügig kleiner ist. Ein solcher Querträger ist über Crashboxen mit dem Kraftfahrzeug verbunden. Die Crashboxen sind zumeist frontseitig an Längsträger, im Falle einer vorderen Stoßfängeranordnung, angeordnet. Der Querträger und die Crashboxen sind in der Regel separat voneinander hergestellte Bauteile, die miteinander gefügt werden. Als bekannteste Varianten sind Schraubverbindungen oder Schweißverbindungen bekannt.
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Eine Problematik besteht im Falle eines Aufpralls, insbesondere eines zentralen Aufpralls, da es beispielsweise durch einen Pfahl zu einem Abreißen in der Fügeverbindung zwischen Querträger und den Crashboxen kommen kann, insbesondere, wenn sich der Querträger selbst in sich nochmals verformt.
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Eine ähnliche Problemstellung und ein alternativer Lösungsvorschlag wird beispielsweise in der
WO 2015 145 835 A1 offenbart.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stoßfängeranordnung bereit zu stellen, die die Crashperformance bei einer eingangs genannten Stoßfängeranordnung steigert und insbesondere im Crashfall ein Abreißen des Querträgers von den Crashboxen verhindert.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Stoßfängeranordnung mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Stoßfängeranordnung weist einen Querträger auf, welcher über Crashboxen an einem Kraftfahrzeug gekoppelt ist. Der Querträger erstreckt sich selbst mit seiner Längsrichtung in Kraftfahrzeugquerrichtung bzw. ist in dieser Kraftfahrzeugquerrichtung orientiert. Der Querträger kann einen gebogenen bzw. gekrümmten Verlauf aufweisen. Der Querträger weist ferner Anbindungsbereiche im Bereich einer Rückwand oder auch direkt an der Rückwand auf. Die Crashboxen sind in den Anbindungsbereichen an den Querträger stoffschlüssig gekoppelt, dies erfolgt insbesondere durch einen Schweißvorgang.
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Der Querträger, jedoch auch die Crashboxen, sind besonders bevorzugt aus metallischen Werkstoffen hergestellt, insbesondere aus einer Leichtmetalllegierung. Insbesondere sind Crashboxen und Querträger stranggepresste Bauteile.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich die Stoßfängeranordnung dadurch aus, dass an den Crashboxen im Querschnitt in einer, bezogen auf die Kraftfahrzeugquerrichtung, außenliegenden Ecke eine Fase oder ein Radius ausgebildet ist. Die Crashbox ist insbesondere als im Querschnitt rechteckiges bzw. quadratisches Bauteil ausgebildet. Diese weist somit eine Oberwand, eine Unterwand und zwei Seitenwände auf. Auf die Kraftfahrzeugquerrichtung bezogen ist jeweils eine Seitenwand einer Crashbox innenliegend und eine Seitenwand außenliegend. Erfindungsgemäß ist im Querschnitt die Ecke zwischen Oberwand und außenliegender Seitenwand bzw. zwischen Unterwand und außenliegender Seitenwand somit als Fase oder Radius ausgebildet. Insbesondere ist eine Schweißnaht, welche Crashbox und Querträger verbindet, über die Ecke bzw. Fase oder Radius durchgehend bzw. durchlaufend ausgebildet.
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Erfindungsgemäß durch die Fase bzw. den Radius im Crashfall, insbesondere bei einem Phaltest, konzentrieren sich auftretende Spannungen nicht in der Ecke selber, sondern werden aufgrund des Radius bzw. der Fase über einen größeren Längenbereich verteilt. Auch kann die initiale Schweißqualität besser hergestellt werden, da bei einem Schweißprozess kein 90° Richtungswechsel erfolgt, wie es bei einer eckigen Ecke der Fall wäre, sondern aufgrund der Fase bzw. des Radius kann somit eine durchgehend bessere Schweißnahtqualität erzeugt werden. Auch dies steigert die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Stoßfängeranordnung.
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Besonders bevorzugt im Falle einer Fase ist ein Fasenwinkel zwischen 25° und 65°, bevorzugt zwischen 40° und 50° und besonders bevorzugt von ca. 45° ausgebildet. D. h. die Fase ist zu einer Oberwand bzw. Seitenwand in einem Winkel von ca. 45° verlaufend.
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Weiterhin bevorzugt kann eine Schenkellänge der Fase in Kraftfahrzeugquerrichtung und in Kraftfahrzeugvertikalrichtung zwischen 12 mm und 25 mm aufweisen. Dies bedeutet ca. 12 mm bis 25 mm der Oberwand sind durch die Fase abgewinkelt und 12 mm bis 25 mm der Seitenwand bzw. 12 mm bis 25 mm der Unterwand.
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Im Falle eines Radius beträgt der Radius des Radius selbst zwischen 12 mm und 25 mm.
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Die Crashbox selbst hat bevorzugt eine Wandstärke zwischen 0,5 mm und 4 mm, insbesondere zwischen 1 mm und 3 mm.
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Die verbleibenden Ecken der Crashbox, insbesondere die auf die Kraftfahrzeugquerrichtung bezogen innenliegenden Ecken der Crashbox haben keine Fase bzw. keinen Radius. Insbesondere bedeutet keine Fase bzw. kein Radius, dass diese Ecken dann ein Radius bzw. eine Fase aufweisen, die mindestens 20 %, insbesondere 33 % und bevorzugt mindestens 50 % kleiner sind in Relation der außen liegenden Fase bzw. dem außen liegenden Radius. Würde somit beispielsweise ein erfindungsgemäßer Radius an einer äußeren Ecke 20 mm aufweisen, so ist besonders vorzugt, der Radius einer innen liegenden Ecke kleiner als 10 mm.
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In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung kann nur ein vorderer Längenabschnitt der Crashbox die Fase bzw. den Radius im Querschnitt aufweisen. D. h. die Fase bzw. der Radius müssen sich nicht über die gesamte Länge der Crashbox beziehen, sondern können auch nur im vorderen Längenabschnitt ausgebildet sein. Insbesondere ist dies der Fall bei nicht durch Strangpressen hergestellten Crashboxen, beispielsweise aus Blechschalen geformten Crashboxen, die dann zu einem Hohlbauteil gefügt sind. Bei stranggespressten Crashboxen kann jedoch auch der vordere Längenabschnitt mechanisch nachbearbeitet werden.
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In jedem Fall wäre jedoch der Längenabschnitt, welcher eine Fase bzw. Radius im Sinne dieser Erfindung aufweist, kürzer als ein Drittel der Crashbox. In dem Fall, dass die Crashbox innenseitig, außenseitig unterschiedliche Längen aufweist, wird die kürzeste Gesamtlänge der Crashbox für die Auslegung des vorderen Längenabschnittes herangezogen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante ist eine Unterwand verlängert ausgebildet. Es können auch Teile der Seitenwand verlängert ausgebildet sein. Diese stehen dann in Kraftfahrzeuglängsrichtung über die Rückwand des Querträgers vor, untergreifen also den Querträger. Hierdurch wird eine längere Crashboxlänge bereitgestellt zur Energieaufnahme. In diesem Falle ist dann die Ecke oder Fase zwischen Oberwand und Seitenwand der Crashbox erfindungsgemäß ausgebildet. Bei besonders hohen bzw. großen Fahrzeugen, beispielsweise Geländefahrzeugen, kann auch der umgekehrte Fall vorgesehen sein und die Oberwand der Crashbox ist verlängert ausgebildet und übergreift den Querträger. Dementsprechend ist die Fase oder der Radius in der Ecke zwischen Seitenwand und Unterwand angeordnet und die Schweißnaht zwischen Rückwand des Querträgrs und der Crashbox entsprechend gestaltet.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist in einem vorderen Längenabschnitt an der Crashbox, insbesondere an einer Seitenwand, mithin einer Innenwand und/oder einer Außenwand eine Sicke ausgebildet. Die Sicke ist insbesondere als Vertikalsicke ausgebildet, d. h. sie ist an der Seitenwand ausgebildet und verläuft mit ihrem Längsverlauf der Sicke in Kraftfahrzeugvertikalrichtung. Ein Faltvorgang der Crashbox bzw. ein Knickvorgang der Crashbox im Crashfall kann durch diese Sicke verbessert werden. Anstelle einer Vertikalsicke können auch zwei beabstandete Sicken nur in den Ecken zwischen der selben Seitenwand und der Oberwand bzw. Unterwand ausgebildet sein.
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Die Crashbox selbst ist bevorzugt in ihrem Querschnitt als Zwei- oder Mehrkammerprofil ausgebildet. Auch kann in einigen Ausführungsvarianten die Crashbox über eine Flanschplatte am Fahrzeug gekoppelt sein. Mithin, bei insbesondere über die Länge der Crashbox im Querschnitt vollständig durchgehenden Radien bzw. Fasen wird dann auch hier an der Anbindung am Kraftfahrzeug der zuvor beschriebene Vorteil wegen der Anbindung am Querträger erreicht.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfacheren Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
- 1a und 1 b eine Draufsicht einer aus dem Stand der Technik bekannten Stoßfängeranordnung,
- 2a bis 2e eine Längs- und Querschnittsansicht der Stoßfängeranordnung,
- 3a bis 3d eine alternative Ausgestaltungsvariante der Stoßfängeranordnung.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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Die 1a und 1b zeigen eine Stoßfängeranordnung 1, bekannt aus dem Stand der Technik. Die Stoßfängeranordnung 1 weist einen Querträger 2 auf, welcher sich im Wesentlichen in Kraftfahrzeugquerrichtung Y erstreckt und der Querträger 2 ist jeweils endseitig über zwei Crashboxen 3 an einem nicht näher dargestelltem Kraftfahrzeug festgelegt. Die Crashboxen 3 weisen einen Koppelbereich 4 auf, in welchem die Crashboxen 3 mit dem Querträger 2 gekoppelt sind, insbesondere bei einer Verschweißung. Ferner ist eine Abschleppöse 5 dargestellt. Die Abschleppöse 5 ist hier nur exemplarisch, kann aber auch mit der Rückwand 11, mit der Crashbox 3 oder mit einer zusätzliche Flanschplatte gekoppelt sein.
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Trifft das Kraftfahrzeug nunmehr auf einen dargestellten Pfahl P, beispielsweise in einem Center Pole Test, so verformt sich der Querträger 2 in KraftfahrzeugLängsrichtung X. In dem jeweiligen Koppelbereich 4 kommt es somit zu einer entsprechenden Belastung, so dass, im Extremfall, die Kopplung zwischen Querträger 2 und Crashbox 3 sich ablöst bzw. abreißt.
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Die 2a bis 2e zeigen eine Längs- bzw. Querschnittsansicht der Stoßfängeranordnung 1. Die Längsschnittansicht ist in 2a dargestellt entlang der Schnittlinie II-II von 1. Die jeweilige Crashbox 3 weist eine Oberwand 7, eine Unterwand 8 sowie eine innenliegende Seitenwand bzw. Innenwand 9 sowie eine außenliegende Seitenwand bzw. Außenwand 10 auf. Die Crashbox 3 liegt mit ihrer Stirnseite gemäß 2a an der Rückwand 11 des Querträgers 2 an und ist hier umlaufend zumindest größtenteils, bevorzugt vollständig umlaufend, mit einer nicht näher dargestellten Schweißnaht gekoppelt.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr im Querschnitt der Crashbox 3 eine jeweilige Ecke 12, 13, und zwar hier dargestellt sowohl die Ecke 12 zwischen Oberwand 7 und Außenwand 10 als auch die Ecke 13 zwischen Unterwand 8 und Außenwand 10 der Crashbox 3 mit einem Radius R abgerundet ausgebildet. Dies kann bei einem Zweikammerhohlprofil mit einem Mittelsteg 14, wie in 2b dargestellt, erfolgen, jedoch auch in einem Dreikammerhohlprofil mit zwei Mittelstegen 14, wie in 2c dargestellt. Die Ecke 12 ist auch in 1b exemplarisch und sorgt dafür, dass in dem dargestellten außenliegenden Bereich, bezogen auf die Kraftfahrzeugquerrichtung Y, eben gerade keine hohe Belastung an der Schweißnaht zwischen Crashbox 3 und Rückwand 11 des Querträgers 2 auftritt. Ein Abreißen wird dadurch vermieden.
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In 2d und 2e ist jeweils eine Fase 15 dargestellt. Die Fase 15 weist einen Fasenwinkel von ca. 45° auf. Die Fase 15 hat in Kraftfahrzeugquerrichtung Y eine Erstreckung bzw. Länge 16 von bevorzugt 12 mm bis 25 mm. Die Fase 15 hat ferner in Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z eine Erstreckung bzw. Länge 17 von bevorzugt ebenfalls 12 mm bis 25 mm.
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Die Crashbox 3 weist eine Wandstärke W auf, die bevorzugt 1 mm bis 3 mm beträgt.
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Die Ausgestaltungsvariante von 2d ist dabei als Einkammerhohlprofil ausgebildet. Die Ausgestaltungsvariante gemäß 2e als Dreikammerhohlprofil. Die Fase 15 bzw. der Radius R erstreckt sich bevorzugt, wie in 2a dargestellt, über die gesamte Länge L der Crashbox 3 in Kraftfahrzeuglängsrichtung X. Sie kann aber auch nur in einem vorderen Längenabschnitt Lv ausgebildet sein. Gleiches gilt für den Radius R.
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3a bis 3d zeigen eine alternative Ausgestaltungsvariante. Hier kann gemäß der 3b, c und d, analog zur 2a nur eine außenliegende Ecke 12, bevorzugt die obere außenliegende Ecke 12, erfindungsgemäß mit einem Radius R bzw. mit einer Fase 15 ausgebildet sein. Es kann alternativ jedoch auch, wie in 3a dargestellt, die Unterwand 8 der Crashbox 3 sowie gegebenenfalls Teile der Seitenwand den Querträger 2 in Kraftfahrzeuglängsrichtung X untergreifen. Hierzu ist ein Längenabschnitt 18 der Unterwand 8 länger ausgebildet und steht über die Rückwand 11 des Querträgers 2 in Kraftfahrzeuglängsrichtung X vor.
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Durch Letzteres werden zwei vorteilige Effekte erreicht. Zum einen kann durch den überstehenden Längenabschnitt 18 der Unterwand 8 der Crashbox 3 ein verbessertes Crashverhalten erzeugt werden. Insbesondere wird mehr Material zum Crashenergieabbau in Kraftfahrzeuglängsrichtung X bereitgetsellt. Durch die obere jeweils äußere Ecke 12, die erfindungsgemäß mit dem Radius R bzw. der Fase 15 ausgebildet sind, werden Spannungsspitzen im Crashfall vermieden. Auch wirkt sich dies auf einen eventuellen Towingtest aus, da hierbei nicht nur in Kraftfahrzeuglängsrichtung X nach vorne, sondern auch in Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z nach schräg unten eine Belastung auftritt, beispielsweise wenn ein Fahrzeug zum Verladen auf einem Untergrund verzurrt wird. Hier werden besonders vorteilig durch die jeweils außenliegende obere Ecke 12 Spannungsspitzen vermieden.
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Bezogen sind alle Darstellungen zu 2 und 3 in 1 auf die linke Bildebene. Für die rechte Bildebene und die dort vorhandene Crashbox 3 gilt alles spiegelbildlich analog. Mithin ist die auf die Bildebene bezogen rechts liegende Seitenwand bzw. außenliegende Seitenwand der Crashbox 3 mit der erfindungsgemäßen Fase 15 bzw. dem Radius R versehen.
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Bezugszeichen:
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- 1
- Stoßfängeranordnung
- 2
- Querträger
- 3
- Crashbox
- 4
- Koppelbereich
- 5
- Abschleppöse
- 6
- Vorderwand
- 7
- Oberwand
- 8
- Unterwand
- 9
- Innenwand
- 10
- Außenwand
- 11
- Rückwand
- 12
- Ecke
- 13
- Ecke
- 14
- Mittelsteg
- 15
- Fase
- 16
- Erstreckung in Kraftfahrzeugquerrichtung
- 17
- Erstreckung in Kraftfahrzeuglängsrichtung
- 18
- Längenabschnitt zu 8
- α
- Fasenwinkel
- L
- Länge
- Lv
- vorderer Längenabschnitt
- P
- Pfahl
- R
- Radius
- W
- Wandstärke
- X
- Kraftfahrzeuglängsrichtung
- Y
- Kraftfahrzeugquerrichtung
- Z
- Kraftfahrzeugvertikalrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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