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Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug
gemäß den Merkmalen
im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Stoßfänger sind quer an Front und
Heck eines Kraftfahrzeugs zwischen die Karosserie abschließenden Kunststoffverschalung
und dem Rahmen des Kraftfahrzeugs angeordnet. Sie sollen dazu beitragen,
dass die Fahrzeugstruktur bei einem Anprall mit geringer Geschwindigkeit
keine Beschädigung
davon trägt.
Oft sind zwischen den Querträgern und
die Längsträger noch
Pralldämpfer,
sogenannte Crashboxen geschaltet. Die Crashboxen absorbieren die
aus einem Anprall resultierende Energie, indem diese in Verformungsarbeit
umgewandelt wird.
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Das vordere Stoßfängersystem eines Fahrzeugs
erlangt bezüglich
heutiger Gesetzesanforderungen im Bereich des Low-Speed-Tests (bis
16 km/h) eine besondere Bedeutung, da das Deformationsverhalten
des Stoßfängersystems
entscheidend für
das auftretende Schadensbild und die Schadenshöhe ist. Ein Stoßfänger mit
einem Deformationselement ist dafür verantwortlich, dass die
bei dem Low-Speed-Test eingesetzte Barriere oder das Pendel möglichst
wenig in das Kraftfahrzeug eindringt, damit die Fahrzeugstruktur
keine Beschädigungen davonträgt.
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Optimale Bedingungen für die Energieaufnahme
eines Stoßfängers liegen
dann vor, wenn neben dem Deformationselement auch der die Längsträger miteinander
verbindende Querträger
als das zuerst getroffene Bauteil eine hohe Biegesteifigkeit aufweist
und dementsprechend viel kinetische Energie aufnimmt. Im Stand der
Technik sind Querträger von
Stoßfängeranordnungen
bekannt, die aus einem geschlossenen Hohlkammerprofil bestehen.
Ein solches Hohlkammerprofil kann im Strangpressverfahren hergestellt
sein oder auch in Schalenbauweise aus miteinander verbundenen Blechschalen.
Die Tiefe des Querträgers
hängt im
wesentlichen von dem im Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraum ab und
wird zu den Enden des Kraftfahrzeugs hin meist geringer.
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Um eine höhere Energieaufnahme eines Stoßfängers zu
ermöglichen,
ist es bekannt, in Querträger
zusätzliche
Blechprofile einzubringen, so dass ein als Hohlkörper ausgebildeter Querträger mehrere sich
in Längsrichtung
des Querträgers
erstreckende Kammern besitzt. Es ist auch möglich, den gesamten Querträger von
vornherein als Mehrkammerprofil auszugestalten.
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Nachteilig bei den bekannten Bauarten
ist, dass mit dem Einbringen zusätzlicher
Blechprofile Fügeoperationen
erforderlich sind, die zum einen den fertigungstechnischen Aufwand
erhöhen,
zum anderen aber auch negativ zur Erhöhung des Fahrzeuggesamtgewichts
beitragen.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom
Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Stoßfänger mit
einem hinsichtlich der Steifigkeit und Festigkeitsverhalten verbesserten
Querträger
zu schaffen, der bei geringem Materialeinsatz eine hohe Energieaufnahme
ermöglicht.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht
nach der Erfindung in einem Stoßfänger gemäß den Merkmalen
von Patentanspruch 1, bei dem sich in Längsrichtung des Querträgers erstreckende
Sicken an Endabschnitten des Querträgers ausgebildet sind, wodurch
die Endabschnitte zumindest bereichsweise in mehrere voneinander
getrennte Längskammern
gegliedert sind.
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Bei dieser Bauweise ist es nicht
erforderlich, zusätzliche
Blechprofile in den Querträger
einzubringen und mit diesem zu verbinden. Vielmehr erfährt der
erfindungsgemäße Querträger eine
wesentliche Steigerung der Biegesteifigkeit und damit eine Verbesserung
der Energieaufnahmefähigkeit
allein dadurch, dass im Bereich der Endabschnitte des Querträgers anfordenangsgerechte
Sicken eingebracht sind. Durch eine belastungsgerechte Konstruktion
ist nur ein minimaler Materialeinsatz erforderlich, ohne dass zusätzliche
Bauteile zur Erhöhung
der Energieaufnahme notwendig wären.
Aus der zumindest bereichsweisen Mehrkammerausbildung an den Endabschnitten
resultiert ein im Crashfall spätes
Versagen des Stoßfängers. Dies
ergibt sich aufgrund eines steilen Kraftanstiegs, der wiederum auf
sehr hohe Biegesteifigkeiten im Bereich der Endabschnitte zurückzuführen ist.
Insgesamt ist durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Stoßfängers eine
weitgehende Schadensbegrenzung durch geringere Reparaturkosten möglich. Hierdurch
verbessert sich auch die versicherungstechnische Einstufung eines
Kraftfahrzeugs, das mit einem erfindungsgemäß gestalteten Stoßfänger ausgerüstet ist.
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Die geometrische Konfiguration eines
Querträgers
hinsichtlich des Widerstandsmoments sowie hinsichtlich seines Festigkeits-
und Steifigkeitsverhaltens ist anforderungsgerecht auf den jeweiligen Kraftfahrzeugtyp
abgestimmt. Besonders günstig
ist der Querträger
aus Stahlblech herstellbar. Selbstverständ lich ist auch eine Fertigung
aus anderen Materialien, wie z.B. aus Aluminium oder auch Hybridmaterialien,
möglich.
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In der einfachsten Bauform ist an
den Endabschnitten jeweils eine etwa mittig angeordnete Sicke vorgesehen,
so dass zwei getrennte Längskammern
ausgebildet sind. Bei dieser Bauform wird der zwischen den Endabschnitten
liegende Mittelabschnitt des Querträgers als Hohlkammerprofil mit
nur einer Kammer in ein Zweikammersystem überführt. Selbstverständlich ist
es auch denkbar, dass durch das Einbringen von mehr als zwei Längssicken
nebeneinander auch mehr als zwei Längskammern an den Endabschnitten
ausgebildet sind.
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Als besonders vorteilhaft wird es
angesehen, wenn nach den Merkmalen des Patentanspruchs 2 die den
Längsträgern abgewandte
Frontseite und die den Längsträgern zugewandte
Rückseite
des Querträgers
im Bereich wenigstens einer der Sicken miteinander verbunden sind.
Während
bei einer Hohlprofilbauweise, insbesondere bei in Schalenbauweise
hergestellten Querträgern,
im allgemeinen eine stoffschlüssige
Verbindung entlang der oberen und unteren Längskanten des Querträgers gegeben
ist, so dass sich ein im wesentlichen geschlossenes Hohlprofil ergibt,
wird durch den zusätzlichen
Verbund im Bereich einer Sicke eine wesentlich höhere Biegesteifigkeit erreicht
als dies bei einem als Einkammersystem ausgestalteten Hohlprofil
möglich
ist. Die Verbindung erfolgt durch eines der bekannten Fügeverfahren,
insbesondere durch Verschweißen, wobei
durch stoffschlüssige
Verbindung, wie beispielsweise Punktschweißung, eine höhere Verbindungsfestigkeit
erreicht werden kann als bei ebenso denkbaren formschlüssigen Verbindungen.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass
die Sicken lediglich in die Frontseite des Querträgers eingebracht
sind oder nur in die den Längsträgern zugewandte
Rückseite
des Querträgers.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist es aber ebenso
möglich,
dass die Sicken sowohl an der Frontseite als auch an der Rückseite
des Querträgers eingebracht
sind (Patentanspruch 3).
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Durch die front- und rückseitige
Positionierung der Sicken ist insbesondere bei in Schalenbauweise
hergestellten Querträgern
sowohl eine Aussteifung des die Frontseite bildenden Schließblechs als
auch eines im Querschnitt U-förmig
konfigurierten, zur Frontseite hin offenen Schalenkörpers möglich (Patentanspruch
4). Die U-förmige
Konfiguration des zur Frontseite offenen Schalenkörpers ist
dabei auf diejenigen Längenabschnitte
bezogen, die nicht mit einer Sicke versehen sind, das heißt insbesondere
die mittleren Längenabschnitte
und diejenigen Längenabschnitte,
bei denen die Tiefe der Sicken relativ gering ist. Das Schließblech kann
sowohl geschlossen ausgeführt
sein als auch in seinem Mittelabschnitt mit Öffnungen versehen sein.
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Nach den Merkmalen des Patentanspruchs 5
ist vorgesehen, dass die Tiefe der Sicken von ihren dem Mittelabschnitt
zugewandten Enden ausgehend in Richtung der Enden des Querträgers zunimmt. Vorzugsweise
nimmt die Tiefe der Sicken dabei stufenlos zu, so dass sich ein
im wesentlichen fließender Übergang
von dem Tiefsten der Sicken bis zu dem Mittelabschnitt ergibt. Durch
diese Bauweise werden sprunghafte Querschnittsveränderungen über die Längserstreckung
des Querträgers
vermieden und damit auch die bei einer Beanspruchung des Querträgers auftretende
Spannungsspitzen. Da bei Sicken mit langsam zunehmender Tiefe nicht
eine sofortige Teilung des Hohlraums in voneinander getrennte Längskammern
erfolgt, findet auch kein sprunghafter Übergang von einem Einkammersystem
auf ein Zweikammersystem statt. Vielmehr ist der Übergang
durch entsprechend ausgestaltete Sicken fließend.
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Gegenstand des Patentanspruchs 6
ist, dass die Sicken in den Anbindungsbereichen an die Längsträger zumindest
teilweise mit einer Durchgangsöffnung
versehen sind.
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Insbesondere im Anbindungsbereich
an den Längsträger ist
es vorgesehen, dass die Frontseite und die Rückseite des Querträgers miteinander
verbunden sind. Nach den Merkmalen des Patentanspruchs 7 erfolgt
diese Verbindung im Sickengrund. Die Frontseite und die Rückseite
können
stoffschlüssig,
z.B. durch Lochschweißung
oder Punktschweißung,
miteinander verbunden sein. Im Bereich der gegenseitigen Verbindung
im Sickengrund ist auch die Gesamttiefe der Sicken maximal, da hier
die Frontseite des Querträgers
die Rückseite
des Querträgers
kontaktiert.
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Während
die Breite der Sicken am Sickengrund grundsätzlich konstant gehalten ist,
kann die Breite aus konstruktiven Gründen, beispielsweise im Bereich
einer Durchgangsöffnung,
vergrößert sein (Patentanspruch
8). Es ist allerdings auch vorstellbar, dass sich die Breite der
Sicken über
ihre Längserstreckung ändert, z.B.
zum Mittelabschnitt hin kleiner ist als an den Enden des Querträgers.
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Auch die Querschnittsgestaltung der
Sicken richtet sich nach dem bei einem Kraftfahrzeug zu erwartenden
Belastungsfall und wird anforderungsgerecht ausgelegt. Die Sicken
können
einen im wesentlichen U-förmigen
oder auch im wesentlichen V-förmigen
Querschnitt besitzen.
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Die Längen der Sicken eines Endabschnitts können unterschiedlich
sein. Beispielsweis kann eine in der Frontseite eingebrachte Sicke
eine andere Länge
besitzen als eine korrespondierende in die Rückseite des Querträgers eingebrachte
Sicke. Es ist aber auch möglich,
dass mehrere in die Frontseite eines Endabschnitts eingebrachte
Sicken unterschiedliche Längen
aufweisen (Patentanspruch 9).
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Versuche haben gezeigt, dass ein
Querträger
mit einer zentralen Sicke im Bereich seiner Mittelquerebene besonders
positive Eigenschaften aufweist und in großen Stückzahlen fertigungstechnisch günstig herzustellen
ist (Patentanspruch 10). Bei dieser Ausführungsform wird ein als Einkammersystem ausgebildeter
Mittelabschnitt in ein Zweikammersystem überführt, wodurch eine wesentliche
Steigerung der Biegesteifigkeit des Stoßfängers möglich ist.
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Schließlich ist nach Patentanspruch
11 beabsichtigt, wenigstens eine Sicke eines Endabschnitts in dessen
Randbereich anzuordnen. Derartige im Randbereich angeordnete Sicken
tragen nicht zur Ausbildung weiterer Längskammern bei, sondern dienen
in vorteilhafter Weise zur zusätzlichen
Aussteifung des Querträgers.
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Während
die Tiefe einer in der Frontseite eingebrachten Sicke grundsätzlich der
Tiefe einer korrespondierenden Sicke an der Rückseite des Querträgers entsprechen
kann, sind im Rahmen der Erfindung selbstverständlich beliebige, das heißt anforderungsgerechte
Aufteilungen der Gesamttiefe der Sicken möglich, die sich selbstverständlich nach
der in Fahrtrichtung gemessenen Dicke des Querträgers richtet. Diese Dicke nimmt
zu den Endabschnitten im Anbindungsbereich meist ab, so dass die
Tiefe der Sicke vom Mittelbereich ausgehend bis zu einem Maximum
zunimmt und zu den Enden der Endabschnitte hin konstruktiv bedingt
wieder abnimmt oder sogar gegen Null geht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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- 1 in
perspektivischer Darstellungsweise einen Querträger eines Stoßfängers für ein Kraftfahrzeug;
- 2 in vergrößerter Darstellung
den rechten Endabschnitt des Querträgers der 1 in der Vorderansicht;
- 3 in vergrößerter Darstellung
den rechten Endabschnitt des Querträgers der 1 in der Rückansicht;
- 4 den Endabschnitt
des Querträgers
der 1 im vertikalen
Querschnitt.
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Die 1 zeigt
einen Querträger 1 eines nicht
näher dargestellten
Stoßfängers für ein Kraftfahrzeugs
in perspektivischer Ansicht von vorn, also in Blickrichtung auf
das nicht näher
dargestellte Kraftfahrzeug.
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Der Querträger 1 ist als Hohlkammerprofil gestaltet
mit einem zur Frontseite 2 hin offenen Schalenkörper 3.
Die Frontseite 2 ist von einem Schließblech 4 gebildet,
das entlang seiner Längskante 5, 6 stoffschlüssig mit
dem Schalenkörper 3 zu
dem Querträger 1 verbunden
ist. Der Querträger 1 erstreckt
sich zwischen Längsträgern 7, 8 des
Kraftfahrzeugs, wobei der die Rückseite 9 des
Querträgers 1 bildende
Schalenkörper 3 in
nicht näher
dargestellter Weise an den Stirnenden der Längsträger 7, 8 festgelegt
ist.
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Der Querträger 1 ist bezüglich seiner
mittleren Vertikalebene VE symmetrisch aufgebaut und gliedert sich
in einen Mittelabschnitt 10 und sich hieran anschließende sich
in Richtung auf die Längsträger 7, 8 erstreckende
Endabschnitte 11. Der Querträger 1 ist frontseitig
im Mittelabschnitt 10 mit zwei im wesentlichen rechteckig
konfigurierten und im Abstand zueinander angeordneten Aussparungen 12 versehen.
Die Endabschnitte 11 des Querträgers 1 zeichnen sich
durch Sicken 13, 14 aus, die sich mit zunehmender
Tiefe ( 4) von dem Mittelabschnitt 10 in
Richtung der Enden 15 der Querträger 1 erstrecken.
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Die Sicke 13 im Schließblech 4 des
Querträgers 1 korrespondiert
mit einer Sicke 16 in dem Schalenkörper 3 (3). Die Sicken 13 und 16 befinden sich
in der gleichen Höhenlage
im Bereich der Mittelquerebene MQE des Querträgers 1 und gliedern
den Endabschnitt 11 in seinem Anbindungsbereich 18 an die
Längsträger 7, 8 in
eine obere Längskammer 19 und
eine untere Längskammer 20. 4 zeigt, dass die Längskammern 19, 20 im
wesentlichen rechteckig konfiguriert sind, wobei die in Richtung
auf die Enden 15 des Querträgers 1 abnehmende
und in Fahrtrichtung gemessene Dicke, die im wesentlichen der Gesamttiefe
T der Sicken 13, 16 bzw. 14, 17 entspricht, variiert.
In den Bereichen des Endabschnitts 11, in denen die Sicken 13, 16 die
Hohlstruktur des Querträgers 1 nicht
vollständig
durchsetzen, erfolgt eine kontinuierliche Annäherung der Frontseite 2 und der
Rückseite 9 im
Bereich der Sicken 13, 16, bis das Schließblech 4 den
Schalenkörper 3 kontaktiert
und im weiteren Verlauf die Längskammern 19, 20 ausgebildet
sind. In diesem Kon taktbereich ist am Sickengrund 21, 22 eine
Durchgangsöffnung 23 eingebracht.
Neben der Durchgangsöffnung
ist das Schließblech 4 mit
dem Schalenkörper 3 in
nicht näher
dargestellter Weise verschweißt.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die Durchgangsöffnung 23 kreisrund
gestaltet, wobei die im übrigen
konstante Breite B der Sicken 13, 16 im Bereich der
Durchgangsöffnung 23 an
die runde Kontur angepasst auf die Breite B' verbreitert ist. Die Übergänge zwischen
den Breiten B, B' sind
dabei fließend.
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4 zeigt,
dass bei dieser Ausführungsform
die Tiefen T1, T2, T3, T4 der Sicken 13, 16, 14, 17 gleich
groß sind.
Es ist aber auch ohne weiteres möglich,
dass die Tiefen der Sicken unterschiedlich gewählt sind. Dies gilt sowohl
für den
Bereich, in dem sich die Frontseite 2 und die Rückseite 9 im
Bereich der Sicken 13, 16 berühren als auch in den Bereichen der
Endabschnitte 11, in denen sich die Sicken 13, 16 noch
nicht berühren.
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- 1 –
- Querträger
- 2 –
- Frontseite
v. 1
- 3 –
- Schalenkörper
- 4 –
- Schließblech
- 5 –
- Längskante
v. 4
- 6 –
- Längskante
v. 4
- 7 –
- Längsträger
- 8 –
- Längsträger
- 9 –
- Rückseite
v. 1
- 10 –
- Mittelabschnitt
v. 1
- 11 –
- Endabschnitte
v. 1
- 12 –
- Aussparungen
in 4
- 13 –
- Sicke
in 2
- 14 –
- Sicke
in 2
- 15 –
- Ende
v. 1
- 16 –
- Sicke
in 3
- 17 –
- Sicke
in 3
- 18 –
- Anbindungsbereich
v. 1
- 19 –
- Längskammer
v. 1
- 20 –
- Längskammer
v. 1
- 21 –
- Sickengrund
v. 16
- 22 –
- Sickengrund
v. 13
- 23 –
- Durchgangsöffnung in
13, 16
- B –
- Breite
v. 13, 16
- B' –
- Breite
v. 13, 16
- L1 –
- Länge v. 14
- L2 –
- Länge v. 13
- MQE –
- Mittelquerebene
v. 1
- T –
- Gesamttiefe
- T1 –
- Tiefe
v. 13
- T2 –
- Tiefe
v. 16
- T3 –
- Tiefe
v. 14
- T4 –
- Tiefe
v. 17
- VE –
- Vertikalebene
v. 1