DE19849358A1

DE19849358A1 - Stoßfänger für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE19849358A1
Application number: DE1998149358
Authority: DE
Inventors: Georgios Leontaris; Ludger Gehringhoff
Original assignee: Benteler Deustchland GmbH
Current assignee: Benteler Deustchland GmbH
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: DE19849358C2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem quer zu den Längsträgern des Kraftfahrzeugs festlegbaren Biegeträger (2). Der Biegeträger (2) ist durch ein mittels hydraulischen Innenhochdruck umgeformtes oder konventionell geprägtes und aufgeweitetes Rohr (3) gebildet. Er weist einen biegesteifen Mittelabschnitt (4) mit endseitigen Deformationsabschnitten (5) auf. Der Mittelabschnitt (4) ist mit einer in seiner Längserstreckung verlaufenden Sicke (6) versehen, die auf der dem Kraftfahrzeug abgewandten Stirnseite (7) des Biegeträgers (2) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger für Kraftfahr zeuge mit einem quer zu den Längsträgern des Kraftfahr zeugs festlegbaren Biegeträger.

Stoßfänger werden quer an Front und Heck eines Kraftfahr zeugs zwischen der die Karosserie abschließenden Kunst stoffverschalung und dem Rahmen des Kraftfahrzeugs einge gliedert. Sie sollen leichte Stöße und Kollisionen ohne oder nur mit geringen Fahrzeugbeschädigungen abfangen.

Die Wirkungsweise des Stoßfängers bzw. des innenliegenden Biegeträgers besteht darin, die aus einem Anprall resul tierende kinetische Energie in Verformungsarbeit umzuwan deln, so dass es zu keinen plastischen Verformungen an der Karosseriestruktur, insbesondere den Längsträgern der Karosserie kommt. Der Stoßfänger muss folglich eine aus reichend hohe Biegesteifigkeit haben, um die auftretenden Kräfte und Momente aufnehmen zu können und diese abzulei ten. Für den Biegeträger des Stoßfängers werden neben Stahlblech auch faserverstärkte Kunststoffe und Alumini umprofile verwendet. Häufig werden sie aus offenen oder geschlossenen Profilen gefertigt, wobei die geschlossenen Profile aus zwei oder mehr Pressteilen bestehen.

Bei bekannten Lösungen werden Energieabsorber vor den Längsträgern angeordnet. So zählt durch die DE 43 00 284 A1 ein Pralldämpfer zur Abstützung eines Stoßfängers gegenüber dem Rahmen eines Kraftfahrzeugs zum Stand der Technik. Der Pralldämpfer besteht im wesentli chen aus zwei konzentrisch ineinander geführten Rohren, die so ausgelegt sind, dass sie sich bei einem Aufprall ineinander schieben und die Stoßenergie durch eine Ver formung der Rohre umgewandelt wird. Eine derartige Kon struktion ist jedoch fertigungstechnisch aufwendig. Nach teilig hieran ist ferner, dass ein relativ großer Verfor mungsweg notwendig ist, um bei vorgegebener maximal zu lässiger Längsträgerkraft eine zuverlässige Energieabsor bung zu bewerkstelligen. Dementsprechend ist die kon struktive Gestaltungsfreiheit beschränkt. Auch wegen ihres Gewichts wird eine solche Abstützung eines Stoßfän gers als verbesserungswürdig angesehen.

Der Erfindung liegt daher ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Stoßfänger für Kraftfahrzeuge fertigungstechnisch zu verbessern und bei Optimierung des Energieabsorptionsvermögens gewichtsmäßig zu reduzieren.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Stoßfänger gemäß Anspruch 1.

Danach ist der Biegeträger des Stoßfängers einstückig aus einem geschlossenen Rohrprofil gebildet. Die Kontur des Biegeträgers ist zur Aufnahme maximaler Verformungsener gie gestaltet. Der Biegeträger weist einen biegesteifen Mittelabschnitt und endseitige Deformationsabschnitte auf. Der Mittelabschnitt charakterisiert sich durch min destens eine in seiner Längserstreckung verlaufende Sicke, die auf der dem Kraftfahrzeug abgewandten Stirn seite angeordnet ist. Weitere Versteifungssicken auch auf der Innenseite des Biegeträgers sind möglich.

Der Biegeträger mit seinem sickenversteiften Mittelab schnitt und den zu den Längsträgern hingehenden Deforma tionsabschnitten ist hinsichtlich seines Belastungsver haltens und des erforderlichen Bauraums optimiert. Im Mittelabschnitt besitzt der Biegeträger eine bauteilge rechte Biegesteifigkeit mit einem elastischen Dämpfungs vermögen in den endseitigen Deformationsabschnitten. Das Dämpfungsvermögen resultiert aus den Querschnittsaufwei tungen der Deformationsabschnitte. Eingeleitete Anprall kräfte werden elastisch aufgenommen und kompensiert, ohne dass es zu einer nachteiligen Krafteinleitung in den Rah men des Kraftfahrzeugs kommt. Auf zusätzliche Deforma tionselemente kann prinzipiell verzichtet werden.

Der Biegeträger kann mittels hydraulischem Innenhochdruck aus einem Rohr umgeformt sein. Die Innenhochdruckumfor mung bietet sich insbesondere bei komplizierteren Geome trien des Biegeträgers an. Eine effizientere Alternative zur Herstellung des einschaligen Biegeträgers besteht in der Umformung des Rohrs mittels eines Präge- und Aufweitvorgangs.

Für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Stoßfängers ist nur eine geringe Bauteilanzahl erforderlich. Demzu folge sind auch nur wenig Fügeoperationen notwendig. Die Reduzierung der Bauteilanzahl führt zudem zu einer erheb lichen Gewichtseinsparung. Die hydroformtechnische Ferti gung des Biegeträgers ebenso wie die Zug-/Druckumformung mittels Prägen und Aufweiten gewährleistet eine präzise bauteilgerechte Gestaltung bei hoher Rationalität und Produktivität.

Grundsätzlich kann für die Herstellung des Biegeträgers ein nahtlos gezogenes oder geschweißtes Rohr zum Einsatz kommen. Diese bestehen vorzugsweise aus Stahl oder Alumi niumwerkstoffen.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 2 sind die Deformations abschnitte jeweils mit einer Halterung zur Befestigung an den Längsträgern versehen. In der Praxis kommen hier vor zugsweise sogenannte Längsträgerplatten zum Einsatz, wel che mittels einfacher Fügeverbindungen, wie Loch schweißung, an den Deformationsabschnitten festgelegt sind.

Dadurch, dass der Biegeträger zwischen den Halterungen konvex gekrümmt ist (Anspruch 3), wird das elastokineti sche Verhalten des Biegeträgers synergetisch unterstützt.

Der Mittelabschnitt verläuft dann vom Kraftfahrzeug nach außen hin leicht gekrümmt und geht endseitig stufenlos, gegebenenfalls leicht S-förmig gekrümmt, in die Deforma tionsabschnitte über. Eingeleitete äußere Kräfte werden federnd abgefangen, kompensiert und ohne Schädigungen in die Längsträger abgeleitet.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, zusätzlich zwischen Deformationsabschnitt und Halterung ein Deforma tionselement einzugliedern, wie dies Anspruch 4 vorsieht. Auf diese Weise ergibt sich eine Art Reihenschaltung von dämpfungswirksamen bzw. stoßabsorbierenden Bauteilkompo nenten. Eine solche Kombination führt zu einer weiteren Steigerung des Energieabsorptionsvermögens und bietet sich insbesondere für den Einsatz bei schweren Kraftfahr zeugen an.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 ist der Querschnitt in den Deformationsabschnitten stirnseitig gerundet und rückseitig abgeflacht ausgebildet. Diese Konfiguration ermöglicht einerseits eine einfache jedoch hoch stabile Festlegung der Halterungen an den rückseitigen Wandberei chen der Deformationsabschnitte und andererseits ein aus reichendes Elastizitätsverhalten in den Deformationsab schnitten.

Nach den Merkmalen des Anspruchs 6 ist auch der Quer schnitt im Mittelabschnitt rückseitig abgeflacht. Dies unterstützt das Steifigkeitsverhalten des Biegeträgers. Stirnseitig geht der Querschnitt mit gerundeten Wandab schnitten in die muldenförmig ausgebildete Sicke über.

Zur weiteren Steigerung des Dämpfungsverhaltens der De formationsabschnitte kann es vorteilhaft sein, wenn der Querschnitt in den Deformationsabschnitten größer ist als der Querschnitt im Mittelabschnitt (Anspruch 7).

Eine belastungsspezifische Abstimmung der Biegesteifig keit bei bauraumoptimiertem Querschnitt des Biegeträgers erfolgt nach den Merkmalen des Anspruchs 8 dadurch, dass die Wanddicke im Mittelabschnitt größer ist als die Wand dicke in den Deformationsabschnitten. Vorteilhafterweise ändert sich die Wanddicke kontinuierlich. Ein solches Profil kann aus Rohren erzeugt werden, welche aus par tiell abgewalzten Platinen hergestellt worden sind.

Eine andere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist in Anspruch 9 charakterisiert. Danach erfolgt eine Ausstei fung des Mittelabschnitts durch eine zusätzliche Ver gütung. Hierdurch ist die Biegesteifigkeit durch einen Härteprozess nochmals erhöht worden. Vorzugsweise kommt ein Rohr aus einem hochfesten Stahl mit zähen mechani schen Kennwerten zum Einsatz. Der hieraus hergestellte Biegeträger wird dann mindestens partiell gehärtet und weist in den vergüteten Bereichen hochfeste mechanische Kennwerte auf.

Das Belastungsverhalten des Stoßfängers kann folglich durch eine entsprechende Gestaltung des Querschnitts des Biegeträgers im Mittelabschnitt und in den Deformations abschnitten und/oder durch eine entsprechende Wanddicken gestaltung und/oder durch eine gezielt abgestimmte Vergü tung auf unterschiedliche Kraftfahrzeugtypen unter Be rücksichtigung von Größe und Gewicht des Kraftfahrzeugs bei vorgegebenem Bauraum abgestimmt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnun gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrie ben. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellungsweise einen erfindungsgemäßen Stoßfänger;

Fig. 2 in vergrößerter Darstellungsweise einen ver tikalen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 1 entlang der Linie II-II;

Fig. 3 in vergrößerter Darstellungsweise einen ver tikalen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 1 entlang der Linie III-III;

Fig. 4 in vergrößerter Darstellungsweise einen ver tikalen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 1 entlang der Linie IV-IV;

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Stoßfän gers und

Fig. 6 die Ausführungsform eines Stoßfängers mit zu sätzlichen Deformationselementen.

Die Fig. 1 zeigt einen Stoßfänger 1 für ein Kraftfahr zeug mit einem quer zu den hier nicht dargestellten Längsträgern des Kraftfahrzeugs festlegbaren Biegeträger 2. Der Biegeträger 2 besteht aus einem mittels hydrauli schem Innenhochdruck umgeformten oder einem geprägten und endseitig aufgeweiteten Rohr 3 und weist einen biegestei fen Mittelabschnitt 4 mit endseitigen Deforma tionsabschnitten 5 auf. In der Längserstreckung des Mit telabschnitts 4 verläuft eine Sicke 6, die auf der einem Kraftfahrzeug abgewandten Stirnseite 7 des Stoßfängers 1 angeordnet ist.

Die Kontur des Biegeträgers 2 bewirkt eine bauteilge rechte Abstimmung der Biegesteifigkeit im Mittelabschnitt bei bauraumoptimierten Profilquerschnitten.

Wie die Fig. 2 im Querschnitt A_M erkennen lässt, weist der Mittelabschnitt 4 eine der Sicke 6 gegenüberliegende abgeflachte Rückseite 8 auf. Stirnseitig geht die Kontur mit gerundeten Wandabschnitten 9 bzw. 9' in die mulden förmig ausgebildete Sicke 6 über.

Der Querschnitt A_D in den Deformationsabschnitten 5 (siehe Fig. 3) ist ebenfalls rückseitig abgeflacht, stirnseitig jedoch gleichförmig gerundet.

In den Endbereichen 10 der Deformationsabschnitte 5 sind Längsträgerplatten 11 als Halterungen festgelegt (siehe hierzu auch Fig. 4). Die Längsträgerplatten 11 dienen zur Anbindung des Stoßfängers 1 an die Längsträger des Kraftfahrzeugs. Die Befestigung der Längsträgerplatten 11 an den flachen Rückseiten 12 in den Endbereichen 10 der Deformationsabschnitte 5 erfolgt mittels Lochschweißung (Lochschweißstellen LS).

Wie die Fig. 1 ferner erkennen lässt, ist der Biegeträ ger 2 zwischen den Längsträgerplatten 11 konvex gekrümmt. Der Übergang vom Mittelabschnitt 4 auf die Deformations abschnitte 5 erfolgt nahtlos und kontinuierlich, wobei die Sicke 6 in die Deformationsabschnitte 5 ausläuft. In den Deformationsabschnitten 5 weist der Biegeträger 2 zu den Endbereichen 10 hin einen leicht S-förmig gekrümmten Konturverlauf auf.

Anhand der Darstellung der Fig. 2 und 3 bzw. 4 erkennt man, dass der Querschnitt A_D in den Deformationsabschnit ten 5 größer ist als der Querschnitt A_M im Mittelab schnitt 4.

Die Belastungsrichtung bei einem Aufprall ist in den Fig. 1 bis 3 durch den Pfeil P angedeutet. Die aus einem Aufprall resultierende kinetische Energie wird im Biege träger 2 durch das Zusammenwirken des biegesteifen Mit telabschnitts 4 und der Deformationsabschnitte 5 in Ver formungsarbeit umgewandelt. Hierbei werden die Kräfte vom Mittelabschnitt 4 federnd aufgefangen und begrenzt nach giebig im Zusammenwirken mit den Deformationsabschnitten 5 kompensiert. Auf diese Weise werden plastische Verfor mungen an der Karosseriestruktur, insbesondere den Längs trägern, vermieden.

Anhand der Fig. 5 ist ein Stoßfänger 1' mit einem Biege träger 2' erläutert, dessen Biegesteifigkeit im Mittelab schnitt 4' zusätzlich erhöht ist. Ansonsten entspricht die Querschnittsgeometrie und der Konturverlauf dem Stoß fänger 1, so dass einander entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen tragen.

Die Erhöhung der Biegesteifigkeit im Mittelabschnitt 4' kann in einer ersten Alternative durch eine entsprechende Gestaltung bzw. Variation der Wanddicke des Biegeträgers 2' erfolgen. Hierbei ist die Wanddicke S₁ im Mittelab schnitt 4' größer als die Wanddicke S₂ in den Deforma tionsabschnitten 5'. Der Übergang von der Wanddicke S₂ auf die Wanddicke S₁ erfolgt naht- bzw. stufenlos.

Eine zweite Alternative sieht vor, die Biegesteifigkeit im Mittelabschnitt 15 mindestens in dem der Sicke 6 ge genüberliegenden Wandbereich 13 durch einen zusätzlichen Vergütungsschritt zu erhöhen. Dies erfolgt durch eine partielle Härtung des Biegeträgers 2' im Wandbereich 13.

In der Fig. 6 ist ein Stoßfänger 1'' dargestellt, dessen Biegeträger 2'' wiederum gleichartig aufgebaut ist zu den zuvor beschriebenen. Zwischen den Deformationsabschnitten 5'' und den Längsträgerplatten 11 sind zusätzliche Defor mationselemente 14 eingegliedert. Da im Biegeträger 2'' bereits der Großteil einer einwirkenden Kraft aufgenommen und umgewandelt wird, können die Deformationselemente 14 vergleichsweise einfach aufgebaut sein. Ein Deformationselement 14 ist vorzugsweise durch ein kasten förmiges in sich geschlossenes Profil 15, eine sogenannte "Crash-Box", gebildet. Dieses ist schweißtechnisch mit dem Deformationsabschnitt 5'' und der Längsträgerplatte 11 verbunden.

Die zusätzliche Eingliederung von Deformationselementen 14 führt zu einer weiteren Steigerung des Energieabsorp tionsvermögens des Stoßfängers 1''.

Bezugszeichenaufstellung

1

Stoßfänger

1

' Stoßfänger

1

'' Stoßfänger

2

Biegeträger

2

' Biegeträger

2

'' Biegeträger

3

Rohr

4

Mittelabschnitt

4

' Mittelabschnitt

4

'' Mittelabschnitt

5

Deformationsabschnitt

5

' Deformationsabschnitt

5

'' Deformationsabschnitt

6

Sicke

7

Stirnseite

8

Wandabschnitt

9

Wandabschnitt

9

' Wandabschnitt

10

Endbereich v.

5

11

Längsträgerplatte

12

Rückseite v.

5

13

Wandbereich

14

Deformationselement

15

Profil
A_M

Querschnitt v.

4

A_D

Querschnitt v.

5

LS Lochschweißstelle
P Belastungsrichtung
S₁

Wanddicke v.

4

'
S₂

Wanddicke v.

5

'

Claims

1. Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug mit einem quer zu den Längsträgern des Kraftfahrzeugs festlegbaren Bie geträger, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeträger (2, 2', 2'') durch ein umgeform tes Rohr (3) gebildet ist mit einem biegesteifen Mit telabschnitt (4, 4', 4'') und endseitigen Deformati onsabschnitten (5, 5', 5''), wobei der Mittelabschnitt (4, 4',' 4'') eine in seiner Längserstreckung verlau fende Sicke (6) aufweist, die auf der dem Kraftfahr zeug abgewandten Stirnseite (7) angeordnet ist.

2. Stoßfänger nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Deformationsab schnitte (5, 5', 5'') mit einer Halterung (1) zur Be festigung an den Längsträgern versehen sind.

3. Stoßfänger nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Biegeträger (2, 2', 2'') zwischen den Halterungen (11) konvex gekrümmt ist.

4. Stoßfänger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Deforma tionsabschnitt (5'') und Halterung (11) ein Deforma tionselement (14) eingegliedert ist.

5. Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (A_D) in den Deformationsabschnitten (5, 5', 5'') stirnseitig gerundet und rückseitig abge flacht ausgebildet ist.

6. Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (A_M) im Mittelabschnitt (4, 4', 4'') rück seitig abgeflacht ist und stirnseitig mit gerundeten Wandabschnitten (8, 9) in die muldenförmig ausgebil dete Sicke (6) übergeht.

7. Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt (A_D) in den Deformationsabschnitten (5, 5', 5'') größer ist als der Querschnitt (A_M) im Mit telabschnitt (4, 4', 4'').

8. Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke (S₁) im Mittelabschnitt (4') größer ist als die Wanddicke (S₂) in den Deformationsabschnitten (5').

9. Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabschnitt (4') zusätzlich gehärtet ist.