DE3510590A1 - Biegebalken, insbesondere als stossfaenger eines fahrzeuges einsetzbarer biegebalken - Google Patents

Description

mindest über einen Teil ihrer Länge, insbesondere im Bereich ihrer Seitenteile in der Ausgangslage vor der Verbindung einen gegenüber der Verbindung aufgewölbten Konturverlauf aufweist.

Im Konkreten kann eine solche Ausgestaltung erfindungsgemäß beispielsweise so aussehen, daß die vordere Halbschale in der Draufsicht einen gegen die rückwärtige Halbschale konvex ausgewölbten Konturverlauf aufweist, so daß die rückwärtige Halbschale ausgehend von einer gestreckten Ausgangslage für die Verbindung über diesen Bogen gespannt werden muß, mit der Folge, daß der Stegbereich der rückwärtigen Halbschale auf Zug beansprucht ist.

Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit besteht darin, vordere und rückwärtige Schale z.B. bei symmetrischer Ausbildung, an ihren einander zugewandten Seiten in der Ausgangslage jeweils mit einem gewölbten Konturverlauf zu versehen, und zwar bevorzugt symmetrisch zur Fahrzeuglängsmittelebene, so daß die beiden Halbschalen im Bereich ihrer Enden für die Verbindung aufeinander zugezogen werden müssen und sich ein mittiger, etwa geradliniger Verbindungsnahtverlauf ergibt.

Für die Aussteifung des Biegebalkens erweist es sich weiter auch als zweckmäßig, die offenen Enden des Biegebalkens durch die Halbschalen insbesondere von Rücken zu Rücken überbrückenden Verschlußkappen zu überdecken.

Für den Biegebalken kann ferner auch mit Vorteil eine Füllung, beispielsweise eine Ausschäumung vorgesehen werden, um dessen Stabilität zu erhöhen.

Ein erfindungsgemäßer, hochbelastbarer und trotzdem dünnwandiger Biegebalken ist bei punktueller Abstützung, z.B. gegenüber den zur Fahrzeuglängsmitte symmerisch liegenden Längsträgern im Bereich dieser Abstützungen besonders gefährdet und verliert naturgemäß insbesondere im Hinblick auf die Seitenteile ein Großteil seiner Stabilität, wenn er im Bereich der Abstützungen eingebeult wird.

Um dem zu begegnen, wird erfindungsgemäß bevorzugt im Bereich dieser Abstützungen eine kastenförmige Einlage vorgesehen, über die zugleich auch die Verspannung gegenüber den Längsträgern erfolgen kann. Zweckmäßigerweise weist die kastenförmige Abstützung im Querschnitt pilzförmige Kontur auf, um harte Kantenberührung zwischen der Abstützung und der Schale des Biegebalkens zu verhindern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf einen als Stoßfänger eines Nutzfahrzeuges eingesetzten Biegebalken mit seiner Abstützung gegenüber den Rahmenlängsträgern des nicht weiter dargestellten Fahrzeuges,

Fig. 2 eine weitere Ausführung eines als Stoßfänger einsetzbaren Biegebalkens in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung.

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III in Fig. 2, ebenfalls schematisch dargestellt.

In Fig. 1 ist mit 1 der als Stoßfänger ausgebildete Biegebalken bezeichnet, der aus einer bezogen auf die Fahrtrichtung F vorderen Halbschale 2 und einer rückwärtigen Halbschale 3 besteht. Wie der Schnitt gemäß Fig. 3 zeigt, weisen die Halbschalen etwa U-förmigen Querschnitt auf.

Der Stoßfänger ist in Fahrzeuglängsrichtung über zwei Rahmenlängsträger 4 und 5 abgestützt, und bezogen auf diese Rahmenlängsträger 4 und 5 weist der Stoßfänger 1 einen zwischen den Rahmenlängsträgern 4 und 5 liegenden Mittelteil 6 sowie Seitenteile 7 und 8 auf.

Üblicherweise liegen, wie auch in Fig. 1 dargestellt, die Rahmenlängsträger 4 und 5 symmetrisch zur Fahrzeuglängsmittelebene 9, und in entsprechender Weise ist auch üblicherweise der Stoßfänger 1 symmetrisch zu dieser Ebene 9 aufgebaut.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel verjüngt sich

ίο der Stoßfänger 1 gegen seine einander gegenüberliegenden Enden, und zwar insbesondere im Bereich seiner Seitenteile 7 und 8, während der Mittelteil 6 im wesentlichen über seine Länge gleichen Querschnitt aufweist.
Bezogen auf die Darstellung gemäß Fig. 1 weisen die Halbschalen 2 und 3,wie strichpunktiert dargestellt, in der Ausgangslage vor der hier durch eine Verschweißung gebildeten Verbindung, geradlinig durchlaufende Rücken- oder Stegteile 11 bzw. 12 auf, während die Länge ihrer Schenkel gegen die freien Enden der Seitenteile 7, 8 verlaufend abnimmt. In der Draufsicht liegen die beiden Halbschalen 2, 3 in ihrer Ausgangslage vor der Verschweißung damit einander so gegenüber, daß bezogen auf eine stirnseitige Berührung der Schenkel der einander gegenüberliegenden Halbschalen 2, 3 im Bereich der Fahrzeuglängsmittelebene 9 sich zwischen diesen ein gegen die Enden der Seitenteile 7, 8 verlaufend verbreiternder Spalt 13 nach beiden Seiten ergibt.
Werden nun die beiden Halbschalen 2, 3 zur Verschweißung so gegeneinander verspannt, daß der Spalt 13 geschlossen wird, so bauen sich wie aus dieser Prinzipdarstellung deutlich wird, in den Halbschalen 2, 3 entsprechende Spannungen auf. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 sind dies sowohl für die vordere als auch für die rückwärtige Halbschale 2, 3 nach der Verschweißung insbesondere im Bereich der Rücken- oder Stegteile 11 bzw. 12 auftretende Zugspannungen.

Durch diese Verformungsbedingte Verspannung ergibt sich eine Verfestigung des Stoßfängers. Insbesondere bieten diese durch die Konstruktion angestrebten Verspannungen auch die Möglichkeit, dem Stoßfänger Vorspannungen aufzuprägen, die sich im Belastungsfall auf dessen Stabilität günstig auswirken. Insbesondere im Hinblick auf dünnwandig gestaltete Stoßfänger erweist sich dies als zweckmäßig, wenn zur Gewichtsreduzierung auf entsprechend hochwertige Materialien zurückgegriffen wird. Bei solchen dünnwandigen Stoßfängern bildet nämlich die Beulgefahr unter Druckbelastung eine kritische Belastungsgrenze.

Dieser Beulgefahr, die bezogen auf eine der Fahrtrichtung F entgegengerichtete und insbesondere im Endbereich der Seitenteile auftretende Belastung für die rückwärtige Halbschale 3 im Bereich der Seitenteile besonders kritisch ist, wird erfindungsgemäß dadurch begegnet, daß durch das Zusammendrücken der Halbschalen 2, 3 unter Schließung des Spaltes 13 für die Verschweißung eine der angesprochenen Druckbelastung entgegengerichtete Zugspannung aufgebaut wird, durch die eine Druckspannung entsprechender Größe kompensiert wird.

Im wesentlichen dem gleichen Zweck dient auch die Ausgestaltung des Stoßfängers 31 gemäß Fig. 2, wobei nun die vordere Halbschale mit 32 und die rückwärtige Halbschale mit 33 bezeichnet sind.

Bezogen auf die Abstützung des Stoßfängers 31 gegenüber den Rahmenlängsträgern 34 und 35 weist der Stoßfänger auch bei dieser Ausgestaltung ein Mittelteil 36 und Seitenteile 37 und 38 auf. Die Fahrzeuglängsmit-

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telebene ist mit 39 bezeichnet. Die Halbschalen 32 und ses Spiel zwischen der Einlage 50 und der vorderen 33 haben auch hier im wesentlichen U-förmigen Quer- Halbschale 32 verwirklicht werden. Gewisse Deformaschnitt und sind jeweils mit einem Rücken oder Stegteil tionen des Stoßfängers 31 sind dadurch möglich, ohne 40 bzw. 41 versehen, das zwischen den Schenkeln der daß zugleich von vornherein eine Abstützung der vor-Halbschalen 32, 33 liegt, von denen die einander ent- 5 deren Halbschale unmittelbar an der Einlage 50 vorhansprechenden aufeinander zu verlaufen und über eine den ist. Hierdurch können Spannungsspitzen vermieden Schweißnaht 43'miteinander zu verbinden sind. werden. Die Verwendung einer kastenförmigen Einlage

Der Stoßfänger 31 ist insgesamt so aufgebaut, daß die ist insbesondere in Verbindung mit der Ausgestaltung vordere Halbschale 32 bezüglich der freien Kante ihrer des Stoßfängers als dünnwandiger Schalenträger Schenkel eine bogenförmige Kontur 44 aufweist, die to zweckmäßigem ein Zusammendrücken oder Einbeulen dem Verlauf der Schweißnaht 43'entspricht. Die bogen- desselben in dem kritischen Abstützbereich gegenüber förmige Kontur 44 der vorderen Halbschale 32 ist bei den Rahmenlängsträgern zu vermeiden, da dieser festiggeradlinigem Verlauf des Rücken- oder Stegteiles 40 keitsmäßig bei einem Zusammendrücken in diesem Begegeben. Die Krümmung der bogenförmigen Kontur 44 reich insgesamt zusammenbricht, ist entgegen der Fahrtrichtung Fkonvex. 15 In Fig. 3 ist weiter gezeigt, daß das Rücken oder Steg-

Ausgehend auf einen geradlinigen Verlauf der rück- teil 40 der vorderen Halbschale 32 in Längsrichtung mit wärtigen Halbschale 33 mit in der Ausgangslage gerad- durchlaufenden Rippen, hier in mäanderförmiger Struklinigem Verlauf des Rücken- oder Stegteiles 41 ist vor tür vesehen sein kann, um bei Berührung eine gewisse der Verschweißung ein Spalt 43 vorhanden. Wird nun Führung in Fahrzeugquerrichtung zu erreichen. Außerfür die Verschweißung die rückwärtige Halbschale 33 20 dem läßt sich auf diese Weise auch gezielt eine Versteientsprechend der bogenförmigen Kontur 44 gekrümmt, fung der vorderen Halbschale unter Verwendung gleiso wird dieser Spalt geschlossen und es ist die Ver- chen Ausgangsmateriales für vordere und hintere HaIbschweißung der beiden Halbschalen im Bereich ihrer schale erreichen.

Schenkel möglich. Zugleich wird im Bereich des Rük- Zweckmäßig ist es im Rahmen der Erfindung weiter,

ken- oder Stegteiles 41 der rückwärtigen Halbschale 33 25 wenn endseitig den offenen Querschnitt überbrückende eine Zugspannung aufgebaut, die die anhand der Fig. 1 Verschlußkappen vorgesehen sind, die eine besondere geschilderten Auswirkungen mit sich bringt. Für die Aussteifung in diesem Bereich bewirken, vordere Halbschale ergibt sich zwar eine entsprechende Zugvorspannung, die an sich in Bezug auf übliche Belastungen von vorne unerwünscht ist. Hier besteht aber keine Beulgefahr, und zweckmäßigerweise wird die vordere Halbschale auch stabiler als die rückwärtige Halbschale ausgeführt, der im wesentlichen nur Versteifungsfunktion zukommt.

Wie Fig. 3 in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 zeigt, sind die Stoßfänger 1 und 31 im Bereich ihrer Verbindung zu den Rahmenlängsträgern 4, 5 bzw. 34, 35 mit einer eingelegten, kastenförmigen Einlage 50 versehen. Diese Einlage ist, in Draufsicht gemäß Fig. 1 und 2, bevorzugt in ihrer Querschnittskontur pilzförmig, um harte Kantenberührungen zwischen ihr und dem Stoßfänger 1 bzw. 31 zu vermeiden. Anstelle pilzförmiger Konturen können auch entsprechend verrundete Querschnitte für die beispielsweise kastenförmige Einlage vorgesehen sein.

Die Einlage 50 bildet im Bereich ihres gegen die Rahmenlängsträger 4, 5 bzw. 34, 35 gerichteten Wandteiles 51,52 bevorzugt zugleich die Aufnahme für die Befestigungsschrauben 53, über die der Stoßfänger an den Rahmenlängsträgern angebracht ist. Zweckmäßigerweise erfolgt die Anbindung dabei derart, daß eine unmittelbare Verankerung der Schrauben in der rücksärtigen Halbschale 3 bzw. 33 nicht gegeben ist, sondern lediglich eine Verspannung zwischen der Einlage 50 und dem jeweiligen Ende des Längsträgers 4, 5 bzw. 34, 35, wobei auch dieses im Querschnitt in der Draufsicht verrundet oder pilzförmig ausgebildet sein kann, um harte Kantenbelastungen auszuschließen. Insbesondere bei solch dünnwandig gestalteten Stoßfängern 1,31, wie sie erfindungsgemäß angedeutet sind, ist eine solche Verspannung zweckmäßig und vorteilhaft.

In der schematischen Darstellung gemäß Fig. 3 ist die kastenförmige Einlage 50 im Querschnitt auf die rückwärtige Halbschale 33 abgestimmt, deren Schenkel 45, 46 von den Schenkeln 47,48 der vorderen Halbschale 32 übergriffen werden. Hierdurch können die Halbschalen 32 und 33 mit einander überlappenden Schenkeln zusammengefügt werden und es kann zugleich ein gewis-

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Claims (13)

1 2 Patentansprüche gekennzeichnet, daß zumindest die dem Rückenoder Stegteil der jeweiligen Halbschale zugewand-

1. Biegebalken, insbesondere als Stoßfänger eines te Stützfläche der Einlage im Querschnitt verrun-

Fahrzeuges einsetzbarer Biegebalken, der einen det, insbesondere im Horizontalquerschnitt pilzför-

zwischen zwei nach gegenüberliegenden Seiten 5 mig ausgebildet ist.
auskragenden Seitenteilen und zwei Abstützungen

liegenden Mittelteil aufweist und bei geschlosse- Beschreibung
nem Querschnitt eine vordere und eine rückwärtige Halbschale umfaßt, dadurch gekennzeichnet, Die Erfindung betrifft einen Biegebalken, insbesondedaß der Biegebalken als aus vorderer und rückwär- 10 re einen als Stoßfänger eines Fahrzeuges einsetzbaren tiger Halbschale (2,32 bzw. 3,33) Zusammengesetz- Biegebalken, der einen zwischen zwei nach gegenüberter Träger ausgebildet ist, von dessen Halbschalen liegenden Seiten auskragenden Seitenteilen und zwei — bezogen auf Belastungen quer zu deren Rük- Abstützungen liegenden Mittelteil aufweist und bei geken- oder Stegteilen — die vordere Halbschale (2, schlossenem Querschnitt eine vordere und eine rück-32) ein größeres Widerstandsmoment als die rück- 15 wärtige Halbschale umfaßt.

wärtige Halbschale (3,33) aufweist, die mit der vor- Biegebalken mit geschlossenem Querschnitt finden

deren Halbschale (2, 32) unter Aufbau einer Zug- vielfach Verwendung. Sie werden üblicherweise, insbe-

vorspannung in ihrem Rücken- oder Stegteil ver- sondere für den Einsatz als Stoßfänger bei Nutzfahrzeu-

bunden ist. gen oder dergleichen aus verhältnismäßig dickwandigen

2. Biegebalken nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 20 Materialien und nicht allzu hochwertigen Stählen herzeichnet, daß die Halbschalen durch stumpfes Ver- gestellt.

binden ihrer Schenkel aneinander angeschlossen Im Hinblick auf das im Personen- und Nutzfahrzeug-

sind. bereich allgemeine Ziel, das Gewicht des Fahrzeuges

3. Biegebalken nach Anspruch 1, dadurch gekenn- weitmöglichst zu reduzieren, ohne seine Stabilität zu zeichnet, daß die Halbschalen unter Überlappung 25 beeinträchtigen, liegt die Verwendung hochwertigerer ihrer Schenkel aneinander angeschlossen sind. Stähle und entsprechend dünnwandigerer Biegebalken

4. Biegebalken nach Anspruch 3, dadurch gekenn- auf der Hand. Es ergeben sich hier allerdings im Hinzeichnet, daß die Halbschalen im Überlappungsbe- blick auf die Beulgefahr dünnwandig gestalteter Biegereich ihrer Schenkel verbunden sind. balken verhältnismäßig enge Grenzen.

5. Biegebalken nach einem der vorhergehenden 30 Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halb- zugrunde, eine Konstruktion für einen insbesondere als schalen (2,32) miteinander verschweißt sind. Stoßfänger eines Fahrzeuges einsetzbaren Biegebalken

6. Biegebalken nach einem der vorhergehenden aus hochfestem, dünnwandigem Material zu schaffen, Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumin- der auch den Anforderungen für einen Stoßfänger gedest eine der Halbschalen (2,32 bzw. 3, 33) wenig- 35 recht wird.

stens über einen Teil ihrer Länge in der Ausgangs- Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Biegebal-

lage vor der Verbindung einen gegenüber ihrem ken der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß

Verlauf nach der Verbindung ausgewölbten Kon- dieser als aus vorderer und rückwärtiger Halbschale

turverlauf aufweist. zusammengesetzter Träger ausgebildet ist, von dessen

7. Biegebalken nach Anspruch 6, dadurch gekenn- 40 Halbschalen — bezogen auf Belastungen quer zu deren zeichnet, daß die Halbschalen zumindest im Be- Rücken- oder Stegteilen — die vordere Halbschale ein reich eines Seitenteiles (7, 37 bzw. 8, 38) in der größeres Widerstandsmoment als die rückwärtige Ausgangslage vor der Verbindung einen gegen- Halbschale aufweist, die mit der vorderen Halbschale über ihrem Konturverlauf nach der Verbindung unter Aufbau einerZugvorspannung in ihrem Rückenausgewölbten Konturverlauf aufweisen. 45 oder Stegteil verbunden ist.

8. Biegebalken nach einem der vorhergehenden Bei einer derartigen Ausgestaltung des Biegebalkens Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine ist es möglich, diesen ohne zusätzlichen Aufwand an Halbschale (3) im Bereich wenigstens eines ihrer seiner bezogen auf die Biegebelastungsrichtung rückSeitenteile (7 bzw. 8) verlaufend gegen zumindest wärtigen Seite so in Zugrichtung vorzuspannen, daß die eines ihrer Enden durch Verringerung ihrer offenen 50 Beulgefahr unter Biegebelastung für diesen bei Biege-Querschnittstiefe verjüngt ist. belastung auf Druck belasteten Bereich im gewünschten

9. Biegebalken nach einem der vorhergehenden Maße vermindert ist, insbesondere soweit vermindert Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die offe- ist, daß die möglichen Biegebelastungswerte des Biegenen Enden des Biegebalkens durch die Halbschalen balkens bezogen auf dessen jeweiligen Querschnitt voll überbrückende Verschlußkappen verschlossen 55 ausgenutzt werden können. Dies ist insbesondere wesind. sentlich für die frei auskragenden Seitenteile von als

10. Biegebalken nach einem der vorhergehenden Biegebalken ausgebildeten Stoßfängern.
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl- In Ausgestaltung der Erfindung können die Halbscharaum des Biegebalkens gefüllt, insbesondere ausge- len durch stumpfe Verbindung ihrer Schenkel, oder unschäumt ist. 60 ter Überlappung ihrer Schenkel aneinander angeschlos-

11. Biegebalken nach einem der vorhergehenden sen sein. Letztere Ausgestaltung ermöglicht in der Ferti-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bie- gung größere Toleranzen und eignet sich zusätzlich gebalken im Bereich der Abstützungen mit einer auch für verschiedene Verbindungsarten, wie Schweiaussteifenden Einlage (50) versehen ist. ßen und Kleben oder dergleichen, während bei einem

12. Biegebalken nach Anspruch 11, dadurch ge- 65 stumpfen Aneinanderstoßen der Schenkel im wesentlikennzeichnet, daß die Einlage kastenförmig ausge- chen nur eine Verschweißung in Frage kommt.

bildet ist. In Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich als

13. Biegebalken nach Anspruch 11 oder 12, dadurch zweckmäßig, wenn zumindest eine der Halbschalen zu-