DE3510590C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen als Stoßfänger eines Fahrzeuges einsetzbaren Biegebalken, der einen zwischen zwei nach gegen­ überliegenden Seiten auskragenden Seitenteilen und zwei Ab­ stützungen liegenden Mittelteil aufweist und als aus einer vorderen und einer mit dieser verbundenen rückwärtigen Halb­ schale zusammengesetzter Träger geschlossenen Querschnittes ausgebildet ist, wobei die Halbschalen jeweils ein im wesent­ lichen U-förmiges Querschnittsprofil mit vertikal orientier­ tem Stegteil und horizontalen Schenkeln bilden und - jeweils bezogen auf Belastungen quer zu den Flächen der Stegteile der Halbschalen - die vordere Halbschale ein größeres Wider­ standsmoment als die rückwärtige Halbschale aufweist.

Im Zuge der allgemeinen Tendenz, Fahrzeuge ohne Stabilitäts­ beeinträchtigungen leichter zu bauen, besteht das Bestreben, derartige Biegebalken möglichst dünnwandig aus entsprechend hochwertigem Material auszuführen. Dünnwandigere Biegebalken neigen aber mehr zum Ausbeulen, und es sind deshalb der Ver­ ringerung der Wandstärke bei als Stoßfänger eingesetzten Biegebalken verhältnismäßig enge Grenzen gesetzt.

Bei einem aus der DE-OS 23 27 702 bekannten, als Stoßfänger eingesetzten Biegebalken der eingangs genannten Art ist die rückwärtige Halbschale innerhalb der vorderen Halbschale angeordnet, wobei die Halbschalen, die beide mit ihren offe­ nen Bereichen dem Fahrzeug zugewandt sind, im Bereich ihrer horizontalen Schenkel miteinander verbunden sind. Um bei Gewährleisten der erforderlichen Festigkeit des Biegebalkens Gewicht einzusparen, besteht bei dieser bekannten Ausbildung nur die vordere Halbschale aus einem festigkeitsmäßig höher­ wertigen Stahl, während die in die vordere Halbschale einge­ setzte rückwärtige Halbschale aus Leichtmetall hergestellt ist. Um der Gefahr einer elektrischen Korrosion durch galva­ nische Reaktion zwischen diesen verschiedenen Metallen vorzu­ beugen, ist als einen zusätzlichen Aufwand bedeutende beson­ dere Maßnahme vorgesehen, daß die beiden Halbschalen in ihren gegenseitigen Verbindungsbereichen elektrisch voneinander isoliert sind. Besondere Maßnahmen zur Verringerung der Gefahr des Ausbeulens sind bei diesem bekannten Biegebalken nicht getroffen, so daß der Verringerung der Wandstärke der Halb­ schalen entsprechend enge Grenzen gesetzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen als Stoßfänger eines Fahrzeuges einsetzbaren Biegebalken der eingangs ange­ gebenen Gattung so zu gestalten, daß er bei vergleichsweise dünnwandiger Ausführung innerhalb des Bereiches der durch die Materialeigenschaften begrenzten Biegebelastbarkeit ohne Gefahr des Ausbeulens auf Biegung beanspruchbar ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Querschnittsprofile der den Biegebalken bildenden Halb­ schalen mit ihren offenen Bereichen einander zugewandt sind und daß für das Verbinden der Halbschalen miteinander ein bogenartiges Verformen mindestens einer der beiden Halbschalen in der Weise vorgesehen ist, daß in den Stegteilen der Halb­ schalen eine Zugvorspannung aufbaubar ist.

Durch die bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Biege­ balkens erzeugte Zugvorspannung in den Stegteilen der Halb­ schalen wird die Gefahr des Ausbeulens unter Biegebelastung soweit vermindert, daß im Sinne einer Gewichtsoptimierung die von den Materialeigenschaften her möglichen Biegebe­ lastungswerte des Biegebalkens voll ausgenutzt werden kön­ nen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unter­ ansprüchen entnehmbar.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier in der Zeich­ nung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf einen als Stoßfänger eines Nutzfahrzeuges eingesetzten erfindungsgemäßen Biegebalken mit seiner Abstützung gegenüber Rahmenlängs­ trägern des nicht weiter dargestellten Fahr­ zeuges,

Fig. 2 eine weitere Ausführung der Erfindung 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 Biegebalken ausgebildete Stoß­ fänger bezeichnet, der aus einer bezogen auf die Fahrtrich­ tung F vorderen Halbschale 2 und einer rückwärtigen Halb­ schale 3 besteht. Wie der Schnitt gemäß Fig. 3 zeigt, weisen die Halbschalen etwa U-förmigen Querschnitt auf.

Der Stoßfänger 1 ist in Fahrzeuglängsrichtung über zwei Rahmenlängsträger 4 und 5 abgestützt und weist einen zwi­ schen den Rahmenlängsträgern 4 und 5 liegenden Mittel­ teil 6 sowie Seitenteile 7 und 8 auf.

Üblicherweise liegen, wie in Fig. 1 dargestellt, die Rah­ menlängsträger 4 und 5 symmetrisch zur Fahrzeuglängsmit­ telebene 9, und entsprechend ist üblicherweise auch der Stoßfänger 1 symmetrisch zur Fahrzeuglängsmittelebene auf­ gebaut.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel verjüngt sich der Stoß­ fänger 1 zu seinen Enden hin, und zwar insbesondere im Bereich seiner Seitenteile 7 und 8, während der Mittelteil 6 über seine Länge im wesentlichen gleichen Querschnitt aufweist.

Gemäß Fig. 1 weisen die Halbschalen 2 und 3, wie strich­ punktiert dargestellt, in der Ausgangslage vor der hier durch eine Verschweißung gebildeten Verbindung geradlinig durchlaufende Stegteile 11 bzw. 12 auf, während die Breite ihrer Schenkel zu den freien Enden der Seitenteile 7 und 8 hin kontinuierlich abnimmt. In der Draufsicht liegen die beiden Halbschalen 2 und 3 in ihrer Ausgangslage vor der Verschweißung damit einander so gegenüber, daß bei stirn­ seitiger Berührung der Schenkel der einander gegenüberlie­ genden Halbschalen 2 und 3 im Bereich der Fahrzeuglängs­ mittelebene 9 zwischen diesen jeweils ein sich zu den Enden der Seitenteile 7 und 8 hin kontinuierlich verbreiternder Spalt 13 vorhanden ist.

Werden nun die beiden Halbschalen 2 und 3 zur Verschweißung so gegeneinander verspannt, daß der Spalt 13 geschlossen wird, so bauen sich in den Halbschalen 2 und 3 entsprechende Spannungen auf. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind dies sowohl für die vordere als auch für die rückwärtige Halbschale 2 und 3 nach der Verschweißung insbesondere im Bereich der Stegteile 11 bzw. 12 auftretende Zugspannungen.

Durch diese verformungsbedingte Verspannung ergibt sich eine Verfestigung des Stoßfängers. Insbesondere bieten diese Ver­ spannungen die Möglichkeit, dem Stoßfänger Vorspannungen aufzuprägen, die sich im Belastungsfall auf dessen Stabili­ tät günstig auswirken. Insbesondere für dünnwandig gestal­ tete 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 Sei­ tenteile 7 und 8 auftretende Belastung für die rückwärtige Halbschale 3 im Bereich der Seitenteile 7 und 8 besonders kritisch ist, wird erfindungsgemäß dadurch begegnet, daß durch das Zusammendrücken der Halbschalen 2 und 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 Ausbildung 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 Ausbildung einen Mittelteil 36 und Seitenteile 37 und 38 auf. Die Fahrzeuglängsmittelebene ist mit 39 bezeich­ net. Die Halbschalen 32 und 33 haben auch hier im wesent­ lichen U-förmigen Querschnitt und weisen jeweils einen Steg­ teil 40 bzw. 41 auf,der zwischen den Schenkeln der Halbscha­ len 32 bzw. 33 liegt, wobei die aufeinander zulaufenden Schenkel der Halbschalen über eine Schweißnaht 43 miteinander zu verbinden sind.

Der Stoßfänger 31 ist insgesamt so aufgebaut, daß die vordere Halbschale 32 im Bereich der freien Kante ihrer Schenkel eine bogenförmige Kontur 44 aufweist, die dem Verlauf der Schweiß­ naht 43 entspricht. Die bogenförmige Kontur 44 der vorderen Halbschale 32 ist bei geradlinigem Verlauf des Stegteiles 40 gegeben. Die Krümmung der bogenförmigen Kontur 44 ist ent­ gegen der Fahrtrichtung F konvex.

Ausgehend von einem geradlinigen Verlauf der rückwärtigen Halbschale 33 in der Ausgangslage ist vor der Verschweißung ein Spalt 42 vorhanden. Wird nun für die Verschweißung die rückwärtige Halbschale 33 entsprechend der bogenförmigen Kontur 44 gekrümmt, so wird dieser Spalt 42 geschlossen und ist die Verschweißung der beiden Halbschalen 32 und 33 im Bereich ihrer Schenkel möglich. Zugleich wird im Bereich des Stegteiles 41 der rückwärtigen Halbschale 33 eine Zug­ spannung aufgebaut, die die anhand der Fig. 1 geschilderten Auswirkungen mit sich bringt. Für die vordere Halbschale 32 ergibt sich eine entsprechende Zugvorspannung, die an sich in bezug auf Belastungen der Seitenteile 37 und 38 von vorne unerwünscht ist. Hier besteht aber keine Beulgefahr, und zweckmäßigerweise wird die vordere Halbschale 32 auch stabi­ ler als die rückwärtige Halbschale 33 ausgeführt.

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

Die Einlage 50 bildet im Bereich ihres gegen die Rahmen­ längsträger 4 und 5 bzw. 34 und 35 gerichteten Wandteiles 51 bzw. 52 bevorzugt zugleich die Aufnahme für Befestigungs­ schrauben 53, über die der Stoßfänger 1 bzw. 31 an den Rah­ menlängsträgern angebracht ist. Zweckmäßigerweise erfolgt die Verbindung dabei derart, daß eine unmittelbare Veranke­ rung der Befestigungsschrauben 53 in der rückwärtigen Halb­ schale 3 bzw. 33 nicht gegeben ist, sondern lediglich eine Verspannung zwischen der Einlage 50 und dem jeweiligen Ende des Rahmenlängsträgers 4 und 5 bzw. 34 und 35, wobei auch dieses im Querschnitt in der Draufsicht verrundet oder pilz­ förmig ausgebildet sein kann, um harte Kantenbelastungen auszuschließen. Insbesondere bei dünnwandig gestalteten Stoßfängern 1 bzw. 31, wie sie erfindungsgemäß angestrebt werden, ist eine solche Verspannung zweckmäßig.

In der schematischen Darstellung gemäß Fig. 3 ist die kastenförmige Einlage 50 im Querschnitt auf die rückwärtige Halbschale 33 abgestimmt, deren Schenkel 45 und 46 von den Schenkeln 47 bzw. 48 der vorderen Halbschale 32 überlappt werden. Es kann ein gewisses Spiel zwischen der Einlage 50 und der vorderen Halbschale 32 vorgesehen werden. Gewisse Deformationen des Stoßfängers 31 sind dadurch möglich, ohne daß zugleich von vornherein eine Abstützung der vor­ deren Halbschale 32 an der Einlage 50 gegeben ist. Hierdurch können Spannungsspitzen vermieden werden. Die Verwendung einer kastenförmigen Einlage ist insbeson­ dere in Verbindung mit der Ausgestaltung des Stoßfängers als dünnwandiger Schalenträger zweckmäßig, um ein Zusam­ mendrücken oder Einbeulen desselben in dem kritischen Abstützbereich gegenüber den Rahmenlängsträgern zu ver­ meiden.

In Fig. 3 ist weiter gezeigt, daß der Stegteil 40 der vorderen Halbschale 32 in Längsrichtung mit durchlaufen­ den Rippen, hier in mäanderförmiger Struktur, versehen sein kann, um bei Berührung eine gewisse Führung in Fahr­ zeugquerrichtung zu erreichen. Außerdem läßt sich auf diese Weise auch gezielt eine Versteifung der vorderen Halbschale unter Verwendung gleichen Ausgangsmateriales für vordere und hintere Halbschale erreichen.

Zweckmäßig ist es im Rahmen der Erfindung weiter, wenn end­ seitig den offenen Querschnitt des Stoßfängers überbrückende Verschlußkappen vorgesehen sind, die eine besondere Aus­ steifung in diesem Bereich bewirken.

Claims (13)

1. Als Stoßfänger eines Fahrzeuges einsetzbarer Biegebalken, der einen zwischen zwei nach gegenüberliegenden Seiten aus­ kragenden Seitenteilen und zwei Abstützungen liegenden Mittelteil aufweist und als aus einer vorderen und einer mit dieser verbundenen rückwärtigen Halbschale zusammen­ gesetzter Träger geschlossenen Querschnittes ausgebildet ist, wobei die Halbschalen jeweils ein im wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil mit vertikal orientiertem Stegteil und horizontalen Schenkeln bilden und - jeweils bezogen auf Belastungen quer zu den Flächen der Stegteile der Halbschalen - die vordere Halbschale ein größeres Widerstandsmoment als die rückwärtige Halbschale aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsprofile der den Biegebalken bildenden Halbschalen (2 und 3; 32 und 33) mit ihren offenen Berei­ chen einander zugewandt sind und daß für das Verbinden der Halbschalen (2 und 3; 32 und 33) miteinander ein bogen­ artiges Verformen mindestens einer der beiden Halbschalen (2 und 3; 32 und 33) in der Weise vorgesehen ist, daß in den Stegteilen (11 und 12; 40 und 41) der Halbschalen (2 bzw. 3; 32 bzw. 33) eine Zugvorspannung aufbaubar ist.

2. Biegebalken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (2 und 3) durch stumpfes Verbinden ihrer Schenkel aneinander angeschlossen sind.

3. Biegebalken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (32 und 33) unter Überlappung ihrer Schenkel (45 und 47 bzw. 46 und 48) aneinander angeschlos­ sen sind.

4. Biegebalken nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (32 und 33) im Überlappungsbereich ihrer Schenkel (45 und 47 bzw. 46 und 48) verbunden sind.

5. Biegebalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbschalen (2 und 3; 32 und 33) miteinander ver­ schweißt sind.

6. Biegebalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bogenartige Verformen mindestens einer der beiden Halbschalen (32 und 33) über die gesamte Länge des Biege­ balkens vorgesehen ist.

7. Biegebalken nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bogenartige Verformen mindestens einer der beiden Halbschalen (2 und 3) im Bereich der Seitenteile (7 und 8) des Biegebalkens vorgesehen ist.

8. Biegebalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Halbschalen (2 und 3; 32) wenigstens im Bereich der Seitenteile (7 und 8) des Biegebalkens sich zu den Enden desselben hin durch Ver­ ringerung der Breite der Schenkel (47 und 48) der jewei­ ligen Halbschale (2 und 3; 32) verjüngend ausgebildet ist.

9. Biegebalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Enden des Biegebalkens durch die Halb­ schalen (2 und 3; 32 und 33) überbrückende Verschlußkap­ pen verschlossen sind.

10. Biegebalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Biegebalkens eine stabilitätserhö­ hende Füllung, insbesondere eine Ausschäumung, aufweist.

11. Biegebalken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegebalken im Bereich der beiden Abstützungen jeweils mit einer aussteifenden Einlage (50) versehen ist.

12. Biegebalken nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlage (50) kastenförmig ausgebildet ist.

13. Biegebalken nach Anspruch 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die dem Stegteil (11 und 12; 40 und 41) der jeweiligen Halbschale (2 bzw. 3; 32 bzw. 33) zuge­ wandte Stützfläche der Einlage (50) im Querschnitt pilz­ förmig gerundet ausgebildet ist.