DE60005834T2

DE60005834T2 - Aufprallträger und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE60005834T2
Application number: DE60005834T
Authority: DE
Inventors: Thorbjorn Hoiland; Helland Roald PEDERSEN; Anders Lundberg
Original assignee: Norsk Hydro ASA
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: EP1194317A1; WO2000078575A1; NO993034D0; AU5115600A; DE60005834D1; EP1194317B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen länglichen Aufprallträger und insbesondere einen Stoßstangenträger für Fahrzeuge sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Ein gegenwärtig als vorderer oder hinterer Aufprallschutz in Kraftfahrzeugen verwendeter Stoßstangenträger ist allgemein aus mehreren Gründen über seine Ausdehnung in Längsrichtung gekrümmt oder gebogen. Diese gekrümmte Konfiguration ist nicht nur auf Grund des ästhetischen Eindrucks von privaten Autos oder zum Schaffen von mehr Raum im mittleren Bereich zur Unterbringung beispielsweise des Fahrzeugkühlers erwünscht. Vor allem erlaubt diese bestimmte gekrümmte Form die sofortige Biegung des Trägers, wenn er, beispielsweise bei einem Zusammenstoß, einem Aufprall ausgesetzt ist, zuerst während der elastischen Phase und später während der folgenden plastischen Verformung in Abhängigkeit von der Stärke des Aufpralls (Geschwindigkeit des Autos), ohne dass hinter dem Träger liegende Karosserieteile beschädigt werden.
Diese kombinierten Anforderungen an die Trägerkonstruktion, nämlich das Überstehen von Aufprallvorgängen mit geringer Geschwindigkeit ohne dauerhafte Verformung (Geschwindigkeit unter 4 km/h) und gleichzeitig die kontrollierte Energieabsorption bei hohen Geschwindigkeiten stellen eine technische Herausforderung dar.
Gewöhnlich sind die Stoßstangenträger in Form von geschlossenen Kammern gestaltet, die innen/außen mit Verstärkungseinrichtungen oder Mehrkammerformen versehen sind, wobei die internen Stege/Trennwände die Verstärkung darstellen.
Diese bekannten Lösungen erfordern neben der Erhöhung des Gewichts des Trägers zusätzliche Herstellungsschritte und erhöhen damit die Herstellungskosten beträchtlich.
Ein Aufprallträger gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der WO-A1-9304897 bekannt.
Die US-A-5,580,120 zeigt einen Fahrzeugtürenverstärkungsträger gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit zu der Innenseite und der Außenseite des Fahrzeugs hin angeordneten Nuten auf, die zur Verstärkung des Trägers durch Verbesserung des Impulsmoments des Trägers vorgesehen sind, was zu einer verbesserten Aufprallabsorption führt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen Aufprallträger zu schaffen, der eine verbesserte Knickbeständigkeit und seitliche Stabilität des Trägers zeigt, und somit die Energieabsorptionsfähigkeit des Trägers zu verbessern.
Es ist eine weitere Aufgabe, die elastische Energieabsorption des Trägers zu verbessern/zu maximieren.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aufprallträger aus einem Stück zu schaffen, der integrierte Befestigungseinrichtungen hat, die einen möglichst geringen Materialverbrauch erfordern, was zu beträchtlichen Einsparungen hinsichtlich Kosten und Gewicht führt.
Diese und weitere Aufgaben und vorteilhafte spezielle Merkmale gemäß vorliegender Erfindung werden durch Schaffen eines neuen Verfahrens zur Herstellung eines Aufprallträgers sowie den resultierenden Träger gemäß der Definition in den beigefügten Patentansprüchen 1 beziehungsweise 7 gelöst.
Nachfolgend wird die Erfindung im Detail anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen 1-4 beschrieben.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Aufprallträgers gemäß der Erfindung;
2 zeigt die verschiedenen Querschnittskonfigurationen im Verlauf der Längsrichtung des Trägers;
3 ist ein Diagramm der Aufprallkraft/Verschiebung, das den Unterschied zwischen der Energieabsorptionsfähigkeit des gemäß vorliegender Erfindung vorgesehenen Aufprallträgers im Vergleich mit einem Referenzträger zeigt; und
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Aufprallträgers.
1 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht den als Stoßstangenträger ausgeführten Aufprallträger. Der Träger enthält ein Element 1 mit einer Kammerkonfiguration, das vorzugsweise aus einem leichten Material, wie zum Beispiel einer Al-Legierung mit hoher Festigkeit, ausgehend von einem geraden Hohlformelement, das in herkömmlicher Weise stranggepresst wird, hergestellt wird.
Der Träger hat einen Mittelteil 11, der allgemein die Konfiguration einer einzelnen geschlossenen Kammer hat, die in einer Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in der Figur als rechteckig dargestellt ist (andere Grundformen als die gezeigte rechteckige, beispielsweise oval, könnten auch angewandt werden).
Nach dem Biegevorgang werden die beiden seitlichen Teile des Trägers 12, 13 einer Verformung (durch eine beliebige herkömmliche Bearbeitungsvorrichtung) ausgesetzt, womit die aufeinander zu weisenden oberen und unteren Wände des Trägers mit nach innen verlaufenden Einbuchtungen 15 versehen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Stoßstangenträgers variiert die Tiefe der Einbuchtungen entlang der auf diese Weise vorgesehenen örtlich invertierten Wände, wobei sie in diesem Fall sukzessive zu den Enden des Trägers hin zunimmt, wie in den vertikalen Querschnittsansichten entlang den Linien D-D und E-E in der Figur dargestellt, wodurch ein flexiblerer Träger geschaffen wird.
2 zeigt in vergrößerten schematischen Querschnittsansichten die Variationen der nach innen verlaufenden Einbuchtungen 15, beginnend mit dem rechteckigen Querschnitt a) über die örtlich invertierte (konkave) Konfiguration der aufeinander zu weisenden oberen und unteren Wände b) bis zu den tiefen Einbuchtungen 15 in c).
An gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffenen Trägern, die aus einer Al-Legierung mit hoher Festigkeit der Serie 7000 hergestellt wurden, durchgeführte Tests zeigten eine beträchtliche Seitenstabilität und eine deutliche Steigerung der Energieabsorption, wobei sich eine unterschiedliche Kraft/Verschiebungs-Kurve im Vergleich zu den Referenzträgern zeigte.
3 zeigt ein derartiges Diagramm, das einen wesentlichen Unterschied zwischen den Kurven A (gemäß vorliegender Erfindung mit invertierten Wänden versehene Träger) und B (Referenzträger) zeigt.
Während die Kurve B einen typischen Abfall der zur weiteren Verschiebung erforderlichen Kraft auf Grund einer unkontrollierten Verformung der oberen/unteren Wand des Trägers zeigt (in der Figur durch die Querschnittsverformung nach annähernd 80 mm Verschiebung), zeigt die Kurve A ein unterschiedliches Verhalten, wobei während der weiteren Verschiebung über 80 Millimeter hinaus das Niveau der Kraft nahezu konstant gehalten wird. Das plötzliche Ansteigen der zur weiteren plastischen Verformung erforderlichen Kraft ist das Resultat einer Umwandlung von einer Kammer in eine Doppelkammerkonfiguration der Querschnittskonfiguration des Trägers, indem die einander gegenüberliegenden invertierten Wandeinbuchtungen wie in der Figur dargestellt aneinander anliegen.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Stoßstangenträgers, wobei auch die Vorderwand des Trägers mit einer nach innen verlaufenden Einbuchtung 15 versehen ist, wie in der Querschnittsansicht dargestellt.
In beiden dargestellten Ausführungsformen des Stoßstangenträgers sind die Enden des Trägers vorteilhaft dreidimensional umgeformt, sodass sie integrierte Befestigungseinrichtungen 18 für eine gitterparallele Befestigung beispielsweise zu dem vorderen/hinteren Element des Fahrzeugrahmenaufbaus bilden. 1a zeigt schematisch im Detail eine Rückansicht, eine Draufsicht bzw. eine perspektivische Ansicht der Freiheit hinsichtlich der Material(fluss)verteilung dank der Anordnung der Einbuchtungen 18. Ein weiterer Vorteil ist der unbehinderte Zugang in den Einkammerhohlraum des Trägers von den Enden mit Formwerkzeugen, Dornen etc..
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Beispiele und Stoßstangenträger beschränkt. Ein gemäß den vorstehend beschriebenen Prinzipien vorgesehener Aufprallträger kann als Aufprallschutz vorgesehen werden, der beispielsweise als Türenverstärkungsträger oder Verstärkung in einem Gitterrohrrahmenaufbau einer Fahrzeugkarosserie integriert wird. Das Vorsehen von nach innen vorragenden Einbuchtungen über einen vorbestimmten Teil des Längsverlaufs des Trägers kann auch den gesamten Verlauf des Trägers überdecken, sofern dies zweckvoll erscheint.

Claims

Aufprallträger, insbesondere für Kraftfahrzeuge, enthaltend ein Element (1) mit einer geschlossenen Konfiguration mit einer Kammer, dadurch gekennzeichnet, dass es über einen vorbestimmten Teil bzw. vorbestimmte Teile seiner Längenausdehnung nach innen vorragende Einbuchtungen (15) an mindestens der oberen und der unteren aufeinander zu weisenden Wand des Elements aufweist, welche Einbuchtungen (15) eine gesteuerte plastische Verformung bei einem Aufprall sicherstellen, die schließlich in einer Umwandlung der aus einer Kammer bestehenden Querschnittskonfiguration des Trägers zu einer zwei Kammern aufweisenden Konfiguration hin resultiert.
Aufprallträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger einen Stoßstangenträger ist, der einen Mittelteil (11) mit einer Konfiguration mit einer geschlossenen einzelnen Kammer und zwei Seitenteile (12, 13) umfasst, welche die aufeinander zu weisende obere und untere Wand mit invertierter Konfiguration haben.
Träger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenteile (12, 13) eine Variation der Tiefe der Einbuchtungen entlang der örtlich invertierten Wände zeigen, wodurch ein flexiblerer Träger erhalten wird.
Träger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Einbuchtungen zu den Enden des Trägers hin sukzessive zunimmt.
Träger nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein einstöckiger Träger ist, in den auch Befestigungseinrichtungen (18) parallel zur Fahrzeugfront integriert sind.
Träger nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung der Querschnittskonfiguration mit einer Kammer zu der Konfiguration mit zwei Kammern hin aus dem Aneinanderstoßen der einander gegenüberliegenden Einbuchtungen (15) resultiert.
Verfahren zur Herstellung eines Aufprallträgers für Kraftfahrzeuge, enthaltend die Schritte - Vorsehen eines Elements mit einer einzelnen geschlossenen Kammer, - Biegen des Elements unter dreidimensionaler Verformung in die gewünschte Konfiguration des Trägers, und - Vorformen mindestens der oberen und der unteren einander gegenüberliegenden Wand des Elements über eine vorbestimmte Ausdehnung des Elements, sodass sich nach innen vorragende Einbuchtungen ergeben, welche die plastische Verformung bei einem Aufprall sicherstellen, die schließlich zu der Umwandlung der Querschnittskonfiguration des Trägers mit einer Kammer hin zu einer Konfiguration mit zwei Kammern führt.