DE102008059748B4

DE102008059748B4 - Stoßfänger

Info

Publication number: DE102008059748B4
Application number: DE102008059748A
Authority: DE
Inventors: Ulrich 33104 Lütke-Bexten; Michael 33602 Roll; Elmar 33100 Mollemeier
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2008-12-01
Filing date: 2008-12-01
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2028-12-02
Also published as: FR2939089A1; US20100133861A1; FR2939089B1; DE102008059748A1; US8152210B2

Abstract

Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug, welcher einen quer zu den Längsträgern des Kraftfahrzeugrahmens festlegbaren Querträger (2, 2A) aufweist, wobei der Querträger (2, 2A) zwei zueinander relativ verlagerbar angeordnete Längsprofile (3, 4; 22, 24) umfasst, welche sich bei der Verlagerung aneinander abstützen, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (3, 4; 22, 24) sich bereichsweise überlappen und ineinander greifen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
Stoßfänger werden bei Kraftfahrzeugen standardmäßig sowohl front- als auch heckseitig eingebaut, um die Stoßenergie kleinerer Anprallvorgänge abzufangen, so dass die eigentliche Tragstruktur des Kraftfahrzeugs möglichst nicht beschädigt wird. Ein Stoßfänger besteht üblicherweise aus einem Querträger, der unter Eingliederung von Crashboxen quer zu den Längsträgern des Kraftfahrzeugrahmens festlegbar ist. Der Querträger dient dazu, die aus einem Anprall resultierende Energie in die Crashboxen einzuleiten, wo die Stoßenergie in Verformungsarbeit umgewandelt werden soll. Das System wird dabei so aufeinander abgestimmt, dass die Crashboxen jeweils möglichst mittig auf dem Längsträger des Kraftfahrzeugs sitzen und die Stoßenergie über den Querträger mit einem möglichst geringen Biegemoment in die Crashboxen und damit auf die Längsträger eingeleitet wird.
Eine Vielzahl unterschiedlich ausgestalteter Stoßfänger ist bekannt. So gehört durch die US 6,349,521 B1 ein Stoßfänger zum Stand der Technik mit einem starren, als Hohlträger ausgebildeten Querträger. Der Querschnitt variiert über die Länge des Querträgers, um ihm ein belastungsgerechtes und hohes Energieabsorptionsvermögen zu verleihen.
Aus der EP 1 730 002 B1 geht ein Stoßfänger hervor mit einem Querträger, der ein U-förmig konfiguriertes Längsprofil aufweist, welches durch ein Abdeckblech verschlossen ist. Der Querträger des durch die EP 1 182 095 B1 bekannten Querträgers ist aus einer Oberschale und einer Unterschale gebildet, die gegengleich angeordnet und entlang der sich überlappenden Längenbereiche an den Stirnschenkeln stirnseitig verbunden sind.
Die DE 10 2005 024 094 A1 beschreibt eine Stoßfängeranordnung für ein Kraftfahrzeug. Dabei weist der Stoßfängerquerträger ein Profil mit mindestens einem über mindestens eine Biegestelle verbundenen Flügel auf, welcher sich im Crashfall um die Biegestelle verschwenkt, so dass sich die Bauhöhe des Stoßfängerquerträgers vergrößert. Dabei können die Flügel derart ausgestattet sein, dass sie sich ab einer bestimmten Auslenkung gegenseitig blockieren. Andererseits können auch separate Teile zur Erreichung der Blockierung wie beispielsweise Verstrebungen vorgesehen sein. Die Flügel sind über die Biegestelle verbunden und begrenzen zu beiden Seiten der Biegestelle einen trapezförmigen Freiraum.
Die DE 198 53 128 A1 beschreibt eine Stoßfängeranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Stoßfängerbiegeträger. Dabei ist der Stoßfängerbiegeträger durch ein gebogenes und durch Innenhochdruckumformung zu einem Hohlprofil mit über seine Erstreckung hinweg variierende Querschnittsform und/oder Wandungsdicke ausgebildetes Rohr.
Die EP 1 495 917 B1 offenbart einen Stoßfänger, dessen Querträger einen unteren Bereich und einen oberen Bereich aufweist, wobei der obere Bereich bezüglich des unteren Bereichs nach außen vorsteht und einen Stoßdämpfer umfasst. Der untere Bereich ist durch eine Verstärkung ausgesteift. Weitere Beispiele von Stoßfängern bzw. Stoßfängersystemen gehen aus der DE 10 2007 001 966 A1 oder der DE 10 2004 055 518 A1 hervor.
Neben den gesetzlichen Regelungen, die in Europa Teil der Typengenehmigung sind, nehmen auch Verbraucherschutzorganisationen wie Euro-NCAP Bewertungen zum Fußgängerschutz an neuen Fahrzeugen vor. Darüber hinaus müssen die Anforderungen aus den Einstufungstests der Versicherer (Research Council for Automobile Repairs (RCAR), Gesamtverband der deutschen Versicherungswirtschaft (GDV)) erfüllt werden. Gleichzeitig stellen die Automobilbauer die üblichen Forderungen nach optimaler Bauraumnutzung, Montierbarkeit, hohes Energieabsorptionsvermögen und möglichst geringem Gewicht sowie akzeptablen Kosten.
Weiterhin verlangt die zurzeit geführte Diskussion zur Reduzierung des CO₂-Ausstoßes in der Automobilindustrie nach einer konsequenten Umsetzung des Leichtbaus bei der Fahrzeugentwicklung. Die geforderte Gewichtsreduktion und die Versicherungseinstufungstests stehen jedoch konträr zueinander. Bei den Tests werden Kollisionen der Stoßfänger bzw. Stoßfängersysteme mit Barrieren bei verschiedenen Geschwindigkeiten durchgeführt. Auf die RCAR/GDV-Tests ausgelegte Querträger sind im Vergleich zu den bisherigen Systemen oft um ca. 20–30% schwerer, da geometrische Mindestanforderungen vorgegeben sind und die Träger in der Höhe größer ausgeführt werden müssen, um die Testanforderungen zu bestehen. Trotzdem kann je nach Fahrzeugtyp das Über- oder Unterfahren der Barriere trotz der geometrischen Mindestanforderungen nicht oder nur schwer verhindert werden. Oftmals wird auch durch das Design der Fahrzeuge eine optimale Auslegung des Querträgers verhindert.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, einen Stoßfänger in leichtbauender Weise funktional zu verbessern und das Energieabsorptionsvermögen im Gesamtkonzept eines Stoßfängersystems zu erhöhen.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Stoßfänger gemäß Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Stoßfängers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 13.
Erfindungsgemäß umfasst der Querträger zwei zueinander relativ verlagerbar angeordnete Längsprofile, welche sich bei der Verlagerung aneinander abstützen. Auf diese Weise kann sich der Stoßfänger dem Belastungsverhalten im Falle eines Crashs anpassen, insbesondere indem sich die gesamte vordere Anprallfläche, also die vom Kraftfahrzeug nach außen weisende Fläche, bei einem Anprall vergrößert. Jedes Längsprofil weist einen in Hochrichtung gesehenen äußeren, freien Endabschnitt auf, wobei die freien Endabschnitte der Längsprofile sich bei der Verlagerung voneinander entfernen. Dabei überlappen sich die Längsprofile bereichsweise und greifen ineinander.
Die Längsprofile besitzen vorzugsweise einen Steg und sich daran anschließende Schenkel, wobei insbesondere die Schenkel unterschiedlich lang sein können.
Endseitig an die Schenkel schließen sich Flansche an. Zumindest an einem Flansch ist ein in Richtung zum Steg weisender Randsteg angeschlossen.
Wenigstens ein Längsprofil weist einen im Querschnitt S-förmig konfigurierten Profilabschnitt auf. Weiterhin kann zumindest ein Längsprofil einen im Querschnitt U-förmig konfigurierten Profilabschnitt aufweisen. Der U-förmig konfigurierte Profilabschnitt kann auch Bestandteil des S-förmig konfigurierten Profilabschnitts sein. Der S-förmig konfigurierten Profilabschnitt wird hierbei aus den Schenkeln mit den sich daran anschließenden Flanschen sowie einem sich an einen Flansch anschließenden Randsteg gebildet.
Die Längsprofile sind zueinander verdrehbar angeordnet und/oder zueinander vertikal verlagerbar. Dabei umgreift der Schenkel eines Längsprofils mit seinem Flansch und dem Randsteg den Schenkel des zweiten Längsprofils. Bei einem Anprall verhaken die beiden Längsprofile ineinander und stützen sich bereichsweise aneinander ab. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung der Reaktion des Stoßfängers auf verschiedene Barrieren.
Der erfindungsgemäße Stoßfänger erfüllt die geometrischen Mindestanforderungen der aktuellen Testvorschriften/Gestaltungsvorschriften. Zudem können funktionale Anforderungen eingehalten werden. Insbesondere ist zu erwarten, dass kein Über- oder Unterfahren der Barriere während der Durchführung der Versicherungseinstufungstests, wie z. B. den RCAR-Bumper-Tests, erfolgt, da das untere Längsprofil flexibel auf eine niedrige Barriere reagieren kann.
Der erfindungsgemäße Stoßfänger ist crash- und gewichtsoptimiert. Er erfordert nur einen geringen Bauraum. Das Belastungsverhalten kann zudem durch Einsatz von höchstfesten Stählen optimiert werden. Möglich ist es zudem, das Profil aus unterschiedlichen Werkstoffen bzw. unterschiedlich festen und/oder duktilen Werkstoffen auszuführen. Vorzugsweise bestehen die Längsprofile aus warmgeformten und/oder kaltgeformten hochfesten Stahlwerkstoffen.
Auch können die Längsprofile voneinander verschiedene Wanddicken besitzen. Die Längsprofile können über ihre Länge einen variierenden Wanddicken- und Querschnittsverlauf aufweisen.
Die beiden den Querträger bildenden Längsprofile sind jeweils mit ihren Enden stirnseitig an einer Crashbox angeschlossen und gefügt. Insbesondere erfolgt die Fügung schweißtechnisch.
Durch die Profilierung der Längsprofile des Querträgers des Stoßfängers wird auch bei geringen Wandstärken eine gute Energieabsorption durch den Stoßfänger gewährleistet. Die Unterteilung des Querträgers in zwei Längsprofile erhöht die Flexibilität des Stoßfängers beim Anprall an unterschiedliche Barrieren. Dies ist vor allem dadurch bedingt, dass ein Längsprofil im Falle eines Anpralls gegenüber dem anderen Längsprofil verschiebbar und verdrehbar ist.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Frontansicht eines Stoßfängers;
2 eine Rückansicht eines Stoßfängerabschnitts;
3 einen Ausschnitt aus der Rückansicht des Stoßfängers aus 2 in perspektivischer Ansicht auf die Schnittebene III-III;
4 Befestigung eines Endes eines Stoßfängers an einer Crashbox;
5 Vergrößerung der Befestigung von 4;
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stoßfängers in der Rückansicht und
7 eine perspektivische Seitenansicht eines Querträgers der 1.
1 zeigt einen Stoßfänger 1 in Blickrichtung auf seine dem Kraftfahrzeug abgewandte Frontseite. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist nur ein Querträger 2 des Stoßfängers 1 dargestellt. Der Querträger 2 ist in zwei ineinander greifende Längsprofile 3, 4 unterteilt, wie nachfolgend erläutert wird.
In 2 ist ein Teilbereich des Querträgers 2 in Blickrichtung auf seine dem Kraftfahrzeug zugewandte Rückseite dargestellt. Die beiden Längsprofile 3, 4 sind über ihre Längserstreckung betrachtet unterschiedlich konfiguriert. Anhand der 2 und 3 wird jedoch deutlich, dass beide Längsprofile 3, 4 auf besondere Weise ineinander fassen. Sowohl das obere Längsprofil 3 als auch das untere Längsprofil 4 weisen jeweils einen rückwärtigen Steg 5, 6 auf, an welchen sich jeweils Schenkel 7, 8, 9, 10 in Richtung zur Frontseite des Querträgers 2 erstrecken. Die Schenkel 7, 8, 9, 10 können in ihrer in Horizontalrichtung gemessenen Tiefe unterschiedlich lang ausgebildet sein. Die Tiefe/Länge der Schenkel 7, 8, 9, 10 kann somit in Abhängigkeit von der Lage einer Schnittebene durch den Querträger 2 variieren. An die sich im Wesentlichen horizontal erstreckenden Schenkel 7, 8, 9, 10 schließen sich endseitig Flansche 11, 12 13, 14 an, die gegenüber den Schenkeln 7, 8, 9, 10 abgewinkelt sind. Weitere Abwinkelungen können dadurch vorgesehen sein, dass an mindestens einem Flansch 12 ein in Richtung des Stegs 5 weisender Randsteg 15 angeschlossen ist. Dadurch ergibt sich ein im Querschnitt S-förmiger Verlauf.
In 3 ist ein Teilbereich des in 2 dargestellten Querträgers 2 abgebildet. Hier ist im Querschnitt das Ineinandergreifen bzw. Überlappen von Endabschnitten 16, 17 der Längsprofile 3, 4 dargestellt. Der untere Endabschnitt 16 des in der Bildebene oberen Längsprofils 3 steht im Eingriff mit dem oberen Endabschnitt 17 des in der Bildebene unteren Längsprofils 4. Der untere Endabschnitt 16 des Längsprofils 3 wird gebildet von der im Wesentlichen U-förmigen, rückwärtig offenen Struktur, die vom unteren Schenkel 7, dem angrenzenden Flansch 12 und dem in Richtung des Stegs 5 weisenden Randsteg 15 gebildet wird. In gleicher Weise wird der Endabschnitt 17 des unteren Längsprofils 4 von dem oberen Schenkel 8 und dem angrenzenden Flansch 13 gebildet.
In der hier dargestellten Ausführungsform besitzt das obere Längsprofil 3 einen im Querschnitt S-förmig konfigurierten Profilabschnitt 18, welcher dadurch zwangsläufig zwei Ausbauchungen aufweist, die einmal zur Frontseite und einem zur Rückseite des Querträgers 2 hin offen sind. Der in der Bildebene obere, U-förmig konfigurierte Profilabschnitt ist mit 19 bezeichnet. In gleicher Weise weist das untere Längsprofil 4 einen zur Frontseite hin offenen U-förmigen Profilabschnitt 20 auf.
Das Ineinandergreifen der Endabschnitte 16 des oberen Längsprofils 3 und des oberen Endschnitts 17 des unteren Längsprofils 4 erfolgt dadurch, dass sich der Schenkel 8 des unteren Längsprofils 4 mit dem Randsteg 15 des oberen Längsprofils 3 überlappt.
Der Querschnitt der Längsprofile 3, 4 kann über die Länge des Querträgers 2 variieren. In diesem Beispiel variiert die Breite B1, B2 der Stege 5, 6. Ebenso kann die Wandstärke S der Längsprofile 3, 4 variieren.
Die 4 und 5 zeigen die Verbindung eines Endes eines Querträgers mit einer Crashbox 21. Vorzugsweise werden die Längsprofile 3, 4 des Querträgers 2 mit der Crashbox 21 verschweißt. Das untere Längsprofil 4 ist im Falle eines Aufpralls in vertikaler Richtung V relativ verschiebbar zum oberen Längsprofil 3 angeordnet und kann gleichzeitig auch gegenüber dem oberen Längsprofil 3 eine Rotationsbewegung R ausführen. Bei einem Anprall vergrößert sich die gesamte Anprallfläche um den Abstand A (5) der Verschiebung V in Abhängigkeit von der Länge des Flanschs 12, welcher den Schenkel 8 des unteren Längsprofils 4 umgreift und in Abhängigkeit von der Länge des Flanschs 13, welcher sich an den Schenkel 8 anschließt. Für den Fall, dass das Kraftfahrzeug nur mit der Anprallfläche des Flanschs 14 des unteren Längsträgers 4 auf eine Barriere B trifft, erfolgt nach oder während der Verschiebung V eine Rotation R des unteren Längsträgers 4 um den Flansch 13. Die Paarung zwischen dem Steg 8 mit dem Flansch 13 des unteren Längsprofils 4 und dem Randsteg 15 mit dem Flansch 12 ist hierbei ähnlich einem Drehschubgelenk ausgeführt. Dadurch ist der Querträger besser an unterschiedliche Anprallsituationen angepasst. Durch die Wahl beispielsweise torsionsweicher oder flexibler Materialien für die Längsträger, kann dies noch verbessert werden.
In 6 ist eine alternative Ausführungsform eines Querträgers 2A dargestellt. Hier weist das untere Längsprofil 22 einen im Querschnitt S-förmigen Profilabschnitt 23 auf, während das obere Längsprofil 24 einen im Querschnitt U-förmigen Profilabschnitt 25 aufweist. Der obere Endabschnitt 26 des unteren Längsprofils 22 umgreift vorderseitig den Schenkel 27 des Endabschnitts 28 des oberen Längsprofils 24. Das ist quasi die umgekehrte Variante zu 1.
7 zeigt eine Seitenansicht eines Querträgers 2. Das untere Längsprofil 4 ist hierbei gegenüber dem oberen Längsprofil 3 verdreht dargestellt. Das obere Längsprofil 3 umgreift mit dem sich an den Flansch 12 des Stegs 7 anschließenden Randsteg 15 von vorn den Schenkel 8 mit dem Flansch 13 des unteren Längsprofils 4. Der jeweils außen liegende Flansch 11, 14 des oberen Längsprofils 3 und des unteren Längsprofils 4 dient als Anprallfläche vorgesehen. Bei einer Rotation R des unteren Längsprofils 4 gegenüber dem oberen Längsprofil 3 entfernen sich die äußeren Endabschnitte 29, 30 mit den dazugehörigen Flanschen 11, 14 und deren Anprallflächen voneinander; der Querträger wird gewissermaßen aufgespreizt.
In 7 ist ferner zu erkennen, wie stark die Stegbreiten variieren können. Die Breite B1, B3 des Stegs 5 des oberen Längsprofils 3 nimmt bereichsweise um mindestens den Faktor 2 zu, während sich die Breite B2, B4 des Stegs 6 des unteren Längsprofils 4 in dem gleichen Bereich weniger stark verändert.
Bezugszeichenliste

1: Stoßfänger
2: Querträger
2A: Querträger
3: Längsprofil
4: Längsprofil
5: Steg
6: Steg
7: Schenkel
8: Schenkel
9: Schenkel
10: Schenkel
11: Flansch
12: Flansch
13: Flansch
14: Flansch
15: Randsteg
16: Endabschnitt
17: Endabschnitt
18: S-förmig konfigurierter Profilabschnitt
19: U-förmig konfigurierter Profilabschnitt
20: U-förmig konfigurierter Profilabschnitt
21: Crashbox
22: Längsprofil
23: S-förmig konfigurierter Profilabschnitt
24: Längsprofil
25: U-förmig konfigurierter Profilabschnitt
26: Endabschnitt
27: Schenkel
28: Endabschnitt
29: Endabschnitt
30: Endabschnitt
A: Abstand
B: Barriere
B1: Stegbreite
B2: Stegbreite
B3: Stegbreite
B4: Stegbreite
S: Wandstärke
R: Rotation
V: Verschiebung

Claims

Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug, welcher einen quer zu den Längsträgern des Kraftfahrzeugrahmens festlegbaren Querträger (2, 2A) aufweist, wobei der Querträger (2, 2A) zwei zueinander relativ verlagerbar angeordnete Längsprofile (3, 4; 22, 24) umfasst, welche sich bei der Verlagerung aneinander abstützen, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (3, 4; 22, 24) sich bereichsweise überlappen und ineinander greifen.
Stoßfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (3, 4; 22, 24) zueinander verdrehbar sind.
Stoßfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (3, 4; 22, 24) zueinander vertikal verlagerbar sind.
Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Längsprofil (3, 4) einen äußeren freien Endabschnitt (30, 31) aufweist und die freien Endabschnitte (30, 31) der Längsprofile (3, 4) sich bei der Verlagerung voneinander entfernen.
Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Längsprofil (3, 22) einen im Querschnitt S-förmig konfigurierten Profilabschnitt (18, 23) aufweist.
Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Längsprofil (3, 4, 24) einen im Querschnitt U-förmig konfigurierten Profilabschnitt (19, 20, 25) aufweist.
Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Längsprofil (3, 4) einen Steg (5, 6) und zwei sich daran anschließende Schenkel (7, 8, 9, 10) besitzt.
Stoßfängeranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (7, 8, 9, 10) unterschiedlich lang sind.
Stoßfängeranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich endseitig an die Schenkel (7, 8, 9, 10) Flansche (11, 12, 13, 14) anschließen.
Stoßfängeranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest an einen Flansch (12) ein in Richtung zum Steg (5) weisender Randsteg (15) anschließt.
Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (3, 4; 22, 24) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.
Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (3, 4; 22, 24) voneinander verschiedene Wanddicken besitzen.
Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsprofile (3, 4) mit ihren Enden an einer Crashbox (21) gefügt sind.