DE102018114174B4

DE102018114174B4 - Stoßfängersystem

Info

Publication number: DE102018114174B4
Application number: DE102018114174.2A
Authority: DE
Inventors: Odd Perry Søvik; Vincent Vilamosa
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2022-08-25
Anticipated expiration: 2038-06-14
Also published as: CN110588556A; US11001214B2; DE102018114174A1; CN110588556B; US20190381960A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stoßfängersystem 1 mit einem Querträger 2 und zwei Crashboxen 3, sowie zwei Zwischenelementen 4, wobei die Zwischenelemente 4 eine erste Wand 5 und eine zweite Wand 6 aufweisen, die so angeordnet sind, dass die erste Wand 5 in einer x-Richtung betrachtet zur Fahrzeugaußenseite hinweist und die zweite Wand 6 zum Fahrzeuginneren hinweist, wobei die Wände 5, 6 an ihrem einen Ende 7, 8 in einer y-Richtung miteinander gekoppelt sind und wobei die gekoppelten Enden 7, 8 zu einer Fahrzeugaußenseite hinweisen. Die Wände 5, 6 sind weiterhin mit mindestens einer ersten Stützwand 9 verbunden. Die Zwischenelemente 4 sind so in dem Stoßfängersystem 1 angeordnet, dass bei einer Krafteinwirkung auf den Querträger 2 in x-Richtung zunächst das Zwischenelement 4 verformt wird und nach dessen Verformung die dem Zwischenelement 4 zugeordnete Crashbox 3 nachfolgend verformt wird. Die zweite Wand (6) schließt mit einer y-z-Ebene eine Winkel α2zwischen 0° und 20° ein. Die erste und zweite Wand (5, 6) schließen außerdem eine Winkel β zwischen 0° und 45° ein, wobei die Crashbox (3) ein abgeschrägtes erstes Ende (14) in Fahrtrichtung aufweist, das an den Verlauf der zweiten Wand (6) angepasst ist und mit der y-z-Ebene den selben Winkels α2einschließt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stoßfängersystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Sogenannten Crash Management Systemen kommt im Automobilbau eine hohe Bedeutung zu. Es ist ihre Aufgabe, bei einem Frontalaufprall Aufprallenergie in Verformungsenergie umzuwandeln und damit abzubauen.
Die DE 10 2009 053 861 A1 zeigt ein Stoßfängersystem mit einem Querträger und zwei Crashboxen. Der Querträger weist einen gekrümmten Verlauf auf und ist unmittelbar mit den Crashboxen gekoppelt. Im Falle einer Krafteinwirkung in Fahrzeuglängsrichtung, also senkrecht zur Längserstreckung des Querträgers, wird dieser in Richtung der Crashboxen verlagert. Die Aufprallenergie wird über den Querträger in die Crashbox eingeleitet, die sich verformt und so die Aufprallenergie abbaut. Der Energieabbau erfolgt umso besser, wenn dabei kein Biegemoment in die Crashbox eingeleitet wird und sich die Crashbox gleichmäßig verformt.
Die JP H11 - 208 393 A offenbart ein Stoßfängersystem für Fahrzeuge mit einem Querträger und zwei Crashboxen sowie zwei Zwischenelementen.
Die WO 2015/ 015 067 A1 offenbart ebenfalls ein Stoßfängersystem mit einem Querträger, zwei Crashboxen sowie zwei Zwischenelementen. Das Zwischenelement ist bevorzugt als Vollelement ausgeführt.
Ferner wird in der US 2011 / 0 012 381 A1 ein Stoßfängersystem mit einem Querträger sowie zwei Crashboxen offenbart, allerdings ohne Zwischenelement.
Je nach Fahrzeugtyp sind aber Querträger unterschiedlich ausgebildet, insbesondere mit unterschiedlichen Krümmungen versehen. Das bedeutet, dass sich das Verhalten der Querträger in einer Aufprallsituation je nach Fahrzeugtyp unterscheidet und somit auch die Crashboxen an den jeweiligen Fahrzeugtyp angepasst werden müssen, damit eine gleichmäßige Verformung und damit ein optimaler Energieabbau möglich ist.
Weiterhin werden zunehmend höhere Anforderungen dahingehend gestellt, dass auch bei hohem Eindringverhalten das Stoßfängersystem nicht versagt.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein Stoßfängersystem bereitzustellen, das mit geringem Aufwand für den Einsatz in unterschiedlichen Fahrzeugtypen angepasst werden kann und ein verbessertes Crashverhalten zeigt.
Die Aufgabe wird durch ein Stoßfängersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 12.
Die Erfindung betrifft ein Stoßfängersystem mit einem Querträger und zwei Crashboxen sowie zwei Zwischenelementen, wobei die Zwischenelemente eine erste Wand und eine zweite Wand aufweisen, die so angeordnet sind, dass die erste Wand in einer x-Richtung betrachtet zur Fahrzeugaußenseite hinweist und die zweite Wand zum Fahrzeuginneren hinweist, wobei die Wände an ihrem einen Ende in einer y-Richtung miteinander gekoppelt sind, wobei die gekoppelten Enden zu einer Fahrzeugaußenseite hinweisen, wobei die Wände weiterhin mit mindestens einer ersten Stützwand verbunden sind, wobei die Zwischenelemente so in dem Stoßfängersystem angeordnet sind, dass bei einer Krafteinwirkung auf den Querträger in x-Richtung zunächst das Zwischenelement verformt wird und nach dessen Verformung die dem Zwischenelement zugeordnete Crashbox nachfolgend verformt wird.
Die zweite Wand schließt mit einer y-z-Ebene einen Winkel α₂ von 0° bis 20°ein.
Zusätzlich schließen die erste und die zweite Wand einen Winkel β zwischen 0° und 45°, bevorzugt 0° und 30° ein.
Die Crashbox weist ein abgeschrägtes Ende in Fahrtrichtung auf, dass an den Verlauf der zweiten Wand angepasst ist und mit der y-z-Ebene den selben Winkel α₂ einschließt.
Dabei ist unter einer x-Richtung die Fahrzeuglängsrichtung zu verstehen, während die y-Richtung die Fahrzeugquerrichtung meint. In entsprechender Weise ist unter z-Richtung die Fahrzeughochrichtung zu verstehen.
Der Querträger ist zumeist als Aluminiumstrangpressprofil oder Stahlblechbauteil gefertigt und in Fahrtrichtung konvex gekrümmt. Er kann zudem eine oder auch mehrere Kammern, die sich in Längsrichtung des Querträgers erstrecken, aufweisen.
Die Crashboxen können ebenfalls aus einem Aluminiumstrangpressprofil oder als Stahlblechbauteil gefertigt sein. Je nach Anforderung kann eine Crashbox im Inneren mit einer oder mehreren Kammern ausgeführt sein, die sich in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken. Die Kammern im Inneren können durch horizontale, vertikale und auch diagonale Innenwände voneinander getrennt sein.
Das Zwischenelement besteht aus einer ersten und einer zweiten Wand, die an jeweils einem Ende miteinander gekoppelt sind. Bevorzugt sind die beiden Wände unmittelbar miteinander gekoppelt. Dies kann beispielsweise stoffschlüssig aber auch einstückig und materialeinheitlich erfolgen. Zusammen mit der zumindest einen Stützwand wird eine keilförmige Struktur mit im Wesentlichen dreieckigem Querschnitt in z-Richtung gebildet, wobei die gekoppelten Enden zu einer Fahrzeugaußenseite hinweisen. Die gekoppelten Enden können dabei unmittelbar oder über einen kurzen Steg oder einen Radius verbunden werden, so dass eine spitze oder stumpfe Ecke eines Dreiecks gebildet wird.
In einer Aufprallsituation mit einem anderen Fahrzeug oder auch bei einem sogenannten Pole Test wird der Querträger verformt und zumindest abschnittsweise in x-Richtung zum Fahrzeuginneren hin verlagert. Dabei wird das Zwischenelement verformt. Die beiden Wände werden relativ aufeinander zu bewegt und die zumindest eine Stützwand wird gefaltet. Wenn die Verformung des Zwischenelements vollständig oder fast vollständig erfolgt ist, wird die dann noch verbleibende Anprallenergie durch die Verformung der Crashboxen abgebaut.
Während im Stand der Technik jegliche Energieaufnahme durch die Crashboxen erfolgen muss, wird bei der vorliegenden Erfindung der gesamte Vorgang zur Umwandlung von Aufprall- in Verformungsenergie gewissermaßen in zwei Etappen unterteilt. Eine erste Energiemenge wird durch die Verformung des Zwischenelementes abgebaut, eine zweite Energiemenge wird durch die Verformung der Crashbox abgebaut.
Das Zwischenelement kann dabei teilweise oder vollständig verformt werden.
Da Querträger üblicherweise abhängig vom Fahrzeugtyp verschiedene Geometrien, beispielsweise Krümmungen, aufweisen, ist das Energieaufnahmeverhalten unmittelbar nach Beginn des Stoßvorganges von Fahrzeugtyp zu Fahrzeugtyp unterschiedlich. Die Querträger biegen und verformen sich unterschiedlich. Später im Verlauf des Stoßvorganges erfolgen nur noch eine Verlagerung des Querträgers entgegen der Fahrtrichtung und eine dementsprechende Verformung der Crashbox. Dem kann durch eine angepasste Ausgestaltung der Zwischenelemente Rechnung getragen werden. Die erste und zweite Wand der Zwischenelemente werden so zueinander angeordnet, dass die Energieaufnahme zu Beginn des Stoßvorgangs abhängig vom Fahrzeugtyp optimiert erfolgt. Das Zwischenelement kann an die Geometrie und/oder Krümmung des Querträgers angepasst werden. Auch unterschiedliche Laststufen oder Lastpfade können dabei berücksichtigt werden. Das hat zur Folge, dass die Crashbox nicht mehr an den jeweiligen Fahrzeugtyp angepasst werden muss. Das bedeutet, dass eine komplette Crashbox für eine Vielzahl von Fahrzeugtypen verwendet werden kann oder zumindest identische Strangpress- oder Blechprofile als Grundlage bei der Produktion verwendet werden können. Dies macht Konstruktion und Produktion effizienter.
Wesentlich ist dabei immer, dass die Zwischenelemente so ausgestaltet und angeordnet sind, dass nach deren vollständiger Verformung die Crashboxen möglichst gleichmäßig und ohne zusätzlich einwirkende Biegemomente verformt werden, um eine optimale Energieaufnahme zu ermöglichen. Bei einem Pole Test knickt der Querträger mittig und wird zum Fahrzeuginneren hin verlagert. dabei drehen sich gleichzeitig die äußeren Enden des Querträgers nach innen, so dass ohne Zwischenelement üblicherweise ein Biegemoment auf die Crashboxen wirkt und der Energieabbau durch ein unvorteilhaftes Faltverhalten verschlechtert wird.
Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Zwischenelements wird das durch das Eindrehen der äußeren Enden des Querträgers erzeugte Biegemoment aufgenommen, während die Crashboxen noch weitgehend unberührt bleiben. Erfolgt schließlich nur noch eine Verlagerung des Querträgers, so werden dabei die Crashboxen verformt, wobei dies weitestgehend ohne Einleitung eines Biegemoments erfolgt. Damit erfolgt die Verformung der Crashboxen bevorzugt derart, dass sie Crashboxen in x-Richtung zieharmonikaartig gefaltet werden.
Zusätzlich kann die Crashbox mit Ausnehmungen, Sicken und dergleichen versehen werden, um das Verformungsverhalten weiter zu optimieren und/oder zu steuern.
Die Ausdehnung des Zwischenelements in z-Richtung orientiert sich üblicherweise an den Abmessungen der Crashbox. Das Zwischenelement kann in einer besonderen Ausführungsform aber auch in z-Richtung verlängert sein, wenn mehrere Crashmanagement-Ebenen verbunden werden sollen. Dabei dient das Zwischenelement als Abstützung eines Querträgers zumindest einer weiteren Crashmanagement-Ebene.
Bevorzugt weisen die Crashboxen eine Wanddicke von 1,8 Millimetern bis 4 Millimetern auf. Die einzelnen Außen- und/oder Innenwände der Crashbox können voneinander unterschiedliche Wanddicken aufweisen.
Bevorzugt weisen die Zwischenelemente eine Wanddicke von 2 Millimetern bis 6 Millimetern auf. Die einzelnen Wände und/oder Stützwände der Crashbox können voneinander unterschiedliche Wanddicken aufweisen.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Wand mit einer y-z-Ebene einen Winkel α₁ von 0° bis 20°, bevorzugt 0° bis 15°, besonders bevorzugt 0° bis 10°, einschließt.
Weiterhin bevorzugt ist mindestens eine zweite Stützwand zwischen der ersten und der zweiten Wand angeordnet. Durch die Anordnung einer zweiten oder auch einer dritten oder mehr Stützwänden kann das Verformungsverhalten des Zwischenelements und die Energieaufnahme an den jeweiligen Einsatzfall oder Geometrie der Crashbox angepasst werden. Durch die Anzahl der Stützwände kann die Aufnahme unterschiedlicher Lasten abgebildet werden.
Die Lage der Wände ist dabei einerseits von der Geometrie von Querträger und Crashbox abhängig, andererseits vom Eindringverhalten des Querträgers in das Fahrzeuginnere.
Unter einem Anprall, etwa bei einem Pole Test, verformt sich der Querträger und knickt mittig ein. Dabei werden die Endbereiche des Querträgers in einer Drehbewegung in das Fahrzeuginnere verlagert.
Durch die Bewegung des Querträgers wird die erste Wand des Zwischenelements zu der zweiten Wand hin verlagert. Dabei werden die erste Stützwand und die zweite Stützwand gefaltet. Während der Verformung des Zwischenelements bleibt die Crashbox in ihrer ursprünglichen Form erhalten. Sie trägt erst im weiteren Verlauf zum Energieabbau durch eigene Verformung bei. Die Ausgestaltung des Zwischenelements und die Anordnung der Wände, auch relativ zueinander, tragen dazu bei, dass die Bewegung des Querträgers in die Verformung des Zwischenelements übertragen wird, ohne dabei die Crashbox anzutasten.
Erst nachdem die Zwischenelemente teilweise oder vollständig verformt sind, wird die Crashbox in x-Richtung gefaltet und dadurch weitere Aufprallenergie abgebaut. Dabei wird kein Biegemoment in die Crashbox eingeleitet, so dass das Falten der Crashbox gleichmäßig erfolgen kann und die maximal mögliche Verformungsarbeit geleistet werden kann.
Gleichzeitig wird dafür gesorgt, dass die Stützwände genügend Raum haben, um gefaltet zu werden und am Ende der Verformung genügend Raum zur Aufnahme der gefalteten Wände verbleibt.
Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass die Zwischenelemente zwischen dem Querträger und den Crashboxen angeordnet sind.
Besonders bevorzugt ist die erste Wand mit dem Querträger gekoppelt und die zweite Wand mit der Crashbox gekoppelt. Dies kann stoffschlüssig, beispielsweise schweißtechnisch, erfolgen, aber auch durch Bolzen, Schrauben und dergleichen oder durch jegliche weitere Kopplungsmethode. Auch eine Kombination von Kopplungsmethoden ist möglich.
Bei der Ausgestaltungsvariante mit dem Zwischenelement zwischen Querträger und Crashbox kann auch eine Aufnahme für einen Abschlepphaken in das Zwischenelement integriert werden.
Die Geometrie der Zwischenelemente und besonders der ersten und zweiten Wand hängen auch von der Ausgestaltung von Querträger und Crashbox sowie von den Gegebenheiten im Falle eines Anpralles ab.
Dabei ist insbesondere die erste Wand an die äußere Kontur der anliegenden Wand des Querträgers angepasst ausgestaltet. Die erste Wand ist an die Krümmung des Querträgers angepasst und kommt möglichst vollflächig mit dieser in Anlage, um einen optimalen Energieübertag zu ermöglichen. Dabei können auch Sicken, Ausnehmungen, Ausstülpungen und andere Ausgestaltungen des Querträgers berücksichtigt werden.
Insbesondere kann dies aber auch bedeuten, dass das Zwischenelement punktförmige, linienförmige oder flächige Fügezonen aufweist, welche an die anliegende Wand des Querträgers angepasst sind, und in einem Bereich zwischen diesen Fügezonen die erste Wand des Zwischenelements und die anliegende Wand des Querträgers beabstandet sind.
Die Crashbox weist erfindungsgemäß ein abgeschrägtes Ende in Fahrtrichtung auf. Dabei schließt die Schräge mit der y-z-Ebene denselben Winkel α₂ ein, wie die zweite Wand des Zwischenelements.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Zwischenelemente zwischen den Crashboxen und den Crashboxen zugeordneten Rückenplatten angeordnet sind.
Bevorzugt ist die erste Wand mit der Crashbox gekoppelt und die zweite Wand mit der Rückenplatte gekoppelt. Die Kopplungsmethoden sind hier dieselben wie bei der ersten Variante.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Wand mit der Crashbox gekoppelt ist und das Zwischenelement einstückig und materialeinheitlich mit der Rückenplatte ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise möglich, wenn das Zwischenelement als Strangpressprofil ausgestaltet ist. Durch diese Ausgestaltung wird die Herstellung eines Stoßfängersystems weiter vereinfacht, da zusätzliche Fügeschritte vermieden werden können.
Insbesondere wird bevorzugt die zweite Wand durch die Rückenplatte gebildet. Dies stellt eine zusätzliche Funktionsintegration dar. Außerdem wird durch die Einsparung von Fügeschritten die Herstellung vereinfacht.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das an das Zwischenelement angrenzende Ende der Crashbox an die angrenzende Wand des Zwischenelements angepasst ist, so dass Crashbox und Zwischenelement vollständig in Anlage kommen. Die Anpassung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das angrenzende Ende der Crashbox so abgeschrägt wird, dass der Rand des Endes parallel zu der ersten oder zweiten Wand des Zwischenelements verläuft. Die Crashbox kann dann unmittelbar an dem Zwischenelement angeordnet und mit diesem gekoppelt werden. Beide Komponenten sind dann in vollständiger Anlage, was bedeuten kann aber nicht muss, dass die Anlage vollflächig ist. Je nach Ausgestaltung der Zwischenelemente, kann die Anpassung auch vorsehen, dass Flansche oder andere Kopplungselemente aus dem Ende der Crashbox ausgebildet werden. Die vollständige Anlage verbessert die Lastübertragung zwischen den Komponenten.
Das mit der ersten oder zweiten Wand des Zwischenelements in Anlage kommende abgeschrägte Ende der Crashbox dient auch dazu, einen Aufnahmeraum für das deformierte Zwischenelement zu schaffen, so dass nach der Deformation des Zwischenelements seine erste Wand nahezu parallel zur y-z-Ebene positioniert ist. Auch dadurch wird ermöglicht, dass die Crashbox bei weiterer Lasteinleitung gleichmäßig verformt wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Stützwand die freien Enden der ersten und der zweiten Wand miteinander verbindet. Dadurch wird eine maximale Energieaufnahme durch die erste Stützwand ermöglicht, da die erste Stützwand so eine maximale Länge aufweist. Dabei muss die Stützwand nicht am äußersten Ende der Wände angeordnet sein, sondern es kann auch ein kleiner Rand der ersten und/oder zweiten Wand überstehen, wenn es konstruktiv oder fertigungstechnisch sinnvoll ist.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest eine Stützwand eine Krümmung aufweist. Hierbei kann sowohl die konvexe als auch die konkave Seite der Stützwand zur Fahrzeugaußenseite hinweisen. Durch die Krümmung der Stützwand oder der Stützwände wird das Verformungsverhalten beeinflusst. Die Krümmung gibt vor, in welche Richtung die Stützwände gefaltet werden, nämlich in der Form, dass die konkaven Wandabschnitte einer Stützwand aufeinander zu bewegt werden.
Weiterhin bevorzugt sind die Zwischenelemente so angeordnet, dass Stützwände an den Außenwänden und/oder Innenwänden der Crashbox zur Ausbildung eines durchgehenden Lastpfades ausgerichtet sind. Durch diese Maßnahme wird die Energieaufnahmefähigkeit des Stoßfängersystems weiter verbessert. Eine Crashbox kann dabei mit nur einer Kammer aber auch mit mehreren sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Kammern ausgestattet sein. Diese Kammern werden durch Innenwände voneinander getrennt. Wenn die Stützwände der Zwischenelemente und die Wände der Crashbox zueinander ausgerichtet sind und so ein durchgehender Lastpfad gebildet wird, kann Energie auch optimal in die Fahrzeugstruktur eingeleitet werden.
Bevorzugt ist das Zwischenelement ein Aluminiumextrudat. Besonders bevorzugt ist die Extrusionsrichtung parallel zur Fahrzeughochrichtung. Durch die Ausgestaltung der Zwischenelemente als Aluminiumstrangpressprofil können in einfacher Weise vielfältige Geometrien erzeugt werden. Es sind keine Umform- und Fügeschritte notwendig, um das Zwischenelement herzustellen.
Ebenfalls bevorzugt ist das Zwischenelement mechanisch bearbeitet und/oder lokal verstärkt. Durch das Einbringen von Sicken, Ausnehmungen und/oder Einlagen kann das Verformungsverhalten auf den Anwendungsfall angepasst werden.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das Zwischenelement Befestigungselemente, insbesondere Flansche, aufweist. Besonders bei einer Ausgestaltung als Aluminiumextrudat kann ein Befestigungselement integral aus dem Zwischenelement ausgeformt und beispielsweise mit Löchern versehen werden. Dies ist dann vorteilhaft, wenn das Zwischenelement aus einem anderen Werkstoff besteht als die übrigen Komponenten. So ist eine Schweißverbindung zwischen einem Querträger aus Stahl und einem Zwischenelement aus Aluminium nur schwer zu realisieren, so dass eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung dann bevorzugt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht der Querträger aus einer 6000er oder 7000er Aluminiumlegierung und die Zwischenelemente und die Crashboxen bestehen aus demgegenüber weicherem Werkstoff. Dabei können Zwischenelemente und Crashboxen ebenfalls aus einem Aluminiumwerkstoff bestehen. Dieser Werkstoff kann entweder wärmebehandelt und dadurch weicher sein oder es kann sich um eine weichere Legierung handeln.
Der Werkstoff für den Querträger kann zudem künstlich gealtert sein.
Bevorzugt weist der Querträger eine Dehngrenze Rp0,2 größer als 250 Megapascal auf. Durch diese Ausgestaltung des Stoßfängersystems erhält man einen relativ steifen Querträger und demgegenüber weichere Zwischenelemente und Crashboxen, so dass letztere bevorzugt die Verformungsarbeit übernehmen und das Verhalten in eine Anprallsituation weiter verbessert werden kann.
Schließlich sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Zwischenelemente eine höhere Verformbarkeit aufweisen als die Crashboxen.
Die Verformbarkeit von Zwischenelementen und Crashboxen wird durch die Festigkeit der Werkstoffe, die Dicke der Wände und durch die Anzahl von Stütz- oder Innenwänden beeinflusst. Damit die Zwischenelemente eine höhere Verformbarkeit aufweisen als die Crashboxen sind insbesondere Wandstärke und/oder Festigkeit und/oder Anzahl der Stützwände des Zwischenelements kleiner als bei der Crashbox.
Bei gleicher Anzahl von Stütz- oder Innenwänden ist insbesondere die Wanddicke bei den Zwischenelementen etwa 10 Prozent kleiner als bei den Crashboxen.
Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleiche oder identische Merkmale oder Bauteile.
1 zeigt ein Stoßfängersystem 1 mit einem Querträger 2 und zwei Crashboxen 3, sowie zwei Zwischenelementen 4, wobei die Zwischenelemente 4 eine erste Wand 5 und eine zweite Wand 6 aufweisen, die so angeordnet sind, dass die erste Wand 5 in einer x-Richtung betrachtet zur Fahrzeugaußenseite hinweist und die zweite Wand 6 zum Fahrzeuginneren hinweist wobei die Wände 5, 6 an ihrem einen Ende 7, 8 in y-Richtung miteinander gekoppelt sind, wobei die gekoppelten Enden 7, 8 zu einer Fahrzeugaußenseite hinweisen, wobei die Wände weiterhin mit mindestens einer ersten Stützwand 9 verbunden sind, wobei die Zwischenelemente 4 so in dem Stoßfängersystem 1 angeordnet sind, dass bei einer Krafteinwirkung auf den Querträger 2 in x-Richtung zunächst das Zwischenelement 4 verformt wird und nach dessen vollständiger Verformung die dem Zwischenelement 4 zugeordnete Crashbox 3 nachfolgend verformt wird.
Der Querträger 2 ist wie die Crashboxen 3 als Aluminiumstrangpressprofil ausgestaltet. Der Querträger 2 weist eine gekrümmte Geometrie auf, die durch die erste Wand 5 der Zwischenelemente 4 nachgebildet wird, so dass die erste Wand 5 vollflächig mit dem Querträger 2 in Anlage kommt. An die Zwischenelemente 4 ist jeweils eine zugeordnete Crashbox 3 gekoppelt. Das Stoßfängersystem 1 weist zudem Rückenplatten 13 auf, die an den Crashboxen 3 montiert sind und der Anbindung des Stoßfängersystems 1 an nicht dargestellte Längsträger der Karosserie dienen.
2 zeigt ein als Aluminiumextrudat ausgeführtes Zwischenelement 4 in der Einzelansicht. Neben der die freien Enden verbindenden ersten Stützwand 9 ist noch eine zweite Stützwand 10 vorhanden, die das Zwischenelement 4 versteift. Es ist zu erkennen, dass die erste Stützwand 9 nicht am äußersten Rand der Wand 6 anschließt.
Es sind auch die Krümmung der ersten Stützwand 9 und die Krümmung der zweiten Stützwand 10 zu erkennen. Die konvexen Seiten der ersten und zweiten Stützwand 9, 10 weisen dabei in Richtung der Fahrzeugaußenseite. Wird das Zwischenelement 4 im Anprallfall verformt, so bewegen sich die erste Wand 5 und die zweite Wand 6 aufeinander zu. Die erste Stützwand 9 und die zweite Stützwand 10 werden gefaltet und so Aufprallenergie vernichtet. Die Faltung der Stützwände 9, 10 soll dabei möglichst reproduzierbar in stets gleicher Weise erfolgen, so dass das Material der Stützwände 9, 10 sich nach der Verformung im dafür vorgesehenen Raumvolumen befindet. Um dieses vorgesehene Faltverhalten zu erwirken, sind die Krümmungen vorgesehen. Bei einer Krafteinwirkung auf die erste Wand 5, wie es in einer Aufprallsituation üblicherweise der Fall ist, wird dies auf die zweite Wand 6 zu bewegt. Durch die Krümmung bedingt bewegt sich auch die konkave Seite 11 der Stützwand 9 auf die konkave Seite 12 der Stützwand 10 zu. Die konkave Seite 12 bewegt sich von der konkaven Seite 11 weg. Die Stützwände 9, 10 falten dann innerhalb des Zwischenelements 4 und es ragt kein Material aus dem Zwischenelement 4 hinaus.
In 3 ist ein Abschnitt des Stoßfängersystems 1 in der Draufsicht gezeigt. Hier ist zu erkennen, dass die erste und die zweite Wand 5, 6 jeweils mit der y-z-Ebene einen Winkel α₁, α₂ von 0° bis 20°, bevorzugt 0° bis 15°, besonders bevorzugt 0° bis 10° einschließt.
Die erste und die zweite Wand 5, 6 schließen einen Winkel β von 0° bis 45°, bevorzugt 0° bis 30°, besonders bevorzugt 0° bis 20°, äußerst bevorzugt 0° bis 15°, höchst bevorzugt 0° bis 10° ein.
Die Crashbox 3 weist in dieser Ausgestaltungsform ein abgeschrägtes erstes Ende 14 in Fahrtrichtung auf, das an den Verlauf der zweiten Wand 6 angepasst ist. Dabei schließt die Schräge des abgeschrägten Endes 14 mit der y-z-Ebene denselben Winkel α₂ ein, wie die zweite Wand 6 des Zwischenelements 4.
Damit kann für verschiedene Konzepte eines Stoßfängersystems 1, die sich konstruktiv voneinander unterscheiden, jeweils eine in ihrer Grundform identische Crashbox 3 verwendet werden. Die Crashbox 3 wird lediglich durch Bearbeitung des Endes 14 an die jeweilige Konstruktion angepasst. Dadurch wird die Produktion stark vereinfacht.
Um das Faltverhalten der Crashbox 3 weiter zu optimieren, verfügt die Crashbox 3 über Sicken 15, die anwendungsbezogen vorgesehen werden können.
Das Zwischenelement 4 ist mit dem Querträger 2 über Schweißverbindungen 17 gekoppelt.
4a und 4b zeigen den Ablauf einer Anprallsituation. Ein Stoßfängersystem 1 trifft auf ein Hindernis 16. Der Querträger 2 verformt sich, er knickt in der Mitte, und wandert bereichsweise in das Fahrzeuginnere. Durch die Bewegung des Querträgers 2 wird die erste Wand 5 des Zwischenelements 4 auf die zweite Wand 6 hin verlagert. Dabei werden die erste Stützwand 9 und die zweite Stützwand 10 gefaltet. Während der Verformung des Zwischenelements 4 bleibt die Crashbox 3 in ihrer ursprünglichen Form erhalten. Sie trägt erst im weiteren Verlauf zum Energieabbau durch eigene Verformung bei. Dabei wird die Crashbox 3 in x-Richtung gefaltet und dadurch Aufprallenergie abgebaut. Dabei wird kein Biegemoment in die Crashbox 3 eingeleitet, so dass das Falten der Crashbox 3 gleichmäßig erfolgen kann und die maximal mögliche Verformungsarbeit geleistet werden kann.
Der Querträger 2 besteht aus einem relativ harten Werkstoff, einer 6000er oder 7000er Aluminiumlegierung. Dem gegenüber sind die Zwischenelemente 4 und die Crashboxen 3 aus einer weicheren Aluminiumlegierung gefertigt. Das bedeutet, dass der Querträger 2 im Falle eines Anpralls relativ stabil bleibt und die Verformungsarbeit zum Abbau der Anprallenergie bevorzugt durch die Zwischenelemente 4 und Crashboxen 3 geleistet wird.
Die 5 bis 8 zeigen schematisch weitere Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems in der Draufsicht und perspektivisch mit unterschiedlichen Ausführungen sowie Anordnungen des Zwischenelements 4.
In 5 ist das Zwischenelement 4 zwischen Querträger 2 und Crashbox 3 angeordnet. Die gekoppelten Enden 7, 8 der ersten und zweiten Wand 5, 6 sind unmittelbar miteinander verbunden. Die zweite Wand 6 des Zwischenelements 4 schließt mit der y-z-Ebene dabei einen Winkel α₂ von 0° ein.
6 zeigt eine Ausführungsform des Zwischenelements 4, dessen gekoppelte Enden 7, 8 eine stumpfe Ecke des Dreiecks bilden, das durch den Querschnitt des Zwischenelements in z-Richtung gebildet wird. Das Zwischenelement 4 ist eher keilförmig geformt.
In 7 ist eine Ausführung des Stoßfängersystems 1 dargestellt, in dem das Zwischenelement 4 zwischen der Crashbox 3 und der Rückenplatte 13 angeordnet ist. Hier ist das zweite Ende 18 der Crashbox 3 abgeschrägt, um an das Zwischenelement 4 angepasst zu sein. Dadurch kommen auch hier Crashbox 3 und die erste Wand 5 des Zwischenelements 4 vollständig in Anlage, damit die auf das Stoßfängersystem 1 einwirkende Last optimal übertragen wird.
In 8 ist das Zwischenelement 4 einstückig und materialeinheitlich mit der Rückenplatte 13 ausgebildet. Ein solches Zwischenelement 4 kann zusammen mit der Rückenplatte 13 in einem Strangpressprozess hergestellt werden. Zudem entfällt ein Kopplungsschritt für die beiden Komponenten, was den Zusammenbau des Stoßfängersystems 1 vereinfacht.
Bezugszeichenliste

1: Stoßfängersystem
2: Querträger
3: Crashbox
4: Zwischenelement
5: erste Wand von 4
6: zweite Wand von 4
7: Ende von 5
8: Ende von 6
9: erste Stützwand
10: zweite Stützwand
11: konkave Seite von 9
12: konkave Seite von 10
13: Rückenplatte
14: erstes Ende von 3
15: Sicke
16: Hindernis
17: Schweißverbindung
18: zweites Ende von 3

Claims

Stoßfängersystem (1) mit einem Querträger (2) und zwei Crashboxen (3), sowie zwei Zwischenelementen (4), wobei die Zwischenelemente (4) eine erste Wand (5) und eine zweite Wand (6) aufweisen, die so angeordnet sind, dass die erste Wand (5) in einer x-Richtung betrachtet zur Fahrzeugaußenseite hinweist und die zweite Wand (6) zum Fahrzeuginneren hinweist, wobei die Wände (5, 6) an ihrem einen Ende (7, 8) in einer y-Richtung miteinander gekoppelt sind, wobei die gekoppelten Enden (7, 8) zu einer Fahrzeugaußenseite hinweisen, wobei die Wände (5, 6) weiterhin mit mindestens einer ersten Stützwand (9) verbunden sind, wobei die Zwischenelemente (4) so in dem Stoßfängersystem (1) angeordnet sind, dass bei einer Krafteinwirkung auf den Querträger (2) in x-Richtung zunächst das Zwischenelement (4) verformt wird und nach dessen Verformung die dem Zwischenelement (4) zugeordnete Crashbox (3) nachfolgend verformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wand (6) mit einer y-z-Ebene einen Winkel α₂ zwischen 0° und 20° einschließt und dass die erste und die zweite Wand (5, 6) einen Winkel β zwischen 0° und 45° einschließen, wobei die Crashbox (3) ein abgeschrägtes erstes Ende (14) in Fahrtrichtung aufweist, das an den Verlauf der zweiten Wand (6) angepasst ist und mit der y-z-Ebene den selben Winkel α₂ einschließt.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (4) derart in einer z-Richtung verlängert ist, dass mehrere Crashmanagement-Ebenen miteinander verbunden sind und das Zwischenelement (4) der Abstützung eines Querträgers zumindest einer weiteren Crashmanagement-Ebene dient.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wand (5) mit einer y-z-Ebene einen Winkel α₁ von 0° bis 20° einschließt.
Stoßfängersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenelemente (4) zwischen dem Querträger (2) und den Crashboxen (3) angeordnet sind.
Stoßfängersystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wand (5) angepasst an die äußere Kontur der anliegenden Wand des Querträgers (2) ausgestaltet ist.
Stoßfängersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das an das Zwischenelement (4) angrenzende erste Ende (14) der Crashbox (3) an die angrenzende zweite Wand (6) des Zwischenelements (4) angepasst ist, so dass Crashbox (3) und Zwischenelement (4) vollständig in Anlage kommen.
Stoßfängersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stützwand (9) die freien Enden (7, 8) der ersten und der zweiten Wand (5, 6) miteinander verbindet.
Stoßfängersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zweite Stützwand (10) zwischen der ersten und der zweiten Wand (5, 6) angeordnet ist.
Stoßfängersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Stützwand (9, 10) eine Krümmung aufweist.
Stoßfängersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenelemente (4) so angeordnet sind, dass Stützwände (9, 10) an den Außenwänden und/oder Innenwänden der Crashbox (3) zur Ausbildung eines durchgehenden Lastpfades ausgerichtet sind.
Stoßfängersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (4) mechanisch bearbeitet und/oder lokal verstärkt ist.
Stoßfängersystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (2) aus einer 6000er oder 7000er Aluminiumlegierung besteht und die Zwischenelemente (4) und die Crashboxen (3) aus demgegenüber weicherem Werkstoff bestehen.