DE102011008860A1

DE102011008860A1 - Stoßfängersystem mit grabenförmiger Verstärkungsstruktur

Info

Publication number: DE102011008860A1
Application number: DE102011008860A
Authority: DE
Inventors: Dariusz Straznikiewicz; Michael Roll; Christian Handing
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2012-07-19

Abstract

Stoßfängersystem (S) eines Kraftfahrzeuges bestehend aus einem einteilig ausgebildeten quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnetem Querträger (Q), zwei Deformationselementen (D) zur Aufnahme und Umwandlung von Energie infolge eines Anpralls bzw. Aufpralls auf ein Hindernis, wobei der Querträger in seinem Querschnitt als U-Profil oder Hutprofil ausgebildet ist, mit einem Stegbereich (B) und zwei von den zwei Längskanten des Stegbereiches winkelig abstehenden Zargen (Z), wobei sich einer Zarge jeweils ein Flanschbereich anschließen kann, der über Durchgänge (L) zur kraftschlüssigen Verbindung, insbesondere Schraubverbindung, von Deformationselement und Längsträger verfügen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger über wenigstens zwei grabenförmig ausgebildete Verstärkungsstrukturen (V, V') verfugt, wobei diese jeweils zumindest teilweise und über die fertigungstechnisch notwendigen Biegeradien hinaus in die Bereiche des Steges (B) und wenigstens je einer Zarge (Z) hinein verlaufen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stoßfängersystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Gewichtsreduzierte Stoßfängersysteme bei Fahrzeugen sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt.
Die DE42018339A1 beschreibt ein Stoßfängersystem umfassend einen U-förmig profilierten Querträger aus Leichtmetall. Des Weiteren sind im Bereich des Steges Ausformungen, sogenannte Prallhörner vorgesehen, die zur formgenauen Anbringung einer elastischen Fahrzeugabdeckung dienen. Die Ausformungen, welche in etwa senkrecht zur Längsachse des Querträgers verlaufen, werden dabei in einem Tiefziehschritt des Querträgerprofils hergestellt und stehen von der restlichen Stegfläche im Wesentlichen erhaben hervor.
US-A-5,785,387 zeigt ein Stoßfängersystem mit U-förmigen Querträger und damit schweißtechnisch verbunden Deformationselementen zwischen Längsträger und Querträger.
DE10057311A1 schließlich zeigt ein Hutprofilförmigen Querträger eines Stoßfängersystems, welches mit Deformationselementen im Bereich der Zargen und des Steges des Querträgers verschweißt ist. Durch praktische Versuche und rechnergestützter Simulation hat sich bei vorgenannten Ausführungen als nachteilig herausgestellt, dass im Falle eines frontseitigen Anpralls ungewollte bis unvorhersehbare Deformationen wesentlicher Teile des Querträgers auftreten können.
Aufgabenstellung
Aufgabe der Erfindung ist ausgehend vom eingangs beschriebenen Stand der Technik die Schaffung eines gewichtsreduzierten und zugleich belastungsoptimierten Stoßfängersystems für Kraftfahrzeuge. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Schaffung eines derartigen Stoßfängersystems vorgeschlagen werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Stoßfängersystem nach den Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise mit dessen Herstellverfahren nach den Ansprüchen 9 oder 10 gelöst. Es wird ein Stoßfängersystem mit U- oder Hut-förmigen Querträger und damit verbundenen Deformationselementen vorgeschlagen, wobei die Querträger wiederum den Querträger mit den Längsträgern eines Fahrzeuges verbinden. Der Querträger wird gebildet im Wesentlichen aus einem Steg und zwei davon winkelig abstehenden Zargen. Kern der Erfindung sind in den Querträger integrierte Verstärkungsstrukturen, welche grabenförmig ausgebildet sind und von einem Stegbereich des Querträgers ausgehend über einen Übergangsradius in einen an den Steg angrenzenden Zargenbereich zumindest teilweise hinein verlaufen. Die Verstärkungsstruktur ist dabei derart beschaffen, dass die grabenförmige Vertiefung eine Vergrößerung der Biegesteifigkeit in der vertikalen Querschnittsebene des Querträgers bei Stoßbelastung auf den Stegbereich insbesondere durch einen Fahrzeuganprall, wie er mit dem Pendel Test nach ECE R42 & US Part581 nachgestellt werden kann, bewirkt.
Vorteilhaft ist dabei die Verstärkungsstruktur im Stegbereich durchgehend ausgeführt. Besonders vorteilhaft führt die grabenförmige Vertiefung der Verstärkungsstruktur von einer Zarge über den Steg hin zu der zweiten Zarge, wobei die Biegeradien dabei gleichartig mit ausgeformt sind. Diese Gestaltung ermöglicht eine optimale Steifigkeitserhöhung in der vertikalen Querschnittsebene des Querträgers.
Eine zweite Ausführungsvariante sieht eine angewandelte Versteifungsstruktur derart vor, dass anstelle einer durchgehenden grabenförmig ausgeformten Vertiefung zwei voneinander in Längs- und Querrichtung beabstandete Vertiefungen positioniert sind. Dies hat bei besonders leichten Querträgern mit schmalem Zargen zur Folge, dass die grabenförmige Vertiefung keine unzulässig Hohe Schwächung der Biegesteifigkeit in horizontaler Querschnittebene.
Zweiter Teil der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßen Stoßfängersystems, wobei zwei Verfahrensvarianten im Folgenden beschrieben werden sollen.
Es wird eine erste Verfahrensvariante vorgeschlagen, welche im Wesentlichen folgende Bearbeitungsschritte zur Erzeugung des eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Querträgers umfasst:
Bereitstellen einer Blechplatine aus Stahl, Aluminium(-legierung) oder Magnesium(-legierung), Umformen der Platine zu einem in seiner Längsausdehnung Hut- oder U-förmig ausgebildeten Profil in ein oder mehreren Umformschritten, Verbringen des Hut- oder U-förmig ausgebildeten Halbzeuges in ein weiteres Formwerkzeug, Ausformung der Verstärkungsstruktur in einem Formwerkzeug und erforderlichenfalls Beschichtung des endgeformten Querträgers.
Es wird im Folgenden eine zweite Verfahrensvariante vorgeschlagen, welche im Wesentlichen folgende Bearbeitungsschritte zur Erzeugung des eine Verstärkungsstruktur aufweisenden Querträgers umfasst:
Bereitstellen eines Hut- oder U-förmig ausgebildeten Profils aus Stahl, und/oder Aluminium(-legierung) und/oder Magnesium(-legierung), Erwärmen des Hut- oder U-förmig ausgebildeten Profils auf eine Temperatur innerhalb des Bereiches zwischen der Liquidus-Linie im ZTU-Schaubild des Ausgangsmaterials bzw. der Ausgangslegierung Plus oder Minus 50°C zwecks Erhöhung der Umformbarkeit und/oder zur Gefügeumwandlung für eine anschließende Härtung, Verbringen des Hut- oder U-förmig ausgebildeten Halbzeuges in ein Warmformwerkzeug, Ausformen der Verstärkungsstruktur im Wesentlichen unter Beibehaltung der restlichen Ausgangsform, Abkühlen des endgeformten Bauteils in einem gekühlten Formwerkzeug unter Aufrechterhaltung eines Mindestdrucks zur Rücksprungprävention oder außerhalb des Werkzeuges und erforderlichenfalls Reinigung und Beschichtung des endgeformten Bauteils.
Nachfolgend wird die Erfindung in zweier Ausführungsvarianten an Hand von Zeichnungen erläutert:
1: Ein Ausschnitt auf erfindungsgemäßes Stoßfängersystem mit Verstärkungsstruktur in perspektivischer Darstellung
2a: Eine Schnittdarstellung durch das Querträgerprofil nach dem Stand der Technik nach einem Anprall
2b: Eine Schnittdarstellung durch das Querträgerprofil des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems nach einem Anprall
3: Eine perspektivische Ansicht auf eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems
In 1 wird eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems (S) dargestellt. Das System wird gebildet aus einem quer zur Fahrzeuglängsrichtung positionierten Querträger (Q), welcher über andeutungsweise dargestellte Deformationselemente (D) mit einem Fahrzeuglängsträger (nicht dargestellt) verbunden werden kann.
Der Querträger ist dabei zur Gewichtseinsparung als offenes Profil, genauer als Hutprofil ausgebildet, welches zwei im Wesentlichen senkrecht von einem Stegbereich (B) beanstandete Zargen (Z) aufweist, wobei die Zargen Näherungsweise parallel zueinander stehen und an deren Enden sich schmale, nach außen gerichtete Flansche (F) über die gesamte Länge des Querträgers anschließen, die parallel zum Stegbereich ausgebildet sind. Der Übergang zwischen Zarge und Steg ist fertigungsbedingt mit Biegeradien versehen, die aber beider weiteren Beschreibung der Erfindung keine Rolle spielen sollen. Die Ebene (E) soll den Bereich Kennzeichen, welcher in 2a, 2b als vertikale Querschnittebene für den Fall des Anpralls näher erläutert wird.
Die positive Verstärkungswirkung des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems soll anhand der Unterscheidung zwischen 2a und 2b erklärt werden. In 2a ist ein nach dem Stand der Technik ausgeführter Querträger (Q) eines Stoßfängersystems dargestellt, auf welchem eine Aufprallkraft eingewirkt hat. Diese führt zu einer Deformation des Stegbereiches und zu einem Aufbiegen der Zargen (Z). In ungünstigsten Fall kann es in Folge dessen auch zum Versagen der Schraubverbindung zu einem nicht dargesteilten Deformationselement kommen.
2b dagegen stellt für den gleichen Belastungsfall und an der gleichen Position einen Schnitt durch erfindungsgemäßen Querträger dar. Zu erkennen ist im Wesentlichen ein unverformtes Querträgerprofil. Das Hutprofil biegt nicht auf.
3 stellt eine abgewandelte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Stoßfängersystems (S) dar, wobei die grabenförmige Verstärkungsstruktur (V) hier an einem Ende der Querträgers (Q) aus zwei Teilabschnitten (V') besteht. Die Teilbereiche der Verstärkungsstruktur sind voneinander beabstandet und von der Längsachse des Querträgers aus betrachtet versetzt ausgebildet. Die Teilabschnitte sind im Wesentlichen jeweils zwischen einer Zarge und dem damit verbundenen Steg ausgeformt, wobei die Verstärkungsstruktur im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Querträgens verläuft.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 42018339 A1 [0003]
US 5785387 A [0004]
DE 10057311 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ECE R42 & US Part581 [0007]

Claims

Stoßfängersystem (S) eines Kraftfahrzeuges bestehend im Wesentlichen aus einem einteilig gebildeten quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnetem Querträger (Q), zwei Deformationselementen (D) zur Aufnahme und Umwandlung von Energie infolge eines Anpralls bzw. Aufpralls auf ein Hindernis, wobei der Querträger in seinem Querschnitt im Wesentlichen als U-Profil oder Hutprofil ausgebildet ist, mit einem Stegbereich (B) und zwei von den zwei Längskanten des Stegbereiches winkelig abstehenden Zargen (Z), wobei sich einer Zarge jeweils ein Flanschbereich anschließen kann, der über Durchgänge (L) zur kraftschlüssigen Verbindung, insbesondere Schraubverbindung, von Deformationselement und Längsträger verfügen kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger über wenigstens zwei grabenförmig ausgebildete Verstärkungsstrukturen (V, V') verfügt, wobei diese jeweils zumindest teilweise und über die fertigungstechnisch notwendige Biegeradien hinaus in die Bereiche des Steges (B) und wenigstens einer Zarge (Z) hinein verlaufen.
Stoßfängersystem (S) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verstärkungsstrukturen ausgebildet sind, und diese jeweils über die gesamte Breite des Steges (B) sowie wenigstens teilweise und über den fertigungstechnisch notwendigen Biegeradius hinaus in den Bereich beider Zargen (Z) hinein verlaufen.
Stoßfängersystem (S) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass die Grabentiefe der Verstärkungsstruktur im Bereich vom 1,5 bis 3-fachen der Materialstärke des Querträgers entspricht.
Stoßfängersystem (S) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Grabenbreite der Verstärkungsstruktur einschließlich fertigungstechnisch notweniger Biegeradien dem 2- bis 5-fache der Grabentiefe des der Verstärkungsstruktur entspricht.
Stoßfängersystem (S) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Verstärkungsstruktur vom Querträgermittelpunkt aus betrachtet jeweils zwischen Außenkante Bindungsbereich zum angrenzenden Deformationselement (D) liegt.
Stoßfängersystem (S) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass die Verstärkungsstruktur vom Querträgermittelpunkt aus betrachtet jeweils im Bereich des Deformationselementes positioniert ist.
Stoßfängersystem (S) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Querträger zumindest abschnittsweise eine Hutprofilform aufweist, dessen Flansche und Zargen im Wesentlichen jeweils senkrecht zueinander stehen.
Stoßfängersystem (S) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Zargen und/oder der Flansche des Querträgers über dessen Längsausdehnung variieren.
Verfahren zur Herstellung eines Stoßfängersystems (S) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: • Bereitstellen einer Blechplatine aus Stahl, Aluminium(-legierung) oder Magnesium(-legierung) • Umformen der Platine zu einem in seiner Längsausdehnung Hut- oder U-förmig ausgebildeten Profil in ein oder mehreren Umformschritten • Verbringen des Hut- oder U-förmig ausgebildeten Halbzeuges in ein weiteres Formwerkzeug • Ausformung der Verstärkungsstruktur in einem Formwerkzeug • Erforderlichenfalls Beschichtung des endgeformten Querträgers
Verfahren zur Herstellung eines Stoßfängersystems (S) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: • Bereitstellen eines Hut- oder U-förmig ausgebildeten Profils aus Stahl, und/oder Aluminium(-legierung) und/oder Magnesium(-legierung) • Erwärmen des Hut- oder U-förmig ausgebildeten Profils auf eine Temperatur innerhalb des Bereiches zwischen der Liquidus-Linie im ZTU-Schaubild des Ausgangsmaterials bzw. der Ausgangslegierung Plus/Minus 50°C zwecks Erhöhung der Umformbarkeit und/oder zur Gefügeumwandlung für eine anschließende Härtung • Verbringen des Hut- oder U-förmig ausgebildeten Halbzeuges in ein Warmformwerkzeug • Ausformen der Verstärkungsstruktur im Wesentlichen unter Beibehaltung der restlichen Ausgangsform • Abkühlen des endgeformten Bauteils in einem gekühlten Formwerkzeug unter Aufrechterhaltung eines Mindestdrucks zur Rücksprungprävention oder außerhalb des Werkzeuges • Erforderlichenfalls Reinigung und Beschichtung des endgeformten Bauteils