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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Querträger für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik ist zur Minimierung von Unfallschäden an einem Kraftfahrzeug die Anordnung eines Stoßfängersystems front- und heckseitig an einem Kraftfahrzeug bekannt. So wird insbesondere frontseitig an einem Kraftfahrzeug ein Stoßfängersystem gebildet aus einem Querträger sowie an den Enden des Querträgers angeordneten Crashboxen. Die Crashboxen selbst werden wiederum an Längsträgern des Kraftfahrzeuges befestigt. Erfolgt nunmehr eine Frontkollision bzw. ein Frontaufprall eines Kraftfahrzeuges, so wird die dabei entstehende Crashenergie über den Querträger in die Crashboxen geleitet und in den Crashboxen selbst durch Umformarbeit zumindest teilweise abgebaut.
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Damit der Querträger besonders biegesteif ausgebildet ist, ist dieser zumeist im Querschnitt als U- oder aber hutförmiges und mithin als offenes Hohlprofil ausgebildet. Damit nunmehr im Falle eines Aufpralles sich die U-Form des Querschnittsprofils nicht aufspreizt, ist aus der
DE 102 26 756 B4 ein Schließblech bekannt, das mit dem Querschnittsprofil gekoppelt wird. Durch die Anordnung eines solchen Schließbleches an dem U-förmigen bzw. hutförmigen Querschnittsprofil werden jedoch die Herstellungskosten durch den Mehraufwand des Materials sowie den Koppelungsprozess erhöht. Ferner steigt das Eigengewicht aufgrund des zusätzlichen Schließbleches.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ausgehend vom Stand der Technik, einen Querträger bereitzustellen, der eine hohe Crashperformance, insbesondere Steifigkeit besitzt, und gleichzeitig ein geringes Eigengewicht aufweist, bei besonders günstigen Herstellungskosten.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Querträger gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Der erfindungsgemäße Querträger zur Anordnung an einem Stoßfängersystem für ein Kraftfahrzeug weist eine in Fahrtrichtung gerichtete Krümmung auf, wobei der Querträger einstückig und werkstoffeinheitlich aus einem offenen Profilbauteil ausgebildet ist und in seinen Endbereichen jeweils eine Anbindungsfläche für eine Crashbox aufweist und insbesondere ein U-förmiges Querschnittsprofil aufweist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung des U-förmigen Querschnittsprofils in einem Mittelbereich in Fahrtrichtung nach hinten zeigt, wobei in den Endbereichen die Öffnung des U-förmigen Querschnittsprofils in Fahrtrichtung nach vorne zeigt.
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Im Rahmen der Erfindung ist der Querträger insbesondere aus einem metallischen Werkzeug, ganz besonders bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff und insbesondere aus einem gehärteten Stahlwerkstoff ausgebildet. Dieser ist insbesondere ein 22 MnB5-Werkstoff. Der Querträger kann im Rahmen der Erfindung jedoch auch aus einem Leichtmetallwerkstoff ausgebildet sein, hier insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff und ganz besonders bevorzugt aus einer 7000er Aluminiumlegierung. Der Querträger wird im Nachfolgenden maßgeblich am frontseitigen Einsatz des Kraftfahrzeuges beschrieben. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, den entsprechenden Querträger heckseitig zu montieren, wobei dann alle beschriebenen Merkmale entsprechend invers auf die Rückwärtsfahrtrichtung bezogen sind.
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Der Querträger ist derart ausgebildet, dass er im Querschnitt als offenes Hohlprofil, insbesondere als U-förmiges Profil, ganz besonders bevorzugt zumindest teilweise als hutförmiges Profil ausgebildet ist. Hierzu weist der Querträger im Querschnitt einen Steg auf, der im Wesentlichen vertikal orientiert ist, sowie sich von dem Steg erstreckende Schenkel, welche im Wesentlichen horizontal orientiert sind. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Querträger einen Mittelbereich aufweist, wobei sich der Mittelbereich insbesondere im Wesentlichen zwischen den zwei Crashboxen befindet und von dem Mittelbereich über einen Übergangsbereich auf einen jeweiligen Endbereich übergeht. Die Besonderheit der Erfindung ist, dass die Querschnittskonfiguration von Mittelbereich zu Endbereich sich im Wesentlichen spiegelt. Mithin geht das U-förmige, insbesondere hutförmige Querschnittsprofil von dem Mittelbereich mit einer auf die Fahrtrichtung bezogen nach hinten zeigenden Öffnung derart über den Übergangsbereich auf den Endbereich über, dass das U-förmige, insbesondere hutförmige Querschnittsprofil in dem Endbereich eine Öffnung aufweist, die auf die Fahrtrichtung bezogen nach vorne zeigt.
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Erfindungsgemäß ergibt sich dadurch der Vorteil, dass in dem Mittelbereich eine hohe Crashsteifigkeit sowie eine gute und ausreichend hohe Anprallfläche aufgrund der nach hinten gerichteten Öffnung gegeben ist und in den Endbereich aufgrund des nach hinten gerichteten, im Wesentlichen vertikal verlaufenden Steges, gleichzeitig eine Anbindungsmöglichkeit für die Crashboxen erreicht wird. Das Bauteil kann somit als Umformbauteil, insbesondere als Pressbauteil aus einem Blechzuschnitt einstückig und werkstoffeinheitlich in vorzugsweise nur einem Pressenvorgang geformt werden.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen geometrischen Ausgestaltung ist es möglich, dass auf zusätzliche Verstärkungspatches oder aber weitere Anbauteile und mithin weitere Bearbeitungsschritte verzichtet werden kann. In der Folge ist es möglich, dass der erfindungsgemäße Querträger als einstückiges und werkstoffeinheitliches Umformbauteil aus nur einem Blechzuschnitt hergestellt wird. Somit sind die Produktionskosten gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Querträgern vermindert, bei mindest annähernd gleicher Crashperformance und verringertem Eigengewicht.
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Besonders bevorzugt ist der Querträger darüber hinaus nicht nur als im Querschnitt U-förmiges Profil ausgebildet, so dass ein im Wesentlichen vertikal orientierter Steg mit sich von den Enden des Steges im Wesentlichen horizontal orientiert erstreckenden Schenkeln ausgebildet ist, sondern darüber hinaus als hutförmiges Profil, so dass an den Enden der Schenkel nochmals sich wiederum im Wesentlichen vertikal orientierte Flansche angliedern. Diese Flansche versteifen den Querträger insbesondere im Mittelbereich.
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Insbesondere sind die Schenkel in dem Mittelbereich von dem Steg aus in Fahrtrichtung nach hinten orientiert und die Schenkel sind weiterhin bevorzugt in den Endbereichen von dem Steg aus in Fahrtrichtung nach vorn orientiert angeordnet. In besonders bevorzugter Ausführungsvariante ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Schenkel in dem Mittelbereich in Fahrtrichtung nach hinten orientiert angeordnet sind und der Querträger in diesem Mittelbereich im Wesentlichen ein im Querschnitt U-förmiges Profil aufweist, wobei die Schenkel in den Endbereichen, welche in Fahrtrichtung bevorzugt nach vorn orientiert sind, darüber hinaus jeweils einen Flansch aufweisen.
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Im Rahmen der Erfindung erstreckt sich insbesondere im Mittelbereich eine Sicke über den Mittelbereich, wobei die Sicke auf die Kraftfahrzeughochachse bezogen mittig in dem Steg angeordnet ist. Die Öffnung der Sicke selbst ist dabei besonders bevorzugt in Fahrtrichtung angeordnet, so dass die Sicke selbst entgegengesetzt der Fahrtrichtung orientiert ist. Weiterhin besonders bevorzugt ist die Sicke im mittleren Abschnitt des Mittelbereichs noch einmal zusammenlaufend verprägt. Dies begünstigt im Rahmen der Erfindung die Herstellbarkeit, so dass insbesondere ein Übergang von dem Steg des Mittelbereichs in den Steg des Endbereiches erfolgt, gleichzeitig jedoch die Festigkeit im Übergangsbereich nicht beeinträchtigt ist.
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Insbesondere weist die Sicke im mittleren Abschnitt des Mittelbereiches einen abgerundeten Querschnittsverlauf auf, wobei die Sicke in den übrigen Bereichen eine eckige Querschnittskonfiguration aufweist. Durch die den abgerundeten Querschnittsverlauf der Sicke wird eine hinreichende Festigkeit des Querträgers erreicht. Gleichzeitig weist das Umformwerkzeug zur Herstellung des Querträgers durch den abgerundeten Querschnittsverlauf eine deutlich höhere Lebensdauer auf, gegenüber dem Umformwerkzeug, das einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnittsverlauf erzeugen würde.
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Weiterhin besonders bevorzugt erstreckt sich die Sicke dann von der eckigen Querschnittskonfiguration über den Übergangsbereich hin derart in den Endbereich, dass die Sicke in den Steg des Endbereiches übergeht. Durch diese Anordnung wird eine hohe Steifigkeit im Falle eines Frontalcrashes geboten, so dass die in den Endbereichen angeordneten Crashboxen eine entsprechende Crashenergie aufnehmen können.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist der Übergangsbereich von Mittelbereich zu Endbereich derart verprägt bzw. gestaucht, dass hier die Spiegelung der Orientierung der Querschnittskonfiguration von Mittelbereich zu Endbereich stattfindet.
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Weiterhin besonders bevorzugt weist der erfindungsgemäße Querträger eine zusätzliche Verstärkungssicke auf, wobei sich die Verstärkungssicke besonders bevorzugt über die gesamte Breite des Querträgers erstreckt und die Öffnung der Verstärkungssicke in Fahrtrichtung nach hinten orientiert ist. Die Verstärkungssicke verläuft somit über die gesamte Breite des Querträgers entlang des Steges. Hierdurch wird eine weitere Erhöhung der Steifigkeit und somit der Crashperformance des erfindungsgemäßen Querträgers gewährleistet. Diese Ausführung ist insbesondere bei der Wahl einer Aluminiumlegierung als Werkstoff vorteilhaft.
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Weiterhin besonders bevorzugt sind die Schenkel in dem Mittelbereich in einem Winkel zueinander verlaufend angeordnet, insbesondere sind die Schenkel entgegengesetzt der Fahrtrichtung in einem Winkel aufeinander zu laufend angeordnet. In Verbindung mit dem Übergangsbereich wird hierdurch insbesondere ein Aufweiten bzw. Aufgabeln des U-förmig verlaufenden Querschnittsprofils im Crashfall vermieden.
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Weiterhin besonders bevorzugt sind die Anbindungsflächen für die Crashboxen in einem Winkel zueinander angeordnet, wobei die winkelige Anordnung insbesondere auf die Kraftfahrzeugquerrichtung bezogen verlaufend ist. Hierdurch erfolgt wiederum eine weitere Erhöhung der Crashsteifigkeit insbesondere bei einem mittigen Frontalaufprall.
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Im Falle der Verwendung eines Stahlwerkstoffes, insbesondere bei der Verwendung von einem 22MnB5-Bormanganstahl wird bevorzugt eine Wandstärke über den gesamten Querträger von 1,5 mm bis 2 mm, insbesondere zwischen 1,6 mm und 1,8 mm verwendet. Im Rahmen der Erfindung wird bei der Verwendung von einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere bei einem aluminiumlegierten Werkstoff eine Wandstärke von 2 mm bis 6 mm, insbesondere von 2,5 mm bis 5,5 mm verwendet.
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Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere möglich, dass das Bauteil bei einer Herstellung als Leichtmetallbauteil zunächst als Extrusionsprofil hergestellt ist, das dann zumindest partiell wärmebehandelt und anschließend abgekühlt wird. In Folge an den Abkühlvorgang schließt sich dann ein Kaltumformen in einer Presse an, wodurch das fertige Bauteil hergestellt ist. Im Falle der Herstellung aus einem Stahlwerkstoff wird zunächst ein Blechzuschnitt hergestellt, der dann insbesondere warmumgeformt und pressgehärtet wird. Im Anschluss an den Presshärtevorgang ist es optional möglich, das Bauteil nachträglich zu beschneiden, beispielsweise durch einen Laserschneidevorgang und insbesondere mit einem Strahlvorgang und einer Beschichtungs- bzw. Oberflächenbehandlung, beispielsweise mit einer Flüssigkeit für die Lagerung und weitere Verwendung bereitzustellen.
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Im Rahmen der Erfindung ist es insbesondere möglich, bei einem Stahlwerkstoff den Querträger aus einem Taylored-Strip herzustellen. Es kann insbesondere ein Taylored-Welded-Blank und/oder ein Taylored-Rolled-Blank eingesetzt werden. Mithin eine Metallplatine mit voneinander verschiedenen Wandstärken, die entweder durch partielles Walzen und/oder Anderfügen von Blechzuschnitten verschiedener Wandstärke erzeugt ist.
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Weiterhin kann der Querträger im Rahmen der Erfindung insbesondere partiell vergütet und/oder gehärtet sein. Besonders bevorzugt können die Anbindungsbereiche für die Crashboxen partiell vergütet sein, so dass hier eine Rissbildung bei einem Crashfall und somit ein Abreißen weitestgehend vermieden wird, die übrigen Bereiche jedoch eine hinreichend hohe Härte aufweisen.
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Weiterhin besitzt der Querträger über seine gesamte Breite verlaufend im Wesentlichen die gleiche Höhe bezogen auf die Kraftfahrzeughochachse. Hierdurch wird sichergestellt, das gesetzliche sowie herstellerbedingte Mindestvorgaben eingehalten werden. Besonders bevorzugt ist hierzu der Querträger mit seinen Schenkeln und/oder von den Schenkeln sich erstreckenden Flanschen im Wesentlichen über die gesamte Breite gleich hoch in Kraftfahrzeug Z-Richtung ausgebildet. Die Höhe beträgt bevorzugt mehr als 90 mm, insbesondere mehr als 100 mm und wird insbesondere in einem Intervall von 100 mm bis 200 mm, ganz besonders bevorzugt von 100 mm bis 150 mm gewählt.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1a bis d einen erfindungsgemäßen Querträger aus Stahl in perspektivischen Ansichten sowie einer Draufsicht und einer Frontansicht;
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2a bis c verschiedene Schnittdarstellungen des Querträgers aus 1;
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3a bis c einen erfindungsgemäßen Querträger in verschiedenen Ansichten aus Leichtmetall und
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4a und b Schnittansichten durch einen erfindungsgemäßen Querträger aus Leichtmetall gemäß 3.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1a bis d zeigen den erfindungsgemäßen Querträger 1 als Stahlbauteil in verschiedenen Ansichten. So zeigt 1a eine perspektivische Rückansicht, 1b eine perspektivische Frontansicht, 1c eine Draufsicht und 1d eine Frontansicht des erfindungsgemäßen Querträgers 1.
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Zu erkennen ist, dass sich der Mittelbereich 2 zumindest über einen Teil der gesamten Breite 3 des Querträgers 1 erstreckt. Auf den Mittelbereich 2 folgt ein jeweiliger Übergangsbereich 4, jeweils wiederum gefolgt von einem Endbereich 5. Gemäß 1a gezeigt, ist jeweils auf der Rückseite des Endbereiches 5 eine Anbindungsfläche 6 für eine nicht näher dargestellte Crashbox vorgesehen. Der gesamte Querträger 1 weist gemäß 1c gut erkennbar, einen in Fahrtrichtung F orientierten bogenförmigen Verlauf in Kraftfahrzeugquerrichtung 18 auf. Dabei sind in dem Mittelbereich 2 Schenkel 7 ausgebildet, die in Fahrtrichtung F orientiert nach hinten zeigen und in den Endbereichen 5 jeweils Schenkel 8 ausgebildet, die in Fahrtrichtung F orientiert nach vorne zeigen.
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In dem Mittelbereich 2 ebenfalls angeordnet ist eine Sicke 9, die sich maßgeblich über die Breite des Mittelbereiches 2 erstreckt. Im Übergangsbereich 4 geht die Sicke 9 dann über in den Steg 10 des jeweiligen Endbereiches 5. Die Sicke 9 selbst ist gemäß 1a und b gut erkennbar entgegengesetzt der Fahrtrichtung F orientiert, so dass diese eine Öffnung 11 aufweist, welche in Fahrtrichtung F zeigt, gut erkennbar in 1b).
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2a bis c zeigen eine jeweilige Querschnittsansicht entlang der Schnittlinien in 1d. So zeigt 2a eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie I-I aus 1d des jeweiligen Endbereiches 5. Gut zu erkennen ist der Steg 13, der in Fahrtrichtung F orientiert nach hinten angeordnet ist. Eine Öffnung 11 ist somit in Fahrtrichtung F nach vorn orientiert zeigend. Die Schenkel 8 des Steges 13 sind ebenfalls in Fahrtrichtung F orientiert angeordnet, wobei jeweils an den Enden sich ein Flansch 12 im Wesentlichen vertikal von den Schenkeln 8 erstreckt.
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2b zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie II-II aus 1d. Gut zu erkennen ist die Sicke 9, die entgegengesetzt der Fahrtrichtung F orientiert angeordnet ist. Die Sicke 9 selbst weist dabei gemäß 2b dargestellt im Übergangsbereich 4 eine eckige Querschnittskonfiguration auf. Bereits im Übergangsbereich 4 beginnt der Steg 13 des Mittelbereiches 2 ausgebildet zu werden, sowie die sich von dem Steg 13 des Mittelbereiches 2 erstreckenden Schenkel 7, welche entgegengesetzt der Fahrtrichtung F orientiert sind. Der Steg 13 des Mittelbereiches 2 ist dabei mittig unterbrochen von der Sicke 9.
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2c zeigt eine weitere Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie III-III gemäß der 1d. Hierbei ist klar zu erkennen, dass die Öffnung 14 des Mittelbereiches 2 entgegengesetzt der Fahrtrichtung F orientiert ist, wobei die Schenkel 7 des Steges 13 des Mittelbereiches 2 ebenfalls entgegengesetzt der Fahrtrichtung F orientiert sind. In Fahrtrichtung F nach vorn ist somit der Steg 13 des Mittelbereiches 2 angeordnet, um hier eine möglichst große Aufprallfläche bereitzustellen. Ebenfalls entgegengesetzt der Fahrtrichtung F orientiert ist die Sicke 9 angeordnet, wobei die Sicke 9 im Mittelbereich 2 eine runde Querschnittskonfiguration aufweist. Gemäß 1a ist die runde Querschnittskonfiguration in einem mittleren Abschnitt 15 des Mittelbereiches 2 ausgebildet, wobei die Sicke 9 dann bereits im Mittelbereich 2 von einer runden Querschnittskonfiguration in eine eckige Querschnittskonfiguration übergeht.
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Im Rahmen der Erfindung weisen die verschiedenen Querschnitte gemäß 2a bis c jeweils eine Höhe h auf, wobei die Höhe h bei allen Querschnitten gleich hoch ist. Mithin ist die Höhe h des Querträgers 1 über seine gesamte Breite im Wesentlichen gleich ausgebildet. Dabei entspricht die Stirnfläche 22 der beiden Flansche 12, 13 gemäß 2a zwischen 0% und 20% der gesamten Stirnfläche des Querträgers. Gemäß 2c entspricht die dort dargestellte Stirnfläche 24 des Steges 13 gegenüber der gesamten Stirnfläche des Querträgers 1 einem Anteil von mehr als 50% bzw. beide Stirnflächen 24 zusammen entsprechen einem Anteil von mehr als 50%. Mithin ist die Stirnfläche 24 des Steges 13 mindestens größer als die Stirnfläche 25 der Sicke 9, wobei die Stirnfläche 25 der Sicke 9 weniger als 50% der Stirnfläche des Querträgers entspricht.
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3a bis c zeigen eine hierzu analoge Ausführung des erfindungsgemäßen Querträgers 1, wobei dieser aus einer Leichtmetalllegierung ausgebildet ist.
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Zusätzlich ist hier in der Sicke 9 selbst eine Verstärkungssicke 16 angeordnet, welche über die gesamte Breite 3 des erfindungsgemäßen Querträgers 1 verläuft.
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Gut zu erkennen ist dies insbesondere in 4a und b, welche eine jeweilige Schnittlinie gemäß der 3b zeigen. Die Verstärkungssicke 16 ist dabei immer in Fahrtrichtung F orientiert angeordnet und verleiht dem erfindungsgemäßen Querträger 1 eine höhere Biegesteifigkeit in Kraftfahrzeugquerrichtung 18. Darüber hinaus ist in 4a gut zu erkennen, dass der Schenkel 7 des Mittelbereiches 2 in einem Winkel α zu einer Mittellängsebene 17 angeordnet ist. Besonders bevorzugt sind beide Schenkel 7 des Mittelbereichs 2 in einem jeweiligen Winkel α angeordnet. Ferner dargestellt ist in 4a, dass eine obere Rundung 19 sowie das freie Ende 20 des jeweiligen Flansches 12 bezogen auf die Kraftfahrzeughochachse im Wesentlichen auf gleicher Höhe liegen. Hierdurch wird sichergestellt, dass der abstehende Flansch 12 nicht in Kollision mit anderen Bauteilen gerät, aufgrund der Packaging Vorgabe für den erfindungsgemäßen Querträger 1. Ferner weist der Querträger 1 insbesondere in der 4 dargestellten Ausführungsvariante als Strangpressprofil voneinander verschiedene Wandstärken auf, so dass die Wandstärke im Bereich der Rundung 19 bevorzugt zwischen 2 mm und 4 mm aufweist, ganz besonders bevorzugt 3 mm und im Bereich des Schenkels 7,4 mm bis 6 mm, ganz besonders bevorzugt 5 mm aufweist. Der Flansch 12 hingegen kann wiederum im Rahmen der Erfindung eine Dicke zwischen 2 mm und 4 mm, insbesondere 3 mm aufweisen.
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Ebenfalls gut zu erkennen ist auch noch einmal in 3c dargestellt, dass die Anbindungsfläche 6 einer jeweiligen nicht näher dargestellten Crashbox in einem Winkel β zu der Kraftfahrzeugquerrichtung 18 angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Querträger
- 2
- Mittelbereich
- 3
- Breite zu 1
- 4
- Übergangsbereich
- 5
- Endbereich
- 6
- Anbindungsfläche
- 7
- Schenkel zu 2
- 8
- Schenkel zu 5
- 9
- Sicke
- 10
- Steg zu 5
- 11
- Öffnung zu 5
- 12
- Flansch
- 13
- Steg zu 2
- 14
- Öffnung zu 2
- 15
- mittlerer Abschnitt zu 2
- 16
- Verstärkungssicke
- 17
- Mittellängsebene
- 18
- Kraftfahrzeugquerrichtung
- 19
- Rundung
- 20
- freies Ende
- 21
- Kraftfahrzeughochachse
- 22
- Stirnfläche zu 12
- 23
- Stirnfläche zu 13 in 5
- 24
- Stirnfläche zu 13 in 2
- 25
- Stirnfläche zu 9
- F
- Fahrtrichtung
- h
- Höhe
- α
- Winkel
- β
- Winkel
