DE102016000515A1

DE102016000515A1 - Stoßfängermodul

Info

Publication number: DE102016000515A1
Application number: DE102016000515.7A
Authority: DE
Inventors: Fabian FUERST; Tommy HECHTEL; Theobald HOCK; Stefan HOLDERRIED
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-01-19
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-07-20
Also published as: GB2547987A; GB201700533D0; US10017140B2; CN106985775A; US20170203707A1

Abstract

Ein Stoßfängermodul (1) für ein Fahrzeug hat einen wenigstens eine Schale (3, 3') aus faserverstärktem Kunststoff umfassenden Querträger (2, 2'), der durch zwischen einander gegenüberliegenden Wänden (6, 7; 6', 7') der Schale (3, 3') spritzgeformtes Kunststoffmaterial, insbesondere Rippen (4), versteift ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stoßfängermodul für ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenfahrzeug, mit einem wenigstens eine Schale aus faserverstärktem Kunststoff umfassenden Querträger. Ein solches Stoßfängermodul ist in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2014 011 790.1 beschrieben.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Stoßfängermodul zu schaffen, das bei geringem Gewicht eine hohe Belastbarkeit aufweist und dennoch rationell und kostengünstig zu fertigen ist.
Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zu Folge gelöst, indem bei einem Stoßfängermodul für ein Fahrzeug mit einem wenigstens eine Schale aus faserverstärktem Kunststoff umfassenden Querträger der Querträger durch zwischen einander gegenüberliegenden Wänden der Schale spritzgeformtes Kunststoffmaterial versteift ist. Ein solcher Aufbau ermöglicht eine Fertigung der Schale durch Tiefziehen aus Flachmaterial, andererseits ist durch das zwischen die Wände eingespritzte Kunststoffmaterial eine Belastbarkeit des Querträgers erreichbar, der mit der Schale aus faserverstärktem Kunststoff allein nicht zu erzielen ist.
Um bei geringem Gewicht einen hohen Zuwachs an Belastbarkeit zu erzielen, sollte das Kunststoffmaterial vorzugsweise zu die Wände verbindenden Rippen geformt sein.
Zusammen mit den Rippen oder als Teil von diesen kann auch eine Crashbox an die Schale angespritzt sein.
Einer ersten Ausgestaltung zu Folge ist die Crashbox an eine offene Seite der Schale angespritzt. So können die Wände der Crashbox selber zur Steifigkeit des Querträgers beitragen, indem sie die Wände der Schale miteinander verbinden oder die zwischen den Wänden geformten Rippen kreuzen.
Wenn die Rippen und die Wände der Crashbox in einer gleichen Richtung ausgedehnt sind, ist es möglich, sie mit einem einfachen Formwerkzeug gemeinsam in einem Arbeitsgang zu formen.
Einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung zu Folge ist die Crashbox an eine Außenseite einer der einander gegenüberliegenden Seitenwände der Schale angespritzt.
Bei dieser Ausgestaltung kann die Schale in vertikaler Richtung offen sein; vorzugsweise ist sie nach unten offen, um zu verhindern, dass sich Feuchtigkeit oder Schmutz in der Schale sammeln kann.
Auch hier können die Rippen und die Wände der Crashbox in einer gleichen Richtung ausgedehnt sein, insbesondere kann die Crashbox mehrere vertikale Wände umfassen, die in vertikaler Richtung offene Vertiefungen begrenzen.
Wenigstens ein Teil der Crashbox kann auch an eine Außenseite des Querträgers, das heißt an eine im am Fahrzeug montierten Zustand von dessen Längsträgern abgewandte Seite, angespritzt sein. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Querträger, um sich mit ausreichender Steifigkeit an den Längsträgern abzustützen, stark gekrümmt ist.
Die Fasern des faserverstärkten Kunststoffs sind vorzugsweise als Gewebe oder Gelege strukturiert. Solche Fasern können, anders als ungeordnete Fasern eines Vlieses oder die Fasern eines durch Spritzguss verarbeitbarem Materials, einer Zugbelastung nicht durch Geradestrecken nachgeben. Daher ist ein gewebe-/gelegeverstärkter Kunststoff hoch widerstandsfähig gegen Zugbelastung, und es genügt eine geringe Wandstärke, um dem Querträger die erforderliche Belastbarkeit zu verleihen.
Die Matrix des faserverstärkten Kunststoffs ist vorzugsweise so gewählt, dass sie bei Verarbeitungstemperatur des spritzgeformten Kunststoffmaterials weich ist. Insbesondere kann derselbe thermoplastische Kunststoff sowohl als Matrix als auch als spritzgeformtes Material verwendet sein. So kann eine innige, materialschlüssige Verbindung des spritzgeformten Kunststoffmaterials mit der Schale geschaffen werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Stoßfängermoduls;
2 einen Schnitt durch den Querträger des Stoßfängermoduls;
3 eine perspektivische Teilansicht eines Stoßfängermodul gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
4 eine perspektivische Teilansicht eines Stoßfängermoduls gemäß einer dritten Ausgestaltung; und
5 eine schematische Draufsicht auf ein Stoßfängermoduls gemäß einer vierten Ausgestaltung.
1 zeigt ein Stoßfängermodul 1 gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung in perspektivischer Ansicht. Ein Querträger 2 des Stoßfängermoduls 1 umfasst eine langgestreckte Schale und die Schale 3 versteifende Rippen 4. Die Schale 3 umfasst eine vertikale Wand 5 und am oberen und unteren Rand der vertikalen Wand 5 einander gegenüberliegend in eine gleiche Richtung abgewinkelte, hier schräge Wände 6, 7, die eine zum Fahrzeuginneren hin offene Rinne 8 begrenzen. Die Schale 3 ist aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial wie etwa einem sogenannten Organoblech durch Thermoformen gefertigt. Die Rippen 4 erstrecken sich innerhalb der Rinne 8 von einer Wand 6 zur anderen 7 und sind an ihren Rändern sowohl mit den Wänden 6, 7 als auch der vertikalen Wand 5 verschmolzen. Die Rippen 4 erstrecken sich einerseits in Fahrzeuglängsrichtung x, andererseits entlang einer von der Fahrzeugquerrichtung y und der Vertikalen z aufgespannten Winkelhalbierenden.
Crashboxen 9 sind in Form von quaderförmigen, zum Fahrzeuginneren hin offenen und mit ihrer vom Fahrzeuginneren abgewandten Seite in die Rinne 8 eingreifenden Enden ausgebildet. Wände 10, 11 der Crashboxen 9 erstrecken sich jeweils in x- und z- bzw. in x- und y-Richtung.
2 zeigt einen Schnitt durch das Stoßfängermodul 1 der 1 und durch ein zu seiner Herstellung verwendetes Formwerkzeug entlang einer in 1 mit II-II bezeichneten Ebene. Im Inneren der Schale 3 ist eine Schicht aus in einer Kunststoffmatrix eingebetteten Gewebe 12, typischerweise Glasfasergewebe, zu erkennen. Das Gewebe 12 ist in 2 ummantelt von einer Schicht 13 dargestellt, die aus demselben thermoplastischen Kunststoff wie die Matrix der Gewebeschicht besteht. In der Praxis kann sich das Gewebe 12, abweichend von der Darstellung der 2, zumindest stellenweise bis unmittelbar an die Oberfläche der Schale 3 erstrecken.
Die sich kreuzenden Rippen 4 bestehen aus dem gleichen thermoplastischen Kunststoff wie die Matrix und sind hier mit der Schicht 13 einteilig verschmolzen dargestellt. Das Stoßfängermodul 1 wird erhalten, in dem zunächst ein Zuschnitt 14 aus einem Organoblech an einer Hohlform 15 eines zweiteiligen Formwerkzeugs drapiert wird, der durch Erhitzen geschmeidig gemachte Zuschnitt 13 in die Hohlform 15 hinein gesaugt und/oder durch einen Stempel 16 hineingedrückt wird und, wenn Hohlform 15 und Stempel 16 den Zuschnitt 14 dicht einschließen, Kunststoff in Nuten 17 des Stempels 16 eingespritzt wird, um die Rippen 4 des Querträgers 3 und die Wände 10, 11 der Crashboxen 1 zu bilden. Da sowohl die Rippen 4 als auch die Wände 10, 11 in x-Richtung ausgedehnt sind, genügt der Stempel 16, um beide zu formen.
Auch der eingespritzte Kunststoff kann faserverstärkt sein, allerdings müssen die Fasern kürzer sein als die des Gewebes 11, um die Spritzformbarkeit des Kunststoffs zu gewährleisten.
Der eingespritzte Kunststoff ist hier mit dem Matrixmaterial des Zuschnitts 14 chemisch identisch, so dass, wenn der Kunststoff in geschmolzener Form eingespritzt wird, auch die Matrix des Zuschnitts 14 beträchtlich anschmilzt und eine innige materialschlüssige Verbindung zwischen den Wänden der Schale 3 und den Rippen 4 bzw. den Wänden 10, 11 entsteht.
3 zeigt, entlang der Fahrzeugmittelebene geschnitten, ein Stoßfängermodul 1' gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Die Schale 3' des Querträgers 2' hat hier eine nach unten gerichtete Öffnung, so dass von den zwei einander gegenüberliegenden Wänden 6', 7' der Schale 3' die eine 6' dem Fahrzeuginneren und die andere 7' einer nicht dargestellten Stoßfängerverkleidung zugewandt ist. An dem in der Figur abgeschnittenen Ende der Schale 3' ist eine der sie im Inneren versteifenden Rippen 4' im Schnitt zu sehen.
Eine Crashbox 9 in derselben Form wie in 1 dargestellt ist an die Wand 6' angeformt. Die zwei in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander liegenden und durch die Rippen 4 starr verbundenen Wände 6', 7' geben dem Querträger 2' gemäß dieser Ausgestaltung auch bei geringer Wandstärke eine extrem hohe Biegesteifigkeit.
Zur Realisierung des Stoßfängermoduls 1' wird ein Formwerkzeug mit wenigstens drei Teilen erforderlich, ein erstes mit einer nach unten offenen Rinne, in die der Zuschnitt 14 hineingedrückt wird, so dass die Wand 7' an einer Seite der Rinne und die Wand 6' an der anderen anliegt, ein zweites, das in z-Richtung beweglich ist, um, analog zum Stempel 16, den Zuschnitt 13 in die Rinne hineinzudrücken, und das Nuten zum Abformen der Rippen 4' aufweist, und ein drittes, das in x-Richtung relativ zum ersten und zweiten Teil beweglich ist, so dass erstes und zweites Teil die Außenseiten und das dritte Teil das Innere der Crashbox 9 formt.
4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Stoßfängermoduls 1''. Der Querträger 2' ist hier identisch mit dem der 4, allein der Aufbau der Crashbox 9' ist verändert. Die Crashbox 9' umfasst hier eine sich in der x-y-Ebene erstreckende Wand 18, die von mehreren sich in der x-z-Ebene erstreckenden Wänden 19 gekreuzt wird. Vertiefungen 20 zwischen den Wänden 19 sind in z-Richtung offen, so dass zur Fertigung des Stoßfängermoduls 1'' wiederum ein zweiteiliges Formwerkzeug genügt, eine Hohlform, die den äußeren Querschnitt des Querträgers 2 bestimmt und die Oberseite der Wand 18 und die oberen Hälften der Wände 19 formt, und ein Stempel, der von unten in den Querträger 2' eingreift, um die Rippen 4' zu formen und der die unteren Hälften der Wände 19 formt.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Hälfte eines Stoßfängermoduls gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Verbindung. Um eine Stoßfängerverkleidung 21 in der Mitte des Fahrzeugs, weit gegen die beiden Crashboxen 9 versetzt, mit der notwendigen Festigkeit abstützen zu können, ist der Querträger 2 des Stoßfängermoduls deutlich starker gekrümmt als die Stoßfängerverkleidung 21. Um dennoch die Stoßfängerverkleidung 21 an den Rändern der Fahrzeugkarosserie im Kollisionsfall wirksam abstützen zu können, ist die Crashbox 9 über den Querträger 2 hinaus nach vorn, bis an die Stoßfängerverkleidung 21, verlängert. Der Teil 22 der Crashbox 9, der zwischen dem Querträger 2 und der Stoßfängerverkleidung 21 liegt, kann dieselbe anhand von 2 bzw. 4 erläuterte Querschnittsstruktur haben wie der zwischen Querträger 2 und Längsträgern des Fahrzeugs liegende Teil 23 und wie mit Bezug auf 2 bzw. 4 beschrieben.
Die Teile 22, 23 können wie die Crashbox 9 der 4 mit in z-Richtung offenen Vertiefungen geformt sein oder wie die der 3 in x-Richtung offen sein. In letzterem Falle wird für das Formwerkzeug ein weiteres in x-Richtung bewegliches Teil benötigt, um das Vorderteil 23 zu formen. Da bei gegebener Gesamtlänge der Crashbox der Hub der Formteile in x-Richtung bei der zweigeteilten Crashbox der 5 erheblich kleiner sein kann als bei der sich an nur einer Seite des Querträgers 2 erstreckenden Crashbox der 3, sind die Dickenunterschiede zwischen zum Querträger 2 benachbarten und von ihm entfernten Bereichen der Wände der Crashbox 9 in 5 kleiner als in 3, so dass die nutzbare Länge der Crashbox 9 größer sein kann als im Falle der 3. Da es aufgrund der Zweiteilung weitgehend vermieden werden kann, Wandbereichen der Crashbox 9 aus fertigungstechnischen Gründen eine größere Wandstärke zu geben, als für die Energiedissipation beim Zusammenstoß notwendig, kann außerdem bei gleichbleibender Wirksamkeit das Gewicht der Crashbox 9 verringert werden.
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Bezugszeichenliste

1: Stoßfängermodul
2: Querträger
3: Schale
4: Rippe
5: vertikale Wand
6: Wand
7: Wand
8: Rinne
9: Crashbox
10: Wand
11: Wand
12: Gewebe
13: Schicht
14: Zuschnitt
15: Hohlform
16: Stempel
17: Nut
18: Wand
19: Wand
20: Vertiefung
21: Stoßfängerverkleidung
22: Teil (der Crashbox)
23: Teil (der Crashbox)

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 102014011790 [0001]

Claims

Stoßfängermodul (1) für ein Fahrzeug, mit einem wenigstens eine Schale (3, 3') aus faserverstärktem Kunststoff umfassenden Querträger (2, 2'), der durch zwischen einander gegenüberliegenden Wänden (6, 7; 6', 7') der Schale (3, 3') spritzgeformtes Kunststoffmaterial versteift ist.
Stoßfängermodul nach Anspruch 1, bei dem das Kunststoffmaterial zu Rippen 4, 4'), vorzugsweise zu die Wände (6, 7; 6', 7') verbindenden Rippen (4, 4'), geformt ist.
Stoßfängermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Crashbox (9) an die Schale (3, 3') angespritzt ist.
Stoßfängermodul nach Anspruch 3, bei dem die Crashbox (9) an eine offene Seite der Schale (3) angespritzt ist.
Stoßfängermodul nach Anspruch 3, bei dem die Crashbox (9, 9') an eine Außenseite einer (6') der einander gegenüberliegenden Seitenwände (6', 7') der Schale (3') angespritzt ist.
Stoßfängermodul nach Anspruch 4 oder 5, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, bei dem die Rippen (4, 4') und die Wände (6, 7; 6', 7') der Crashbox in einer gleichen Richtung ausgedehnt sind.
Stoßfängermodul nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Schale (3') in vertikaler Richtung, vorzugsweise nach unten, offen ist.
Stoßfängermodul nach Anspruch 7, bei dem die Crashbox (9') mehrere vertikale Wände (19) umfasst, die in vertikaler Richtung (z) offene Vertiefungen (20) begrenzen.
Stoßfängermodul nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem wenigstens ein Teil der Crashbox (9) an eine Außenseite des Querträgers angespritzt ist.
Stoßfängermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fasern des faserverstärkten Kunststoffs als Gewebe (12) oder Gelege strukturiert sind.
Stoßfängermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fasern des faserverstärkten Kunststoffs in eine Matrix eingebettet sind, die bei Verarbeitungstemperatur des spritzgeformten Kunststoffmaterials weich ist.