DE19853128C2 - Stoßfängeranordnung eines Kraftfahrzeuges und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Stoßfängeranordnung eines Kraftfahrzeuges und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Stoßfängeranordnung eines Kraft
fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein
Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Pa
tentanspruches 4.
Eine gattungsgemäße Stoßfängeranordnung bzw. ein gattungsgemä
ßes Herstellungsverfahren ist aus der WO 97/27082 A1 bekannt.
Der zugehörige hohle Stoßfängerbiegeträger, der mit horizontal
voneinander beabstandeten Längsträgern des Kraftfahrzeuges ver
bunden ist, besitzt über seine Längsrichtung hinweg unter
schiedliche Querschnittsformen, wobei unter anderem zu deren
Ausbildung die Innenhochdruckumformtechnik angewendet werden
kann, und der durch Ziehen oder Pressen eine leicht gebogene
Form annimmt. Dabei sind Pralldämpfer zwischen dem Biegeträger
und den Längsträgern angeordnet.
Aus der DE 42 23 948 C2 ist eine Anordnung bekannt, die aus ei
nem Stoßfängerbiegeträger und zwei Pralldämpfern aus einem
Feststoff besteht, die an dem Stoßfängerbiegeträger einerseits
angeschweißt sind. Andererseits sind die Pralldämpfer an einem
aus einem Vollmaterial bestehenden Querträger der Anordnung an
geschweißt, welcher mit den Längsträgern des Kraftfahrzeuges
verschraubt ist. Ein derartiger Stoßfängerbiegeträger und Quer
träger werden meist aus Blechschalen oder aus Strangpreßprofi
len gefertigt. Betrachtet man Querträger in Blechschalenbauwei
se, so befindet sich die Trennung der Schalen belastungsgerecht
vertikal in der neutralen Zone des Bauteils. Diese Querträger
haben den Nachteil, daß durch die Punktschweißflanschverbindung
der Schalen Bauraum benötigt wird, der nicht zum Widerstandsmo
ment des jeweiligen Trägers beiträgt. Außerdem wird bei einer
Anordnung im Fahrzeugbug durch den Punktschweißflansch die
Luftströmung zu dahinterliegenden Aggregaten, insbesondere zum
Kühler gestört, wodurch die Kühlleistung an diesen Aggregaten
unerwünscht verringert wird. Wird der Schweißflansch vermieden,
ist bisher die Verwendung einer aufwendigen und teuren Schweiß
technik unvermeidlich.
Werden die Träger in herkömmlichem Profilbau hergestellt, so
hat die Verwendung der stranggepreßten Hohlprofile den Nach
teil, daß der Stoßfängerbiegeträger nur eine einzige in Längs
erstreckung durchgängig gleichbleibende Querschnittsform auf
weist. Dadurch ist eine lokal gezielte belastungsgerechte Aus
legung des Trägers nicht möglich. Außerdem neigen die Hohlpro
file beim Biegevorgang sehr stark zu einer Faltenbildung, wo
durch die Beulsteifigkeit des Trägers, die eine der wesentli
chen Eigenschaften der Anordnung hinsichtlich der Energieab
sorption bei einem Auffahrunfall darstellt und die mitentschei
dend für die Verwendung einer derartigen Anordnung ist, in er
heblichem Maße geschwächt wird.
Die WO 98/39106 A2 zeigt insbesondere in Fig. 7 einen Stoßfän
ger, dessen eines Ende als im Crashfall gezielt knautschbares
Deformationselement mittels Innenhochdruckumformen ausgebidet
ist.
Weiterhin zeigt die DE 44 12 108 C1 einen stoßabfangenden Über
rollbügel für ein Kraftfahrzeug, dessen gekrümmte Erstreckungs
kontur des Fertigteiles durch Biegen eines Rohres erzielt wird.
Schließlich gibt die DE-Z: Bleche, Rohre, Profile, Heft 3/1997,
S. 24/25 eine allgemeine Übersicht über die Innenhochdruckum
formtechnik wieder.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Stoßfängeranordnung bzw. ein gattungsgemäßes Verfahren zu deren
Herstellung dahingehend weiterzubilden, daß die Ausbildung ei
ner hinsichtlich einer belastungsgerechten Beulsteifigkeit op
timal ausgelegten Stoßfängeranordnung in relativ einfacher und
bauraumsparender Weise ermöglicht wird.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent
anspruches 1 bezüglich der Stoßfängeranordnung und durch die
Merkmale des Patentanspruches 4 bezüglich des Herstellungsver
fahrens gelöst.
Dank der Erfindung ist es möglich, durch die Innenhochdruckum
formtechnik bei geeigneter Prozeßführung den Querschnitt
und/oder die Wandungsdicke des Stoßfängerbiegeträgers der An
ordnung lokal gezielt an die Belastung anzupassen, wobei die
auf den konstruktiven Bedarf der Verwendung des später umge
formten Rohres zugeschnittene Kontur der Innenhochdruckumform
werkzeuggravur die Kontur des Fertigteiles vorgibt. In weniger
belasteten Bereichen kann der Querschnitt wesentlich kleiner
gestaltet werden, so daß einerseits die Ausbildung eines insge
samt optimal belastungsgerechten Bauteils erreicht wird und zum
anderen Bauraum der Anordnung eingespart wird, der zusätzlich
beispielsweise für größere oder mehr Aggregate oder für die Rä
der des Kraftfahrzeuges bei sehr kurzer Bauweise zur Verfügung
steht. Aufgrund der Verwendung eines einfachen geradlinigen
Rohres als Ausgangsteil für den fertigen Stoßfängerbiegeträger,
das an sich schon die Eigenschaft maximaler Beulsteifigkeit be
sitzt und diese auch einem Biegevorgang nicht verliert, ist ei
ne Herstellung der Anordnung - insgesamt gesehen - in einfacher
Weise möglich, die höchsten Belastungsanforderungen genügt. Et
waige biegebedingte Auffaltungen am Rohr werden durch das unter
hohem fluidischen Druck erfolgende Aufweiten des Rohres im In
nenhochdruckumformwerkzeug und der konturgerechten Anlage an
der Werkzeuggravur beseitigt. Des weiteren kann - wenn der ei
gentlich eingesparte Bauraum nicht anderweitig benutzt wird -
für die Ausbildung des Stoßfängerbiegeträgers ein größerer Pro
filquerschnitt als bei der Schalenbauweise gewählt werden, da
die Schweißflansche entfallen. Weiterhin ist durch die hochprä
zise Teile erbringende Innenhochdruckumformtechnik eine prozeß
sichere exakte Reproduzierbarkeit des hergestellten Biegeträ
gers gewährleistet. Schließlich wird durch den Entfall der
Schweißflansche im Fahrzeugbugbereich die Anströmung des Küh
lers mit Kühlluft nicht gestört, ja es kann sogar durch geeig
nete Ausformung des Stoßfängerbiegeträgers eine Begünstigung
der Anströmung erreicht werden. Es können zudem auch aus dem
Rohr Befestigungselemente und/oder -flächen gemeinsam mit der
Gestaltung der Trägerkontur beim Innenhochdruckumformen ausge
bildet werden. Durch das Innenhochdruckumformen können dabei
auch Montagelöcher gezielt erzeugt werden.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran
sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand
zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele
nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
Fig. 1 in einer Draufsicht einen seitlichen Längsschnitt einer
erfindungsgemäßen Anordnung mit ausgesteiftem Stoßfängerbiege
träger und Querträger,
Fig. 2 in einer Draufsicht abschnittsweise einen seitlichen
Längsschnitt eines Stoßfängerbiegeträgers einer erfindungsgemä
ßen Anordnung mit ausgeformten Befestigungsflächen und separa
ten Pralldämpfern.
In Fig. 1 ist eine Stoßfängeranordnung 1 dargestellt, welche an
zwei parallelen horizontal voneinander beabstandeten Längsträ
gern 2 eines Kraftfahrzeuges beispielsweise durch Anschweißen
anbringbar ist. Die Anordnung 1 kann sowohl im Fahrzeugbug als
auch heckseitig vorgesehen sein. Die Stoßfängeranordnung 1
setzt sich aus einem quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden
Stoßfängerbiegeträger 3, zwei Pralldämpfern 4 und einem Quer
träger 5 zusammen. Der Stoßfängerbiegeträger 3 ist aus einem
geradlinigen Rohr als Ausgangsteil gebildet, wobei das Rohr
entsprechend der gekrümmten Erstreckungskontur des Fertigteiles
gebogen wird und durch hydraulisches Innenhochdruckumformen zur
Endform des Biegeträgers 3 geformt wird. Der Biegevorgang kann
in einer separaten Biegevorrichtung erfolgen oder verfahren
sökonomisch und vorrichtungsaufwandsparend nach Einlegen des
Rohrrohlings in eine entsprechend gekrümmt verlaufende Gravur
eines geteilten Innenhochdruckwerkzeuges beim Schließen des
Werkzeuges stattfinden.
Durch Ausüben eines fluidischen Innenhochdruckes im nun geboge
nen Rohr wird dieses zur Gravur des Werkzeuges konturkonform
aufgeweitet und an die Gravurwandung gepreßt, wobei die Quer
schnittskontur des Stoßfängerbiegeträgers 3 aus dem gebogenene
Rohr ausgeformt wird. Aufgrund des Materialflusses des Rohres
in die Gravurform können je nach Gestaltung der Gravurform un
terschiedlichste Querschnittsformen aus dem vorzugsweise ur
sprünglich kreisrunden Rohr ausgeformt werden und damit optimal
an die Belastungsanforderungen hinsichtlich der Beulsteifigkeit
angepaßt werden. Das Rohr kann in seinem Rohlingszustand auch
oval oder in eine Vorform des Fertigteiles vorkonturiert sein.
Der Werkstoff des Rohres kann aus einem umformbaren Stahl oder
einem Leichtmetall, wie beispielsweise Aluminium, Magnesium
oder Legierungen mit Aluminium und Magnesium als Bestandteil
bestehen.
Infolge des Verfahrensablaufes wird die Wanddicke bei einer
einfachen Abstreckung lokal, d. h. an Stellen größerer Aufwei
tung, dünner, so daß es zu einer über die Erstreckung des Roh
res bzw. Stoßfängerbiegeträgers 3 gesehen unterschiedlichen
Wanddickenverteilung kommt. Jedoch kann durch geeignete Prozeß
steuerung, insbesondere der Drucksteuerung, trotzdem eine nahe
zu einheitliche Wanddicke erzielt werden. Es können sogar ge
zielt beulsteifigkeiterhöhende Wanddickenverstärkungen erreicht
werden, wenn beim Aufweitvorgang zusätzlich zum Innenhochdruck
das Rohr von einem Ende oder am besten von beiden Enden her mit
einer in axialer Richtung zur Rohrmitte hin wirkenden Kraft
Rohrmaterial nachgeschoben wird. Gleichzeitig kann dadurch auch
größere Umformgrade also größere Aufweitquerschnitte erzielt
werden.
Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist an den Stellen des Stoßfänger
biegeträgers 3, an denen die Pralldämpfer 4 angeordnet sind,
der Rohrquerschnitt erweitert. Diese Erweiterung wird von einer
Ausstülpung des Rohres im Aufweitvorgang gebildet und stellt
die Pralldämpfer 4 selbst dar. Die Pralldämpfer 4 sind somit
für die gesamte Anordnung 1 bauteileinsparend in den Stoßfän
gerbiegeträger 3 als lokale Ausformung dessen integriert und
stellen mit diesem ein einheitliches einstückiges Bauteil dar.
Damit werden durch die Verringerung der Teilevielfalt aufwendi
ge Fügearbeiten zwischen dem Stoßfängerbiegeträger 3 und als
separate Bauteile gestalteten Pralldämpfern 4 vermieden, was
Herstellungszeit und - kosten für die Anordnung 1 spart. Des
weiteren entfallen durch den Wegfall der Fügestellen auch
Schwachstellen in der Stabilität der Anordnung 1 hinsichtlich
äußerer Stoßeinwirkung.
Um die Beulsteifigkeit des Integrationsbauteils unter Beibehal
tung einer Leichtbauweise noch weiter zu erhöhen, kann durch
dessen hohle Ausbildung Stoßfängerbiegeträger 3 und Pralldämp
fer 4 in einem gemeinsamen einheitlichen Arbeitsschritt nach
dem Innenhochdruckumformen über die offenen Enden 7 des Stoß
fängerbiegeträgers 3 durch Befüllung mit einem Schaumbildner,
der vorzugsweise bei nachgeschalteter Wärmebehandlung bei
spielsweise zur Bildung eines Aluminium- oder Kohlenstoffschau
mes 6 aushärtet, versteifend ausgeschäumt werden. Hierbei kann
in einfacher Weise die Befüllung und Aussteifung der Pralldämp
fer 4 über die Höhlung des Stoßfängerbiegeträgers 3 erfolgen.
Anstatt des energieabsorbierenden Schaumes 6 kann der hohle
Stoßfängerbiegeträger 3 nach der Innenhochdruckumformung mit
einem energieabsorbierenden Schüttgut befüllt und anschließend
dichtend verschlossen sein. Das Schüttgut kann dazu von kleinen
Kugeln gebildet sein, die in sich ein unter Hochdruck stehendes
Gas bergen. Bei einem Crash platzen diese auf, wodurch das Gas
frei wird und dem Aufprallstoß energieumwandelnd entgegen
wirkt.
Die Pralldämpfer 4 sind an ihrem Ende 8 gemäß der Gravur des
Innenhochdruckumformwerkzeuges abgeplattet, wobei die flache
Stelle durch Innenhochdruckkalibrierung der Ausstülpungen in
der letzten Phase des Innenhochdruckumformprozesses bei gegen
über dem sonstigen Umformdruck sehr stark erhöhtem Innendruck
geschaffen wird. An der abgeplatteten Stelle der Pralldämpfer 4
wird nun der Stoßfängerbiegeträger 3 mit dem Querträger 3 ver
bunden, insbesondere verschweißt oder verschraubt, wodurch die
Anordnung 1 eine weitere energieabsorbierende Versteifung er
fährt.
Der Querträger 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel selbst ein
Innenhochdruckumformteil und ist ebenfalls wie der Stoßfänger
biegeträger 3 aus einem geradlinigen Rohr ausgeformt. Nach der
Umformung besitzt der Querträger 5 zumindest im Bereich der An
bringungsstelle der Pralldämpfer 4 einen kastenförmigen Quer
schnitt, so daß der Querträger 5 Befestigungsflächen 9 auf
weist, an denen er problemlos mit den Pralldämpfern 4 bzw. dem
Stoßfängerbiegeträger 3 verschweißt werden kann. Der Querträger
5 kann aber natürlich auch eine rohbaufeste Querverbindung dar
stellen, die aus vorgeformten Blechschalen oder Einzelhohlpro
filen bzw. -rohren besteht.
Der Querträger 5 kann - wie hier im Beispiel gezeigt ist - auch
mit einem Schaum ausgesteift sein. Die Aussteifung erfolgt
ebenfalls im Nachgang zum Innenhochdruckumformen. Auf längsträ
gerzugewandter Seite wird der Querträger 5 durch Innenhochdruck
derart umgeformt, daß dort aus dem Querträger 5 abgeflachte
voneinander um den Abstand der Längsträger 2 voneinander beab
standete Ausstülpungen 10 ausgebildet werden, mittels derer der
Querträger 5 mit den Längsträgern 2 verbunden (Pfeilrichtung),
insbesondere verschweißt wird. Die Bemessungen der Befesti
gungsfläche 11 der Ausstülpungen 10 sind exakt auf die der ent
sprechenden Stirnseite 12 der Längsträger 2 abgestimmt. Es ist
auch denkbar, daß der Stoßfängerbiegeträger 3 alternativ oder
zusätzlich direkt auf längsträgerzugewandter Seite 19 am Quer
träger 5 befestigt wird.
In Fig. 2 ist ein hohler aus einem Rohr gebogener und innen
hochdruckumgeformter Stoßfängerbiegeträger 13 dargestellt, des
sen Querschnitt über seine Längserstreckung dahingehend vari
iert, daß er - in Abwandlung zum vorangegangenen Ausführungs
beispiel - an seinen Enden 14 eine im Vergleich zur Trägermitte
15 wesentlich geringere Querschnittsfläche besitzt. Im Bereich
der Trägermitte 15 ist jedoch die Wandstärke dünner als im Be
reich der Enden 14. Aus dem Stoßfängerbiegeträger-Rohr sind au
ßermittig durch die Innenhochdruckumformung stutzenförmige Ne
benformelemente 16 mit nahezu planer Befestigungsfläche 17 aus
geformt, an der die als separate Bauteile der Anordnung 1 aus
gebildeten Pralldämpfer 18 aus Feststoff befestigt, insbesonde
re angeschweißt sind. Diese Pralldämpfer 18, die auch hohl aus
gebildet sein können, können ihrerseits entweder an einem Quer
träger 5 oder direkt an den Längsträgern 2 befestigt sein. Die
Ausbildung der stutzenförmigen Nebenformelemente 16 erfordert
gegenüber der Ausformung der Pralldämpfer 4 aus dem Ausfüh
rungsbeispiel nach Fig. 1 geringere Aufweitquerschnitte und so
mit geringere Umformgrade, wodurch der Vorgang der Innenhoch
druckumformung völlig prozeßsicher abfolgen kann. Der Biegeträ
ger 3 kann im übrigen auch mit einem Schaum 6 ausgesteift sein.
Bei beiden vorgenannten Ausführungsbeispielen ist es denkbar,
durch ein Aufschieben zusätzlicher zylindrischer Metallhülsen
auf das ungebogene oder im gebogenen Zustand befindliche Rohr
die Wandstärke des Stoßfängerbiegeträgers 3 und 13 bzw. des
Querträgers 5 partiell nach Bedarf bzw. belastungsgerecht zu
erhöhen, wonach das von den Hülsen lokal überdeckte Rohr ge
meinsam mit den Hülsen zum Fertigteil innenhochdruckumgeformt
wird.
Claims (12)
1. Stoßfängeranordnung eines Kraftfahrzeuges, mit Pralldämpfern
und einem quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Stoßfänger
biegeträger beinhaltet, der mit zwei horizontal voneinander
beabstandeten Längsträgern des Kraftfahrzeuges verbunden ist,
wobei die Pralldämpfer zwischen Stoßfängerbiegeträger, der
durch ein gebogenes und durch Innenhochdruckumformung zu einem
Hohlprofil mit über seine Erstreckung hinweg variierender Quer
schnittsform und/oder Wandungsdicke ausgebildetes Rohr gebildet
ist, und Längsträger angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stoßfängerbiegeträger (3) durch Innenhochdruckumformung
erzeugte Ausstülpungen aufweist, die die Pralldämpfer (4) bil
den.
2. Stoßfängeranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anordnung (1) zusätzlich einen Querträger (5) beinhal
tet, der ein Innenhochdruckumformteil ist, welches einerseits
mit Befestigungsflächen (9) an den Pralldämpfern (4, 18) befes
tigt ist und andererseits - auf längsträgerzugewandter Seite -
durch Innenhochdruckumformung erzeugte abgeplattete Ausstülpun
gen (10) aufweist, mittels derer der Querträger (5) mit den
Längsträgern (2) verbunden ist.
3. Stoßfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stoßfängerbiegeträger (3, 13) ein energieabsorbierendes
Mittel, vorzugsweise einen aushärtenden Schaum (6) enthält.
4. Verfahren zur Herstellung einer Stoßfängeranordnung eines
Kraftfahrzeuges, wobei ein quer zur Fahrzeuglängsachse verlau
fender Stoßfängerbiegeträger mit Pralldämpfern ausgestattet
wird und mit zwei horizontal voneinander beabstandeten Längs
trägern des Kraftfahrzeuges verbunden wird, wobei der Stoßfän
gerbiegeträger (3, 13) aus einem geradlinigen Rohr gebildet wird
und wobei die Querschnittskontur des Stoßfängerbiegeträgers
(3, 13) durch Erzeugen eines fluidischen Innenhochdruckes im
Rohr aus diesem ausgeformt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die gekrümmte Erstreckungskontur des Fertigteiles des Stoß
fängerbiegeträgers (3, 13) mittels Biegen des Rohres durch Ein
legen in ein Innenhochdruckumformwerkzeug und Schließen des
Werkzeuges erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohr durch Innenhochdruckumformen lokal in Form von
Pralldämpfern (4) ausgestülpt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß am Rohr stutzenförmige Nebenformelemente (16) mit Befesti
gungsflächen (17) durch Innenhochdruckumformen ausgeformt wer
den, an denen die Pralldämpfer (18) als separate Bauteile der
Anordnung (1) befestigt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stoßfängerbiegeträger (3, 13) direkt oder über die
Pralldämpfer (4, 18) auf längsträgerzugewandter Seite (19) an
einem Querträger (5) befestigt wird, welcher zuvor aus einem
Rohr innenhochdruckumgeformt wird, wobei aus diesem abgeflachte
Ausstülpungen (10) ausgeformt werden, mit deren flachen Befes
tigungsflächen (11) der Querträger (5) seinerseits an den
Längsträgern (2) befestigt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der hohle Stoßfängerbiegeträger (3, 13) nach der Innenhoch
druckumformung mit einem aushärtenden Mittel (6) ausgeschäumt
wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der hohle Stoßfängerbiegeträger (3, 13) nach der Innenhoch
druckumformung mit einem energieabsorbierenden Schüttgut be
füllt und anschließend dichtend verschlossen wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Innenhochdruckumformen des gebogenen Rohres von dessen
Enden her Rohrmaterial zur Mitte des Rohres hin axial nachge
schoben wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf das Rohr zylindrische das Rohr lokal überdeckende Hül
sen geschoben werden, welche gemeinsam mit dem Rohr innenhoch
druckumgeformt werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Querträger (5) anstatt der Herstellung aus einem Rohr
mittels Innenhochdruck aus vorgeformten Blechschalen oder Ein
zelhohlprofilen zusammengefügt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1998153128 DE19853128C2 (de) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | Stoßfängeranordnung eines Kraftfahrzeuges und Verfahren zu deren Herstellung |
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