DE19853128C2 - Stoßfängeranordnung eines Kraftfahrzeuges und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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.