DE102023131028B3

DE102023131028B3 - Stoßfängeranordnung

Info

Publication number: DE102023131028B3
Application number: DE102023131028.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Lagin; Christoph Meisterjahn
Original assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Current assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Priority date: 2023-11-09
Filing date: 2023-11-09
Publication date: 2025-01-30
Anticipated expiration: 2043-11-10
Also published as: WO2025098827A1

Abstract

Beschrieben ist eine Stoßfängeranordnung 1 für ein Fahrzeug mit einem sich in Richtung der Breite des Fahrzeuges erstreckenden Querträger 2 und mit zwei in Richtung der Längserstreckung des Querträgers 2 voneinander beabstandet angeordnete, als Hohlkammerprofil ausgeführte Crashboxen 10, wobei der Querträger 2 einen Obergurt 4, einen Untergurt 5, eine die beiden Gurte 4, 5 an ihrem zum Fahrzeug weisenden Randbereich verbindenden Steg 6 sowie einen sich in vertikaler Richtung von dem Obergurt 4 und/oder dem Untergurt 5 an ihrem dem Steg 6 gegenüberliegenden Rand weg erstreckenden Vertikalflansch 8, 9 umfasst und wobei die Crashboxen 10 in ihrem zum Querträger 2 weisenden frontseitigen Anbindungsabschnitt 15 eine in die in Richtung der Längserstreckung des Querträgers 2 mit ihrer flächigen Erstreckungen weisenden Seitenwände 14, 14.1 eingreifende Querträgeraufnahme aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass
- die oberen und/oder die unteren, die Crashboxen 10 in vertikaler Richtung begrenzenden Seitenwände 12, 13 einen größeren vertikalen Abstand zu dem mit ihrer Flachseite in dieselbe Richtung weisenden Gurt 4, 5 aufweisen als der Abschluss des Vertikalflansches 8, 9 des Querträgers 2 von diesem Gurt 4, 5,
- die Crashboxen 10 in ihrem Anbindungsabschnitt 15 zusätzlich zu der Querträgeraufnahme 16 eine Verkürzung zumindest einer die vertikale Erstreckung einer Crashbox 10 begrenzenden Seitenwand 13, die gegenüber dem Vertikalflansch 9 in vertikaler Richtung vorsteht, aufweisen, wodurch die Frontstirnseite dieser Seitenwände von dem Vertikalflansch in horizontaler Richtung beabstandet ist und
- jeder Crashbox 10 ein Stützelement 20 mit einer zu der Frontstirnseite der verkürzten Seitenwand weisenden Stützfläche 21, an der diese Fronstirnseite abgestützt ist, zugeordnet ist, welches Stützelement 20 mit seinem der Stützfläche 21 in Richtung zum Querträger 2 hin gegenüberliegenden Ende 24 an die Rückseite des Vertikalflansches 9 angeschlossen ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Stoßfängeranordnung für ein Fahrzeug mit einem sich in Richtung der Breite des Fahrzeuges erstreckenden Querträger und mit zwei in Richtung der Längserstreckung des Querträgers voneinander beabstandet angeordnete, als Hohlkammerprofil ausgeführte Crashboxen, wobei der Querträger einen Obergurt, einen Untergurt, eine die beiden Gurte an ihrem zum Fahrzeug weisenden Randbereich verbindenden Steg sowie einen sich in vertikaler Richtung von dem Obergurt und/oder dem Untergurt an ihrem dem Steg gegenüberliegenden Rand weg erstreckenden Vertikalflansch umfasst und wobei die Crashboxen in ihrem zum Querträger weisenden frontseitigen Anbindungsabschnitt eine in die in Richtung der Längserstreckung des Querträgers mit ihrer flächigen Erstreckungen weisenden Seitenwände eingreifende Querträgeraufnahme aufweisen.
Derartige Stoßfängeranordnungen sind hinlänglich bekannt. Der sich in Richtung der Breite (y-Richtung) des Fahrzeuges erstreckende Querträger ist typischerweise von seiner zum Fahrzeug weisenden Rückseite wegweisend konvex gebogen. Stoßfängerquerträger dieser Art werden durch Abschnitte von stranggepressten Hohlkammerprofilen ebenso hergestellt, wie durch Rollformen einer Stahlblechplatine. Ebenfalls sind Querträger bekannt, die aus mehreren Bestandteilen zusammengesetzt sind, typischerweise einer hutförmig im Querschnitt profilierten Halbschale, deren Offenseite durch ein Schließblech verschlossen sein kann. An die zum Chassis des Fahrzeuges weisende Rückseite des Querträgers sind in Richtung seiner Längserstreckung mit Abstand zueinander Crashboxen zur Energieabsorption im Falle eines Aufpralles angeschlossen. Diese sind mit einem frontseitigen Anbindungsabschnitt an dem Querträger abgestützt und daran angeschlossen. Mit ihrer Rückseite sind die Crashboxen jeweils an einem Längsträger des Fahrzeuges befestigt.
Die Anforderungen an eine solche Stoßfängeranordnung sind mannigfaltig. Eine solche Stoßfängeranordnung soll nicht nur hinreichende Steifigkeitseigenschaften aufweisen, sondern bei einer im Crash-Falle darauf einwirkenden, zum Chassis des Fahrzeuges gerichteten Kraft auch seine Strukturintegrität für einen möglichst großen Intrusionsweg beibehalten. Eine Strukturintegrität ist dann nicht mehr gegeben, wenn im Falle einer Energieabsorption Risse in der Stoßfängeranordnung entstehen. Ferner muss eine solche Stoßfängeranordnung auch Bauraum bedingten Anforderungen genügen. Infolge bauraumbedingter Anforderungen sind die Möglichkeiten einer Auslegung beispielsweise der vertikalen Erstreckung des Querträgers und der Crashboxen mitunter beschränkt. Bei Letzteren trifft dieses typischerweise auf ihren frontseitigen Anbindungsabschnitt zu.
Die Crashboxen sind als Hohlkammerprofil ausgeführt und können ebenso wie der Querträger Abschnitte stranggepresster Hohlkammerprofile oder durch einen Zusammenbau beispielsweise von zwei Halbschalen gebildet sein. Wird eine solche Crashbox aus zwei oder mehr Halbschalen bereitgestellt, sind diese typischerweise aus einem für diese Zwecke bekannten, geeigneten Stahlwerkstoff hergestellt. In den zu dem Querträger weisenden frontseitigen Anbindungsabschnitt ist in die Crashboxen eine Querträgeraufnahme eingebracht, sodass die die vertikale Erstreckung der Crashboxen begrenzenden Seitenwände die Gurte des Querträgers übergreifen und an diese angeschlossen sind. Eine derartige Stoßfängeranordnung ist beispielsweise aus DE 10 2020 214 189 A1 , DE 10 2009 005 606 A1 , WO 2017/044035 A1 oder auch aus DE 10 2009 013 322 A1 bekannt.
Mitunter ist die vertikale Erstreckung der Crashboxen bei derartigen Stoßfängeranordnungen auch größer als diejenige des Querträgers, wie beispielsweise in CN 207 190 984 U gezeigt. Bei dieser vorbekannten Stoßfängeranordnung befindet sich die die Crashbox in vertikaler Richtung nach oben begrenzende Seitenwand der rechteckförmigen Crashbox mit vertikalem Abstand zu dem oberen Abschluss eines von dem Obergurt des Querträgers abragenden Vertikalflansch. Um Kräfte aufzunehmen, werden diese zwar in die mit ihrer flächigen Erstreckung nach unten weisende Vertikalwand sowie die Seitenwände der Crashbox eingeleitet, nicht jedoch in die Crashbox oberseitig begrenzende Seitenwand. Die Crash-Performance dieser vorbekannten Stoßfängeranordnung wird daher nicht als optimal angesehen, auch wenn aufgrund der relativ großen Querschnittsfläche der Crashbox diese entsprechend große Energiemengen aufnehmen kann. Problematisch ist bei der aus diesem Stand der Technik bekanntgewordenen Stoßfängeranordnung ebenfalls, dass diese aufgrund ihrer frontseitigen Höhe nicht geeignet ist, bei bauraumbeschränkten Anwendungsfällen eingesetzt werden zu können.
Ausgehend von dem vorstehend diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zu Grunde, eine Stoßfängeranordnung der eingangs genannten Art dergestalt weiterzubilden, dass diese eine verbesserte Crash-Performance aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine eingangs genannte, gattungsgemäße Stoßfängeranordnung, bei der

- die oberen und/oder die unteren, die Crashboxen in vertikaler Richtung begrenzenden Seitenwände einen größeren vertikalen Abstand zu dem mit ihrer Flachseite in dieselbe Richtung weisenden Gurt aufweisen als der Abschluss des Vertikalflansches des Querträgers von diesem Gurt,
- die Crashboxen in ihrem Anbindungsabschnitt zusätzlich zu der Querträgeraufnahme eine Verkürzung zumindest einer die vertikale Erstreckung einer Crashbox begrenzenden Seitenwand, die gegenüber dem Vertikalflansch in vertikaler Richtung vorsteht, aufweisen, wodurch die Frontstirnseite dieser Seitenwände von dem Vertikalflansch in horizontaler Richtung beabstandet ist und
- jeder Crashbox ein Stützelement mit einer zu der Frontstirnseite der verkürzten Seitenwand weisenden Stützfläche, an der diese Fronstirnseite abgestützt ist, zugeordnet ist, welches Stützelement mit seinem der Stützfläche in Richtung zum Querträger hin gegenüberliegenden Ende an die Rückseite des Vertikalflansches angeschlossen ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß ebenfalls durch eine Stoßfängeranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 14.
Bei den im Rahmen dieser Ausführungen benutzten Richtungsangaben x-Richtung, y-Richtung sowie z-Richtung handelt es sich um das bei Kraftfahrzeugen üblicherweise verwendete Koordinatensystem, bei dem „x“ die Fahrzeuglängserstreckung, „y“ die Richtung in Breite des Fahrzeuges und „z“ die vertikale Richtung ist. Die Längserstreckung des erfindungsgemäßen Querträgers erstreckt sich somit in y-Richtung.
Bei der Stoßfängeranordnung gemäß dem ersten Lösungsvorschlag sind diejenigen, die Crashbox in z-Richtung begrenzenden Seitenwände, die stirnseitig aufgrund ihres vertikalen Abstandes zu dem entsprechenden Gurt an dem Querträger nicht abgestützt sind, in x-Richtung frontseitig verkürzt. Mit der Verkürzung dieser Seitenwand der Crashbox geht ebenfalls eine Höhenreduzierung der daran in Richtung zum Querträger befindlichen Seitenwandabschnitte einher. Somit weist die Crashbox in dem bezüglich dieser zumindest einen Seitenwand einen Anbindungsabschnitt mit einer geringeren Höhe auf. Daher eignet sich diese Stoßfängeranordnung vor allem auch zur Ausstattung von Fahrzeugen mit nur geringem Bauraum in dem Bereich der Crashboxanbindung an den Querträger. Diese Seitenwandverkürzung ist eine zu der im frontseitigen Anbindungsabschnitt vorhandenen Querträgeraufnahme zusätzliche Maßnahme. Eine solche Crashbox kann in Bezug auf beide, eine Crashbox in vertikaler Richtung begrenzenden Seitenwände verkürzte Seitenwände aufweisen. Bevorzugt wird man den Anbindungsabschnitt der Crashbox in vertikaler Richtung jedoch asymmetrisch ausgestalten, sodass nur eine der beiden die Crashbox in vertikaler Richtung begrenzende Seitenwand verkürzt ist, und zwar diejenige die in z-Richtung einen größeren Abstand zur Außenseite des benachbarten Gurtes des Querträgers aufweist als der obere Abschluss des Vertikalsteges. In Bezug auf die vertikale Erstreckung des Anbindungsabschnittes kann eine solche Crashbox daher asymmetrisch in Bezug auf die Anordnung bzw. den Anschluss des Querträgers ausgebildet sein. Zur definierten Krafteinleitung in eine solche verkürzte Seitenwand ist ein Stützelement als Teil der Stoßfängeranordnung vorgesehen. Dieses verfügt über eine Stützfläche, an der die Frontstirnseite und somit diejenige Stirnseite der verkürzten Seitenwand abgestützt ist, die zu dem Querträger weist. Das Stützelement ist mit seiner zum Querträger weisenden Seite an der Rückseite des in dieselbe Richtung von dem benachbarten Gurt abragenden Vertikalflansch angeschlossen. Da die der verkürzten Seitenwand in Hochrichtung gegenüberliegende Seitenwand der Crashbox mit ihrer Frontstirnseite ohnehin an dem Querträger abgestützt ist, und zwar entweder an einem auch von dem anderen Gurt abragenden Vertikalflansch oder an dem die beiden Gurte verbindenden Steg, wird durch das Vorsehen des Stützelementes eine auf den Träger in x-Richtung einwirkende Kraft zuverlässig auch in die verkürzte Seitenwand eingebracht. Dieses begründet ein über die Höhe der Crashboxen einer solchen Stoßfängeranordnung homogene Energieabsorption, ohne dass die Gefahr besteht, dass der Querträger nach oben oder nach unten wegknickt, was wiederum bei entsprechender Kraftaufnahme problematisch für die Integrität der Stoßfängeranordnung ist.
Wenn im Rahmen dieser Ausführungen von einer die Crashbox in vertikaler Richtung begrenzenden Seitenwand die Rede ist, kann es sich um eine in einer Ebene befindliche Seitenwand ebenso handeln wie um einen gekrümmten Abschnitt oder auch um mehrere winklig aneinandergrenzende Seitenwände bzw. Seitenwandabschnitte.
Die Vorteile der beanspruchten Stoßfängeranordnungen stellen sich ein, unabhängig davon, aus welchem Material der Querträger und die Crashboxen sind. Gemäß einem aus Sicht der Anmelderin vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind der Querträger und die Crashboxen aus Stahlblechplatinen hergestellt, mithin entsprechend gefertigte Umformteile. Gleichermaßen können die Crashboxen auch aus einer hierfür geeigneten Leichtmetalllegierung, beispielsweise einer Aluminiumlegierung hergestellt sein. Bei einer Auslegung des Querträgers mit einer Halbschale und einem diese vorderseitig verschließenden Schließblech gilt Entsprechendes. Für den Querträger können auch nicht-metallische Werkstoffe eingesetzt werden. Insofern kann eine solche Stoßfängeranordnung durchaus als Hybridbauteil unter Verwendung unterschiedlicher Materialien ausgeführt sein.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Stützelement gegenüber dem Material der Crashbox steifere Materialeigenschaften auf, beispielsweise durch entsprechende Härtung, größere Materialstärke, Verwendung eines an sich widerstandfähigeren Materials oder dergleichen. Wesentlich ist, dass über das Stützelement eine darauf in x-Richtung in Richtung der Crashbox einwirkende Kraft zuverlässig in die verkürzte Seitenwand der Crashbox eingeleitet wird. Dieses gelingt, wenn im Zuge einer solchen Krafteinleitung das Stützelement in einem solchen Crashfall jedenfalls anfänglich nicht oder nur gering deformiert wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass an der Stützfläche des Stützelementes nicht nur die Frontstirnseite der verkürzten Seitenwand der Crashbox abgestützt ist, sondern auch der Übergang in die zu dieser verkürzten Seitenwand angrenzenden Seitenwände. Der Übergang in die angrenzenden Seitenwände ist typischerweise mit einem Radius ausgeführt. Eine Krafteinleitung erfolgt bei einer solchermaßen konzipierten Stoßfängeranordnung dann nicht nur in die verkürzte Seitenwand der Crashbox, sondern vor allem auch in die in Bezug auf ihre Formgebung stabileren, in Umfangsrichtung gekrümmten Übergangsbereiche in die jeweils benachbarte Seitenwand. Die Stützfläche ist typischerweise durch einen Abschnitt einer Flachseite des nach Art eines geformten Bleches ausgeführten Stützelementes bereitgestellt. Vorzugsweise wird die Stützfläche durch einen gegenüber dieser abgewinkelten Übergangsschenkel in z-Richtung begrenzt, der außenseitig an die verkürzte Seitenwand der Crashbox angeschlossen ist. Bei einer solchen Ausgestaltung ist der Fügebereich zwischen dem Stützelement und der Crashbox von der Frontstirnseite der Crashbox beabstandet. Dieses ist vorteilhaft bei einer Fügeverbindung mit Wärmeeinfluss, wie beispielsweise bei einem typischerweise vorgesehenen Schweißen, da dann die Frontstirnseite der verkürzten Seitenwand, gegebenenfalls nebst Übergangsabschnitten von einem Wärmeintrag weitgehend unbeeinflusst bleibt und dem zur Folge ein Erweichen des Materials durch eine Änderung im Metallgefüge ausbleibt.
Eine weitere Verbesserung in der Crash-Performance kann dadurch erreicht werden, dass das Stützelement zusätzlich an die mit ihrer flächigen Erstreckung in Richtung der Längserstreckung des Querträgers weisende Seitenwandabschnitte einer Crashbox angeschlossen ist. Im Falle aufzunehmender Kräfte ist sodann ein Aufbiegen oder Verbiegen dieser Seitenwandabschnitte wirksam verhindert. Erreicht werden kann dieses entweder dadurch, dass das Stützelement zwischen die vorstehend angesprochenen Seitenwände eingreift und mit diesen gefügt ist, oder dadurch, dass das Stützelement einen Abschnitt mit abgewinkelten Schenkeln aufweist, die wiederum außenseitig um die genannten Seitenwandabschnitte herumgeführt, sind an diesen außenseitig anliegen und mit diesen gefügt sind. Bei einer solchen Maßnahme ist bereits durch die Ausformung dieser Winkel einem Ausbeulen im Lastfalle entgegengewirkt. Entsprechend geringer sind die durch eine Fügenaht, typischerweise eine Schweißnaht zwischen dem Stützelement und den in Rede stehenden Seitenwandabschnitten im Falle einer Energieabsorption aufzunehmende Kräfte.
Eine besonders gute Crash-Performance wird erreicht, wenn die Crashboxen mit der Stirnseite ihres Anbindungsabschnittes, ausgenommen desjenigen Abschnittes, der an dem Stützelement abgestützt ist, den Querträger kontaktieren, mithin an diesem unmittelbar abgestützt sind, wobei dieses v. a. die Kontaktierung der Rückseite des den Obergurt mit dem Untergurt verbindenden Steges sowie eine Abstützung an der Rückseite des einen oder der beiden Vertikalflansche ist. Im Lastfalle wird die auf den Querträger einwirkende Kraft in die gesamte Querschnittsfläche der Crashbox von Anfang an eingeleitet. In Anpassung an andere zu realisierende Lastfälle kann von einer solchen Auslegung der Stoßfängeranordnung auch abgewichen werden. Die den Obergurt oder den Untergurt übergreifenden Seitenwandabschnitte der mit ihrer flächigen Erstreckung in Richtung der Längserstreckung des Querträgers weisenden Seitenwände sind mit Ihrer Stirnfläche an dem in dieser Richtung von dem jeweiligen Gurt abragenden Vertikalflansch in x-Richtung abgestützt und typischerweise durch eine Fügeverbindung an diese angeschlossen.
Der Anschluss der Crashboxen an den Querträger sowie derjenige des Stützelementes an den Querträger und die Crashbox erfolgt vorzugsweise mittels einer stoffschlüssigen Schmelzfügeverbindung, insbesondere durch Schweißen. Dabei ist es nicht erforderlich, dass der Querträger und die daran angeschlossenen Crashboxen aus demselben Material hergestellt sind, solange diese durch eine Schmelzfügeverbindung miteinander verbunden werden können.
Auch wenn die Crashboxen bei dieser Stoßfängeranordnung als Abschnitte von stranggepressten Hohlkammerprofilen hergestellt werden können, wird eine Auslegung der Crashboxen durch Zusammenbau von zwei oder auch mehr Schalen, typischerweise aus Stahlblech hergestellt, bevorzugt. Dann kann der Materialverschnitt auf ein Minimum reduziert werden. Überdies ist der Einsatz von Stahlplatinen kostengünstiger. Ferner hat man deutlich größere Designfreiheiten in der Auslegung einer solchen Crashbox hinsichtlich ihrer Querschnittsgeometrie und auch hinsichtlich ihrer Geometrie in Längserstreckung.
Eine solche Stoßfängeranordnung kann zwei asymmetrisch bezüglich der Höhe ihres Anbindungsabschnittes an den Querträger angeschlossene Crashboxen aufweisen. Dies bedeutet, dass dann die Crashboxen nur eine die Crashbox in vertikaler Richtung begrenzende verkürzte Seitenwand aufweisen, deren Frontstirnseite, vorzugsweise zusammen mit den Übergangsabschnitten in die angrenzenden Seitenwände über ein Stützelement an einem Vertikalflansch des Querträgers abgestützt ist. Die dieser verkürzten Seitenwand die Crashbox in z-Richtung gegenüberliegende Seitenwand ist dann entweder an einem von dem anderen Gurt des Querträgers abragenden Vertikalflansch, der Rückseite des Steges oder in dem Übergangsabschnitt von dem Steg des Querträgers in den benachbarten Gurt abgestützt. Letzteres stellt eine bevorzugte Abstützung dar, da dann die Frontstirnseite dieser Seitenwand der Crashbox an den besonders stabil ausgestalteten Übergangsbereich zwischen dem Gurt und dem Steg angeschlossen ist.
Gemäß dem zweiten Lösungsvorschlag, der durchaus mit dem ersten Lösungsvorschlag kombiniert werden kann, ist vorgesehen, dass der Querträger durch eine im Querschnitt U-förmig profilierte Halbschale gebildet ist, dessen Öffnungsseite in x-Richtung vom Fahrzeug weg weist. Verschlossen ist die Öffnungsseite dieser Halbschale durch ein Schließblech, welches zumindest über die in z-Richtung weisende Außenseite eines der beiden Gurte, typischerweise jedoch über beide Gurte in z-Richtung vorsteht und damit sich von der Außenseite des jeweiligen Gurtes weg erstreckt. Die Gurte der Halbschale sind auf Stoß bezüglich der Flachseite des Schließbleches gestellt und miteinander verbunden. Vorteilhaft bei einer solchen Auslegung ist, dass zwischen der Flachseite des Vertikalflansches und der Außenseite eines Gurtes kein gekrümmter Übergangsbereich vorhanden ist. Folglich kann die gesamte Höhe des von dem Gurt abragenden Abschnittes eines solchen Vertikalflansches zur Abstützung eines frontseitigen Stirnflächenabschnittes der Crashbox genutzt werden, um im Lastfall Kräfte in x-Richtung in den daran abgestützten Seitenwandabschnitt einer Crashbox einkoppeln zu können. Das Schließblech kann unstrukturiert oder auch strukturiert sein. Auch eine Ausgestaltung des Schließbleches mit einer profilierten Querschnittsgeometrie, beispielsweise eine hutförmige Querschnittsgeometrie ist möglich.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

1: Eine schematisierte Darstellung eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Stoßfängeranordnung in einer perspektivischen Teilrückseitenansicht,
2: die Stoßfängeranordnung der 1 in einer perspektivischen Ansicht mit Blickrichtung von unten,
3: eine Stoßfängeranordnung, die vom Aufbau her derjenigen der 1 und 2 entspricht, in einem Lastfall, während einer anfänglichen Deformation in einem Lastfall,
4: eine Stoßfängeranordnung, die vom Aufbau her derjenigen der 3 entspricht, jedoch ohne Stützelement ausgerüstet ist, während einer anfänglichen Deformation, in einem Lastfall,
5: die Stoßfängeranordnung der 3 nach Deformation durch einen Pfahltest,
6: die Stoßfängeranordnung der 4 nach Deformation durch einen Pfahltest,
7: eine schematisierte Darstellung eines Ausschnittes einer erfindungsgemäßen Stoßfängeranordnung in einer perspektivischen Teilseitenansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
8: die Stoßfängeranordnung der 7 in einer perspektivischen Ansicht mit Blickrichtung von unten.

Eine in 1 zum Teil dargestellte Stoßfängeranordnung 1 umfasst einen Querträger 2. Dieser erstreckt sich in y-Richtung eines in den Figuren nicht dargestellten Fahrzeuges. Gezeigt ist in dieser Figur der linke Teil der Stoßfängeranordnung 1. Der Querträger 2 des dargestellten Ausführungsbeispiels umfasst eine C-förmig profilierte Halbschale 3, hergestellt aus einer Stahlblechplatine. Diese Halbschale 3 wird durch einen Obergurt 4, einen Untergurt 5 und einen die beiden Gurte 4, 5 an ihrem rückseitigen, zum Fahrzeugchassis weisenden Ende verbindenden Steg 6 gebildet. Wie aus der Figur erkennbar, nimmt die Tiefe der Halbschale 3 in Richtung zum längsseitigen Ende des Querträgers 2 hin ab. Die Offenseite der Halbschale 3 weist von dem Chassis des Fahrzeuges weg. Somit ist die Halbschale 3 in Fahrtrichtung weisend offen. Verschlossen ist die Halbschale 3 vorderseitig durch ein Schließblech 7, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Einfachheit halb als unstrukturierte Stahlblechplatte dargestellt ist. Das Schließblech 7 überragt die obere Außenseite des Obergurtes 4 sowie die nach unten weisende Außenseite des Untergurtes 5. Hierdurch sind ein oberer Vertikalflansch 8 und ein unterer Vertikalflansch 9 bereitgestellt. Die Gurte 4, 5 sind mit ihrer in x-Richtung weisenden Stirnseite an der Flachseite des Schließbleches 7 abgestützt und mit diesem durch eine Schweißverbindung verbunden. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die beiden Bestandteile des Querträgers 2 aus Stahlplatinen hergestellt. Es versteht sich, dass die Bestandteile des Querträgers 2 - die Halbschale 3 und das Schließblech 7 - auch aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein können. Selbstverständlich ist auch die Bereitstellung des Querträgers 2 als Strangpressprofilabschnitt möglich.
Der Stoßfängeranordnung 1 zugehörig sind ferner zwei Crashboxen 10, von denen in der Figur lediglich eine Crashbox 10 gezeigt ist. Die nachstehenden zu der linken Crashbox 10 gemachten Ausführungen treffen gleichermaßen für die in den Figuren nicht dargestellte rechte Crashbox zu. Bei der Crashbox 10 handelt es sich um eine aus zwei Halbschalen 11, 11.1 zusammengesetzte Crashbox 10. Bei den beiden Halbschalen 11, 11.1 handelt es sich um Stahlblechteile. Die Halbschalen 11, 11.1 sind in Richtung der Längserstreckung der Crashbox (x-Richtung) mit ihrer jeweiligen U-förmigen Profilierung überlappend angeordnet und an dieser Kante durch eine Kehlnaht (nicht gezeigt) miteinander verschweißt. Die Crashbox 10 weist eine viereckförmige, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel rechteckförmige Querschnittsgeometrie auf. In vertikaler Richtung (z-Richtung) ist die Crashbox 10 oberseitig und unterseitig durch jeweils eine Seitenwand 12, 13 begrenzt. Die Seitenwände 12, 13 werden jeweils durch einen Abschnitt der Schenkel der Halbschalen 11, 11.1 bereitgestellt. Die obere Seitenwand 12 und die untere Seitenwand 13 sind durch mit ihrer flächigen Erstreckung in y-Richtung weisende Seitenwände 14, 14.1 miteinander verbunden. Die Crashbox 10 ist damit ein Hohlkammerprofil. Anstelle einer Ausbildung der Crashboxen 10 aus Stahlblechteilen können diese auch als Strangpressprofile aus einer hierfür geeigneten Legierung, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sein.
Die Crashbox 10 verfügt über einen Anbindungsabschnitt 15. Mit diesem ist die Crashbox 10 an den Querträger 2 angeschlossen. Der Anbindungsabschnitt 15 ist bezüglich der Auslegung seiner Frontstirnseite an die Geometrie des Querträgers 2 angepasst und verfügt über eine Querträgerausnehmung 16. Diese erstreckt sich in die Seitenwände 14, 14.1 ausgehend von dem in x-Richtung vorderen Ende der Crashbox 10 hinein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in die Querträgerausnehmung 16 ebenfalls die obere Seitenwand 12 eingebunden. Die vertikale Erstreckung der Querträgerausnehmung 16 ist so angelegt, dass die obere Seitenwand 12 mit ihrer in x-Richtung weisenden Stirnseite an dem durch einen Radius gebildeten Übergang zwischen dem Obergurt 4 und dem Steg 6 des Querträgers 2 abgestützt ist. Die in x-Richtung weisenden Stirnseitenabschlüsse der Seitenwände 14, 14.1 sind jeweils mit einem sich in z-Richtung erstreckenden Abschnitt an der Rückseite des Steges 6 und außerhalb der Querträgerausnehmung 16 mit Seitenwandabschnitten 17, 17.1 an dem unteren Vertikalflansch 9 abgestützt. Damit untergreift die Crashbox 10 mit ihren die Querträgerausnehmung 16 unterseitig begrenzenden Seitenwandabschnitten 17 die Halbschale 3 des Querträgers 2. Der in z-Richtung weisende Abschluss der Seitenwandabschnitte 17 liegt an der Unterseite des Untergurtes 5 an. Entlang der in 1 gezeigten Kontakte zwischen der Crashbox 10 und dem Querträger 2 sind beide Komponenten miteinander verschweißt.
Die Crashbox 10 ist bezüglich ihrer vertikalen Erstreckung zu dem Querträger 2 dergestalt angeordnet, dass die untere Seitenwand 13 zu dem Untergurt 5 einen größeren Abstand einnimmt als der unter Abschluss des Vertikalflansches 9 von dem Untergurt 5. In dem Anbindungsabschnitt 15 weist die Crashbox 10 unterseitig eine Ausklinkung 18 aus, wodurch die untere Seitenwand 13 in x-Richtung verkürzt ist. Ohne die Ausklinkung 18 würde sich diese bis an die Rückseite des Vertikalflansches 9 erstrecken, würde jedoch aufgrund des größeren Abstandes zu dem Untergurt 5 nicht vollflächig an diesem abgestützt sein. Die Ausklinkung 18 umfasst die Seitenwand 13 einschließlich der gekrümmt ausgeführten Übergänge in die Seitenwände 14, 14.1. Hierdurch ist in der Ausklinkung 18 eine Stufe 19 gebildet, die sich weitestgehend in z-Richtung erstreckt. Hinter der Stufe 19 reduziert sich die Höhe des Seitenwandabschnittes 17 (Erstreckung in z-Richtung), bis dieser Seitenwandabschnitt 17 eine Höhe erreicht hat, die der Höhe des Vertikalflansches 9 entspricht.
Der Stoßfängeranordnung 1 ist ferner bezüglich seiner Crashboxen 10, wie vorliegend an der Crashbox 10 gezeigt, ein Stützelement 20 zugeordnet. Bei dem Stützelement 20 handelt es sich um ein geformtes Blechteil, welches bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel stabilere Materialeigenschaften aufweist als das Material der Halbschalen 11, 11.1 der Crashbox 10. Durch das Stützelement 20 ist eine Stützfläche 21 bereitgestellt, die in Richtung zu der Stirnseite der Stufe 19 weist. An der Stützfläche 21 ist die Stirnseite der Stufe 19 der Ausklinkung 18 abgestützt. Die Stützfläche 21 ist in z-Richtung unterseitig durch einen Übergriffschenkel 22 begrenzt, der gegenüber der flächigen Erstreckung der Stützfläche 21 abgewinkelt ist. In 1 ist das Stützelement 20 vor seinem Einbau in die übrigen Bestandteile der Stoßfängeranordnung 1 gezeigt. Mit seiner in 1 erkennbaren Oberseite 23 ist der Übergriffschenkel 22 an die Außenseite der unteren Seitenwand 13 der Crashbox 10 durch eine Schweißverbindung angeschlossen. Die Schweißung ist als Kehlnaht an dem zu der Seitenwand 13 weisenden Stoß des Übergriffschenkels 22 geführt und somit mit Abstand zu der Stirnfläche der Stufe 19. Mit seinem dem Übergriffschenkel 22 gegenüberliegenden Ende 24 ist das Stützelement 20 an dem Vertikalflansch 9 abgestützt und mit diesem durch eine Schweißverbindung verbunden. Das Stützelement 20 des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels wird zwischen die voneinander beabstandeten Seitenwandabschnitte 17, 17.1 der Seitenwände 14, 14.1 eingesetzt, wie dieses aus der Darstellung der 2 erkennbar ist.
Wie aus 1 erkennbar, ist die Crashbox 10 bezüglich ihrer vertikalen Erstreckung asymmetrisch zu dem Querträger 2 angeordnet. Die Crashbox 10 untergreift mit ihren Seitenwandabschnitten 17, 17.1 die Halbschale 3 und ragt in z-Richtung über den unteren Abschluss des Querträgers 2 hervor. Das Stützelement 20 sorgt dafür, dass trotzt der größeren Erstreckung der Crashbox 10 in vertikaler Richtung nach unten und über den unteren Abschluss des Vertikalflansches 9 hinausgehend, dennoch eine auf die Stoßfängeranordnung im Bereich der Crashbox 10 in x-Richtung einwirkenden Kraft gleichmäßig in die Querschnittsfläche der Crashbox 10 eingeleitet wird und insbesondere gleichmäßig in die obere Seitenwand 12 und die untere Seitenwand 13.
Eine solche gleichmäßige Deformation der Stoßfängeranordnung 1, wenn auch in dem konkreten Fall mit einer andere Crashbox, jedoch gleichen Aufbaus gezeigt, verdeutlicht, wie in 3 gezeigt, bei einer anfänglichen Deformation der Crashbox 10 das gleichmäßige Einleiten der horizontalen Kraft in die Crashbox 10 und eine symmetrische Faltenanlage zur Energieabsorption. Der an die Crashbox 10 angeschlossene Querträger 2 neigt trotz seines asymmetrischen Anschlusses in x-Richtung an die Crashbox 10 nicht zu einem Verkippen.
Anders sieht das Crashverhalten einer Stoßfängeranordnung aus, wenn diese nicht mit einem Stützelement 20 ausgestattet ist. Das Crashverhalten einer solchermaßen konzipierten Stoßfängeranordnung, die mit Ausnahme des nicht vorhandenen Stützelementes 20 aufgebaut ist wie die Stoßfängeranordnung der 3, ist in 4 gezeigt. Deutlich erkennbar ist das Ausknicken der Seitenwandabschnitte 17, 17.1 und das Wegknicken des Querträgers 2 in z-Richtung nach oben. Eine Krafteinleitung erfolgt bei dieser Stoßfängeranordnung maßgeblich in die obere Seitenwand der Crashbox 10, nicht jedoch in die untere Seitenwand. Die Folge ist, dass die Crashbox 10 über ihre Querschnittsfläche ungleich belastet wird.
Gleichermaßen stellen sich Vorteile der in den 1 und 2 beschriebenen Stoßfängeranordnung 1 auch bei einem Pfahltest (Poletest) ein. 5 zeigt die erfindungsgemäße Stoßfängeranordnung 1 (entsprechender der Darstellung der Stoßfängeranordnung der 3) bei einem Pfahltest. Der Pfahl ist in dieser Figur mit dem Bezugszeichen P kenntlich gemacht. Der Anbindungsabschnitt 15 der Crashbox 10 bleibt stabil. Es entstehen keine Risse in der Crashbox 10. Der stabile Anschluss der Crashbox 10 an den Querträger 2 sorgt bei einem Pfahltest dafür, dass die Crashbox 10 bestimmungsgemäß in y-Richtung ausknicken kann. Das Crashverhalten einer gleichartigen Stoßfängeranordnung ohne Stützelement bei einem Pfahltest ist in 6 gezeigt. Bei dieser Stoßfängeranordnung sind bei gleicher Deformationskraft Risse in der Crashbox 10 zu erkennen. Ein solcher Anriss ist in 6 mit dem Bezugszeichen 25 kenntlich gemacht. Damit verliert diese Stoßfängeranordnung ihre Strukturintegrität.
7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stoßfängeranordnung 1.1. Diese ist prinzipiell genauso aufgebaut wie die Stoßfängeranordnung 1. Daher sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen kenntlich gemacht. Einziger Unterschied der Stoßfängeranordnung 1.1 gegenüber der Stoßfängeranordnung 1 ist die Auslegung des Stützelementes 20.1, welches bei der Stoßfängeranordnung 1.1 nicht zwischen die Seitenwandabschnitte 17, 17.1 der Crashbox 10 eingreift, sondern über aus ihrer flächigen Erstreckung abgewinkelte Schenkel 26, 26.1 verfügt, mit denen das Stützelement 20.1 die Seitenwandabschnitte 17, 17.1 außenseitig umgreift und mit diesen Schenkeln 26, 26.1 gefügt ist. Das außenseitige Umgreifen der Seitenwandabschnitte 17, 17.1 der Crashbox 10 mit den Schenkeln 26, 26.1 des Stützelementes 20.1 ist in der perspektivischen Ansicht mit Blickrichtung von unten in 8 gut erkennbar. Das positive Deformationsverhalten der Stoßfängeranordnung 1.1 entspricht derjenigen der Stoßfängeranordnung 1.
Bezugszeichenliste

1, 1.1: Stoßfängeranordnung
2: Querträger
3: Halbschale
4: Obergurt
5: Untergurt
6: Steg
7: Schließblech
8: Vertikalflansch
9: Vertikalflansch
10: Crashbox
11, 11,1: Halbschale
12: Seitenwand
13: Seitenwand
14, 14.1: Seitenwand
15: Anbindungsabschnitt
16: Querträgerausnehmung
17, 17.1: Seitenwandabschnitt
18: Ausklinkung
19: Stufe
20: Stützelement
21: Stützfläche
22: Übergriffschenkel
23: Oberseite
24: Ende
25: Anriss
26, 26.1: Schenkel
P: Pfahl

Claims

Stoßfängeranordnung für ein Fahrzeug mit einem sich in Richtung der Breite des Fahrzeuges erstreckenden Querträger (2) und mit zwei in Richtung der Längserstreckung des Querträgers (2) voneinander beabstandet angeordnete, als Hohlkammerprofil ausgeführte Crashboxen (10), wobei der Querträger (2) einen Obergurt (4), einen Untergurt (5), eine die beiden Gurte (4, 5) an ihrem zum Fahrzeug weisenden Randbereich verbindenden Steg (6) sowie einen sich in vertikaler Richtung von dem Obergurt (4) und/oder dem Untergurt (5) an ihrem dem Steg (6) gegenüberliegenden Rand weg erstreckenden Vertikalflansch (8, 9) umfasst und wobei die Crashboxen (10) in ihrem zum Querträger (2) weisenden frontseitigen Anbindungsabschnitt (15) eine in die in Richtung der Längserstreckung des Querträgers (2) mit ihrer flächigen Erstreckungen weisenden Seitenwände (14, 14.1) eingreifende Querträgeraufnahme aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass - die oberen und/oder die unteren, die Crashboxen (10) in vertikaler Richtung begrenzenden Seitenwände (12, 13) einen größeren vertikalen Abstand zu dem mit ihrer Flachseite in dieselbe Richtung weisenden Gurt (4, 5) aufweisen als der Abschluss des Vertikalflansches (8, 9) des Querträgers (2) von diesem Gurt (4, 5), - die Crashboxen (10) in ihrem Anbindungsabschnitt (15) zusätzlich zu der Querträgerausnehmung (16) eine Verkürzung zumindest einer die vertikale Erstreckung einer Crashbox (10) begrenzenden Seitenwand (13), die gegenüber dem Vertikalflansch (9) in vertikaler Richtung vorsteht, aufweisen, wodurch die Frontstirnseite dieser Seitenwände (13) von dem Vertikalflansch (9) in horizontaler Richtung beabstandet ist und - jeder Crashbox (10) ein Stützelement (20, 20.1) mit einer zu der Frontstirnseite der verkürzten Seitenwand (13) weisenden Stützfläche (21), an der diese Fronstirnseite abgestützt ist, zugeordnet ist, welches Stützelement (20, 20.1) mit seinem der Stützfläche (21) in Richtung zum Querträger (2) hin gegenüberliegenden Ende (24) an die Rückseite des Vertikalflansches (9) angeschlossen ist.
Stoßfängeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Verkürzung der Seitenwand (13) auch der Übergang dieser Seitenwand (13) in die angrenzenden Seitenwände (14, 14.1) der jeweiligen Crashbox (10) umfasst ist.
Stoßfängeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche (21) des Stützelementes (20, 20.1) an einen gegenüber dieser abgewinkelten Übergriffschenkel (22) grenzt, der außenseitig an die verkürzte Seitenwand (13) der jeweiligen Crashbox (10) angeschlossen ist.
Stoßfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (20, 20.1) mit seinem Ende (24) an dem Vertikalflansch (9) abgestützt ist.
Stoßfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (20, 20.1) an die mit ihrer flächigen Erstreckung in Richtung der Längserstreckung des Querträgers (2) weisenden Seitenwände (14, 14.1) einer Crashbox (10) angeschlossen ist.
Stoßfängeranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (20) mit einem Abschnitt zwischen die mit ihrer flächigen Erstreckung in Richtung der Längserstreckung des Querträgers (2) weisenden Seitenwände (14, 14.1) einer Crashbox (10) eingreift und an diese angeschlossen ist.
Stoßfängeranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (20, 20.1) mit einem Abschnitt mit abgewinkelten Schenkeln (26, 26.1) die mit ihrer flächigen Erstreckung in Längserstreckung des Querträgers (2) weisenden Seitenwände (14, 14.1) der jeweiligen Crashbox (10) außenseitig umgreift und an diese angeschlossen ist.
Stoßfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Crashboxen (10) mit der Stirnseite ihrer Querträgerausnehmung (16) an dem Querträger (2) anliegen und an diesen angeschlossen sind.
Stoßfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die den Querträger (2) in horizontaler Richtung über- oder untergreifenden Seitenwandabschnitte (17, 17.1) der Crashboxen (10) mit ihrer freien Stirnfläche an den Vertikalflansch (9) angeschlossen sind.
Stoßfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (20, 20.1) ein geformtes Blechstück aus einem Stahlwerkstoff ist, das an den Querträger (2) und die jeweilige Crashbox (10) mittels Schmelzfügen angeschlossen ist.
Stoßfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Crashboxen (10) eine quadratische oder rechteckförmige Umrissgeometrie aufweisen.
Stoßfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Crashboxen (10) aus zwei miteinander gefügten Halbschalen (11, 11.1)aus einem Stahlwerkstoff zusammengesetzt sind.
Stoßfängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Querträgerausnehmung (16) der Crashboxen (10) in vertikaler Richtung an ihrer der verkürzten Seitenwand (13) gegenüberliegenden Seite hin offen ist, sodass diese Crashboxen (10) nur mit einem in Bezug auf den Querträger (2) einseitigen Übergriff ihrer mit ihrer flächigen Erstreckung in Richtung der Längserstreckung des Querträgers (2) weisenden Seitenwände (14, 14.1) angeschlossen sind.
Stoßfängeranordnung für ein Fahrzeug mit einem sich in Richtung der Breite des Fahrzeuges erstreckenden Querträger (2) und mit zwei in Richtung der Längserstreckung des Querträgers (2) voneinander beabstandet angeordnete, als Hohlkammerprofil ausgeführte Crashboxen (10), wobei der Querträger (2) einen Obergurt (4), einen Untergurt (5), eine die beiden Gurte (4, 5) an ihrem zum Fahrzeug weisenden Randbereich verbindenden Steg (6) sowie einen sich in vertikaler Richtung von dem Obergurt (4) und/oder dem Untergurt (5) an ihrem dem Steg (6) gegenüberliegenden Rand weg erstreckenden Vertikalflansch (8, 9) umfasst und wobei die Crashboxen (10) in ihrem zum Querträger (2) weisenden frontseitigen Anbindungsabschnitt (15) eine in die in Richtung der Längserstreckung des Querträgers (2) mit ihrer flächigen Erstreckungen weisenden Seitenwände (14, 14.1) eingreifende Querträgerausnehmung (16) aufweisen, nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (2) durch seinen Obergurt (4), seinen Untergurt (5) und den die beiden Gurte (4, 5) verbindenden Steg (6) durch eine im Querschnitt U-förmig profilierte Halbschale (3), deren Öffnungsseite vom Fahrzeug weg weist, und durch ein die Offenseite der Halbschale (3) verschließendes und den zumindest einen Vertikalflansch bereitstellendes Schließblech (7) gebildet ist, an das der Obergurt (4) und der Untergurt (5) der Halbschale (3) mit ihren von dem Steg (6) weg weisenden Stirnflächen angeschlossen sind, und dass frontstirnseitige Seitenwandabschnitte der Anbindungsabschnitte (15) der Crashboxen (10) an einem Vertikalflansch (9) abgestützt und an diesen angeschlossen sind.