DE10307637A1

DE10307637A1 - Cross-beam for vehicle bumper comprises C-profile made from magnesium or magnesium alloy whose arms are attached to deformation components and whose wall thickness is less than that of its base

Info

Publication number: DE10307637A1
Application number: DE2003107637
Authority: DE
Inventors: Wulf Dr. Härtel; Markus Kettler; Thomas Dr. Kordisch
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2003-02-22
Filing date: 2003-02-22
Publication date: 2004-09-09

Abstract

The cross-beam for a vehicle bumper comprises a C-profile made from magnesium or magnesium alloy. The arms (9) of the C are attached to deformation components (13, 14) and their wall thickness is less than that of its base (8).

Description

Die Erfindung betrifft einen quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordneten Querträger aus Leichtmetall als Bestandteil eines Stoßfängersystems mit einem offenen hutförmigen Profil mit einem Zentralsteg und zwei davon divergierenden Schenkeln, an die sich jeweils randseitig ein Flansch anschließt, und einer Anbindung an ein Deformationselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a cross to the vehicle's longitudinal direction arranged cross member Made of light metal as part of a bumper system with an open hat-shaped Profile with a central web and two diverging legs, to which a flange is connected at the edge, and a connection to a deformation element according to the generic term of claim 1.

Es gehört zum Stand der Technik einen quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordneten Querträger als Bestandteil eines Stoßfängersystems mit Anbindung an ein Deformationselement aus einem Leichtmetall wie beispielsweise Aluminium oder aus nichtmetallischen Materialien herzustellen, um gegenüber einem Querträger aus Stahl Gewicht einzusparen. Aus Aluminium sind bereits sowohl geschlossene als auch offene Hohlprofile für den Querträger bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 199 11 595 A1 einen Querträger mit einem hutförmigen Profil aus Aluminium, in dem ein elastisch verformbarer Kunststoff-Schaum angeordnet ist. Die DE 298 12 843 U1 beschreibt insbesondere die lokale Verstärkung kanalförmiger Profile, die Biegekräften ausgesetzt sind, wobei mehrere Ansätze als Alternative zu teuren Legierungen, Dickmetallprofilen und großen Schaumstoffkernen vorgeschlagen werden.It is part of the prior art to produce a cross member arranged transversely to the vehicle longitudinal direction as part of a bumper system with a connection to a deformation element made of a light metal such as aluminum or non-metallic materials in order to save weight compared to a steel cross member. Both closed and open hollow profiles for the cross member are already known from aluminum. For example, the DE 199 11 595 A1 a cross member with a hat-shaped profile made of aluminum, in which an elastically deformable plastic foam is arranged. The DE 298 12 843 U1 describes in particular the local reinforcement of channel-shaped profiles that are exposed to bending forces, several approaches being proposed as an alternative to expensive alloys, thick metal profiles and large foam cores.

Wünschenswert wäre es, neben Aluminium und der Verstärkung durch Schaumkörper auch Magnesium als Ausgangsmaterial einsetzen zu können, da Aluminium aufgrund seiner größeren Dichte gegenüber Magnesium noch immer etwa 50% schwerer ist. Dieser Gewichtsunterschied kann in bestimmten Anwendungsfällen auch die höheren Materialkosten des Magnesiums rechtfertigen. Magnesium ist jedoch relativ spröde und besitzt einen Elastizitätsmodul der ca. um den Faktor 5 kleiner ist als der von Stahl und ca. 40% kleiner als der von Aluminium. Folglich sind Querträger aus Magnesium im Verhältnis viel zu materialintensiv, um die gleiche Crashperformance wie Querträger aus Aluminium oder Stahl aufzuweisen. Außerdem neigt Magnesium zur Kontaktkorrosion, wenn es mit anderen Metallen wie beispielsweise einer Crash box aus Stahl oder Aluminium in Berührung kommt. So ist es zwar grundsätzlich bekannt, dass zumindest Teile eines Stoßfängers auch aus Magnesium hergestellt werden können. Den gesamten Querträger aus einem anderen Leichtmetall als aus Aluminium zu bauen erweist sich bei der Umsetzung in die Praxis jedoch als so problematisch, dass sich bisher in der Massenproduktion nur Leichtmetalle auf der Basis von Aluminium durchgesetzt haben.Desirable would it be, in addition to aluminum and the reinforcement through foam body to also be able to use magnesium as the starting material, because Aluminum due to its greater density across from Magnesium is still about 50% heavier. That weight difference can be used in certain applications also the higher ones Justify material costs of magnesium. Magnesium is however relatively brittle and has a modulus of elasticity which is approx. 5 times smaller than that of steel and approx. 40% smaller than that of aluminum. As a result, cross members are made Magnesium in the ratio far too material-intensive to achieve the same crash performance as cross beams To have aluminum or steel. Magnesium also tends to Contact corrosion if it is with other metals such as a crash box made of steel or aluminum comes into contact. It is true basically known that at least parts of a bumper too can be made from magnesium. The entire cross member Building a light metal other than aluminum proves to be the implementation in practice, however, is so problematic that So far, only light metals based on Aluminum.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Konstruktion eines Querträgers aus Leichtmetall dahingehend weiterzuentwickeln, dass auch andere Leichtmetalle außer Aluminium für die Massenproduktion geeignet sind.The object of the invention is therefore the construction of a cross member to develop from light metal to the extent that other light metals except Aluminum for mass production is suitable.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.The invention solves this problem with the features of the characterizing part of claim 1.

Demnach wird der Querträger mit dem an sich bekannten offenen hutförmigen Profil mit einem Zentralsteg und zwei davon divergierenden Schenkeln, an die sich jeweils randseitig ein Flansch anschließt aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung hergestellt, wobei die Wandstärke des Zentralstegs größer ist als die Wandstärke der divergierenden Schenkel, um der geringeren Druckbeanspruchbarkeit von Magnesium entgegenzuwirken. Insbesondere dieses spezielle offene Hutprofil kann die vergleichsweise schlechte Verformbarkeit bei Druckbelastungen von Magnesium in einem Crashfall kompensieren. Außerdem kann der Magnesiumquerträger über eine in einer Aufnahmehülse befindliche Schraubverbindung in den divergierenden Schenkeln an ein Deformationselement angebunden werden. Zum einen wird dadurch gewährleistet, dass sich das Magnesiumprofil während des Crashs um die Schraube drehen kann und so hohe Biegespannungen an der Anbindung zum Deformationselement vermieden werden. Zum anderen wird insbesondere mittels einer Aufnahmehülse aus Kunststoff eine Kontaktkorrosion zwischen dem Magnesium und dem Material der Crashbox, wenn diese beispielsweise aus Stahl oder Aluminium besteht, ausgeschlossen. Alternativ kann die Aufnahmehülse auch eine Metallhülse sein, die entweder mit Kunststoff beschichtet oder durch eine Kunststofftrennscheibe im Bereich der Schenkel des Querträgers vor einem Kontakt mit dem Magnesiumquerträger geschützt ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn sich zwischen der Stirnseite des Deformationselementes und der Innenseite des Zentralstegs des Magnesiumquer trägers ein Kontaktelement befindet, welches vorzugsweise aus Kunststoff oder einem Elastomer besteht. Durch dieses Kontaktelement wird im Falle eines Crashs die Kraft, die auf die Schraubanbindung in den divergierenden Schenkeln wirkt, derart gemildert, dass ein Ausreißen der Anbindung während des Aufpralls verhindert wird. Zudem unterbindet das Kontaktelement aus beispielsweise Kunststoff oder Elastomer eine Kontaktkorrosion zwischen dem Magnesiumquerträger und dem Material der Crashbox.Accordingly, the cross member with the well-known open hat-shaped profile with a central web and two of them diverging legs, each of which adjoins the edge a flange connects made of magnesium or a magnesium alloy, the Wall thickness the central bridge is larger than the wall thickness the diverging leg to reduce pressure resistance counteracting magnesium. In particular this particular open Hat profile can contribute to the comparatively poor deformability Compensate for magnesium pressure loads in the event of a crash. Moreover can the magnesium cross member over a in a receptacle screw connection located in the divergent legs a deformation element can be connected. For one thing, it will guaranteed that the magnesium profile during of the crash can turn around the screw and so high bending stresses be avoided at the connection to the deformation element. On the other hand contact corrosion occurs in particular by means of a plastic receiving sleeve between the magnesium and the material of the crash box, if this for example made of steel or aluminum, excluded. Alternatively, the receiving sleeve also a metal sleeve be either coated with plastic or through a plastic cutting disc in the area of the legs of the cross member before contact with the magnesium cross member protected is. It is also advantageous if there is between the end face of the deformation element and the inside of the central web of the Magnesium cross member there is a contact element, which is preferably made of plastic or an elastomer. Through this contact element in In the event of a crash, the force exerted on the screw connection in the diverging thighs acts, mitigated in such a way that tearing out of the Connection during the impact is prevented. In addition, the contact element prevents contact corrosion from, for example, plastic or elastomer between the magnesium cross member and the material of the crash box.

Aufgrund dieser konstruktiven Maßnahmen kann der Magnesiumquerträger mit vergleichsweise geringen Wandstärken von 4 bis 6 mm im Zentralsteg und 2,5 bis 4,5 mm in den divergierenden Schenkeln sowie 1,5 bis 3,5 mm in den randseitigen Flanschen hergestellt werden. Er ist daher deutlich leichter als ein vergleichbarer Querträger aus Aluminium und liefert trotzdem eine vergleichbare Crashperformance, ohne dass das Material versagt. Aufgrund der Vorkehrungen gegen Kontaktkorrosion weist der erfindungsgemäße Querträger auch die erforderlichen Dauerhaltbarkeitswerte auf.Due to these design measures, the magnesium cross member can be manufactured with comparatively small wall thicknesses of 4 to 6 mm in the central web and 2.5 to 4.5 mm in the diverging legs and 1.5 to 3.5 mm in the flanges on the edge. It is therefore significantly lighter than a comparable aluminum cross member and lie nevertheless produces a comparable crash performance without the material failing. Due to the precautions against contact corrosion, the cross member according to the invention also has the required durability values.

Die erhebliche Gewichtsersparnis, die mit dem erfindungsgemäßen Querträger gegenüber herkömmlichen Querträgern aus Leichtmetall erzielt werden kann, ist insbesondere bei frontangetriebenen Fahrzeugen im Bereich der Vorderachse interessant, um die Achslastverteilung optimal gestalten und so ein möglichst optimales dynamisches Fahrverhalten erreichen zu können.The significant weight savings those with the cross member according to the invention compared to conventional crossbeams can be achieved from light metal, especially in front-wheel drive Vehicles in the area of the front axle interesting about the axle load distribution design optimally and thus one as possible to be able to achieve optimal dynamic driving behavior.

Der erfindungsgemäße Querträger erweist sich besonders dann als für die Massenfertigung vorteilhaft, wenn er aus einem stranggepressten hutförmigen Profil besteht, dass je nach Bauraumerfordernissen nach dem Strangpressen warm oder kalt gebogen wurde. Alternativ kann der erfindungsgemäße Querträger zur Erzielung einer etwas höheren Duktilität auch aus einem partiell abgewalzten Magnesiumblech bestehen, bei dem die Blechdicke im Bereich der divergierenden Schenkel und der randseitigen Flansche partiell reduziert wurde, und das in einem Umformschritt warm in die Endform gebracht wurde. Ein zusätzliches Biegen entfällt.The cross member according to the invention proves to be particularly then as for Mass production is advantageous if it is made from an extruded hat-shaped Profile exists that depending on the space requirements after extrusion was bent warm or cold. Alternatively, the cross member according to the invention Achieve a slightly higher one ductility also consist of a partially rolled magnesium sheet which the sheet thickness in the area of the divergent legs and the edge flanges has been partially reduced, all in one Forming step was brought warm into the final shape. An additional There is no bending.

Bei beiden Herstellungsvarianten kann der Querträger durch das Einbringen einer zusätzlichen Sicke im Zentralsteg versteift werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine Versteifung durch eine partielle Verstärkung, die mit mechanischen Fügeverfahren befestigt werden kann, erreicht werden. Auch ein Umstellen des Flansches nach innen, eventuell verbunden mit einem randseitigen Hochbiegen der Flansche nach innen erhöht die Steifigkeit des Profils. Das offene Profil kann alternativ mittels eines Magnesiumbleches zumindest teilweise geschlossen werden. Dadurch werden zwar Kosten und Gewicht erhöht, das Schließblech kann jedoch die benötigte Steifigkeit erzielen.With both production variants can the cross member by introducing an additional bead be stiffened in the central web. Additionally or alternatively, a Stiffening by partial reinforcement with mechanical joining methods can be attached can be achieved. Also changing the flange inwards, possibly connected with an upward bending on the edge the flanges raised inwards the stiffness of the profile. Alternatively, the open profile can be created using of a magnesium sheet are at least partially closed. Thereby costs and weight are increased, the striking plate can however the required stiffness achieve.

Als Ausgangsmaterialien werden insbesondere dann, wenn der erfindungsgemäße Querträger aus einem Strangpressprofil hergestellt ist, bevorzugt die Magnesiumknetlegierungen MgAl3Zn1 und MgZn2Mn1 aufgrund ihrer guten Pressbarkeit eingesetzt. Auch die Magnesiumknetlegierung MgAl6Zn1 hat sich für hohe Festigkeitsanforderungen bewährt.In particular, as starting materials then when the cross member according to the invention an extruded profile is produced, preferably the wrought magnesium alloys MgAl3Zn1 and MgZn2Mn1 used due to their good pressability. The wrought magnesium alloy MgAl6Zn1 also has high strength requirements proven.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigenIn the following the invention is based the drawings closer explained. Show

1: einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Querträger 1 1 : a cross section through a cross member according to the invention 1

2: einen gebogenen Querträger 1 von vorn 2 : a curved cross member 1 from the beginning

3: einen Querträger 7 mit zwei Deformationselementen 13, 14 von hinten 3 : a cross member 7 with two deformation elements 13 . 14 from behind

4: den Querträger 7 mit den Deformationselementen 13, 14 von vorn 4 : the cross member 7 with the deformation elements 13 . 14 from the beginning

5: den Querträger 7 von hinten mit Anbindungsdetails der Deformationselemente 13, 14 5 : the cross member 7 from the rear with connection details of the deformation elements 13 . 14

6: einen Detailausschnitt aus 5 6 : a detail from 5

7: den Querträger 7 von oben 7 : the cross member 7 from above

8: einen Querträger 20 mit einer Sicke 21 8th : a cross member 20 with a bead 21

1 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Querträger 1 mit einem offenen hutförmigen Profil. Der Querträger 1 ist aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung hergestellt, wobei die Wandstärke des Zentralstegs 2 größer ist als die Wandstärke der divergierenden Schenkel 3 und 4. Die randseitig der Schenkel 3 und 4 befindlichen Flansche 5 und 6 sind in etwa rechtwinklig nach außen umgestellt. 1 shows a cross section through a cross member according to the invention 1 with an open hat-shaped profile. The cross member 1 is made of magnesium or a magnesium alloy, the wall thickness of the central web 2 is greater than the wall thickness of the diverging legs 3 and 4 , The edge of the thigh 3 and 4 located flanges 5 and 6 are shifted to the outside at about a right angle.

2 zeigt den Magnesiumquerträger 1 von vorn, wobei die leicht gebogene Form des Zentralstegs 2, der divergierenden Schenkel 3 und 4 und des nach außen umgestellten Flansches 5 gut sichtbar wird. Der Querträger 1 ist aus einem Magnesiumstrangpressprofil hergestellt, das nach dem Strangpressen warm oder kalt gebogen wurde. Das Strangpressprofil hat den Vorteil, dass die Wanddicke variabel über den Querschnitt verändert werden kann, wobei der Zentralsteg 2 in jedem Fall dicker ist als die Schenkel 3 und 4. 2 shows the magnesium cross member 1 from the front, with the slightly curved shape of the central web 2 , the divergent leg 3 and 4 and the outwardly flanged flange 5 is clearly visible. The cross member 1 is made of an extruded magnesium profile that was hot or cold bent after extrusion. The extruded profile has the advantage that the wall thickness can be varied variably over the cross-section, the central web 2 in any case is thicker than the thighs 3 and 4 ,

3 zeigt einen Querträger 7 mit einem Zentralsteg 8 und zwei Schenkeln 9 von hinten. Die Flansche 10 sind in diesem Fall nach innen umgestellt und u-förmig hochgebogen. An den Querträger 7 sind zwei Deformationselemente 13 und 14 über je eine Schraubverbindung 11 und 12 angebracht. Als Deformationselement 13, 14 wurde hier eine Lösung aus dem Stand der Technik verwandt, lediglich die Anbindung des Magnesiumquerträgers 7 an das Deformationselement 13, 14 ist auf das Material des erfindungsgemäßen Querträgers 7 abgestimmt. 3 shows a cross member 7 with a central bridge 8th and two thighs 9 from behind. The flanges 10 are in this case moved inwards and bent up in a U-shape. On the cross member 7 are two deformation elements 13 and 14 each with a screw connection 11 and 12 appropriate. As a deformation element 13 . 14 a solution from the prior art was used here, only the connection of the magnesium cross member 7 to the deformation element 13 . 14 is on the material of the cross member according to the invention 7 Voted.

4 zeigt den Querträger 7 aus 3 von vorn. Im Falle eines Frontalaufpralls würde der Querträger 7 im Bereich des Zentralstegs 8 nach innen gedrückt. Hierbei ist es entscheidend, dass sich der Magnesiumquerträger um die Schraubanbindung 11, 12 drehen kann, damit er an dieser Stelle nicht reißt. Zusätzlich wird der Querträger 7 durch die nach innen umgestellten und u-förmig hochgebogenen Flansche versteift. 4 shows the cross member 7 out 3 from the beginning. In the event of a frontal impact, the cross member would 7 in the area of the central bridge 8th pressed inwards. It is crucial that the magnesium cross member is around the screw connection 11 . 12 can rotate so that it does not tear at this point. In addition, the cross member 7 stiffened by the inwardly flanged and U-shaped flanges.

In 5 wird verdeutlicht, dass die am Querträger 7 angebundenen Deformationselemente 13 und 14 über Kontaktelemente 15 und 16 verfügen, die sich an der Stirnseite des Deformationselementes 13, 14 befinden.In 5 it is made clear that the on the cross member 7 connected deformation elements 13 and 14 via contact elements 15 and 16 have, which are on the front side of the deformation element 13 . 14 are located.

6 zeigt dazu einen Detailausschnitt aus 5. Gut zu erkennen ist zunächst, dass der Zentralsteg 8 erheblich dicker ist als die Schenkel 9, 9'. Die Flansche 10 und 10' sind zur Erhöhung der Steifigkeit nach innen u-förmig umgebogen. Die Schraubanbindung 11 befindet sich zur Vermeidung einer Kontaktkorrosion in einer Kunststoffhülse 17. Das Kontaktelement 16 liegt von innen am Zentralsteg 8 an. 6 shows a detailed section 5 , First of all, it is easy to see that the central bridge 8th is considerably thicker than the thighs 9 . 9 ' , The flanges 10 and 10 ' are bent in a U-shape to increase the rigidity. The screw connection 11 is in a plastic sleeve to avoid contact corrosion 17 , The contact element 16 is located on the inside of the central bridge 8th on.

Bei einem Aufprall auf den Zentralsteg 8 leitet das Kontaktelement 16 die Aufprallenergie direkt in das Deformationselement 14 weiter, was die Belastung auf die Schraubanbindung 11 so reduziert, dass sie nicht ausreißt. Das Kontaktelement 16 besteht aus Kunststoff, um eine Kontaktkorrosion zwischen dem Zentralsteg 8 und dem Deformationselement 14 zu vermeiden.In the event of an impact on the central footbridge 8th directs the contact element 16 the impact energy directly into the deformation element 14 further what the load on the screw connection 11 so reduced that it doesn't tear out. The contact element 16 is made of plastic to prevent contact corrosion between the central web 8th and the deformation element 14 to avoid.

7 zeigt den Querträger 7 mit den Deformationselementen 13 und 14 von der Seite. Zu erkennen sind die Schraubanbindungen 11 und 12. Auch dieser Magnesiumquerträger 7 besteht aus einem nach dem Strangpressen gebogenen Strangpressprofil. 7 shows the cross member 7 with the deformation elements 13 and 14 of the page. The screw connections can be seen 11 and 12 , This magnesium cross member too 7 consists of an extruded profile bent after extrusion.

8 zeigt einen Magnesiumquerträger 17 mit zwei stranggepressten Deformationselementen 18 und 19. Im Zentralsteg 20 des Querträgers 17 ist eine Sicke 21 zur Versteifung eingebracht. Bei diesem Querträger 17 handelt es sich um ein Magnesiumprofil, das aus einem partiell abgewalzten Magnesiumblechwerkstoff in einem Umformzug warm geformt wurde. Die Anbindung der Deformationselemente 18 und 19 ist in diesem Fall über ein Blindnieten erfolgt. 8th shows a magnesium cross member 17 with two extruded deformation elements 18 and 19 , In the central footbridge 20 of the cross member 17 is a bead 21 introduced for stiffening. With this cross member 17 is a magnesium profile that was hot-formed from a partially rolled-off magnesium sheet material in one forming pass. The connection of the deformation elements 18 and 19 In this case, blind riveting was used.

Claims

Cross member arranged transversely to the longitudinal direction of the vehicle 1 . 7 . 17 Made of light metal as part of a bumper system with an open hat-shaped profile with a central web 2 . 8th . 20 and two of them diverging legs 3 . 4 . 9 . 9 ' , on each of which there is a flange on the edge 5 . 6 . 10 . 10 ' connects, and a connection 11 . 12 to a deformation element 13 . 14 . 18 . 19 characterized in that the cross member 1 . 7 . 17 is made of magnesium or a magnesium alloy and the wall thickness of the central web 2 . 8th . 20 is greater than the respective wall thickness of the diverging legs 3 . 4 . 9 . 9 ' ,

crossbeam 7 according to claim 1, characterized in that the connection of the cross member 7 to a deformation element 13 . 14 via one in a receptacle 17 screw connection 11 . 12 in the divergent legs 9 . 9 ' he follows.

crossbeam 7 according to one of the preceding claims, characterized in that between the end face of the deformation element 13 . 14 and the inside of the central web 8th a contact element 15 . 16 located.

crossbeam 7 according to claim 2 or 3, characterized in that the receiving sleeve 17 coated with plastic or by means of a plastic disc from the material of the cross member 7 is isolated or made of plastic and the contact element 15 . 16 consists of a plastic or an elastomer.

crossbeam 1 . 7 according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of an extruded hat-shaped profile and was bent hot or cold after the extrusion.

crossbeam 17 according to one of claims 1 to 4, characterized in that it consists of a partially rolled magnesium sheet and was thermoformed in a forming train.

crossbeam 17 according to one of the preceding claims, characterized in that it by introducing a bead 21 in the central footbridge 20 and / or is stiffened by the introduction of partial reinforcements by means of mechanical joining processes.

crossbeam 7 according to one of the preceding claims, characterized in that the flanges 10 . 10 ' moved inwards and bent up in a U-shape at the edges.