Technisches Gebiet (Technical Field)

Die Erfindung betrifft eine Stoßfängervorrichtung für ein Fahrzeug mit mindestens einem Bie geträger mit einem wellenförmigen Querschnitt, mit mindestens einem Deformationselement, wobei das Deformationselement mit einer Stirnseite quer zum Biegeträger angebunden ist.

Technischer Hintergrund (Background Art)

Stoßfängervorrichtungen, insbesondere in der Vorderwagenstruktur im Fahrzeug, insbesonde- re im Kraftfahrzeug, müssen hohen Anforderungen hinsichtlich der Sicherheit der Fahrzeugin- sassen gerecht werden. Im Falle einer Frontalkollision kann die Aufprallenergie durch eine ge- zielte Deformation des Biegeträgers und der Deformationselemente, die vorzugsweise als so- genannte Crashboxen ausgebildet und vorzugsweise zwischen Biegeträger und Längsträger ei- nes Fahrzeuges angeordnet sind, durch plastische Verformung absorbiert und das Fahrzeug entscheidend verzögert werden, bevor weitere, insbesondere tragende Strukturen, wie bei- spielsweise Längsträger zur weiteren Energieabsorption beitragen. Ferner hat der Biegeträger die Aufgabe, bei geringen Aufprallgeschwindigkeiten tragende Fahrzeugstrukturen und Fahr- zeugaggregate, wie beispielsweise Kühler und Motor vor einer Beschädigung zu schützen. Zu dem ist es eine Bestrebung im Automobilbau, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren, um zum Bei spiel den C0 ₂ -Ausstoß zu senken. Wirkungsvoll verhindert werden muss, dass der Biegeträger im Lastfall nicht vorzeitig versagt, beispielsweise durch Knicken und/oder Einreißen.

Biegeträger an Stoßfängervorrichtungen werden häufig aus offenen Profilen mit wellenförmi- gen Querschnitten hergestellt. Die offenen Profile versagen im Lastfall oftmals, weil durch die Aufprallenergie eine lokale Deformation zu einem Auseinanderklaffen in Querrichtung der Pro- file führen. Die so deformierten Profile können keine weitere Aufprallenergie abbauen. Um die ses frühzeitige Versagen zu verhindern, werden offene Profile oft durch ein weiteres Bauteil ge- schlossen, beispielsweise durch Anbinden eines Schließblechs, welches ein Aufweiten im We- sentlichen unterdrücken kann. Zusätzliche Bauteile führen jedoch zu einer Gewichtszunahme und wirken sich negativ auf die Kosten und die Gewichtsbilanz eines Fahrzeuges aus. Aus der deutschen Patentschrift DE 10 2014 009 337 B4 ist eine Maßnahme zur Verhinderung eines Auseinanderklaffens eines wellenförmigen Profils ohne Verwendung von zusätzlichen Bauteilen bekannt. Insbesondere im Bereich der Anbindung zwischen Biegeträger und Deformationsele- ment besteht jedoch weiteres Verbesserungspotenzial. Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Stoßfängervorrichtung für ein Fahrzeug bereit- zustellen, welche den oben genannten Anforderungen genügt und insbesondere im Bereich der Anbindung zwischen Biegeträger und Deformationselement ein frühzeitiges Versagen insbe- sondere durch Auseinanderklaffen des Biegeträgers in Querrichtung im Wesentlichen verhin- dert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Stoßfängervorrichtung mit den Merkmalen des Patentan- spruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den nachgeordneten Ansprüchen aufgeführt.

Die Erfinder haben festgestellt, dass, wenn eine Stoßfängervorrichtung für ein Fahrzeug mit mindestens einem Biegeträger mit einem wellenförmigen Querschnitt, mit mindestens einem Deformationselement, und das Deformationselement (Crashbox) mit einer Stirnseite quer zum Biegeträger angebunden ist, und das Deformationselement zumindest abschnittsweise entlang der Außenkante der Stirnseite mit dem Biegeträger stoffschlüssig verbunden ist, bereitgestellt wird, ein Auseinanderklaffen bzw. eine Aufweitung des Biegeträgers in Querrichtung durch ei- ne Krafteinleitung im Lastfall, insbesondere im Bereich der Anbindung zwischen Biegeträger und Deformationselement verhindert werden kann. Die zumindest abschnittsweise entlang der Außenkante der Stirnseite des Deformationselements stoffschlüssige Verbindung quer zum Bie geträger stellt sicher, dass die Aufprallenergie im Lastfall (Impact) in die Fahrzeugkarosserie eingeleitet werden kann, heißt, dass eine sichere Übertragung der Crashenergie über einen ein deutigen Lastpfad gewährleistet wird und der Biegeträger zumindest im Bereich der Anbindung nicht in Querrichtung auseinanderklafft und dadurch frühzeitig versagt. Als stoffschlüssige Ver- bindungstechniken kommen Löten, Kleben und/oder Schweißen in Frage, wobei das Schwei- ßen besonders bevorzugt ist. Die abschnittsweise stoffschlüssige Verbindung kann punktuell oder linienförmig ausgeführt sein. Vorzugsweise sind zwei Deformationselemente mit dem Bie geträger verbunden. Insbesondere sind das bzw. die Deformationselemente Bauteile/Profile, die einen beliebigen Querschnitt aufweisen können. Insbesondere können die Deformations- elemente aus einem offenen Profil oder vorzugsweise aus einem geschlossenen Profil gebildet sein.

Zur weiteren Optimierung kann gemäß einer Ausgestaltung der Stoßfängervorrichtung die Stirn- seite des Deformationselements, insbesondere die Kontur der (Außen-)Kante der Stirnseite, zu- mindest teilweise an die Kontur des Biegeträgers angepasst sein. Durch eine teilweise Anpas- sung der Stirnseite des Deformationselements an die Kontur des Biegeträgers liegt ein teilwei- ser Kontakt der (Außen-)Kante der Stirnseite des Deformationselements an den Biegeträger vor, insbesondere unter Ausbildung eines zumindest teilweisen T-Stoßes (Kante des Deforma- tionselementes zur Fläche des Biegeträgers), was zu einer verbesserten Performance führen kann und einen Ausgleich der Fertigungstoleranzen ermöglicht. Alternativ kann ein vollständi- ger Kontakt der (Außen-)Kante der Stirnseite des Deformationselements an den Biegeträger er- folgen, wenn die Stirnseite des Deformationselements vollständig an die Kontur des Biegeträ gers angepasst ist. Vorzugsweise ist eine linienförmige Verbindungsnaht, vorzugsweise eine li- nienförmige Schweißnaht, insbesondere abschnittsweise, beispielsweise punktuell oder als Steppnaht ausgeführt, oder vollständig entlang der Außenkante der Stirnseite des Deformati- onselements ausgebildet, vorzugsweise im Kontaktbereich zwischen Deformationselement und Biegeträger.

Eine weitere Ausgestaltung der Stoßfängervorrichtung sieht vor, dass der Biegeträger aus ei- nem metallischen Werkstoff besteht, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff mit einer Zugfes- tigkeit von mindestens 750 MPa. Abhängig von der Geometrie kann der Biegeträger aus einem Blechzuschnitt, welches beispielsweise stranggepresst, rollprofiliert, gekantet oder tiefgezogen worden ist, gefertigt sein. Insbesondere können höchstfeste Stahlwerkstoffe, vorzugsweise mit einer Zugfestigkeit oberhalb von 800 MPa, besonders bevorzugt oberhalb von 900 MPa zur An- wendung kommen. Um eine optimale Crash-Performance mit Blick auf eine geringe Intrusions- tiefe und damit hohen Widerstand des Biegeträgers im Lastfall zu erreichen, sind höchstfeste kaltformbare Stahlwerkstoffe, wie beispielsweise Eisen-Mangan-Stähle, Dual- oder Komplex- phasenstähle, aber auch Warmumformstähle, wie beispielsweise Mangan-Bor-Stähle, welche monolithisch ausgebildet oder als mindestens eine metallische Lage innerhalb eines mehrlagi- gen Stahlwerkstoffverbundes angeordnet sein können, besonders gut geeignet. Warmumform- stähle bieten bei vergleichbarer Widerstandsfähigkeit den Vorteil, dass aufgrund der höheren Zugfestigkeit von mindestens 1500 MPa im (press-) gehärteten Zustand die Materialstärke und damit verbunden die Masse gegenüber den Kaltumformstählen reduziert werden kann. Die Di- cke des Stahlwerkstoffs kann zwischen 0,7 und 4 mm liegen.

Eine weitere Ausgestaltung der Stoßfängervorrichtung sieht vor, dass das Deformationsele- ment aus einem metallischen Werkstoff besteht, insbesondere aus einem Stahlwerkstoff. Das Deformationselement kann beispielsweise aus einem offenen Profil gebildet sein oder aus min- destens zwei Halbschalen, wobei sie beispielsweise aus ebenen Blechzuschnitten vorzugswei- se tiefgezogen, gekantet oder bei einer einfachen Geometrie rollgeformt gefertigt worden sind und zu einem geschlossenen Profil beispielsweise mittels Laser oder mittels Induktor (HF) im Stumpfstoß miteinander verschweißt sind, zusammengesetzt sein. Alternativ kann das Defor- mationselement auch aus nur einem Blechzuschnitt geformt und im Stumpf- oder Überlapp stoß zu einem geschlossenen Profil gefertigt sein. Sind beide Bauteile (Biegeträger, Deformati- onselement) aus der gleichen Metallgattung, kann relativ einfach eine stoffschlüssige Verbin- dung aufgrund der Artgleichheit zwischen beiden Bauteilen erfolgen. Ein weiterer Vorteil der Artgleichheit ist, dass eine Kontaktkorrosion ausgeschlossen werden kann, da keine unter- schiedlichen Metalle miteinander verbunden werden müssen, wodurch zusätzliche und ggf. auf- wendige Maßnahmen zur Vermeidung von Kontaktkorrosion getroffen werden müssten. Die Di- cke des Stahlwerkstoffs kann zwischen 0,7 und 3 mm liegen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Stoßfängervorrichtung sieht vor, dass der metallische Werk- stoff des Deformationselements eine geringere Zugfestigkeit im Vergleich zum metallischen Werkstoff des Biegeträgers aufweist. Im Lastfall kann dadurch insbesondere sichergestellt wer- den, dass das Deformationselement (als erstes Bauteil) deformiert und der Biegeträger seine Form im Wesentlichen beibehält, um seine Funktion zu erfüllen. Beispielsweise ist die Zugfes- tigkeit des für das Deformationselement im Vergleich zu dem für den Biegeträger verwendeten Stahlwerkstoffs um mindestens 5%, insbesondere um mindestens 10%, vorzugsweise um min- destens 15%, besonders bevorzugt um mindestens 20% geringer.

Gemäß einer Ausgestaltung kann in vorteilhafter Weise die Masse der Stoßfängervorrichtung weiter reduziert werden, indem der Biegeträger und/oder das Deformationselement aus einem flexibel gewalzten Stahlwerkstoff, auch„tailored rolled blank“ genannt, gefertigt ist. Beispiels- weise besteht der Biegeträger aus einem flexibel gewalzten Stahlwerkstoff, wobei in Bereichen, beispielsweise in Bauteillängsrichtung zwischen den Deformationselementen Abschnitte mit hö- herer Materialstärke vorhanden sind, die gezielt (lokal) positiv Einfluss auf die Widerstandsfä- higkeit nehmen können und dadurch zumindest teilweise die Funktion von Schließblechen über- nehmen können. Die Verwendung von flexibel gewalztem Stahlwerkstoff für Deformationsele- mente kann beispielsweise im Bereich des Übergangs von„dick zu dünn“, wenn die Material- dicke in Längserstreckung des Deformationselements variiert, im Lastfall als Anfalthilfe und/oder zur gezielten Initialisierung der Deformation dienen.

Gemäß einer (alternativen) Ausgestaltung kann in vorteilhafter Weise die Masse der Stoßfän- gervorrichtung weiter reduziert werden, indem der Biegeträger aus einem maßgeschneiderten Halbzeug, auch„tailored welded blank“ genannt, gefertigt ist, welches aus metallischen Werk- stoffen mit unterschiedlichen Festigkeiten und/oder Materialstärken, die miteinander verbun- den (verschweißt) sind, besteht, wobei in Bereichen, beispielsweise zwischen den Deformati- onselementen Abschnitte mit höherer Materialstärke und/oder höherer Festigkeit vorhanden sind, die gezielt (lokal) positiv Einfluss auf die Widerstandsfähigkeit nehmen können und da- durch zumindest teilweise die Funktion von Schließblechen übernehmen können.

Gemäß einer Ausgestaltung der Stoßfängervorrichtung ist die Stoßfängervorrichtung in der Vor- derwagen- und/oder Hinterwagenstruktur angebunden, um eine optimale Crash-Performance bei einem Frontal- und/oder Heckaufprall gezielt einstellen zu können. Beispielsweise ist die Stoßfängervorrichtung lösbar über geeignete Mittel, beispielsweise mittels Schrauben über das bzw. die Deformationselemente an die Fahrzeugkarosserie, beispielsweise an entsprechende Längsträger eines Fahrzeugs (Karosserie) lösbar angebunden, so dass im Falle eines Crashs ein Austausch der beschädigten Stoßfängervorrichtung am Fahrzeug gegen eine neue Stoß- fängervorrichtung relativ einfach erfolgen kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Es zeigt

Figur 1 : ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stoßfängervorrichtung für ein Fahrzeug in perspektivischer Teilansicht und

Figur 2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stoßfängervorrich- tung für ein Fahrzeug in perspektivischer Teilansicht.

In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Stoßfängervorrichtung (1) für ein nicht dargestelltes Fahrzeug in perspektivischer Teilansicht dargestellt. Die Stoßfän- gervorrichtung (1) umfasst mindestens einen Biegeträger (2) mit einem wellenförmigen Quer- schnitt bzw. Grundstruktur, welcher insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, vorzugs- weise aus einem Stahlwerkstoff mit einer Zugfestigkeit von mindestens 750 MPa besteht. Die Stoßfängervorrichtung (1) umfasst ferner mindestens ein Deformationselement (3), insbeson- dere zwei Deformationselemente, vorzugsweise mit einem geschlossenen Querschnitt, wobei die Teilansicht in Figur 1 nur den linken bzw. rechten Teil der Stoßfängervorrichtung (1) dar- stellt, so dass auch nur eines der vorzugsweise zwei Deformationselemente (3) gezeigt ist. Das Deformationselement (3) besteht insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, vorzugswei- se aus einem Stahlwerkstoff, wobei besonders bevorzugt der metallische Werkstoff des Defor- mationselements (3) eine geringere Zugfestigkeit im Vergleich zum metallischen Werkstoff des Biegeträgers (2) aufweist. Auch andere Querschnitte können für das Deformationselement vor- gesehen werden.

Eine Verbindung des Deformationselements (3) quer zum Biegeträger (2) erfolgt über eine Stirn- seite (3.1) des Deformationselements (3). In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist die Stirnseite (3.1) des Deformationselements (3) zumindest teilweise an die Kontur (2.1) des Bie geträgers (2) angepasst. Durch die teilweise Anpassung der Stirnseite (3.1) des Deformations- elements (3) an die Kontur (2.1) des Biegeträgers (2) liegt ein teilweiser Kontakt vor, wobei im Kontaktbereich besonders bevorzugt eine linienförmige Verbindungsnaht (4), vorzugsweise Schweißnaht, abschnittsweise entlang der Außenkante (3.11) der Stirnseite (3.1) des Deforma- tionselements (3) ausgebildet ist, so dass insbesondere das Deformationselement (3) zumin- dest abschnittsweise mit dem Biegeträger (2) stoffschlüssig verbunden ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeigt das zweite Ausführungsbeispiel in Figur 2, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel in Figur 1, die Stirnseite (3. G) des Deformati- onselements (3‘) vollständig an die Kontur (2.1) des Biegeträgers (2) angepasst ist. Durch die vollständige Anpassung der Stirnseite (3. ) des Deformationselements (3‘) an die Kontur (2.1) des Biegeträgers (2) liegt ein vollständiger Kontakt vor, wobei im Kontaktbereich besonders be- vorzugt eine linienförmige Verbindungsnaht (4), vorzugsweise Schweißnaht vollständig entlang der Außenkante (3.1 G) der Stirnseite (3. G) des Deformationselements (3‘) ausgebildet ist, so dass insbesondere das Deformationselement (3) vollständig mit dem Biegeträger (2) stoff- schlüssig verbunden ist.

Nicht dargestellt sind Mittel, mit denen die Stoßfängervorrichtung (1), vorzugsweise lösbar, an eine nicht dargestellte Vorderwagen- und/oder Hinterwagenstruktur einer Fahrzeugkarossiere anbindbar ist.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen beschränkt, sondern die einzelnen Merk- male sind, soweit möglich, beliebig miteinander kombinierbar. Auch anders gestaltete Biege- träger und/oder Deformationselemente, die in ihrer Längserstreckung in ihrer Breite und/oder Höhe variieren können, können verwendet werden, wobei der Biegeträger seine Querschnitts- form bzw. Grundstruktur im Wesentlichen beibehält, und das Deformationselement (3, 3‘) eine geschlossene wie auch offene Querschnittsform bzw. Grundstruktur aufweisen kann.