保险杠组件的制作方法

1.本发明涉及一种具有权利要求1的特征的保险杠组件。


背景技术：

2.本发明涉及一种保险杠组件，其具有横梁并且两个用于设置在横梁的端部区段与机动车、尤其是轿车的纵梁之间的变形元件(碰撞盒)。横梁实施成具有前壁、后壁、上壁和下壁的空心型材。空心型材可作为带有单腔或多腔横截面的挤出成型件来制造(ep2325058a2)。这种符合标准地在机动车中安装在前侧和后侧上用于吸收小碰撞的碰撞能量的保险杠系统必须满足不同的要求和碰撞情形。横梁应当是轻的且弯曲刚性的，从而碰撞力可被引入到变形元件中。同时，横梁的弯曲刚度不要太高，以致在较高速度的碰撞的情况下具有所需的柔韧性，以便通过横梁的变形吸收能量。同时，横梁在点状载荷高的情况下不会不受控制地折弯或者甚至从碰撞盒上扯下。


技术实现要素：

3.本发明的任务在于，提出一种保险杠组件，其中横梁既具有高的刚度，以便更好地满足在低速碰撞试验时的要求，但同时具有必要的柔韧性，以便在较高的碰撞速度时更好地满足试验要求。
4.所述任务在具有权利要求1的特征的保险杠组件中得以解决。
5.从属权利要求涉及本发明的有利的进一步改进方案。
6.根据本发明的保险杠组件包括横梁和两个变形元件(碰撞盒)。碰撞盒设置在机动车的纵梁与横梁的端部区域之间。横梁实施成空心型材。尤其是涉及挤压的单室或多室型材。尤其是涉及单室型材。空心型材具有基本上矩形的横截面，并且具有前壁、后壁、上壁和下壁。在前壁中设置有深的凹槽。该凹槽在横梁的纵向方向上延伸。该凹槽朝向后壁定向并且具有最深的区域，该最深的区域与后壁间隔开距离地延伸。在上壁和下壁中，在端部区域中分别设置有至少一个另外的凹槽。所述另外的凹槽也在横梁的纵向方向上延伸。前壁中的凹槽优选朝向端部区段的外端部敞开。
7.上壁和下壁中的另外的凹槽实现上壁和下壁在端部区域中比在横梁的中间区域中更强地弯曲。由此，在前壁与后壁之间的距离在端部区域中比在横梁的中间区域中小。换句话说，横梁的在机动车纵向方向上所测得的深度在端部区段中更小，因为前壁离后壁更近。
8.通过减小前壁与后壁之间的距离，凹槽的最深的区域到后壁的距离在端部区域中更小。这种减小对变形曲线有显著的影响。如果横梁在其端部区域中太容易变形，例如因为其上壁和下壁折弯，则这导致碰撞盒仅在时间上延迟地变形。所述时间延迟可以在力-位移图中导致力-位移曲线的下降，在该力-位移图中绘制出关于进入到机动车中的侵入深度的变形所需的力。因此，作为力
×
位移的乘积的最大允许的力和由此产生的变形功不能被优化地利用。本发明的任务在于，在横梁的变形结束之前的提早时刻使碰撞盒变形。为此，碰
撞盒的区域可以设有触发器，例如设有使碰撞盒在碰撞时较软的(anprallweicher)结构。然而，根据本发明选择了不同的或附加的方式。前壁中的凹槽是用于碰撞盒的触发器。因此，该凹槽在变形元件的区域中、也就是说在横梁的位于上游的端部区域的区域中特别深。在前壁与后壁之间的距离有针对性地这样调设，使得凹槽的最深区域在碰撞时提早接触横梁的后壁。同时，端部区域必须是相对可屈服的，这通过上壁和下壁的较大曲率实现。另外，凹槽比上壁和下壁更弯曲刚性地配置，以便能够将来自前壁的碰撞力经由凹槽传递到后壁中。通过经由凹槽到后壁中的所述负载路径，碰撞盒提早地以较高的碰撞力受载，从而使得变形元件提早地开始变形。结果这导致：力-位移-特性曲线具有更小的力下降，因为横梁的能量吸收与变形元件的能量吸收重叠。这意味着，在较小的侵入深度的情况下可以执行更多变形功或者说在不增大侵入深度的情况下可以吸收更大的碰撞力。
9.根据本发明的保险杠系统的另一个优点也归因于在上壁和下壁中的凹槽。所述凹槽设置在端部区域中，以便在那里使上壁和下壁更强地弯曲。由此，中间区域表现得比端部区域更弯曲刚性。所述凹槽在不是在碰撞盒区域中发生的碰撞中而是在横梁的中间区域中发生的碰撞中部分地被压缩。同时，相同的凹槽在外端部区域中、即在横梁的自由端部上导致上壁和下壁可被拉伸，从而使前壁与后壁之间的距离增大。该凹槽的能够一次补偿压力应力和一次补偿拉应力的这些特性能够实现横梁围绕变形元件的内部前边缘、即围绕碰撞盒的朝向车辆中心纵向轴线的区域旋转。横梁的端部在所述负载情况中被加宽，而端部区域的位于更内部的区段被压缩。这两者又有助于能量消耗。
10.因此，端部区段具有相对高的可屈服性。一方面，为了在变形元件的区域中发生碰撞时使深的凹槽提早接触后壁并且由此使碰撞盒开始变形。另一方面，在另一种负载情况下应该能够实现上述的转动运动，其中横梁的外端部被加宽并且端部区域的朝向过渡区域设置的区段被压缩。
11.所述横梁优选是挤压型材、尤其是单室型材。端部区域中的凹槽事后通过被挤出的型材的变形来制造。可行的是，前壁中的凹槽最后借助挤出来制造。可以事后加深所述凹槽。
12.优选地，前壁中凹槽由制造决定地具有在保险杠组件的整个长度上保持不变的横截面。横梁可以与机动车的前端的配置相匹配地弧形地延伸，其中，横梁的凹形侧分别朝向车辆的中心。与横梁的弧形延伸的后壁相匹配地，变形元件具有前侧，所述前侧与横梁的后壁的定向相匹配。变形元件可以与横梁的高度相匹配或者构造得更低。但它们也可以高于横梁并且在上方和/或下方超出或包围该横梁。
13.本发明包括所述挤压型材是多室型材。然而在这种情况下，在端部区域中可能的内壁应被移除，使得凹槽的最深区域在端部区域中与后壁间隔开所述距离地延伸。所述凹槽在端部区域中起初、也就是说在碰撞之前不应与后壁接触，但是具有这样的深度，该深度能够实现在前壁与后壁或者说连接的碰撞盒之间的提早的力传递。
14.前壁中的凹槽在端部区段的区域中特别的意义。重要的是在端部区段的区域中到后壁的距离较小。在横梁的中间区域中，所述距离较大。由此，横梁在中间区域中比在端部区域中具有更高的弯曲刚度。这样构造的横梁的效果是，在横梁与变形元件之间正好不存在非常耐碰撞的连接，而是允许变形并且应当能够在碰撞盒的区域中实施转动运动的横梁。应有针对性地使横梁的最外的端部伸展，而横梁在碰撞盒的相互面对的内侧上被压缩。
通过在旋转时的变形吸收更多的能量并且将更小的力引入到变形元件中。同时，由于在上壁和下壁中的可屈服的凹槽，所述材料不会过载。不仅在横梁的区域中而且在变形元件的区域中都可以避免折断。以这种方式又可以使用较短的碰撞盒。由此，可以降低该组件的总重量以及结构体积。这些优点是提早的、高能量吸收的结果。这又是变形元件提早地受载的结果。在前壁中没有凹槽的情况下，在变形元件变形之前横梁可完全变形。因此，本发明的优点还归因于在端部区段中的更强凹槽化的上壁和下壁。上壁和下壁的更强的凹槽化可以在有针对性地被调设的额定变形的意义上在所述区域中来理解，该额定变形在端部区域中比在中间区域中更容易实现。
15.在本发明的一种进一步改进方案中，前壁中的凹槽尤其是具有梯形的横截面。该凹槽应具有这样的构造，即其可实现将来自碰撞的力尽可能早地引入到碰撞盒中。梯形横截面的优点是，横截面的侧边、即凹槽的上壁和下壁可以几乎垂直于前壁。这意味着，碰撞力可以通过这些壁直接被引入到凹槽的最深的区域中并且因此被引入到横梁的后壁中。深的凹槽同时提高了保险杠组件的弯曲刚度。因此，所述凹槽优选具有如下深度，该深度大于横梁的在机动车纵向方向上所测得的深度的50％。该凹槽整体上可以具有保持不变的深度。由于横梁在端部区域中的深度减小，由凹槽所占据的总深度的部分相应地较大。被看作特别有利的是，前壁的凹槽在端部区域的区域中具有如下深度，该深度大于横梁的在机动车纵向方向上所测得的深度的75％、尤其是横梁的在端部区域中所测得的深度的75％。
16.附加地，凹槽应当具有在机动车高度方向上所测得的如下高度，该高度优选在横梁的高度的25％至50％上延伸。横梁的高度通过在中间区域中的上壁和与下壁之间的外部距离来限定。横梁可以附加地在上壁和下壁上具有法兰，例如用于将横梁固定在变形元件上。以相同的方式也可以在前壁的区域中向上和/或向下设置局部或连续的法兰，该法兰在高度上突出超过上壁或下壁。在不具有在其整个长度上恒定的高度的横梁中，关于凹槽的高度或深度的说明基于在各端部区域或中间区域中的算术平均高度。
17.被看作有利的是，前壁的凹槽与后壁之间的距离处于5mm至10mm的范围内。由此可以承受较小的负载，而碰撞盒不会变形。如果负载增加，则凹槽用作耐碰撞的触发器，以便将力经由后壁提早地引入到碰撞盒中。
18.被看作有利的是，具有凹槽的前壁具有比变形元件的壁更大的壁厚。所述力应经由前壁传递。前壁以及前壁上的凹槽在此应尽可能不会非常早地变形，至少在将力引入到变形元件中之前不会变形。厚度比(前壁、变形元件)优选位于大于1.5的范围内。例如，变形元件具有最大2.4mm的壁厚的待变形的壁，而前壁具有4mm的壁厚。
19.特别优选的是，对于变形元件和横梁也使用不同的材料或金属合金、尤其是不同的铝合金。0.2％屈服强度rp0.2对于横梁优选为至少300mpa并且对于碰撞盒为至少240mpa。
20.附加地，可以在碰撞盒中设置有例如以开口或凹槽形式的触发器。触发器辅助碰撞盒的受控制的且均匀的变形。尤其是，碰撞盒的上壁和下壁可以设计成更弯曲柔性的，因为横梁的上壁和下壁通过在那里所引入的凹槽在端部区域中在更容易屈服的意义上也比横梁的中间区域更软，在该中间区域中在前壁中凹槽设置用于碰撞力的力传递。
21.在中间区域与外部的端部区域之间分别存在一个横梁的过渡区域。横梁的深度在过渡区域中改变，因为要减小凹槽与后壁的距离。这通过塑性成型实现。在此，后壁在过渡
区域中尤其是应比前壁更强地弯曲。前壁的走向通常由机动车的前部或尾部轮廓确定。后壁中较强的弯曲导致在该区域中形成s形弯曲部。
22.通过前壁中的凹槽的尽可能统一的横截面，可以成本有利地制造根据本发明的横梁。优选的是，在后壁与凹槽的最深区域之间的距离至少在端部区域中出于碰撞技术的原因尽可能小并且尤其是处于横梁的中间区域内和在机动车的纵向方向上所测得的横梁深度的5mm至最大30％之间的范围内。从碰撞技术的角度来看，该距离特别优选在5mm至最大20mm之间。由制造技术或挤出技术决定地，在没有后续的压制成形的情况下小于10mm的距离比更大的距离更难实现，从而该距离优选为10mm至20mm。通过再挤压可以实现较小的值，因为端部区域本来就在压机中被冲压。
23.前壁中的凹槽的深度优选为至少15mm。在上壁和下壁中的凹槽优选具有5至10mm的深度。具有较小深度的凹槽也可以在保险杠组件的整个长度上在上壁和下壁中延伸，但它们在中间区域中具有明显较小的深度。优选地，所述上壁和下壁基本上是直的。
24.端部区段具有在行驶方向上所测得的比横梁的中间区域更小的深度。端部区段例如可以被压缩5mm至10mm。上壁和下壁应该具有不大于4.5mm至5mm的壁厚，以便在横梁的中间区域中实现足够的弯曲刚度。通过在那里附加地引入的凹槽减小了端部区段中的弯曲刚度。
附图说明
25.下面借助在仅示意性的附图中示出的实施例来详细阐述本发明。
26.附图中：
27.图1以俯视图示出保险杠组件；
28.图2以俯视图示出保险杠组件的端部区域；
29.图3以透视图示出保险杠组件的端部区域；
30.图4示出在碰撞之前横梁的端部区域的剖面图；
31.图5示出在碰撞期间横梁的端部区域的剖面图；
32.图6示出在碰撞期间的力-位移图；
33.图7以俯视图示出另一种碰撞情况，以及
34.图8以在一个端部区域上的透视图示出图7的碰撞情况。
具体实施方式
35.图1示出具有由被挤出的空心型材构成的横梁2的保险杠组件1。横梁2具有端部区域3、4，横梁2通过所述端部区域固定在变形元件5、6上。变形元件5、6(碰撞盒)设置用于固定在未进一步示出的机动车的纵梁7、8上。横梁2略微弯曲。其凹形的背侧朝向车辆中心。其凸形的前侧背离车辆。笛卡尔坐标系示出接下来所参考的x、y和z方向。x方向沿未详细示出的车辆的纵向方向指向。横梁2的深度t1在x方向上测量。高度h1(图4)在z方向上测量。横梁2的纵向方向指的是沿横梁2的纵向轴线的走向。这基本上是指在y方向上的走向。在这种意义上，前壁9和后壁10在横梁2的纵向方向上以及上壁11和下壁12(图3)彼此平行地延伸。
36.从图1的示图中可看出，横梁2具有中间区域13。在该区域13中，横梁2的横截面是恒定的。在中间区域13处在朝向两个端部的方向上分别衔接有一个过渡区域14、15。紧接过
渡区域14、15的是端部区域3、4。横梁2关于其中间横向平面mqe构造成基本上镜像对称的。不同之处主要在于，在右端部区域4中设置有用于牵引装置的贯穿口。在该意义上，减振元件5、6也基本上是对称的。仅通过将牵引装置与纵梁8连接的必要性实现匹配，变形元件6在该纵梁的上游。
37.图2以放大的示图示出横梁2的其中一个端部区域3。端部区域3比过渡区域14宽。然而，在x方向上所测得的横梁2的深度t2小于在中间区域中的深度t1。深度t1在过渡区域14中减小。在过渡区域14中，前壁9的走向略微更强地弯曲，其中，前壁9的走向在变形元件5的区域中基本上直线地延伸。后壁10在中间区域13中以及在端部区域3中平行于前壁9延伸。与此的偏差仅存在于过渡区域14中。在该区域中，后壁10呈s形地弯曲并且从中间区域13朝向端部区域3略微靠近前壁9。这种走向通过端部区域3和过渡区域14的塑性变形产生。
38.变形元件5具有用于固定在机动车上的法兰板18。代替法兰板，变形元件也可以实施成能插入到机动车的纵梁中并且能拧紧在纵梁上。变形元件5的前侧19不是平行于法兰板18延伸，而是匹配于横梁2的后壁10的走向。变形元件5的前侧19和横梁2的后壁10相互固定连接。
39.图3以透视图示出横梁2的横截面。横梁2在其前壁9中具有凹槽20。该凹槽在横梁2的整个长度上延伸。该凹槽涉及一种敞开的凹槽，因为该凹槽也延伸穿过端部区域3、4并且朝向横梁2的最外的端部敞开。凹槽20具有带有最深的区域21的梯形横截面。所述最深的区域21平行于后壁10延伸。凹槽20的最深的区域21距离后壁8比距离前壁9更近。
40.从图3的图示中可看出，从最深的区域21到后壁10的水平距离d1(图4)是相对小的。该距离在端部区域3的区域中处于5mm至10mm之间的数量级中。与此对应地，凹槽20是相对深的。凹槽20的凹槽深度t3大于在在机动车的纵向方向、即x方向上所测得的横梁2的深度t1的50％。图4的剖切面位于横梁2的端部区域3中。
41.凹槽20的高度h2相对于在上壁11和下壁12之间从外部测量的横梁2的高度h1也是相对大的。高度h2从最深的区域21朝向凹槽20的入口、即朝向前壁9增大，因为上部凹槽壁22和下部凹槽壁23略微倾斜。此外，上部凹槽壁22和下部凹槽壁23直线地延伸。由此，高度h2在前壁9的区域中在横梁2的高度h1的25％至50％上延伸。
42.凹槽20的大的凹槽深度t3实现：在碰撞到前壁9上的情况下最深的区域21提早与后壁10接触。图5示出这种碰撞的提早时刻。在此，具有上部和下部凹槽壁22、23的凹槽20或最深区域21要表现得相对刚性，而上壁11和下壁12要是可屈服的。出于这个原因，在上壁11中设有一个另外的凹槽24。在下壁12中也设有相应的凹槽25。图3示出，所述凹槽24、25朝向横梁2的自由端部敞开。所述凹槽24、25处于端部区域3、4中并且在过渡区域14、15中开始。所述凹槽24、25通过端部区域3、4的变形来制造，而后壁10朝前壁9的方向移动。在此，所述凹槽24、25向内指向、也就是说指向前壁9中的深的凹槽20。从图3的图示中清楚的是，在上壁11的中间区域13中也存在凹槽24a。然而，该凹槽24a是非常平坦的，使得上壁11以及相同设计的下壁12可以被认为是基本上直线地或伸展的。结果是，上壁11的凹槽和由此产生的弯曲部以及下壁12的凹槽，在端部区域3、4中由于较深的凹槽24、25比在中间区域13中更大。
43.图5示出在凹槽20的最深的区域21接触后壁10之后不久的时刻根据图4的剖面图。后壁10应有针对性地变形，从而继续到变形元件中的变形(在这里未详细示出)中。因此，该
凹槽20用作变形元件的触发器，以便在横梁2的端部区域3、4的变形结束之前已经开始变形元件的变形。从该示图中可看出，在此凹槽24、25与前壁9中的深的凹槽20不同地变形。
44.图6示出力-位移图，其中绘制出在碰撞时关于侵入深度而言的在变形时出现的力。附加地示出左侧的保险杠附接件的剖面图。采用与上述实施例相同的附图标记。在碰撞的早期时刻，测试体26首先仅使横梁2的端部区域变形，其中，凹槽20以其处于深处的区域21碰撞在后壁10上。后壁10在其中间的高度区域中变形，从而引入变形元件的变形。借助曲线的走向可看出，直至达到最大侵入深度为止出现相对恒定的力变化曲线。在图平面中右边示出模拟：在达到最大侵入深度时凹槽20相对远地侵入到变形元件6中。变形元件6这样变形，使得横梁2以其端部区域在变形元件6的中间的高度区域中比在变形元件6的上部的和下部的高度区域中更深地侵入到变形元件6中。这种侵入实现：变形元件6通过变形提前耗散碰撞能量，而横梁2的端部区域还没有完全变形。
45.图6示出低速时的碰撞，而图7和图8示出另一种负载情况。测试体27作用在机动车的中间区域中。碰撞速度高。由此，在碰撞盒的区域中形成横梁2的两个变形区域。在用“压缩”标记的区域28中，由于上壁11和下壁12中的凹槽24、25而出现横梁2的压缩。在区域28中的凹槽24、25防止在横梁2中的裂纹。所述材料在那里表现为可屈服的。同时，由于转矩m1将拉力施加到横梁2的最外部的端部区域29上。所述区域用“张拉”标记。所述拉力导致该区域扩张。
46.从图8的透视图中可看到，上壁11和下壁12中的凹槽24、25由于碰撞而伸展。所述凹槽24、25在一定程度上用作伸缩缝，以防止横梁2在特别高的转矩m1下从变形元件6上扯下。如果横梁2在区域29中从变形元件6上扯下，则在端部区域3中不能吸收变形能量。这将仅发生围绕区域28的旋转。因此，在上壁和下壁11、12中的凹槽24、25根据碰撞情形具有双重功能。
47.附图标记
[0048]1ꢀꢀꢀꢀ
保险杠组件
[0049]2ꢀꢀꢀꢀ
横梁
[0050]3ꢀꢀꢀꢀ
2的端部区域
[0051]4ꢀꢀꢀꢀ
2的端部区域
[0052]5ꢀꢀꢀꢀ
变形元件
[0053]6ꢀꢀꢀꢀ
变形元件
[0054]7ꢀꢀꢀꢀ
纵梁
[0055]8ꢀꢀꢀꢀ
纵梁
[0056]9ꢀꢀꢀꢀ
2的前壁
[0057]
10
ꢀꢀꢀ
2的后壁
[0058]
11
ꢀꢀꢀ
2的上壁
[0059]
12
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2的下壁
[0060]
13
ꢀꢀꢀ
2的中间区域
[0061]
14
ꢀꢀꢀ
13的过渡区域
[0062]
15
ꢀꢀꢀ
13的过渡区域
[0063]
18
ꢀꢀꢀ
5的法兰
[0064]
19
ꢀꢀꢀ
5的前侧
[0065]
20
ꢀꢀꢀ
凹槽
[0066]
21
ꢀꢀꢀ
20的最深的区域
[0067]
22
ꢀꢀꢀ
上部凹槽壁
[0068]
23
ꢀꢀꢀ
下部凹槽壁
[0069]
24
ꢀꢀꢀ
3中11的凹槽
[0070]
24a
ꢀꢀ
13中11的凹槽
[0071]
25
ꢀꢀꢀ
12中的凹槽
[0072]
26
ꢀꢀꢀ
测试体
[0073]
27
ꢀꢀꢀ
测试体
[0074]
28
ꢀꢀꢀ
2的区域
[0075]
29
ꢀꢀꢀ
2的区域
[0076]
d1
ꢀꢀꢀ
21与10之间的距离
[0077]
h1
ꢀꢀꢀ
2的高度
[0078]
h2
ꢀꢀꢀ
20的高度
[0079]
mqe
ꢀꢀ
中间横向平面
[0080]
t1
ꢀꢀꢀ
13中2的深度
[0081]
t2
ꢀꢀꢀ
16中2的深度
[0082]
t3
ꢀꢀꢀ
20的凹槽深度
[0083]
x
ꢀꢀꢀꢀ
车辆的纵向方向
[0084]yꢀꢀꢀꢀ
车辆的横向方向
[0085]zꢀꢀꢀꢀ
车辆的高度方向