DE10039594A1 - Verfahrbare Struktur für ein Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Vorliegend wird eine verfahrbare Struktur, insbesondere eine Frontstruktur für ein Fahrzeug, die mittels eines Antriebes bei einem bevorstehenden kritischen Fahrzustand ausgefahren werden kann, beschrieben. Das Ausfahren erfolgt über ein mit einem Gewinde versehenes Verfahrelement. Das Verfahrelement ist dabei gleichzeitig zumindest teilweise auch als ein Crashelement ausgebildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufprallschutzeinrichtung für ein Fahrzeug nach der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.

Zur Erhöhung der passiven Sicherheit und zur Reduzierung von Wiederinstandsetzungskosten bei Unfällen mit relativ geringer Fahrzeuggeschwindigkeit weisen Fahrzeuge heutzutage Stoßaufnah­ mevorrichtungen, wie unter anderem Stoßfänger und Deformation­ selemente, auf, die bei einem Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis mit geringer Geschwindigkeit von ca. bis zu 10 km/h verformt werden, ohne dass dies Folgen für die Struktur der Ka­ rosserie oder eine Beschädigung anderer Bauteile des Fahrzeugs, wie z. B. der Beleuchtung, zur Folge hat. Die Höhe der absor­ bierbaren Energie hängt dabei von dem zulässigen Deformations­ weg und der Widerstandskraft der jeweiligen Stoßaufnahmevor­ richtung ab.

Aus der DE 41 13 031 A1 ist es bekannt, ein Stoßfängersystem mit einem ausfahrbaren, in Stoßrichtung federnd gelagerten Stoßfänger bereitzustellen. Der Stoßfänger wird vor oder wäh­ rend der Gefahrensituation um einen angemessenen Betrag ausge­ fahren. Ein derartiges System zeigt den Vorteil, daß es durch den Aus- und Einfahrmechanismus platzsparend aufgebaut ist, und bietet auch bei höheren Aufprallgeschwindigkeiten einen siche­ ren Schutz vor Beschädigungen des Fahrzeugs.

Das deutsche Gebrauchsmuster G 94 00 940 U1 beschreibt darüber hinaus eine Frontschutzanordnung für Lastwagen und Omnibusse, bei der eine Hydraulik vorgesehen ist, durch die eine mittels einer Schiene verschiebliche Stoßstange in Vorwärtsfahrtrich­ tung gesehen nach vorn ausfahrbar ist.

Auch aus der DE 44 29 755 ist eine ausfahrbare Stoßstange für Kraftfahrzeuge zur Minderung von Auffahrunfällen bekannt. Dabei ist eine Konstruktion aus Profilstahl vorgesehen, bei der die ausfahrbare Stoßstange durch Schenkelfedern unter Vorspannung steht und durch eine Verriegelung gehalten wird sowie mit dem Bremspedal verbunden ist. Bei einer Vollbremsung wird die Ver­ riegelung über einen Baudenzug oder hydraulisch oder auch elek­ trisch ausgelöst. Dadurch kann die Stoßstange blitzschnell aus­ fahren und den bevorstehenden Aufprall direkt aufnehmen. Dar­ über hinaus kann die Konstruktion über die hydraulische Ölbrem­ se gegebenenfalls optimal zurückgeführt werden. Durch die Dämp­ fungskräfte verkürzt sich dann die Knautschzone entsprechend oder sie wird sogar ganz aufgehoben.

Auch die DE 39 19 031 C2 beschreibt eine ausfahrbare Stoßauf­ nahmeeinrichtung mit einer völlig anderen Konstruktion. Dabei sind mindestens ein Paar sich kreuzender Druckstäbe zwischen einer Stoßstange und den Fahrzeuglängsträgern und mindestens ein Kraftregler angeordnet, wobei vorgesehen ist, dass die Druckstäbe aus einem runden Druckstab und einem U-Profil- Druckstab bestehen, die in der Mitte durch eine Welle gegenein­ ander drehbar verbunden sind und an den Enden der Druckstäbe drehbar mittels Zapfenreibungselementen befestigt sind. Diese Zapfenreibungselemente reiben auf Gleitflächen, die an einem stoßstangenseitigen und an einem fahrzeugseitigen Führungspro­ fil angeordnet sind, in deren Längsrichtung die Reibungselemen­ te zwangsgeführt werden. Weiterhin ist das Steuerseil in mehre­ ren Windungen um den runden Druckstab gewickelt, wobei die En­ den des Steuerseils mit dem U-Profil-Druckstab bzw. dem Kraft­ wegregler verbunden sind.

Aus der DE 43 37 325 C2 ist des weiteren ein aktiver, ausfahr­ barer Frontstoßfänger für Kraftfahrzeuge bekannt, der zu seiner Aktivierung die bei einem Bremsvorgang wirkenden Verzögerungs­ kräfte ausnutzt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufprallschutz­ einrichtung für ein Fahrzeug und dabei insbesondere für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die einen relativ geringen Bau­ raum im Fahrzeug erfordert und die ferner dazu geeignet ist, die passive Sicherheit der Fahrzeuginsassen noch weiter zu er­ höhen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Aufprallschutzein­ richtung der eingangs genannten Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Aufprallschutzeinrichtung hat bei einer Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 1, wonach mittels eines An­ triebes bei einem bevorstehenden kritischen Fahrzustand durch Verfahren einer Fahrzeugstruktur eine Vergrößerung der Knautschzone möglich ist, wobei das Verfahren über ein mit ei­ nem Gewinde versehenen Verfahrelement erfolgt und dabei das verwendete Verfahrelement zumindest teilweise auch als ein Crashelement ausgebildet ist, den Vorteil, dass zum einen durch das Ausfahren der Fahrzeugstruktur der Deformationsweg bei dem Kraftfahrzeug auf eine einfache Weise im Gefahrenfall verlän­ gert wird und zum anderen im als Crashelement ausgebildeten Teil des Verfahrelementes eine Erhöhung der möglichen Kraftauf­ nahme möglich wird.

Dabei wird das Material über die Deformationslänge des Verfah­ relementes beispielsweise faltenartig unter Verrichtung von Verformungsarbeit aufgeschoben, so dass zum einen über den ver­ längerten Deformationsweg und zum anderen durch die Bereitstel­ lung eines Aufprallenergie vernichtenden Crash-Elementes insge­ samt eine hohe Energieabsorption bei einem Unfall erzielt wer­ den kann.

Crash-Elemente sind aus dem Stand der Technik hinlänglich be­ kannt, so dass hier auf die mögliche Ausgestaltung solcher so­ wie ihrer möglichen Form nicht näher eingegangen werden soll.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den anhand der Zeich­ nung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt hierbei:

Fig. 1 eine schematische geschnittene Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Aufprallschutzeinrichtung; und

Fig. 2 eine räumliche Darstellung einer weiteren erfindungsge­ mäßen Aufprallschutzeinrichtung.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist schematisch eine Aufprallschutzein­ richtung 1, insbesondere für einen vorderen Fahrzeugbereich dargestellt, wobei hierbei eine vordere Fahrzeugstruktur, im folgenden auch Frontstruktur, verfahren werden soll, die mit­ tels eines Antriebes 2 in einem kritischen Fahrzustand, das heißt bei einer bevorstehenden möglichen Verunfallung, ausge­ fahren werden kann.

Das Ausfahren der Struktur erfolgt dabei über ein mit einem Ge­ winde 3 versehenes Verfahrelement 4. In Fig. 3 sind verschiede­ ne Ausführungsformen des Verfahrelements 4 dargestellt. Fig. 3a zeigt ein Verfahrelement 4, was aus einem Rohr besteht, bei dem die Hälfte mit einem Gewinde 3 versehen ist. Beide Bereiche des Verfahrelements 4 - sowohl der mit Gewinde 3 als auch der ohne Gewinde - weisen das gleiche Versagensverhalten auf. Dabei ist es möglich, das das Kraftniveau in den Bereichen ein anderes ist. Das in Fig. 3b dargestellte Verfahrelement 4 besteht aus einem Rohr, das über seine gesamte Länge mit einem Gewinde ver­ sehen ist. Das in Fig. 3c dargestellte Verfahrelement ist zwei­ teilig ausgeführt. Ein Teil ist ein Rohr mit einem Gewinde 3. Der andere Teil kann jedes geeignete Deformationselement sein.

Die beiden Teile sind in geeigneter Weise miteinander verbun­ den. In der Fig. 3c ist ein Rohr mit einem runden Querschnitt dargestellt. Es ist aber auch die Verwendung eines Rechteckroh­ res denkbar.

Entsprechend ist bei der gezeigten Ausführung das Verfahrele­ ment 4 im wesentlichen vollständig als ein Rohr ausgebildet ist, an dem das Gewinde 3 vorliegend als Außengewinde ausge­ formt ist, das sich entweder über die gesamte Länge oder auch nur über einen bestimmten Längsabschnitt des Verfahrelementes 4 erstreckt.

Gemäß der in der Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahrelement 4 nur teilweise ein Gewinde 3 auf. Insbesondere in diesem Fall sollte das Verfahrelement 4 derart ausgelegt sein, dass die Wanddicke über das gesamte Rohr, also über den gewindelosen Abschnitt wie den mit dem Gewinde verse­ henen Abschnitt einheitlich ist.

Eine solche Ausgestaltung ist auch in Fig. 1 auch gezeigt, wor­ in der Gewindeaußendurchmesser einen größeren Durchmesser als der Rohrdurchmesser des gewindefreien Abschnitts des Verfah­ relements 4 aufweist.

Der Fachmann, dem Rohre als Mittel zur Energieabsorption bei longitudinaler Deformation bekannt sind, wird darauf achten, dass bei der gezeigten bevorzugten Ausführungs das verwendete Rohr für die optimale Energieaufnahme beispielsweise durch Fal­ ten- und Beulenbildung hinsichtlich des Durchmessers, des Wand­ dicken-/Durchmesserverhältnisses und des verwendeten Materials entsprechend gestaltet ist. Alle diese Parameter sind dann wie­ derum auf die verschiedenen erfindungsgemäß verwendbaren Gewin­ dearten auszulegen und anzupassen.

Die verschiedenen Gewindearten können hierbei beispielsweise Feingewinde, metrische Gewinde, Zollgewinde, Trapezgewinde, Einfachgewinde und/oder auch Mehrfachgewinde darstellen.

Die Gewindetiefe und/oder die Anzahl der tragenden Gewindegänge des Gewindes sind bei der Erfindung immer so ausgelegt, dass die üblicherweise geforderte Crashlast ohne die Verwendung wei­ terer Verriegelungselemente abgestützt werden kann.

Um die Verfahrgeschwindigkeit des Verfahrelementes 4 beeinflus­ sen zu können, kann es dabei weiterhin vorteilhaft sein, wenn verschiedene Gewindevarianten mit unterschiedlicher Steigung und/oder mit mehreren Gewindegängen nebeneinander eingesetzt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Aufprallschutzeinrichtung 1, bei der eine Fahrzeugstruktur, und zwar hier insbesondere die Front­ struktur, erfindungsgemäß verfahren werden soll, kann es sich dabei beispielsweise um einen Querträger oder auch vorzugsweise um eine Stoßfängerverkleidung handeln.

An der Fahrzeugkarosserie sind dafür entsprechend ausgelegte Abstützungen vorgesehen, um das Versagensverhalten gezielt über die Frontstruktur einleiten zu können.

Gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird in einem kritischen Fahrzustand die Fahrzeugstruktur nach vorne verfah­ ren. Das Verfahrelement 4 ist dabei im Ruhezustand innerhalb der Aufprallschutzeinrichtung 1 angeordnet, für einen Betrach­ ter des Fahrzeugs von außen vorzugsweise kaum oder gar nicht sichtbar und das Verfahrelement 4 ist konstruktiv so ausgebil­ det, dass es durch die aus dem Stand der Technik bekannten Ver­ sagensarten Energie aufnehmen kann, d. h. beispielsweise durch Falten, Beulen und/oder auch progressives Crushing.

Gemäß der besonders bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 ist das Verfahrelement 4 teilweise innerhalb eines Längsträgers bzw. Fahrzeugseitenschwellers 5 angeordnet. In einem kritischen Fahrzustand bzw. einem bevorstehenden Crashfall wird dann die Fahrzeugstruktur ausgefahren.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann das Gewinde 3 idealerweise selbsthemmend ausgeführt sein. Es bedarf dann keiner zusätzlichen Verriegelungsmechanik, was so zu einem geringeren konstruktiven Aufwand führt. Dabei muß insbesondere bei der Verwendung von hohen Gewindesteigungen darauf geachtet werden, daß die Selbsthemmung gewährleistet bleibt. Eine solche Selbsthemmung des Gewindes 3 gewährleistet auch immer ein Feststellen des Verfahrelementes 4, wenn es nicht vollständig ausgefahren wurde. In dieser Situation steht nur ein Teil des Verfahrelements 4 als Deformationselement zur Verfügung. Falls das Gewinde 3 nicht selbsthemmend ausgeführt ist oder eine andere Art von Antrieb gewählt wurde, ist es not­ wendig, eine Verriegelungsvorrichtung vorzusehen, die das Ver­ fahrelement 4 in ausgefahrenem Zustand feststellt, so daß die­ ses im Falle eines Crashes Energie aufnehmen kann.

Das Verfahren des Verfahrelementes 4 erfolgt vorzugsweise der­ art, daß es reversibel durchgeführt werden kann. So kann die Fahrzeugstruktur nach einem unbeabsichtigten Ausfahren oder ei­ ner Fehlauslösung selbsttätig in die Ausgangsposition zurückge­ fahren werden. Dieser Vorgang kann auch beliebig oft wiederholt werden.

Das Verfahrelement 4 kann aus jedem dem Fachmann bekannten und für diesen Einsatzzweck geeigneten Material ausgebildet sein. Insbesondere wäre es auch denkbar, dass es aus mehreren ver­ schiedenen metallischen oder nichtmetallischen Materialien aus­ gebildet ist, wobei die aus den verschiedenen Materialien aus­ gebildeten Abschnitte separat gefertigt werden und beispiels­ weise mittels eines Flansches oder mittels Reibschweißen zusam­ mengefügt werden.

Als vorteilhafter Werkstoff für das Verfahrelement 4 hat sich metallisches Material erwiesen, vorzugsweise beispielsweise ein Stahl und/oder Aluminiumwerkstoff. Daneben wäre aber auch, wie schon erwähnt, die Kombination unterschiedlicher metallischer oder von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen durch­ aus möglich.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 7 ein Anschlussflansch der Aufprallschutzeinrichtung 1 und dabei insbesondere des Antriebs­ elementes 11 des Verfahrelementes 4 an einen Längsträger 5 dargestellt, wobei der Längsträger 5 seinerseits wiederum einen korrespondierenden Befestigungsflansch 8 aufweist.

An seinem dem Gewinde 3 abgewandten Ende ist das Crashrohr bzw. der gewindelose Teil des Verfahrelementes 4 über einen An­ schlussflansch 9 gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführung an eine Fahrzeugstruktur, wie beispielsweise einen Querträger 6 montiert. Der mögliche Verfahrweg des Verfahrelementes 4 ist bei dieser Einbausituation abhängig von der Gewindelänge des Gewindes 3 und auch den Bauraumverhältnissen innerhalb des Längsträgers 5. Der Verfahrweg bzw. die Verfahrrichtung ist in der Fig. 1 durch einen Pfeil 10 dargestellt.

Die Ausfahrarbeit des Verfahrelements 4 ist durch ein scheiben­ artiges Antriebselement 11 realisiert, das selbst an seiner Na­ be ein mit dem Gewinde 3 zusammenwirkendes Gewinde 12 aufweist. An dem Außendurchmesser des Antriebselementes 11 ist ein Keil­ wellenprofil vorgesehen, so daß der Antrieb 2 gemäß dem gezeig­ ten Ausführungsbeispiel durch einen Keilriemen erfolgen kann. Auf weitere Einzelheiten bezüglich des Antriebes wird in der Beschreibung zu Fig. 2 eingegangen.

Um eine exakte Führung des Gewindes 3 zu gewährleisten und das Verfahrelement 4 besser abzustützen, können darüberhinaus noch ein oder mehrere Führungselemente 13 vorgesehen sein, von denen in Fig. 1 eines exemplarisch dargestellt ist. Selbstverständ­ lich kann deren Anzahl je nach Länge des Gewindes 3 variieren.

Darüber hinaus können vorteilhafterweise zwischen dem Führungs­ element 13 und dem Antriebselement 11 mit Gewinde 12 auch noch Abstandshalter 14 zur besseren Stabilisierung vorgesehen sein.

In Fig. 2 ist nun eine erfindungsgemäße Aufprallschutzeinrich­ tung 1 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform in ei­ ner dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Dabei sind einander entsprechende Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Aufprallschutzeinrichtung 1 wird das Verfahrelement 4 mittels eines Antriebes 2, der in diesem gezeigten Ausführungs­ beispiel ein Keilriemen ist, und über ein Antriebselement 11, hier eine Antriebsmutter, die wiederum über den Keilriemen 2 mit der Antriebsriemenscheibe 15 in Wirkverbindung steht und die Antriebsriemenscheibe 15 selber wiederum durch einen An­ triebsmotor 16 angetrieben wird, angetrieben.

Darüber hinaus könnte jedoch der Antrieb 2 zum Verfahren des Verfahrelementes 4 selbst nicht nur über einen, wie in diesem Beispiel gezeigten Antriebsmotor 16 erfolgen, sondern ebenso mittels anderer oder auch zusätzlicher mechanischer, hydrauli­ scher oder pneumatischer Antriebskonzepte oder auch über Fe­ derelemente erfolgen.

Das Auslösen des Antriebs erfolgt dabei vorzugsweise über eine dem Fachmann aus dem Stand der Technik von anderen Anwendungen bekannte Pre-Crash-Sensorik, wie sie beispielsweise auch zum Auslösen von Überrollbügeln oder von Airbags verwendet wird. Diese Pre-Crash-Sensorik kann beispielsweise auch im Fahrzeug schon für andere Sicherheitseinrichtungen vorgesehen sein und jetzt hierfür mitverwendet werden.

Durch die Antriebsmutter 11 kann das Verfahrelement 4, wie auch schon mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde, verschieben bzw. verfahren.

Der Fig. 2 kann weiterhin entnommen werden, dass sich das Ver­ fahrelement 4 gemäß der gezeigten Ausführungsform in einem Ge­ häuse mit einem Führungsrohr 17 und dies selbst wiederum im Längsträger 5 befinden kann.

Darüber hinaus kann es bei dem Verfahrelement 4 auch vorteil­ haft sein, dass Triggermaßnahmen vorgesehen sind. Solche Trig­ germaßnahmen sollen dazu dienen, eine Kraftspitze bei einem eventuellen Versagensbeginn beispielsweise bei einem sehr star­ ken Unfall oder auch bei einem ungünstigen Aufprallwinkel zu verhindern. Das bedeutet, daß der Versagensbeginn durch solche Maßnahmen gezielt ausgelöst werden soll. Solche Triggermaßnah­ men sind dem Fachmann im allgemeinen beispielsweise aus der Verwendung bei metallischen Werkstoffen bekannt. Bei solchen Triggermaßnahmen könnte es sich beispielsweise um entsprechend angeordnete Bohrungen handeln.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit einer erfin­ dungsgemäßen Aufprallschutzeinrichtung 1 ein höherer Energieab­ bau bei einem Frontalunfall oder auch Offset-Crash erreicht werden kann, da das Produkt von Kraft und Weg durch die Verwen­ dung der Aufprallschutzeinrichtung 1 mit dem Verfahrelement 4 vergrößert werden kann. Zum einen wird nämlich durch das Aus­ fahren der Fahrzeugstruktur über das Verfahrelement 4 der zur Verformung verfügbare Weg vergrößert, und durch die Verwendung des Verfahrelements auch als Crashbox wird zum anderen die auf­ bringbare Kraft vergrößert. Wie vorteilhaft die erfindungsgemä­ ße Aufprallschutzeinrichtung 1 ist, wurde bei Versuchen heraus­ gefunden, worin sich zeigte, dass sogar bis zu einem Aufprall von 20 km/h keine Verformung des sich an die Aufprallschutzein­ richtung 1 anschließenden Fahrzeuglängsträgers 5 eintrat.

Claims (12)

1. Aufprallschutzeinrichtung, wobei mittels eines Antriebes bei einem bevorstehenden kritischen Fahrzustand durch Ver­ fahren einer Fahrzeugstruktur eine Vergrößerung der Knautschzone möglich ist, wobei das Verfahren über ein mit einem Gewinde versehenen Verfahrelement erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahrelement (4) gleichzeitig zumindest teilweise als ein Crashelement ausgebildet ist.

2. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrelement (4) zumindest teilweise als ein Rohr ausgebildet ist.

3. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahrelement (4) teilweise mit dem Gewinde (3) versehen ist.

4. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (3) selbsthemmend ausgebildet ist.

5. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie als ein Stoßfänger und/oder ein Querträger (6) aus­ gebildet ist.

6. Aufprallschutzeinrichtung Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahrelement (4) zumindest teilweise innerhalb eines Längsträgers (5) angeordnet ist.

7. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahrelement (4) aus mindestens zwei verschiede­ nen Materialien ausgebildet ist.

8. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahrelement (4) aus einem Stahl- und/oder Alumi­ nium-Werkstoff ausgebildet ist.

9. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verfahrelement (4) Triggermaßnahmen für eine ge­ zielte Versagenseinleitung vorgesehen sind.

10. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigung des Antriebes (2, 11, 15, 16) mittels einer elektrischen, mechanischen, hydraulischen, pneumati­ schen Komponente und/oder mittels Federelementen erfolgt.

11. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2) einen Keilriemen aufweist.

12. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausfahren des Verfahrelementes (4) über eine Pre- Crash-Sensorik ausgelöst wird.