DE10062689A1 - Deformationselement für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Steigerung der Deformationsbeständigkeit des Heckbereiches eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Deformationselement (1) für ein Kraftfahrzeug, das eine Form aufweist, die es erlaubt, das Deformationselement (10) in eine für ein Zubehör vorgesehene Aufnahmeöffnung (22) im Heckbereich des Kraftfahrzeugs anstelle des Zubehörs unterzubringen und Bewegungsenergie aufzunehmen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Deformationsbeständigkeit des Heckbereiches eines Kraftfahrzeuges, bei dem in die Aufnahmeöffnung (22) für das Reserverad ein Bewegungsenergie aufnehmendes Deformationselement (1) eingesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Deformationselement für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Steigerung der Deformationsbeständigkeit des Heckbereiches eines Kraftfahrzeuges.

Bei dem Aufprall eines Kraftfahrzeuges auf einen Gegenstand, wie beispielsweise eine Wand, oder beim Zusammenprallen zweier Kraftfahrzeuge wird die durch den Aufprall entstehende Bewegungsenergie auf das Kraftfahrzeug übertragen. Dort wird diese in Verformungsenergie umgewandelt. Um die Gesamtverformung eines Kraftfahrzeuges gering halten zu können, ist es bekannt, sogenannte Deformationselemente in einem Kraftfahrzeug zu verbauen, die einen hohen Betrag der Bewegungsenergie aufnehmen und diesen in Verformungsenergie umsetzen können. Diese Deformationselemente werden in der Regel in der Kraftfahrzeugstruktur, insbesondere dem Fahrzeuggestell verbaut. Bei diesen Deformationselementen ist aber eine Beschränkung bezüglich ihrer Aufnahmefähigkeit für Bewegungsenergie gegeben und zwar durch das Gewicht, den akzeptablen Deformationsweg sowie insbesondere die bei dem Fahrzeuggestell erforderliche Steifigkeit.

Für den Aufprall auf das Heck eines Kraftfahrzeuges ist bereits bekannt, den Fahrzeugrahmen im Heckbereich, d. h. insbesondere im Bereich des Kofferraums, so auszugestalten, dass dieser zumindest einen Teil der Bewegungsenergie aufnehmen kann. Es kommt aber bei solchen Fahrzeugrahmen in der Regel bei einem Aufprall gewisser Wucht zu einer vollständigen Deformation, d. h. Stauchung der Heckpartie des Kraftfahrzeuges.

Das in der Regel im Heckbereich eines Kraftfahrzeugs angeordnete Reserverad dient ebenfalls der Umwandlung von Bewegungsenergie in Verformungsenergie, da bei einem Aufprall auf den Heckbereich des Kraftfahrzeugs Bewegungsenergie durch die Verformung des Reserverads aufgenommen wird. In den meisten Ländern sind die Benutzer von Kraftfahrzeugen jedoch nicht dazu verpflichtet, ein Reserverad mitzuführen. Da das Reserverad relativ schwer ist, wirkt sich das Mitführen des Reserverads außerdem negativ auf den Kraftstoffverbrauch aus.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Deformationselement zu schaffen, das den Deformationsweg der Heckpartie bei gegebener Aufprallenergie verringert und gleichzeitig das Gewicht des Kraftfahrzeuges nicht unnötig steigert. Zudem soll das Deformationselement leicht einzubauen sein. Weiterhin soll durch die Erfindung ein Verfahren zur Erhöhung der Deformationsbeständigkeit des Heckbereichs eines Kraftfahrzeuges bereitgestellt werden, das keines größeren konstruktiven Eingriffs an dem Kraftfahrzeug bedarf.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Aufgabe gelöst werden kann, indem von einer in dem Kraftfahrzeug für ein Zubehör vorgesehenen Aussparung, die nicht für dieses Zubehör verwendet wird, Gebrauch gemacht wird.

Diese Aufgabe wird daher erfindungsgemäß durch ein Deformationselement für ein Kraftfahrzeug gelöst, das eine Form aufweist, die es erlaubt, das Deformationselement in eine für das Zubehör vorgesehene Aufnahmeöffnung im Heckbereich des Kraftfahrzeugs anstelle des Zubehörs unterzubringen und Bewegungsenergie aufzunehmen.

Als Deformationselemente werden im Sinne dieser Erfindung Elemente bezeichnet, deren Fähigkeit zur Energieumwandlung von Bewegungs- in Verformungsenergie durch geeignete Wahl der Abmessungen und des Materials des Elements gezielt eingestellt werden kann und mit denen eine höhere Energieumwandlung als beispielsweise mit einem für andere Zwecke ausgelegten Zubehörteil, wie einem Reserverad, erzielt werden kann.

Dadurch, dass das erfindungsgemäße Deformationselement somit von Aufnahmeöffnungen Gebrauch machen kann, die für Zubehör bereits in dem Kraftfahrzeug vorgesehen sind, kann der konstruktive Aufwand auf ein Minimum reduziert werden. Da die in dem Kraftfahrzeug bereits vorgesehenen Aufnahmeöffnungen in der Regel von Zubehör in Anspruch genommen werden, das ein gewisses Gewicht aufweist, kann bei geeigneter Wahl des Deformationselements das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeuges im Vergleich zu dem mit dem Zubehör bestückten Kraftfahrzeug gleich gehalten oder sogar verringert werden.

Das Deformationselement umfasst vorzugsweise ein Rohrteil mit rundem Querschnitt oder mindestens einen Abschnitt dieses Rohrteils, dessen Längsachse im im Kraftfahrzeug eingebauten Zustand vertikal verläuft.

Bei der Wahl eines Deformationselements, das ein Rohrteil mit rundem Querschnitt umfaßt, kann sichergestellt werden, dass das Deformationselement unabhängig von der Richtung des Aufpralls auf den Heckbereich des Kraftfahrzeuges zur Kraftaufnahme geeignet ist. Das Deformationselement wird unabhängig von dem Winkel des Aufpralls aufgrund seiner hohlen Struktur um einen gewissen Betrag verformt und kann so einen Teil der Bewegungsenergie gezielt in Verformungsenergie umsetzen. Daher können sowohl Belastungen von hinten, d. h. in der Längsachse des Kraftfahrzeuges, als auch Belastungen von hinten rechts oder hinten links, d. h. in einem Winkel zur Längsachse des Kraftfahrzeuges, zumindest zum Teil durch das Deformationselement aufgenommen werden.

Bei der Wahl eines Deformationselements, das mindestens einen Abschnitt dieses Rohrteils umfasst, wird insbesondere einem Aufprall mit einer bestimmten Aufprallrichtung entgegengewirkt. Gleichzeitig wird im Vergleich zu der oben genannten Alternative eine besonders leichte Ausführungsform erreicht.

Vorzugsweise kann bei einer Aufnahmeöffnung mit rundem Querschnitt der Durchmesser des Deformationselements geringfügig kleiner sein als der Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung, um einen Formschluss zwischen Aufnahmeöffnung und Deformationselement zu gewährleisten. Durch diesen Formschluss wird ein Verrutschen oder Herausspringen des Deformationselements aus der Aufnahmeöffnung, insbesondere im Fall eines Aufpralls, verhindert.

Vorzugsweise weist das Deformationselement einen Füllkörper auf. Durch einen solchen Füllkörper kann die Energieaufnahme des Deformationselements bereitgestellt oder weiter gesteigert werden.

Der Füllkörper kann mindestens zwei gerade Stege umfassen, die im eingebauten Zustand auf der oder parallel zu der Längsachse des Kraftfahrzeuges liegen. Diese Stege verleihen dem Deformationselement eine hohe Steifigkeit und sorgen bei einem Aufprall durch ihre Verformung für eine wirkungsvolle Energieaufnahme.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung bildet der Füllkörper einen Längsträger, der im im Kraftfahrzeug eingebauten Zustand mittig innerhalb der Aufnahmeöffnung angeordnet ist.

Zur weiteren Erhöhung der Energieaufnahme und der Steifigkeit kann das Deformationselement mindestens eine Verstärkungsstrebe aufweisen, die senkrecht zu den Stegen des Füllkörpers angeordnet ist und sich zwischen den Stegen erstreckt. Die Verstärkungsstrebe kann ein Auseinanderbiegen der Stege bei einem Aufprall in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges verhindern.

Außerdem kann die Energieaufnahme dadurch erhöht werden, dass mindestens in einem Bereich zwischen den mindestens zwei Stegen ein Füllstoff, insbesondere Aluminiumschaum, angeordnet ist.

Die Form des Deformationselements ist vorzugsweise so gewählt, dass es die vollständige Aufnahme des Deformationselements in die Aufnahmeöffnung für ein Reserverad erlaubt. Hierdurch kann der normalerweise für das Reserverad vorgesehene Raum für das Deformationselement genutzt werden. Der in der Regel über dieser Aufnahmeöffnung befindliche Kofferraum wird durch das Deformationselement nicht beeinträchtigt. Im Gegensatz zu einem Kraftfahrzeug, bei dem sich in dieser Aufnahmeöffnung das Reserverad befindet, wird zum einen das Gewicht des Gesamtfahrzeuges und damit der Kraftstoffverbrauch gesenkt und zum anderen kann die Energieaufnahmefähigkeit des Deformationselements, durch geeignete Wahl der Geometrie des Deformationselements gesteigert werden.

Das Deformationselement besteht vorzugsweise aus Aluminium, einer Aluminium-Legierung oder aus Stahl. Die Wandstärke kann zwischen 1,0 und 5,0 mm betragen. Während bei der Verwendung von Aluminium oder einer Aluminium-Legierung vorzugsweise Wandstärken zwischen 2,5 und 4,5 mm verwendet werden, sind bei Deformationselementen aus Stahl lediglich Wandstärken von 1 bis 2,5 mm erforderlich.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erhöhung der Deformationsbeständigkeit des Heckbereichs eines Kraftfahrzeuges, bei dem in die Aufnahmeöffnung für das Reserverad ein Bewegungsenergie aufnehmendes Deformationselement eingesetzt wird. Durch dieses Verfahren wird, zusätzlich zu anderen fest in dem Heckbereich verbauten Deformationselementen, eine Möglichkeit der Umwandlung von Bewegungsenergie in Verformungsenergie gegeben.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele darstellen, beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Deformationselements im eingebauten Zustand;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Deformationselement aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Deformationselements aus Fig. 1 und Fig. 2;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Deformationselements im eingebauten Zustand vor und nach einer Deformation;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Deformationselements im eingebauten Zustand; und

Fig. 6 eine Draufsicht auf das Deformationselement aus Fig. 5.

In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug mit geöffneter Heck- oder Kofferraumklappe dargestellt. Wie sich dieser Figur entnehmen lässt, ist in dem Boden 21 des Kofferraumbereichs eine Aufnahmeöffnung 22 in Form einer runden Vertiefung vorgesehen. Die Aufnahmeöffnung 22 befindet sich in der Mitte des Kofferraumbodens, d. h. sie ist zwischen den Längsseiten des Kraftfahrzeuges zentriert. Diese Anordnung der Aufnahmeöffnung 22 entspricht der Anordnung, die bei den meisten Kraftfahrzeugen üblicherweise für das Reserverad gegeben ist. In dieser Aufnahmeöffnung 22 ist ein Deformationselement 1 gemäß der Erfindung eingesetzt. Das Deformationselement 1 weist einen Durchmesser auf, der nur geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung 22 ist. So kann das Deformationselement 1 formschlüssig in die Aufnahmeöffnung 22 aufgenommen werden und ein Verrutschen des Deformationselements 1 ist nicht zu befürchten.

Wie sich insbesondere aus den Darstellungen in Fig. 2 und 3 ergibt, weist das Deformationselement 1 ein Rohrteil 11 auf, das hohl ausgestaltet ist und in dem zwei gerade Stege 12, die Sehnen des hohlen Querschnitts des runden Rohrteils 11 bilden, angeordnet sind. Diese Stege 12 liegen im eingebauten Zustand (vgl. Fig. 1) parallel zu der Längsachse des Kraftfahrzeuges. Die Stege 12 sind an ihren beiden Enden an der Innenseite des Rohrteils 11 befestigt. Zwischen den Stegen 12 sind zwei Verstärkungsstreben 13 senkrecht zu den Stegen 12 angeordnet. Diese Verstärkungsstreben 13 sind so angeordnet, dass sie den zwischen den Stegen 12 gebildeten Hohlraum in drei annähernd gleichgroße Bereiche unterteilen. Die Verstärkungsstreben 13 wie auch die Stege 12 verlaufen parallel zur Längsachse 14 des Rohrteils 11.

Das in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Deformationselement 1 kann, wenn es aus einem Aluminiumblech hergestellt ist, bei einer Wandstärke des Deformationselements 1 von 2,5 bis 4,5 mm ein Gewicht von etwa 7,0 bis 7,5 kg aufweisen. Dadurch lässt sich eine erhebliche Gewichtseinsparung gegenüber einem normalen 17"-Reserverad, das in der Regel ein Gewicht von etwa 23 kg aufweist, erzielen.

In Fig. 4 ist schließlich ein erfindungsgemäßes Deformationselement 1 im eingebauten Zustand vor und nach einer Deformation schematisch dargestellt. Hierbei zeigt sich, dass durch das Deformationselement 1 eine Blockbildung erfolgt ist, die eine Verringerung der Gesamtdeformation des Heckbereiches bewirkt. Das Deformationselement 1' hat einen gewissen Prozentsatz der Bewegungsenergie aufgenommen und in Verformungsenergie umgesetzt. Die nicht von dem Deformationselement 1' aufgenommene Bewegungsenergie wird auf einen Querträger 25 übertragen, der das Deformationselement 1 in der hier beschriebenen Ausführungsform stützt. Alternativ kann das Deformationselement 1 auch durch die Hinterachse des Kraftfahrzeugs abgestützt werden. Die Energieübertragung auf den Querträger führt in der Regel nicht dazu, dass der vor dem Kofferraum 21 angeordnete Bereich 24, in dem der Tank angeordnet sein kann, verschoben wird. Die in Fig. 4 dargestellte Position des Deformationselements 1' nach der Deformation gibt den Extremfall wieder.

Fig. 5 zeigt wiederum ein Kraftfahrzeug mit geöffneter Heck- oder Kofferraumklappe. In dem Boden 21 des Kofferraumbereichs ist eine Aufnahmeöffnung 22 in Form einer runden Vertiefung vorgesehen.

Das in diese Vertiefung eingesetzte Deformationselement 1 ist vergrößert in Fig. 6 dargestellt. Das Deformationselement 1 weist zwei gegenüberliegende Abschnitte 26 eines Rohrteils auf, die durch Stege 12 verbunden sind. Auch bei dieser Ausführungsform des Deformationselementes 1 liegen die Stege 12 im eingebauten Zustand parallel zu der Längsachse des Kraftfahrzeuges. Zwischen den Stegen 12 sind zwei Verstärkungsstreben 13 senkrecht zu den Stegen 12 angeordnet. Auf diese Weise unterteilen diese Verstärkungsstreben 13 den zwischen den Stegen 12 gebildeten Hohlraum in drei annähernd gleichgroße Bereiche. Durch weitere Stege in Form von aneinander gereihten Abdeckungen 27, wie sie sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Hinterseite des Deformationselementes 1 angebracht werden können, wird ein Längsträger gebildet. Der Raum zwischen den Stegen 12 kann mindestens in Bereichen mit Füllstoff, insbesondere Aluminiumschaum, gefüllt werden, um die Energie aufnehmende Wirkung des Deformationselementes 1 zu verstärken. Neben dem Längsträger kann das Deformationselement 1 weitere Stabilisierungsabschnitte aufweisen. Ein solcher Stabilisierungsabschnitt 28 ist in Fig. 5 dargestellt, während er in Fig. 6 nicht gezeigt wird.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.

Die Größe und Form des Deformationselements kann entsprechend der im Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden Aufnahmeöffnungen gewählt werden. Es ist z. B. möglich, ein Deformationselement entsprechend einer Aufnahmeöffnung auszulegen, die einen rechteckigen Querschnitt aufweist und in der im Normalfall neben dem Reserverad noch Werkzeug aufbewahrt werden kann. In diesem Fall kann das Deformationselement einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Auch dieses Deformationselement kann Öffnungen aufweisen, die vorzugsweise oben und unten liegen, d. h., dass eine Kraft, die durch einen Aufprall hervorgerufen wird, auf die seitlichen Wände des Deformationselements wirkt. Die Wahl eines runden Querschnitts ist allerdings bevorzugt. Insbesondere ist es bevorzugt, ein Deformationselement mit einem Durchmesser, der größer als die axiale Länge des Deformationselements ist, zu verwenden und dieses so in die Aufnahmeöffnung einzusetzen, dass dessen Längsachse vertikal verläuft.

In den dargestellten Ausführungsformen sind die Stege und die Verstärkungsstreben, die den Füllkörper bilden, so ausgestaltet, dass diese parallel zur Längsachse des Deformationselements verlaufen. Es ist aber auch möglich, diese Stege und Verstärkungsstreben in einem Winkel zur Längsachse in dem Deformationselement anzuordnen. Auch ist es möglich, mehr als die zwei dargestellten Verstärkungsstreben und Stege zu verwenden. Die Anzahl der verwendeten Verstärkungsstreben und Stege ist abhängig von der Materialwahl, der Wandstärke und der gewünschten Energieumwandlung.

Schließlich ist es auch möglich, das Deformationselement in der Aufnahmeöffnung zu befestigen. Hierzu können beispielsweise Befestigungsmittel an dem Deformationselement vorgesehen sein. Diese können Rastnasen oder Rastaussparungen umfassen, die mit einem entsprechenden Gegenstück, das in der Aufnahmeöffnung angeordnet ist, zusammenwirken können.

Claims (12)

1. Deformationselement (1) für ein Kraftfahrzeug, das eine Form aufweist, die es erlaubt, das Deformationselement (1) in eine für ein Zubehör vorgesehene Aufnahmeöffnung (22) im Heckbereich des Kraftfahrzeugs anstelle des Zubehörs unterzubringen und Bewegungsenergie aufzunehmen.

2. Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (1) ein Rohrteil (11) mit rundem Querschnitt oder mindestens einen Abschnitt (26) dieses Rohrteils umfasst, dessen Längsachse (14) im im Kraftfahrzeug eingebauten Zustand vertikal verläuft.

3. Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Aufnahmeöffnung (22) mit rundem Querschnitt der Durchmesser des Deformationselements (1) geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Aufnahmeöffnung (22), um einen Formschluss zwischen Aufnahmeöffnung (22) und Deformationselement (1) zu gewährleisten.

4. Deformationselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (1) einen Füllkörper (12, 13) aufweist.

5. Deformationselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (12, 13) mindestens zwei gerade Stege (12) umfasst, die im eingebauten Zustand auf der oder parallel zu der Längsachse des Kraftfahrzeuges liegen.

6. Deformationselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllkörper (12, 13) einen Längsträger bildet, der im im Kraftfahrzeug eingebauten Zustand mittig innerhalb der Aufnahmeöffnung (22) angeordnet ist.

7. Deformationselement nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (1) mindestens eine Verstärkungsstrebe (13) aufweist, die senkrecht zu den Stegen (12) des Füllkörpers angeordnet ist und sich zwischen den Stegen (12) erstreckt.

8. Deformationselement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einem Bereich zwischen den mindestens zwei Stegen (12) ein Füllstoff, insbesondere Aluminiumschaum, angeordnet ist.

9. Deformationselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Deformationselements (1) die vollständige Aufnahme des Deformationselements (1) in die Aufnahmeöffnung (22) für ein Reserverad erlaubt.

10. Deformationselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (1) aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung oder aus Stahl besteht.

11. Deformationselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Deformationselements (1) zwischen 1,0 und 5,0 mm liegt.

12. Verfahren zur Erhöhung der Deformationsbeständigkeit des Heckbereiches eines Kraftfahrzeuges, bei dem in die Aufnahmeöffnung (22) für das Reserverad ein Bewegungsenergie aufnehmendes Deformationselement (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche eingesetzt wird.