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Die
Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für Kraftfahrzeuge zur Aufnahme
von Stößen, insbesondere
auf die Front- und/oder die Heckseite eines Kraftfahrzeugs.
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Kraftfahrzeuge
weisen zur Aufnahme von Stößen auf
die Front- und/oder die Heckseite Querträger auf, die über Deformations-Körper mit
den Längsträgern verbunden
sind. Im Falle einer Kollision dienen die Deformations-Körper dazu,
die kinetische Energie des Kraftfahrzeugs möglichst gleichmäßig in eine
plastische Materialdeformation sowie in Wärme umzuwandeln. Nachteilig
bei bekannten Schutzvorrichtungen ist, dass bei einer mittigen Krafteinwirkung
auf den Querträger
im Falle eines Aufpralls, beispielsweise dem Auftreffen eines Pfahls,
hohe Kräfte auf
die Verbindungen zwischen den Deformations-Körpern und dem Querträger sowie
den Längsträgern wirken,
sodass es häufig
zu einem Reißen dieser
Verbindungen kommt. Dies hat zur Folge, dass die kinetische Energie
des Kraftfahrzeugs nicht wirkungsvoll von den Deformations-Körpern aufgenommen
wird, sodass es zu erheblichen Beschädigungen am Kraftfahrzeug kommt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine möglichst
einfache Schutzvorrichtung für
ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei der im Falle eines Aufpralls
der Verbund der Schutzvorrichtung erhalten bleibt und gleichzeitig
die Stoßenergie
wirkungsvoll absorbiert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Der
Kern der Erfindung besteht darin, dass zwischen dem Querträger und
den Deformations-Körpern
jeweils ein Verbindungs-Element vorgese hen ist, das zur Aufrechterhaltung
des Verbundes und zur teilweisen Absorption der Stoßenergie
dient. Das mindestens eine Biege-Element eines Verbindungs-Elements
ist mit dem ersten Befestigungsabschnitt mit dem jeweiligen Deformations-Körper und
mit dem zweiten Befestigungsabschnitt mit dem Querträger verbunden.
Die Verbindungen des ersten und zweiten Befestigungsabschnitts sind
im Wesentlichen linienförmig
ausgebildet und weisen voneinander den Abstand A auf. Zwischen dem
ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt ist, einstückig mit
diesen ausgebildet, der Soll-Biegeabschnitt angeordnet. Der Soll-Biegeabschnitt
liegt relativ zu dem Deformations-Körper und dem Querträger entlang
seiner Länge
L frei, wobei die Länge
L des Soll-Biegeabschnitts größer als der
Abstand A der Befestigungsabschnitte ist. Der Soll-Biegeabschnitt
ist beispielsweise in Form eines freiliegenden Bügels oder einer freiliegenden
Biegefalte ausgebildet. Durch die Verbindungs-Elemente, insbesondere
durch deren Biege-Elemente, wird erreicht, dass die im Falle einer
mittigen Krafteinwirkung auf den Querträger wirkenden Zugkräfte nicht zu
einem Reißen
des Verbundes der Schutzvorrichtung führen. Die Biege-Elemente stellen
beim Auftreten von Zugkräften,
insbesondere von Kraftspitzen zu Beginn eines Aufpralls, einen zusätzlichen
Deformationsweg bereit, sodass im Falle eines Aufpralls zunächst die
Biege-Elemente aufgebogen werden. Durch das Aufbiegen der Biege-Elemente
werden Kraftspitzen auf die Verbindungen der Schutzvorrichtung und
somit ein Reißen
dieser vermieden. Zusätzlich
nehmen die Biege-Elemente einen Teil der Stoßenergie auf. Durch das Aufrechterhalten
des Verbunds der Schutzvorrichtung ist sichergestellt, dass die
Stoßenergie
von den Deformations-Körpern
wirkungsvoll absorbiert wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Zusätzliche
Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
mehrerer Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Schutzvorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
vor einem mittigen Pfahlaufprall,
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2 einen
Querschnitt durch die Schutzvorrichtung entlang der Schnittebene
II-II in 1,
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3 einen
Querschnitt durch eine Schutzvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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4 einen
Querschnitt durch eine Schutzvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
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5 einen
Querschnitt durch eine Schutzvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
und
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6 einen
Querschnitt durch eine Schutzvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein
erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschrieben. Eine als Ganzes mit 1 bezeichnete
Schutzvorrichtung für
ein Kraftfahrzeug weist einen relativ zu einer Längs-Richtung 2 quer angeordneten
Querträger 3 auf,
der im Bereich seiner freien Enden 4 in Richtung des Kraftfahrzeugs gewölbt ist
und jeweils mit einem Verbindungs-Element 5 verbunden ist.
Jedes Verbin dungs-Element 5 ist wiederum mit einem sich
im Wesentlichen entlang der Längs-Richtung 2 erstreckenden
Deformations-Körper 6 verbunden,
der über
einen Befestigungsflansch 7 an einem sich in Längs-Richtung 2 erstreckenden
Längsträger 8 befestigt
ist. Zum Befestigen weist der Befestigungsflansch 7 mehrere Flansch-Bohrungen 9 auf,
durch die nicht näher
dargestellte Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben oder Nieten,
geführt
und mit dem Längsträger 8 verbunden
werden. In 1 ist zusätzlich zu der Schutzvorrichtung 1 ein
Pfahl 10 dargestellt, der einen relativ zu dem Querträger 3 mittigen
Aufprall andeutet.
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Bei
dem Querträger 3 handelt
es sich um ein stranggepresstes Hohlprofil aus Aluminium oder Stahl.
Der Querträger 3 weist
einen sich im Wesentlichen senkrecht zu der Längs-Richtung 2 erstreckenden äußeren Druckgurt 11 sowie
einen diesem gegenüberliegenden
und im Wesentlichen parallel zu diesem verlaufenden inneren Zuggurt 12 auf.
Der Druckgurt 11 und der Zuggurt 12 sind durch
einen Obergurt 13 und einen im Wesentlichen parallel zu diesem
verlaufenden Untergurt 14 zu einem einteiligen, umfangsseitig
geschlossen Hohlprofil mit im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt
miteinander verbunden. Es ist auch möglich, andere Profile für den Querträger 3 zu
verwenden, insbesondere Mehrkammerprofile oder zum Kraftfahrzeug
hin offene Profile. Der Querträger 3 ist
nach außen über seine Länge leicht
durchgebogen.
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Die
im Bereich der freien Enden 4 des Querträgers 3 angeordneten
Verbindungs-Elemente 5 weisen jeweils ein erstes Biege-Element 15 und
ein diesem relativ zu dem Querträger 3 gegenüberliegendes
zweites Biege-Element 16 auf,
die durch eine im Wesentlichen parallel zu dem Zuggurt 12 verlaufende
Verbindungsplatte 17 miteinander zu dem einstückigen Verbindungs-Element 5 verbunden
sind. Die Verbindungs-Elemente 5 sind relativ zu einer
mittig zwischen dem Obergurt 13 und dem Untergurt 14 und
parallel zu diesen verlaufenden Vertikaleebene spiegelsymmetrisch
und einstückig
aus Aluminium oder Stahl gepresst.
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Die
Biege-Elemente 15, 16 umfassen jeweils einen ersten
Befestigungsabschnitt 18, der an die Verbindungsplatte 17 angrenzt
und mit dem Deformations-Körper 6 verbunden
ist, und einen zweiten Befestigungsabschnitt 19, der mit
dem Obergurt 13 oder dem Untergurt 14 des Querträgers 3 verbunden ist.
Der erste Befestigungsabschnitt 18 weist von dem zweiten
Befestigungsabschnitt 19 einen Abstand A auf. Dieser Abstand
bezieht sich auf eine Schnittebene, die vertikal und parallel zur Längs-Richtung 2 verläuft. Zwischen
dem ersten und zweiten Befestigungsabschnitt 18, 19 ist
ein mit diesen verbundener Soll-Biegeabschnitt 20 angeordnet, der
relativ zu dem Querträger 3 und
dem Deformations-Körper 6 frei
liegt. Der Soll-Biegeabschnitt 20 hat einen
im Wesentlichen U-förmigen
Querschnitt und weist entlang des Profils eine Länge L auf, die ungefähr zweimal
größer als
der Abstand A der Befestigungsabschnitte 18, 19 ist.
Allgemein beträgt
das Verhältnis
von Länge
L zum Abstand A mindestens 2, insbesondere mindestens 3, insbesondere
mindestens 4. Weiterhin weist der Soll-Biegeabschnitt 20 relativ
zu dem Deformations-Körper 6 eine
Höhe H
auf. Das Verhältnis
von Länge
L zur Höhe
H ist mindestens 2, insbesondere mindestens 3, besonders bevorzugt
mindestens 5. Die Länge
L ist ungefähr
dreimal größer als
die Höhe
H. Der Querträger 3 ist
mit dem Obergurt 13 an dem zweiten Befestigungsabschnitt 19 des
ersten Biege-Elements 15 und mit dem Untergurt 14 an
dem zweiten Befestigungsabschnitt 19 des zweiten Biege-Elements 16 befestigt,
wobei der Querträger 3 derart
von den gegenüberliegenden Biege-Elementen 15, 16 umklammert
wird, dass der Zuggurt 12 gerade nicht an der Verbindungsplatte 17 anliegt.
Die zweiten Befestigungsabschnitte 19 der Biege-Elemente 15, 16 sind
mit dem Querträger 3 im Wesentlichen
verschweißt.
Es ist auch möglich,
die zweiten Befestigungsabschnitte 19 zu vernieten oder zu
verschrauben.
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Die
Deformations-Körper 6 weisen
jeweils eine sich in Längs-Richtung 2 erstreckende
Außenwand 21 und
eine im Wesentlichen parallel dazu verlaufende und gegenüberliegende
Innenwand 22 auf, die durch eine Oberwand 23 und
eine im Wesentlichen parallel dazu verlaufende Unterwand 24 zu
einem einteiligen, umfangsseitig geschlossenen Hohlprofil mit im
Wesentlichen rechteckigen Querschnitt miteinander verbunden sind.
Das Hohlprofil der Deformations-Körper 6 bildet jeweils
eine dem Verbindungs-Element 5 zugewandte erste Stirnwand 25 und
eine dem Befestigungsflansch 7 zugewandte zweite Stirnwand 26 aus.
Die erste Stirnwand 25 ist im Bereich der Oberwand 23 und
der Unterwand 24 mit den ersten Befestigungsabschnitten 18 der
Biege-Elemente 15, 16 und im Bereich der Außenwand 21 und
der Innenwand 22 mit der Verbindungsplatte 17 verschweißt. Die
erste Stirnwand 25 verläuft
im Wesentlichen parallel zu der Verbindungsplatte 17 und
den ersten Befestigungsabschnitten 18 sowie zu dem Zuggurt 12.
Die zweite Stirnwand 26 ist mit dem Befestigungsflansch 7 im
Wesentlichen mittig verschweißt.
Die Deformations-Körper 6 bestehen
aus Aluminium oder Stahl. Es ist auch möglich, andere Profile für die Deformations-Körper 6 zu
verwenden, insbesondere Rundprofile oder polygonale Profile.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise der Schutzvorrichtung 1 bei
einem Aufprall des Querträgers 3 mittig
gegen den Pfahl 10 beschrieben. Durch den Pfahl 10 wird
mittig auf den Querträger 3 eine Kraft
entgegen der Längs-Richtung 2 ausgeübt, sodass
der Querträger 3 im
Bereich zwischen den Deformations-Körpern 6 in Richtung
der Längsträger 8 bewegt
wird. Die auf den Querträger 3 einwirkende Kraft
wird über
die Verbindungs- Elemente 5 und
die Deformations-Körper 6 in
die Längsträger 8 abgeleitet.
Gleichzeitig kommt es aufgrund der Verbindung des Querträgers 3 mit
den Verbindungs-Elementen 5 im Bereich der freien Enden 4 zu
einer Hebelwirkung und infolge dessen zu einer Zugkraft auf die
Verbindungs-Elemente 5,
die im Wesentlichen in Längs-Richtung 2 wirkt.
Mit fortschreitender Bewegung des Querträgers 3 entgegen der
Längs-Richtung 2 während eines
Aufpralls kommt es zu einem Anliegen des Zuggurts 12 an
der Verbindungsplatte 17 im Bereich der Innenwand 22 der
Deformations-Körper 6.
Die Verbindungsplatte 17 wirkt somit im Bereich der Innenwand 22 als
eine Art Schwenkachse für
das jeweilige freie Ende 4 des Querträgers 3. Der Querträger 3 übt somit
auf die Verbindungs-Elemente 5 eine Zugkraft in Längs-Richtung 2 aus,
die zu einem Aufbiegen der Biege-Elemente 15, 16,
insbesondere deren Soll-Biegeabschnitte 20, in Längs-Richtung 2 führt. Durch
das Aufbiegen der Biege-Elemente 15, 16 ist der
Abstand A der jeweiligen ersten und zweiten Befestigungsabschnitte 18, 19,
vor allem im Bereich der Außenwand 21,
nach dem Aufprall größer als
vor dem Aufprall. Die Soll-Biegeabschnitte 20 stellen im
Falle eines Aufpralls einen zusätzlichen
Deformationsweg für
den Querträger 3 bereit,
sodass Kraftspitzen während des
Aufpralls gedämpft
werden und somit nicht zu einem Reißen der Verbindungen insbesondere
zwischen dem Querträger 3,
den Verbindungs-Elementen 5 und den Deformations-Körpern 6 führen. Das Verhältnis von
der Länge
L zu dem Abstand A stellt ein Maß für den zusätzlichen Deformationsweg dar. Die
Verbindungs-Elemente 6,
insbesondere deren Soll-Biegeabschnitte 20, stellen somit
den Verbund der Schutzvorrichtung 1 sicher, sodass die
Stoßenergie
wirkungsvoll in den Verbindungs-Elementen 5 und den Deformations-Körpern 6 absorbiert
wird.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 ein zweites
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten
dieselben Bezugszeichen, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen
Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche,
jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen
mit einem nachgestellten „a". Der wesentliche
Unterschied gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel
besteht in der Ausgestaltung des Soll-Biegeabschnitts 20a der Biege-Elemente 15a, 16a.
Der Soll-Biegeabschnitt 20a weist im Wesentlichen ein Profil
in Form eines halbierten Quadrats auf. Somit kann im Vergleich zu
dem ersten Ausführungsbeispiel
bei einer gleichbleibenden Länge
L des Soll-Biegeabschnitts 20a dessen Höhe H verringert oder bei gleichbleibender
Höhe H
dessen Länge
L vergrößert werden.
Eine geringere Höhe
H des Soll-Biegeabschnitts 20a erfordert weniger Bauraum, wohingegen
eine vergrößerte Länge L einen
größeren Deformationsweg
bereitstellt. Das Verhältnis
von der Länge
L zu der Höhe
H stellt ein Maß für den benötigten Bauraum
dar. Hinsichtlich der Funktionsweise wird auf die Ausführungen
zum ersten Ausführungsbeispiel
verwiesen.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 4 ein drittes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten
dieselben Bezugszeichen, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen
Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche,
jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen
mit einem nachgestellten „b". Der wesentliche
Unterschied gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel
besteht in der Ausgestaltung des zweiten Befestigungsabschnittes 19b und
des Soll-Biegeabschnitts 20b der Biege-Elemente 15b und 16b.
Die zweiten Befestigungsabschnitte 19b weisen im Vergleich
zum ersten Ausführungsbeispiel eine
Erstreckung entlang der Längs-Richtung 2 auf, die
im Wesentlichen doppelt so groß ist.
Die Verbindung zwischen dem Querträger 3 und den zweiten Befestigungsabschnitten 19b des
Verbindungs-Elements 5b wird dadurch verstärkt. Weiterhin
sind die Soll-Biegeabschnitte 20 derart entgegen die Längs-Richtung 2 gebogen,
dass das Verhältnis
von der Länge
L zu der Höhe
H des Soll-Biegeabschnitts 20b einen
Wert von größer 3 erreicht.
Das Verhältnis von
der Länge
L zu dem Abstand A weist einen Wert von größer 4 auf. Durch das Umbiegen
der Soll-Biegeabschnitte 20b wird ein großer Deformationsweg bei
gleichzeitig geringer Bauhöhe
der Soll-Biegeabschnitte 20b erzielt. Hinsichtlich der
Funktionsweise der Schutzvorrichtung 1b wird auf die Ausführungen zum
ersten Ausführungsbeispiel
verwiesen.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 5 ein viertes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten
dieselben Bezugszeichen, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen
Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche,
jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen
mit einem nachgestellten „c". Der wesentliche
Unterschied gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel
besteht in der Ausgestaltung der Soll-Biegeabschnitte 20c der Biege-Elemente 15c und 16c.
Die Soll-Biegeabschnitte 20c sind entlang der Längs-Richtung 2 jeweils
mäanderförmig ausgebildet.
Die mäanderförmige Ausbildung
umfasst drei im Profil U-förmige Windungen 27,
wodurch ein Verhältnis
von der Länge
L zu der Höhe
H des Soll-Biegeabschnitts 20c von größer 5 erreicht wird. Das Verhältnis der
Länge L
zu dem Abstand A weist einen Wert von größer 3 auf. Die mittleren Windungen 27 der
Soll-Biegeabschnitte 20c des ersten und zweiten Biege-Elements 15c und 16c liegen
an dem Obergurt 13 oder dem Untergurt 14 des Querträgers 3 an,
sind jedoch nicht mit diesem verbunden. Durch die mäanderförmige Ausbildung
der Soll-Biegeabschnitte 20c wird ein großer Deformationsweg
für den
Querträger 3 bei
gleichzeitig geringem Bauraumbedarf bereitgestellt. Hinsichtlich
der Funktionsweise der Schutzvorrichtung 1c wird auf die
Ausführungen
zu dem ersten Ausführungsbeispiel
verwiesen.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel
der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten
dieselben Bezugszeichen, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen
Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche,
jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen
mit einem nachgestellten „d". Der wesentliche
Unterschied gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel
besteht darin, dass die Verbindungs-Elemente 5d einstückig mit
den Deformations-Körpern 6d ausgebildet
sind. Die Biege-Elemente 15d und 16d sind jeweils
im Bereich ihrer ersten Befestigungsabschnitte 18d einstückig mit
dem jeweiligen Deformations-Körper 6d verbunden.
Eine Verbindungsplatte 17 zur Verbindung des ersten und zweiten
Biege-Elements 15d und 16d ist nicht vorgesehen.
Durch die einstückige
Ausbildung der Deformations-Körper 6d mit
den Biege-Elementen 15d und 16d der
Verbindungs-Elemente 5d ist eine kostengünstigere
Herstellung der Schutzvorrichtung 1d möglich. Hinsichtlich der Funktionsweise
wird auf die Ausführungen
zu dem ersten Ausführungsbeispiel verwiesen.