DE102005005107B4

DE102005005107B4 - Deformationselement

Info

Publication number: DE102005005107B4
Application number: DE200510005107
Authority: DE
Inventors: Jan Jansen
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2025-02-05
Also published as: WO2006081942A1; DE102005005107A1

Abstract

Deformationselement für den Frontbereich eines Kraftfahrzeuges, mit senkrecht zur Aufprallrichtung angeordneten Zylinderkörpern und/oder Kugeln, welche zumindest im Aufprallbereich hinter einer nachgiebigen Hülle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkörper (5)/Kugeln so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie bei einer lokalen Belastung zerstörungsfrei unter Verformung der Hülle (9) ausweichen, und dass bei einer großflächigen Belastung die Zylinderkörper (5)/Kugeln nur in geringem Umfang ausweichen und bei einer ausreichend großen Belastung zerstört werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Deformationselement für den Frontbereich eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Je nach Lastfall werden unterschiedliche Anforderungen an die Steifigkeit von Fahrzeugfrontstrukturen gestellt. Bei Auffahrunfällen und bei einem Aufprall eines Fahrzeuges auf ein festes Hindernis muss die Fahrzeugfrontstruktur eine relativ hohe Steifigkeit aufweisen, um bei den auftretenden hohen Kräften möglichst viel kinetische Energie umzuwandeln und damit Beschädigungen des Fahrzeuges zu verhindern oder zu reduzieren. Im Gegensatz dazu muss bei Unfällen mit Fußgängern die Fahrzeugfront wesentlich weicher sein, damit das Kraftniveau mit dem der Fußgänger – meist am Bein – getroffen und auf die Motorhaube geschleudert wird, möglichst niedrig ist.

Die vorbeschriebenen, gegensätzlichen Anforderungen an die Fahrzeugfrontstruktur werden derzeit dadurch erfüllt, dass eine sich bereits bei geringen Kräften verformende Struktur zwischen dem Stoßfängerüberzug und dem Stoßfängerquerträger des Fahrzeuges eingesetzt wird. Häufig finden dafür entsprechend ausgebildete Kunststoffschäume Verwendung, wie dies bspw. aus der DE 198 06 541 A1 bekannt ist. Der hinter diesen weichen Strukturen liegende Stoßfängerquerträger und die sich daran anschließenden Crash- oder Typschadenelemente weisen hingegen eine hohe Steifigkeit auf, damit in diesen Bauteilen bei einem Aufprall auf ein Fahrzeug oder festes Hindernis möglichst viel kinetische Energie umgewandelt werden kann.

Aus der DE 43 40 349 A1 ist ein gattungsgemäßes Deformationselement für den Frontbereich eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dort werden in einer Hülle aufgenommene keramische Hohlkörper unterschiedlichen Durchmessers und unterschiedlicher Wandstärke zur Energieumwandlung vorgeschlagen. Dabei ist die Anordnung der verschiedenen keramischen Hohlkörper so getroffen, dass im Frontbereich Hohlkörper mit relativ großer Wandstärke – gleichbedeutend mit einer großen Kraftaufnahme – eingesetzt werden. In Kraftrichtung nachfolgend finden dann keramische Hohlkörper mit großem Durchmesser bzw. einer geringen Wandstärke zur Erzielung eines größeren Weges bei niedrigem Kraftniveau Verwendung. Diese Anordnung ist ohne zusätzliche Maßnahmen nicht geeignet, das Verletzungsrisiko eines auf das Deformationselement aufschlagenden Fußgängers oder Zweiradfahrers zu reduzieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein Deformationselement zu schaffen, welches sowohl bei einem Fußgängerunfall, als auch bei einem Aufprall des Fahrzeuges auf ein anderes Fahrzeug oder ein festes Hindernis die zur Verfügung stehende Baulänge für beide Lastfälle ausnutzt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Deformationselement umfasst etwa senkrecht zur Aufprallrichtung angeordnete Zylinderkörper und/oder Kugeln, welche durch eine nachgiebige Hülle abgedeckt sind. Diese Zylinderkörper oder Kugeln sind so angeordnet und ausgebildet, dass sie bei lokalen Belastungen, insbesondere durch die Beine eines Fußgängers, im Wesentlichen zerstörungsfrei unter Verformung der Hülle ausweichen. Bei einer großflächigen Belastung hingegen, beispielsweise bei einem Aufprall des Fahrzeuges auf ein festes Hindernis, weichen sie nur in geringem Umfang aus bzw. werden bei einer ausreichend großen Belastung zerstört.

Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung wird mit einfachen Mitteln erreicht, dass sich das Deformationselement bei einem Unfall mit einem Fußgänger weich und bei einem Auffahrunfall oder Ähnlichem steif verhält. Der Bauraum für das Deformationselement wird dadurch im Sinne einer größtmöglichen Energieaufnahme optimal genutzt. Das Deformationselement wird sich bei einem Auffahrunfall mit einem hohen Kraftniveau bei einem maximalen Weg deformieren. Das Kraftniveau bei einem Unfall mit einem Fußgänger wäre hingegen niedrig.

Im Zusammenhang mit den vorstehenden Ausführungen ist ein charakteristisches Unterscheidungsmerkmal zwischen einem Fußgängerbein und einer Fahrzeugstruktur als die am meisten auftretende Struktur die jeweilige Breite. Die Belastungsfläche des Deformationselements ist bei einem Unfall mit einem Fußgänger geringer als bei einem Auffahrunfall. Daher wird der Fahrzeugbauraum bei Verwendung einer Struktur, deren Steifigkeit und damit deren Energieaufnahmevermögen von der Belastungsfläche abhängt, optimal genutzt. Man kann auch sagen, dass durch das erfindungsgemäße Deformationselement eine gezielte und von der Belastungsfläche abhängige, relative Widerstandskraft herbeigeführt wird.

Dieses Verhalten ergibt sich dadurch, dass die Zylinderkörper/Kugeln bei einer kleinflächigen Belastung ausweichen und so einen relativ geringen Widerstand erzeugen. Bei einer großflächigen Belastung hingegen kann dieses lokale Ausweichen nicht erfolgen, wodurch der Widerstand relativ gesehen größer ist.

Dadurch unterscheidet sich der Einsatz der vorgeschlagenen Zylinderkörper von bekannten Zylinderkörpern, insbesondere von Hohlzylindern. Diese sind nämlich stets in ihrer Position fixiert und dienen dazu, durch ihre Verformung oder Zerstörung Energie umzuwandeln.

Die vorgeschlagenen Zylinderkörper oder Kugeln können aus den verschiedensten Materialien hergestellt sein und bevorzugt Hohlzylinder oder Hohlkugeln bilden. Auch eine Kombination von Zylinderkörpern und Kugeln ist genauso denkbar, wie eine Kombination verschiedener Materialien oder Größen.

Auch für die Hülle können verschiedene Materialien eingesetzt werden. Bevorzugt ist die Hülle selber sehr weich und stellt bei ihrer Verformung keinen nennenswerten Widerstand dar. Demnach können bei einer lokalen Belastung die beweglichen Teile ausweichen und erzeugen nur einen geringen Widerstand, wodurch das Verletzungsrisiko des Fußgängers reduziert wir. Anders können hingegen bei einer größeren Belastungsfläche die beweglichen Teile nur teilweise bzw. gar nicht ausweichen. Die Struktur reagiert dadurch steifer.

Über die Größe, Masse, Steifigkeit, Form und den Reibungskoeffizienten der beweglichen Teile lässt sich die Steifigkeit in Abgängigkeit von der Belastungsfläche gut einstellen.

Bevorzugt können die Zylinderkörper/Kugeln eine die Reibung reduzierende Oberfläche aufweisen. So können die Zylinderkörper beispielsweise aus steifen Aluminiumröhrchen bestehen, die mit Teflon beschichtet sind.

Bevorzugt sind die Zylinderkörper senkrecht stehend angeordnet, so dass sie bei einer Krafteinwirkung seitlich ausweichen. Wenn die Hülle für das Deformationselement elastisch nachgiebig ist, dann kann sich das Deformationselement bei einem leichteren Aufprall reversibel verhalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen
1 in Schnittdarstellung das Prinzip eines Deformationselements mit verschiebbaren Zylinderkörpern und einer nachgiebigen Hülle,
2 den Schnitt II-II aus 1,
3 das Deformationselement aus den 1 und 2 bei einer lokalen Belastung und
4 das Deformationselement aus den 1 und 2 bei einer großflächigen Belastung.
Die 1 zeigt als Prinzipdarstellung ein Deformationselement, welches als wesentliche Bestandteile Zylinderkörper 5 umfasst.
Die Zylinderkörper 5 sind hohl und mit einer reibungsmindernden Oberfläche, beispielsweise mit einer Teflonbeschichtung, versehen.
Wie die Figur deutlich zeigt, füllen die Zylinderkörper 5 einen begrenzten Raum 7 aus. Der Raum 7 ist durch eine nachgiebige Hülle 9 abgeschlossen. Die Hülle 9 stellt auch denjenigen Bereich dar, auf welchen zu absorbierende Kräfte einwirken sollen.
3 zeigt das Deformationselement aus den 1 und 2 bei einer lokalen Belastung. Eine solche Belastung kann beispielsweise durch das Bein eines Fußgängers gegeben sein. Bei einer lokalen Belastung werden die Zylinderkörper 5 zur Seite gedrückt. Dies hat zur Folge, dass sich die Hülle 9 in den Randbereichen der lokalen Krafteinwirkung nach außen wölbt. Dadurch, dass die Zylinderkörper 5 ausweichen, verhält sich das Deformationselement relativ weich und reduziert das Verletzungsrisiko eines Fußgängers.
4 zeigt das Deformationselement bei einer großflächigen Belastung. Durch großflächige Einwirkung auf die Hülle 9 ist den Zylinderkörpern 5 ein Ausweichen kaum noch möglich, da der Raum 7 nicht nachgiebig ist und keine oder wenig Fläche der nachgiebigen Hülle 9 zur Verfügung steht. Aus diesen Gründen verhält sich das Deformationselement relativ steif und kann deshalb mehr Energie umwandeln.

Claims

Deformationselement für den Frontbereich eines Kraftfahrzeuges, mit senkrecht zur Aufprallrichtung angeordneten Zylinderkörpern und/oder Kugeln, welche zumindest im Aufprallbereich hinter einer nachgiebigen Hülle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkörper (5)/Kugeln so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie bei einer lokalen Belastung zerstörungsfrei unter Verformung der Hülle (9) ausweichen, und dass bei einer großflächigen Belastung die Zylinderkörper (5)/Kugeln nur in geringem Umfang ausweichen und bei einer ausreichend großen Belastung zerstört werden.
Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkörper (5)/Kugeln eine die Reibung reduzierende Oberfläche aufweisen.
Deformationselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkörper (5) senkrecht stehend angeordnet sind.
Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (9) elastisch nachgiebig ist.