DE102005026444A1

DE102005026444A1 - Energieabsorptionsvorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer einstückigen Energieabsorptionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102005026444A1
Application number: DE102005026444A
Authority: DE
Inventors: Toros AKGÜN; Michael BLÜMEL
Original assignee: Cosma Engineering Europe AG
Current assignee: Cosma Engineering Europe AG
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: KR20080030606A; WO2006131168A1; DE102005026444B4; WO2006131168A8; US20080217128A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieabsorptionsvorrichtung mit einem ersten hohlen Längsabschnitt erster Querschnittsweite und einem zweiten hohlen Längsabschnitt zweiter Querschnittsweite sowie einem gestülpten Übergangsbereich zwischen den hohlen Längsabschnitten. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer einstückigen Energieabsorptionsvorrichtung. Um eine Energieabsorptionsvorrichtung mit gut bestimmbarem Verformungsverhalten zu schaffen, wird der zweite hohle Längsabschnitt mit einer höheren Festigkeit ausgeführt als der erste hohle Längsabschnitt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Energieabsorptionsvorrichtung wird ein Rohr erster Querschnittsweite abschnittsweise auf die zweite Querschnittsweite unter Ausbildung der hohlen Längsabschnitte verengt und das Rohr wird gestaucht, wodurch der gestülpte Übergangsbereich ausgebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieabsorptionsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer einstückigen Energieabsorptionsvorrichtung.

Aus der DE 93 11 163 U1 sind gattungsgemäße, als Dämpfungselemente bezeichnete Energieabsorptionsvorrichtungen bekannt. Derartige Dämpfungselemente werden in Fahrzeugen zwischen Stoßstange und Karosserie angeordnet, um sich bei einem Unfall plastisch zu verformen, bevor es zu einem plastischen Verformen der Karosserie kommt. Auf diese Weise wird ein beträchtlicher Teil kinetischer Energie auf kurzem Wege abgebaut. Bei leichten Unfällen kann das Energieabsorptionsvermögen der Dämpfungselemente ausreichen, um ein plastisches Verformen der Karosserie zu vermeiden, was die Instandsetzungskosten des Fahrzeugs deutlich mindert.

Beim Gestalten und Auslegen der Karosserie müssen das Verformungsverhalten und das Energieabsorptionsvermögen der Energieabsorptionsvorrichtung berücksichtigt werden. Wird das Energieabsorptionsvermögen zu hoch eingeschätzt, fällt die Karosserie zu hart aus.

Wird das Energieabsorptionsvermögen zu niedrig eingeschätzt, fällt die Karosserie zu weich aus. Zudem werden stärkere Verformungen der Karosserie zugelassen als erforderlich. Entsprechend leichter kann der Fahrgastraum verformbar sein und die Reparaturkosten fallen deutlich höher aus.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieabsorptionsvorrichtung mit gut bestimmbarem Verformungsverhalten sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Energieabsorptionsvorrichtung zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Energieabsorptionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Durch das Vorsehen des zweiten hohlen Längsabschnittes mit höherer Festigkeit geht ein Verformen der Energieabsorptionsvorrichtung zu Lasten des ersten hohlen Längsabschnittes, während der zweite hohle Längsabschnitt seine Form im Wesentlichen beibehält. Das heißt, das Verformungsverhalten der Energieabsorptionsvorrichtung ist gut im Voraus bestimmbar, wodurch sich auch ihr Energieabsorptionsvermögen gut im Voraus bestimmen lässt.

Vorteilhafterweise kann der zweite hohle Längsabschnitt seine höhere Festigkeit durch Verformen erhalten haben. Auf diese Weise sind das Ausbilden des zweiten hohlen Längsabschnittes und das Schaffen seiner höheren Festigkeit in einem Herstellungsschritt vereinbar.

Günstigerweise kann der zweite hohle Längsabschnitt eine größere Wandstärke haben als der erste hohle Längsabschnitt. Dies erhöht die Festigkeit der Wandung des zweiten hohlen Längsabschnittes gegenüber der Wandung des ersten hohlen Längsabschnittes.

Besonders bevorzugt kann der Übergangsbereich eine höhere Festigkeit haben als der erste hohle Längsabschnitt. Dies stabilisiert den Übergangsbereich und unterstützt ein gutes Initiieren einer umstülpenden Verformung des ersten hohlen Längsabschnittes.

Vorzugsweise kann die Energieabsorptionsvorrichtung in ihrer Wandung eine versteifende Profilierung aufweisen. Die Energieabsorptionsvorrichtung ist in dem Bereich, in welchem die Profilierung vorgesehen ist, gegen ein Verformen verfestigt. Insbesondere das Flächenträgheitsmoment der Profilierung wirkt versteifend.

Günstigerweise kann die Profilierung sich im Wesentlichen in Längsrichtung der Energieabsorptionsvorrichtung erstreckend ausgebildet sein. Damit ist die Energieabsorptionsvorrichtung gegen ein Verformen quer zu ihrer Längsrichtung verfestigt.

Bevorzugterweise kann die Profilierung sich etwa über den gesamten Bereich des zweiten hohlen Längsabschnittes erstreckend vorgesehen sein. Hierdurch ist der zweite hohle Längsabschnitt verfestigt.

Vorteilhafterweise kann die Profilierung angrenzend an den zweiten hohlen Längsabschnitt im gestülpten Übergangsbereich vorgesehen sein. Hierdurch ist der Übergangsbereich angrenzend an den zweiten hohlen Längsabschnitt verfestigt, was einem stülpenden Verformen des zweiten hohlen Längsabschnittes entgegenwirkt und ein Initiieren des stülpenden Verformens des ersten hohlen Längsabschnittes unterstützt.

Besonders bevorzugt kann der Übergangsbereich wenigstens einen Innenradius im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 4 mm haben, vorzugsweise im Bereich von etwa 1,5 mm. In diesen Dimensionen sind der erste und der zweite hohle Längsabschnitt für eine gute Führung relativ nah aneinander anordenbar, wobei der mit der stülpende Verformungsvorgang gut ablaufen kann und energieintensiv ist.

Vorteilhafterweise kann der Übergangsbereich eine auf Seiten des zweiten hohlen Längsabschnittes gebildete Falte aufweisen, deren Wandungen durch Fügen miteinander verbunden sind. Diese stabilisiert den Übergangsbereich und unterstützt ein gutes Initiieren des stülpenden Verformens des ersten hohlen Längsabschnittes.

Besonders günstig können die Wandungen miteinander verschweißt, verlötet oder verklebt sein. Diese Art von Fügungen sind einfach und schnell herstellbar, wobei sich das Verkleben mit besonders geringem Aufwand und trotzdem gutem Effekt verwirklichen lässt.

Vorzugsweise kann die Energieabsorptionsvorrichtung Wandstärken im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 4 mm haben, vorzugsweise im Bereich von etwa 1,5 mm bis etwas 2,5 mm. Mit diesen Wandstärken lassen sich Energieabsorptionswerte verwirklichen, mit welchem bei leichten Auffahrunfällen, z.B. etwa im Bereich von 10 km/h, genügend Energie auf kurzem Weg abbauen lässt, um ein plastisches Verformen der Karosserie im Wesentlichen zu vermeiden.

Besonders günstig kann die Energieabsorptionsvorrichtung einstückig ausgebildet sein. Dadurch ändern sich Geometrie und Materialeigenschaften fließend, was sich günstig auf das Verformungsverhalten der Energieabsorptionsvorrichtung auswirkt.

Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst mit einem die Merkmale des Anspruches 14 aufweisenden Verfahren zum Herstellen einer einstückigen Energieabsorptionsvorrichtung.

Durch das Verengen des Rohres auf die zweite Querschnittsweite geht mit dem Ausbilden des zweiten hohlen Längsabschnittes ein Verfestigen desselben einher. Die Vorteile einer Energieabsorptionsvorrichtung mit verfestigtem zweiten hohlen Längsabschnitt wurden bereits erläutert.

Durch Verengen und Stauchen ist eine einstückige Energieabsorptionsvorrichtung schnell und mit verhältnismäßig einfachen Mitteln aus einem Rohr herstellbar.

Besonders bevorzugt kann während des Verengens gestaucht werden. Dies erlaubt es, den Übergangsbereich und den zweiten hohlen Längsabschnitt gleichzeitig auszubilden.

Bevorzugt kann eine mit dem Verengen einhergehende Materiallängung wenigstens anteilig in Richtung zu dem ersten hohlen Längsabschnitt gelenkt werden, wobei der Übergangsbereich zwischen den hohlen Längsabschnitten gestülpt wird. Auf diese Weise werden der gestülpte Übergangsbereich und der zweite hohle Längsabschnitt gleichzeitig ausgebildet, wobei der Vorgang des Stauchens in den Vorgang des Verengens integriert ist.

Günstigerweise können Endbereiche des Rohres während des Verengens in Längsrichtung des Rohres festgehalten werden, wobei eine mit dem Verengen einhergehende Materiallängung und ein Stülpen des Übergangsbereiches zwischen den hohlen Längsabschnitten erfolgt. Mit dem Festhalten der Endbereiche des Rohres ist das integrierte Stauchen mit einfachen Mitteln realisierbar, wobei das Stauchen im Maße des Festhaltens erfolgt.

Vorteilhafterweise kann nach dem Verengen gestaucht werden. Der durch das Verengen zwischen den hohlen Längsabschnitten ausgebildete Übergangsbereich wird durch das nachgeschaltete Stauchen erneut verformt und hierdurch zusätzlich verfestigt.

Bevorzugt kann die Wandstärke des zweiten hohlen Längsabschnittes während des Verengens erhöht werden. Dies verfestigt den zweiten hohlen Längsabschnitt gegenüber dem ersten hohlen Längsabschnitt, wobei der zweite hohle Längsabschnitt und die vergrößerte Wandstärke zeitsparend hergestellt werden können.

Günstigerweise kann das Verengen durch Rollieren erfolgen. Mit dem Rollieren wird eine gute Verfestigung erreicht und es können leicht verschiedene Querschnitte und Längsprofile ausgebildet werden.

Vorteilhafterweise kann das Verengen durch Bewegen des Rohres durch eine die Querschnittsweite verengende Matrize erfolgen. Hiermit wird eine besonders gute Verfestigung des verformten Materials erzielt.

Besonders vorteilhaft kann mit dem Verengen ein gestufter, vorzugsweise ein kegeliger, Übergangsbereich zwischen den Längsabschnitten ausgebildet werden. Ein gestufter, und ein besonders gut ein kegeliger, Übergangsbereich sind durch Rollieren und Verwenden einer Matrize gut herstellbar und sind gut durch Stauchen stülpbar. Insbesondere der kegelige Übergangsbereich wird durch Stülpen besonders gut zusätzlich verfestigt.

Bevorzugterweise kann die Wandung der Energieabsorptionsvorrichtung während des Verengens versteifend profiliert werden. Dies verfestigt die Energieabsorptionsvorrichtung in dem Bereich, in welchem sie profiliert ist, gegen ein Verformen. Insbesondere wird die Energieabsorptionsvorrichtung durch ein versteifendes Verändern des Flächenträgheitsmomentes verfestigt. Zudem ermöglicht dies, den zweiten hohlen Längsabschnitt und die Profilierung zeitsparend auszubilden.

Besonders bevorzugt kann das Verengen und das Profilieren mit der gleichen Matrize erfolgen. Auf diese Weise sind das Verengen und das Profilieren ein integrierter Vorgang.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung,
2 eine Vorderansicht der Energieabsorptionsvorrichtung,
3 eine Seitenansicht der Energieabsorptionsvorrichtung,
4 eine Längsschnittansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß einer Linie IV-IV in 2,
5 und 6 perspektivische Ansichten einer gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung mit Profilierungen versehenen Energieabsorptionsvorrichtung,
7 eine Längsschnittansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 4 in verformten Zustand,
8 ein Kraft-Weg-Diagramm des Verformungsablaufes der Energieabsorptionsvorrichtung,
9 eine Längsschnittansicht eines Rohres, das als Ausgangsmaterial zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung dient,
10 eine Veranschaulichung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine einstückige Energieabsorptionsvorrichtung,
11 eine Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
12 und 13 eine Veranschaulichung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens in verschiedenen Verfahrensfortschritten und
14 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung mit stabilisiertem Übergangsbereich.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung 1, welche beispielsweise zwischen einem Stoßfänger und einer Karosserie eines Fahrzeugs angeordnet sein kann und sich bei einem Aufprall zum Absorbieren von Energie plastisch verformt, bevor sich die Karosserie wesentlich plastisch verformt. Bei leichteren Unfällen, z.B. Auffahrunfällen mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 bis 14 km/h, kann das Energieabsorptionsvermögen der Energieabsorptionsvorrichtung ausreichend sein, um die Karosserie vor wesentlichen plastischen Verformungen zu bewahren.
Die Energieabsorptionsvorrichtung 1 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. „Zylindrisch" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass alle denkbaren Querschnittsprofile möglich sind, Querschnittsübergänge und/oder -stufungen möglich sind und der Umfang geschlossen, unterbrochen und/oder offen ausgebildet sein kann. Als Querschnittsformen können beispielsweise runde Formen Verwendung finden.
In dieser Ausführungsform der Erfindung hat die Energieabsorptionsvorrichtung kreisrunde Querschnittsprofile und weist einen ersten hohlen Längsabschnitt 2 erster Querschnittsweite 5 sowie einen zweiten hohlen Längsabschnitt zweiter Querschnittsweite 6 auf. Die erste Querschnittsweite 5 ist größer als die zweite Querschnittsweite 6, wie dies auch aus den 2 und 3 hervorgeht. Als zweite Querschnittsweite 6 werden Werte im Bereich von ca. 60 bis ca. 80 mm bevorzugt, insbesondere Werte im Bereich von etwas 70 mm. Die erste Querschnittsweite 5 hat vorzugsweise Werte im Bereich von ca. 80 bis ca. 100 mm, insbesondere Werte im Bereich von etwa 90 mm.
Die in 3 gekennzeichnete Gesamtlänge 7 der Energieabsorptionsvorrichtung 1 kann vorzugsweise Werte im Bereich von etwa 75 bis etwa 300 mm haben, insbesondere Werte im Bereich von etwa 100 bis etwa 250 mm. Im vorliegenden Ausführungsbei spiel beträgt die Gesamtlänge etwa 150 mm. Wie aus der Längsschnittansicht in 4 hervorgeht, verteilt sich die Gesamtlänge 7 etwa hälftig auf die Längen 8, 9 der Längsabschnitte 2, 3. Aus 4 geht ferner hervor, dass die Energieabsorptionsvorrichtung in dieser Ausführungsform der Erfindung einstückig ausgebildet ist.
Die Energieabsorptionsvorrichtung besteht bevorzugt aus hochfestem Stahl, beispielsweise DP 600, und kann eine Wandstärke 10, 11 im Bereich von 1 bis 4 mm haben, insbesondere im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm. Die Wandstärke 10, 11 kann über die Länge der Energieabsorptionsvorrichtung variieren. In dieser Ausführungsform der Erfindung sind die Wandstärken 10, 11 der Längsabschnitte 2, 3 etwa gleich, nämlich ca. 1,5 mm.
Der gestülpte Übergangsbereich 4 ist im Längsschnittprofil etwa S-förmig ausgebildet. Seine S-Kurven-Teile 12, 13 haben Innenradien 14, 15 im Bereich von etwa 1 bis etwa 4 mm, vorzugsweise etwa im Bereich von 1,5 mm.
Der zweite Längsabschnitt 3 und der gestülpte Übergangsbereich 4 haben jeweils eine höhere Festigkeit als der erste Längsabschnitt 2. Ihre höhere Festigkeit können sie jeweils durch Umformen erhalten haben, aber auch durch andere Verfahren, wie z.B. Wärmebehandlung. Umgekehrt kann der erste Längsabschnitt 2 seine geringere Festigkeit durch eine Wärmebehandlung erhalten haben.
Es ist auch möglich, den zweiten hohlen Längsabschnitt mit einer größeren Wandstärke auszubilden als sie der erste hohle Längsabschnitt hat. Dies erhöht die Stabilität des zweiten hohlen Längsabschnittes gegenüber einem Verformen, das heißt der zweite hohle Längsabschnitt ist hierdurch fester. Dies fördert ein umstülpendes Verformen der Energieabsorptionsvorrichtung zu Lasten des ersten hohlen Längsabschnittes.
Die größere Wandstärke des zweiten hohlen Längsabschnittes kann zusätzlich zu ihrer Verfestigung durch Umformen und/oder Wärmebehandlung vorgesehen sein.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist die Energieabsorptionsvorrichtung wenigstens eine, vorzugsweise mehrere versteifende Profilierungen auf, z.B. solche, die sich im Wesentlichen in Längsrichtung der Energieabsorptionsvorrichtung erstrecken. Die Versteifungen können abschnittsweise oder entlang der gesamten Energieabsorptionsvorrichtung vorgesehen sein. Sie erschweren einerseits ein Umstülpen aber auch ein Knicken des Bereiches, an welchem sie vorgesehen sind.
Die Versteifungen verfestigen durch ihr Querschnittsprofil und, wenn sie durch Verformen ausgebildet sind, durch die aus diesem Verformen resultierende Verfestigung. Die Versteifungen können zusätzlich oder alternativ zu einer sonstigen Verfestigung des Bereiches, an dem sie ausgebildet sind, vorgesehen sein.
5 und 6 zeigen die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung in einer Weiterbildung mit versteifenden Profilierugnen. In den Wandungen des zweiten hohlem Längsabschnittes 3 und des gestülpten Übergangsbereiches 4 sind sich in Längsrichtung der Wandungen erstreckende Profilierungen 25, 26 vorgesehen. Die Profilierungen modifizieren das ansonsten kreisrunde Querschnittsprofil des zweiten hohlen Längsabschnittes 3 und des Übergangsbereiches 4.
In dieser Ausführungsform sind die Profilierungen etwa sickenartig mit einem annähernd U-förmigen Querschnittsprofil ausgebildet. Es sind jedoch auch andere Querschnittsprofile möglich, beispielsweise V-förmige Querschnittsprofile.
In der vorliegenden Ausführungsform verleihen die Profilierungen dem äußeren Umfang 27 des zweiten hohlen Längsabschnittes 3 ein etwa zahnwellenartiges Aussehen mit radial nach außen vorstehenden Abschnitten 50. Das Profil des inneren Umfanges 28 des zweiten hohlen Längsabschnittes 3 folgt dem Profil des äußeren Umfanges 27 mit im Bereich der radial nach außen vorstehenden Abschnitte 50 ausgebildeten nutartigen Vertiefungen 51.
Die Profilierungen erstrecken sich über den gesamten Bereich des zweiten hohlen Längsabschnittes 3, wobei der zweite hohle Längsabschnitt 3 ein im Wesentlich gleichbleibendes Querschnittsprofil hat. Dieser Teil der Profilierungen ist mit dem Bezugszeichen 25 gekennzeichnet. Die Profilierungen verlaufen weiter bis in den gestülpten Übergangsbereich 4 hinein, wobei sie etwa im Bereich des sich an den zweiten hohlen Längsabschnitt anschließenden S-Kurven-Teils 13 auslaufen. Dabei nimmt die Profilhöhe dieses Teiles 26 der Profilierungen entlang der Wandung in Richtung zu dem ersten hohlen Längsabschnitt 2 ab und die Profilbreite nimmt zu. Das heißt, diese Teile 26 der Profilierungen haben jeweils sich spreizende Ausläufe 29.
Durch Vorsehen der Profilierungen am Übergangsbereich und/oder am zweiten Längsabschnitt wird ein Verformen zu Lasten des ersten Längsabschnittes begünstigt und einem Verformen des zweiten Längsabschnittes und des Übergangsbereiches entgegengewirkt.
Durch die geringere Festigkeit des ersten Längsabschnittes 2 geht ein umstülpendes, Energie absorbierendes Verformen der Energieabsorptionsvorrichtung 1 zu Lasten des ersten Längsabschnittes 2, während der zweite Längsabschnitt 3 im Wesentlichen plastisch unverformt bleibt, wie dies in 7 gezeigt ist. Beim Umstülpen des äußeren, ersten Längsabschnittes 2 muss vergleichsweise mehr Material verformt werden als wenn der innere, zweite Längsabschnitt 3 durch Umstülpen verformt werden würde. Folglich kann mit einem Umstülpen zu Lasten des ersten Längsabschnittes 2 mehr Energie abgebaut werden.
In einer Variante der Erfindung kann das umstülpende Verformen im Wesentlichen zu Lasten des inneren Längsabschnittes gehen, wobei der äußere Längsabschnitt im Wesentlichen unverformt bleibt. Das heißt, der innere Längsabschnitt übernimmt die Rolle des „ersten Längsabschnittes" und der äußere Längsabschnitt übernimmt die Rolle des „zweiten Längsabschnittes". Auch bei dieser Variante der Erfindung sind das Verformungsverhalten und somit das Energieabsorptionsvermögen gut im Voraus bestimmbar.
Die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung weist einen Knickschutz auf, mit welchem von der Energieabsorptionsvorrichtung auch Querkräfte gut aufnehmbar sind. Dies erlaubt auch bei schräg zur Längsachse 52 der Energieabsorptionsvorrichtung einwirkenden Kräften ein gutes Energie absorbierendes umstülpendes Verformen. Bevorzugt sind Kräfte gut aufnehmbar, welche mit der Längsachse 52 einen Winkel von bis zu etwa 30° einschließen, insbesondere einen Winkel von etwa 10°, wie dies bei Unfällen mit etwa 10° Neigung zur Frontalen des Hindernisses vorkommen kann.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind der erste und der zweite hohle Längsabschnitt 2, 3 im unverformten Zustand der Energieabsorptionsvorrichtung 1 etwas zu sammenteleskopiert. Das heißt, der zweite hohle Längsabschnitt 3 ist etwas in den ersten hohlen Längsabschnitt 2 eingeführt, wie dies beispielsweise aus den 4 bis 6 gezeigt ist. Je weiter der zweite hohle Längsabschnitt 3 in den ersten hohlen Längsabschnitt 2 eingeführt ist, desto höher ist die Stabilität gegen ein Knicken. Eine Querbelastung der ersten und zweiten hohlen Längsabschnitte 2, 3 relativ zueinander wird durch den gestülpten Übergangsbereich 4 aufgefangen. Dabei bleibt die Fähigkeit zum Zusammenteleskopieren der Energieabsorptionsvorrichtung erhalten. Die zum umstülpenden Verformen erforderliche Formgebung des Übergangsbereiches 4 bleibt grundsätzlich erhalten.
Die Energieabsorptionsvorrichtung kann mit einer Gleitbeschichtung versehen sein. Vorzugsweise ist die Gleitbeschichtung an der gesamten Energieabsorptionsvorrichtung ausgebildet, wenigstens jedoch am ersten hohlen Längsabschnitt 2. Die Gleitbeschichtung verbessert ein eventuelles Aneinanderentlanggleiten der Wandungen der Energieabsorptionsvorrichtung während des Zusammenteleskopierens. Dies unterstützt einen guten Ablauf der umstülpenden Verformung.
Als Gleitbeschichtung wird vorzugsweise eine Rostschutzbeschichtung verwendet, welche gleitfördernde Eigenschaften hat. Die Gleitbeschichtung kann beispielsweise eine Kathodenlackierung sein.
Bei der in 7 gezeigten verformten Energieabsorptionsvorrichtung 1' ist der zweite Längsabschnitt 3 bereichsweise in den ersten Längsabschnitt hineinteleskopiert, wobei der erste Längsabschnitt sich, beginnend am Übergangsbereich, unter Durchmesserverkleinerung stülpend verformt hat. Die an den ersten Längsabschnitt angrenzende, äußere Teil der S-Kurve hat sich aufgebogen und der an ihre Stelle getreten aktive Stülpbereich 16 hat sich während des Stülpens relativ von der an den zweiten Längsabschnitt 3 angrenzenden, inneren Teil 13 der S-Kurve entfernt. Die Enden 17, 18 der Energieabsorptionsvorrichtung haben sich einander angenähert.
Der Übergangsbereich 4' wird nun mit dem während des Verformens gewanderten Stülpbereich 16 und der im Wesentlichen unverformten inneren Teil 13 der S-Kurve gebildet. Der neue Übergangsbereich 4' weist aus dem ersten hohlen Längsabschnitt stammendes Material 2'' auf sowie der aufgebogene Teil 12' der ursprünglichen S- Kurve. Der aufgebogene S-Kurven-Teil 12' bildet im Längsquerschnitt der verformten Energieabsorptionsvorrichtung 1' ein flaches U, da sich ihr Material wegen der gegenüber dem ersten Längsabschnitt höheren Festigkeit nicht vollständig aufgebogen hat. Vom ursprünglichen ersten Längsabschnitt 2 ist ein Rest 2' verblieben.
8 zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm für das Energie absorbierende Verformen eines Systems mit Stoßfänger und Karosserieteil eines Fahrzeugs mit zwischen dem Stoßfänger und dem Karosserieteil angeordneter Energieabsorptionsvorrichtung 1. Auf der Abzissenachse ist als Weg die Annäherung von Enden des genannten Systems aufgetragen und auf der Ordinatenachse die an diesen Enden des Systems aufgebrachte Kraft. Ein erster Wegabschnitt 19 enthält den Hookschen Bereich. Mit Übergang in einen zweiten Wegabschnitt 20 beginnt die plastische Verformung der Energieabsorptionsvorrichtung. Im Verlaufe des zweiten Wegabschnittes 20 steigt der Kraftaufwand abschnittsweise an und fällt hiernach wieder etwas ab. Dieser erhöhte Kraftaufwand ist für das Aufbiegen des ursprünglichen äußeren S-Kurven-Teils 12 erforderlich.
Nach dem Absinken des Kraftaufwandes im zweiten Wegabschnitt 20 steigt der Kraftaufwand in einem dritten Wegabschnitt 21 deutlich um einen mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichneten Betrag an. Dieser deutliche Anstieg des Kraftaufwandes ist für das Verformen des äußeren, ersten hohlen Längsabschnittes 2 durch Umstülpen unter Durchmesserverkleinerung erforderlich.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der einstückigen Energieabsorptionsvorrichtung 1 beschrieben.
In 9 ist ein als Ausgangsmaterial dienendes Rohr 30 erster Querschnittsweite 5 gezeigt. Das Rohr 30 wird abschnittsweise auf zweite Querschnittsweite 6 verengt, wobei der erste und der zweite hohle Längsabschnitt 2, 3 ausgebildet werden. Durch Stauchen des Rohres 30 wird der gestülpte Übergangsbereich 4 zwischen den Längsabschnitten 2, 3 ausgebildet.
Durch das Verengen wird der hiervon betroffene Bereich durch Verformen verfestigt. Der vom Verengen nicht betroffene Abschnitt des Rohres 30, nämlich der auszubildende erste hohle Längsabschnitt 2, behält seine Festigkeit bei.
In 10 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens veranschaulicht. Das Rohr 30 wird zum abschnittsweisen Verengen der Querschnittsweite in Pfeilrichtung 31 durch eine Matrize 32 gezogen, welche einen gestuften, vorzugsweise einen sich etwa kegelig verjüngenden, formgebenden Abschnitt 33 aufweist. Hierdurch entsteht im Rohr 30 ein entsprechender gestufter, vorzugsweise sich etwa kegelig verjüngender, Übergangsabschnitt 34.
Bei dem in 10 gezeigten Zustand ist das Verformen des Rohres 30 durch die Matrize 32 praktisch abgeschlossen und der erste und der zweite Längsabschnitt 2, 3 sind ausgebildet. Nach dem Entfernen der Matrize 32 wird das Rohr gestaucht, das heißt die Längsabschnitte 2, 3 werden zueinander gedrückt. Hierdurch wird der sich etwa kegelig verjüngende Übergangsbereich 34 gestülpt und es entsteht der in 4 gezeigte gestülpte Übergangsbereich 4 mit S-Form.
Auf diese Weise wird der Materialabschnitt des Rohres 30 zwischen den Längsabschnitten 2, 3 besonders gut durch zweimaliges Verformen verfestigt: Das erste Mal durch das Verformen mit Hilfe der Matrize 32 und das zweite Mal durch das anschließend ausgeführte Stauchen. Durch zweimaliges Verformen ist ein Festigkeitszuwachs von ca. 30 bis 40 % möglich.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung werden die Wandungen der Energieabsorptionsvorrichtung versteifend profiliert oder geprägt. Dies kann durch ein Bewegen des Energieabsorptionsvorrichtung durch eine Matrize erfolgen, die eine Profilierungen ausbildende Formgebung hat.
Bei einer Variante der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens erfolgt das Profilieren während des Verengens. Hierzu ist der formgebende Abschnitt 33 der Matrize 32 mit einer die Profilierungen 25, 26 ausbildenden Formgebung versehen. Das heißt, das Verengen und das Profilieren erfolgen gleichzeitig und sind ein integrierter Vorgang.
Nach dem Anwenden der Matrize 32 haben der zweite hohle Längsabschnitt 3 und der hieran angrenzende Bereich des sich etwa kegelig verjüngenden Übergangsabschnittes 34 des Rohres 30 Profilierungen. Anschließend erfolgt das Stauchen wie bereits beschrieben.
In 11 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens veranschaulicht. In dieser Ausführungsform erfolgt das Verengen durch Rollieren, wobei in 11 ein Rollierwerkzeug 35 nur in gestrichelten Linien angedeutet ist. Es bewegt sich in Richtung der Pfeile 36 relativ zum Rohr 30 und bildet zunächst einen gestuften, vorzugsweise einen sich etwa kegelig verjüngenden, Übergangsabschnitt 37 aus. Nach Erreichen der zweiten Querschnittsweite 6 wird der zweite hohle Längsabschnitt 3 ausgebildet.
Auch bei diesem Verfahren erfolgt im Anschluss an das Verengen ein Stauchen zum Ausbilden des in 4 gezeigten gestülpten Übergangsabschnittes 4, wie es bezüglich der ersten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens bereits beschrieben wurde. Die erzielte Verfestigung des Übergangsbereiches 4 durch zweimaliges Verformen ist gut.
In den 12 und 13 ist eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens veranschaulicht. Auch in dieser Ausführungsform erfolgt das Verengen durch Rollieren mit Hilfe des in gestrichelten Linien angedeuteten Rollierwerkzeuges, welches sich in den Pfeilrichtungen 38 relativ zum Rohr 30 bewegt. Im Unterschied zur zweiten Ausführungsform wird jedoch bereits während des Verengens gestaucht. Das heißt, das Stauchen ist ein in das Verengen integrierter Vorgang.
Bei der zweiten Ausführungsform hat durch das Verengen „überflüssig" gewordenes Materialvolumen zu einem Vergrößern der Gesamtlänge des Rohres 30 geführt, wobei sich das Rohr 30 auf Seiten des werdenden zweiten hohlen Längsabschnitt mit der kleineren, zweiten Querschnittsweite 6 ausgedehnt hat. Bei der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird die mit dem Verengen einhergehende Materiallängung wenigstens anteilig zu dem werdenden oder bereits ausgebildeten ersten hohlen Längsabschnitt 2 gelenkt, wodurch integriert gestaucht wird. Das Umlenken kann erfolgen, indem Enden 40, 41 des Rohres 30 wenigstens im Wesentlichen in ihrem Abstand zueinander festgehalten werden. In den 10 und 11 ist dieses Festhalten durch axiale Widerstände 42, 43 symbolisiert.
In 12 ist ein mit dem Rollierwerkzeug 35 ausgebildeter Übergangsbereich zwischen dem bereits entstandenen ersten hohlen Längsabschnitt 2 und dem werdenden zweiten hohlen Längsabschnitt 3 gezeigt. Dieser Übergangsabschnitt 39 hat eine sich im Wesentlichen noch gestuft oder kegelig verjüngende Kontur, weist aber schon leichte Rundungen im Übergang zwischen den Abschnitten erster und zweiter Querschnittsweite 5, 6 auf. In 13 ist dieser Übergangsabschnitt 39' durch das integrierte Stauchen noch weiter gestülpt, das heißt er bildet mit seinen gerundeten Übergängen noch stärker eine S-Form. Das integrierte Stauchen wird solange fortgesetzt, bis etwa der in 4 gezeigte gestülpte Übergangsbereich 4 ausgebildet ist.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird durch Verengen des Durchmessers die Wandstärke des betroffenen Bereiches erhöht. Dabei wird durch das Verengen „überflüssig" werdendes Materialvolumen wenigstens anteilig zum Vergrößern der Wandstärke verwendet, insbesondere zum Vergrößern der Wandstärke des zweiten hohlen Längsabschnittes.
Bei Varianten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens kann es beim Verengen des Durchmessers zu Verringerungen in der Wandstärke des Rohres 30 kommen, insbesondere im Bereich des gestülpten Übergangsbereiches 4.
In 14 ist die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung 1 mit stabilisiertem Übergangsbereich 4 gezeigt. 14 zeigt zudem beispielhaft, wie die Energieabsorptionsvorrichtung zwischen einem Stoßfänger 44 und einer Karosserie 45 eines Fahrzeugs angeordnet sein kann.
Bei der in 14 gezeigten Energieabsorptionsvorrichtung 12 sind Wände 46, 47 einer Falte 23 des Übergangsbereiches 4, nämlich dem inneren S-Kurven-Teil 13 zugeordnete Wände 46, 47, durch Fügen miteinander verbunden. Das Fügen kann durch Kleben, Schweißen oder Löten erfolgen. Das in 14 im Innenradius 15 des inneren S-Kurven-Teils 13 dargestellte Fügematerial 49 ist ein 2-Komponenten-Kleber. Durch das Fügen ist der gestülpte Übergangsbereich 4 gut stabilisiert und unterstützt das Verformen der Energieabsorptionsvorrichtung 1 zu Lasten des außen angeordneten ersten hohlen Längsabschnittes 2.
In einer Variante der Erfindung können Wände 47, 48 einer anderen Falte 24 des Übergangsbereiches 4 durch Fügen miteinander verbunden sein, nämlich dem äußeren S-Kurven-Teil 12 zugeordnete Wände 47, 48. Auf diese Weise wird ein Verformen der Energieabsorptionsvorrichtung zu Lasten des innen angeordneten zweiten hohlen Längsabschnittes 3 unterstützt.
Eine Stabilisierung durch Fügen hat einen ähnlichen Effekt wie eine gute Kaltverfestigung oder das Vorsehen einer Profilierung des gestülpten Übergangsbereiches 4. Ein Stabilisieren durch Fügen kann bei Herstellungsverfahren ohne oder mit zu geringer Kaltverfestigung des gestülpten Übergangsbereiches 4 vorgesehen sein.

Claims

Energieabsorptionsvorrichtung (1) mit einem ersten hohlen Längsabschnitt (2) erster Querschnittsweite (5) und einem zweiten hohlen Längsabschnitt (3) zweiter Querschnittsweite (6) sowie einem gestülpten Übergangsbereich (4) zwischen den hohlen Längsabschnitten (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass der zweite hohle Längsabschnitt (3) eine höhere Festigkeit hat als der erste hohle Längsabschnitt (2).
Energieabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite hohle Längsabschnitt (3) seine höhere Festigkeit durch Verformen erhalten hat.
Energieabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite hohle Längsabschnitt (3) eine größere Wandstärke (11) hat als der erste hohle Längsabschnitt (2).
Energieabsorptionsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (4) eine höhere Festigkeit hat als der erste hohle Längsabschnitt (2).
Energieabsorptionsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorptionsvorrichtung (1) in ihrer Wandung eine versteifende Profilierung (25, 26) aufweist.
Energieabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (25, 26) sich im Wesentlichen in Längsrichtung der Energieabsorptionsvorrichtung (1) erstreckend ausgebildet ist.
Energieabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (25) sich etwa über den gesamten Bereich des zweiten hohlen Längsabschnittes (3) erstreckend vorgesehen ist.
Energieabsorptionsvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (26) angrenzend an den zweiten hohlen Längsabschnitt (3) im gestülpten Übergangsbereich (4) vorgesehen ist.
Energieabsorptionsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (4) wenigstens einen Innenradius (14, 15) im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 4 mm hat, vorzugsweise im Bereich von etwa 1,5 mm.
Energieabsorptionsvorrichtung nach Anspruch wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (4) eine auf Seiten des zweiten hohlen Längsabschnittes (3) gebildete Falte (23) aufweist, deren Wandungen (46, 47) durch Fügen (49) miteinander verbunden sind.
Energieabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen (46, 47) miteinander verschweißt, verlötet oder verklebt sind.
Energieabsorptionsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorptionsvorrichtung Wandstärken (10, 11) im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 4 mm hat, vorzugsweise im Bereich von etwa 1,5 mm bis etwa 2,5 mm.
Energieabsorptionsvorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorptionsvorrichtung (1) einstückig ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer einstückigen Energieabsorptionsvorrichtung (1), welche einen ersten hohlen Längsabschnitt (2) erster Querschnittsweite (5) und einen zweiten hohlen Längsabschnitt (3) zweiter Querschnittsweite (6) sowie einen gestülpten Übergangsbereich (4) zwischen den hohlen Längsabschnitten (2, 3) aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte hat: abschnittsweises Verengen eines Rohres (30) erster Querschnittsweite (5) auf die zweite Querschnittsweite (6) unter Ausbildung der hohlen Längsabschnitte (2, 3) erster und zweiter Querschnittsweite (5, 6) und Stauchen des Rohres (30), wodurch der gestülpte Übergangsbereich (4) ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei während des Verengens gestaucht wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei eine mit dem Verengen einhergehende Materialängung wenigstens anteilig in Richtung zu dem ersten hohlen Längsabschnitt (2) gelenkt wird, wobei der Übergangsbereich (39, 39') zwischen den Längsabschnitten (2, 3) gestülpt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei beide Endbereiche (40, 41) des Rohres (30) während des Verengens in Längsrichtung des Rohres festgehalten werden, wobei eine mit dem Verengen einhergehende Materiallängung und ein Stülpen des Übergangsbereiches (39, 39') zwischen den hohlen Längsabschnitten (2, 3) erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei nach dem Verengen gestaucht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Wandstärke (11) des zweiten hohlen Längsabschnittes (3) während des Verengens erhöht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei das Verengen durch Rollieren erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei das Verengen durch Bewegen des Rohres (30) durch eine die Querschnittsweite verengende Matrize (32) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei mit dem Verengen ein gestufter, vorzugsweise ein kegeliger Übergangsbereich (34, 37) zwischen den Längsabschnitten (2, 3) ausgebildet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei die Wandung der Energieabsorptionsvorrichtung (1) während des Verengens versteifend profiliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 22 und Anspruch 23, wobei das Verengen und das Profilieren mit der gleichen Matrize (32) erfolgt.