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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Deformationselement zum Fußgängerschutz
an einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1. Die Erfindung betrifft außerdem
eine Stoßfängeranordnung
für ein
Kraftfahrzeug mit einem derartigen Deformationselement.
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Aus
der
DE 103 25 992
A1 ist ein Deformationselement der eingangs genannten Art
bekannt, das im montierten Zustand zwischen einem aufprallgefährdeten
Bauteil und einem fahrzeugfesten Bauteil angeordnet ist. Das Deformationselement
weist mehrere Kammern auf, die quer zu einer erwarteten Aufprallrichtung
einzeilig nebeneinander angeordnet sind. Beim bekannten Deformationselement
sind die Kammern druckluftgefüllt
und in einem reversibel verformbaren Hohlkörper aus einem elastischen
Material ausgebildet. Dabei können
benachbarte Kammern über
Luftschleusen miteinander kommunizieren.
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Aus
der
DE 198 54 172
C2 ist ein selbsttragendes Bauteil bekannt, bei dem an
einer Innenseite eines Außenblechs
runde Waben oder Dosen aus Aluminium unlösbar angebracht sind, in denen
jeweils eine Druckkapsel aus Kunststoff angeordnet ist. Dabei sind
die Druckkapseln mit Hilfe einer Aluminiumabdeckung hermetisch versiegelt.
Gleichzeitig führt
die Alumini umabdeckung zu einer Stabilisierung der Waben miteinander
und gegeneinander.
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Die
DE 197 28 288 A1 zeigt
einen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug,
der eine Hülle
aufweist, die einen stoffgefüllten
Hohlraum umschließt.
Innerhalb der Hülle
können
Zwischenwände
angeordnet sein, die den Hohlraum in mehrere Kammern unterteilen. In
diesen Zwischenwänden
sind Drosselventile ausgebildet, durch die benachbarte Kammern kommunizieren.
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Aus
der
DE 298 23 098
U1 ist ein weiterer luftgefüllter Stoßfänger bekannt, der aus einem
deformierbaren Kunststoff oder Gummi besteht. Der Stoßfänger enthält dabei
einzelne Kammern, die über
Lufteinlassventile aufblasbar sind.
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Deformationselemente,
die in einem Stoßfängerbereich
eines Fahrzeugs angeordnet sind, müssen unterschiedliche und teilweise
gegensätzliche
Belastungen aufnehmen. Beispielsweise müssen die Deformationselemente
zur Erhöhung
des Fußgängerschutzes
relativ weich sein, um die Verletzungsgefahr bei einer Kollision
mit einem Fußgänger zu
reduzieren. Im Unterschied dazu müssen die Stoßfänger kleinere
Kollisionen mit Hindernissen ohne Beschädigung oder mit möglichst
kleiner Beschädigung überstehen,
wozu das jeweilige Deformationselement vergleichsweise hart ausgestaltet sein
muss. Die zuletzt genannte Anforderung resultiert aus dem Wunsch,
das jeweilige Fahrzeug in eine möglichst
niedrige Schadensklasse einer Fahrzeugversicherung einstufen zu
können.
Zur Überprüfung dieser
Anforderung existieren standardisierte Tests, denen das Fahrzeug
unterzogen wird. Bekannt ist beispielsweise der sogenannte „Pendelschlagtest", bei dem ein Pendel
mit vorgegebener Größe und Masse
sowie aus vorgegebenem Abstand, vorgegebener Höhe und Richtung gegen den jeweiligen Stoßfänger schlägt.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
ein Deformationselement bzw. für
eine damit ausgestattete Stoßfängeranordnung eine
verbesserte Ausführungsform
anzugeben, die sich insbesondere durch ein im Hinblick auf die jeweilige
Belastung differenziertes Deformationsverhalten auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird dieses
Problem durch die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die einzelnen Kammern
des Deformationselements durch gasdichte Wände voneinander zu trennen.
Diese Wände
sind vorzugsweise selbsttragend ausgestaltet und tragen dadurch
zur Abstützung
des aufprallgefährdeten
Bauteils am fahrzeugfesten Bauteil bei. Bei einem Aufprall, der
sich in der Zeilenrichtung der Kammern nur über einen relativ kleinen Bereich
erstreckt, sind nur wenige, insbesondere nur eine Kammer, an der
Abstützung
beteiligt. Bei einer derartigen, lokal begrenzten Kollision ist das
Deformationselement vergleichsweise weich. Dies beruht unter anderem
darauf, dass die beim Aufprall komprimierte Kammer in der Zeilenrichtung in
benachbarte Kammern ausweichen kann. Bei einer Kollision mit einem
Fußgänger kommt
es bevorzugt zu derartigen lokal begrenzten Kollisionen.
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Im
Unterschied dazu sind bei einer Kollision, die sich in der Zeilenrichtung über mehrere
Kammer erstreckt, entsprechend viele Kammern an der Abstützung beteiligt.
Dabei können
sich die inneren Kammern innerhalb der Zeile nicht mehr ohne weiteres
seitlich ausbreiten, da jeweils auch die benachbarte Kammer bestrebt
ist, sich entgegengesetzt auszubreiten. Das Deformationselement
wird dadurch für
einen derartigen Belas tungsfall härter. Typischerweise erstreckt
sich der mit dem Pendelschlagtest überprüfte Standardkollisionsfall über einen
größeren Bereich
als eine typische Fußgängerkollision. Vorzugsweise
ist die Dimensionierung der einzelnen Kammern in der Zeilenrichtung
auf diese unterschiedlichen typischen Kollisionsfälle abgestimmt. Beispielsweise
erstrecken sich die Kammern in der Zeilenrichtung jeweils etwa zwischen
10 cm bis 15 cm.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
können
die Kammern in einer Kammerlängsrichtung
ein konstantes Querschnittsprofil aufweisen, beispielsweise ein
Kreisprofil, ein Fünfeckprofil
oder ein Sechseckprofil oder beliebige andere Zylinder- oder Mehreckprofile.
Vorzugsweise sind die Kammern im Einbauzustand so angeordnet oder
orientiert, dass sich die jeweilige Kammerlängsrichtung quer zur Zeilenrichtung
erstreckt, insbesondere vertikal oder horizontal. Durch diese Bauweise
wird erreicht, dass das Deformationselement ein richtungsabhängiges Deformationsverhalten
aufweist. Beispielsweise führen
horizontale Kammerlängsrichtungen
dazu, dass das Deformationselement gegenüber einem vertikalen Aufprall
deutlich weicher ist als gegenüber
einem horizontalen Aufprall. Diese Ausführungsform beruht dabei auf
der Überlegung,
dass eine Fußgängerkollision
bevorzugt in vertikaler Richtung erfolgt, während eine sonst übliche Kollision,
z. B. nach dem Pendelschlagtest, regelmäßig in horizontaler Richtung
erfolgt. Somit kann durch die hier vorgeschlagene Bauweise das Deformationsverhalten
des Deformationselements gezielt auf unterschiedliche Belastungszustände, die
sich durch verschiedene Kollisionsrichtungen voneinander unterscheiden,
adaptiert werden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 einen
stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch eine Stoßfängeranordnung
mit einem Deformationselement,
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2 eine
Ansicht wie in 1, jedoch bei einem ersten Belastungsfall,
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3 eine
Ansicht wie in 2, jedoch bei einem zweiten
Belastungsfall,
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4 bis 6 Ansichten
wie in 1, jedoch bei weiteren Ausführungsformen.
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1 zeigt
einen Teilbereich einer Stoßfängeranordnung 1 nach
der Erfindung, die ein aufprallgefährdetes Bauteil 2,
z.B. eine Stoßfängeraußenverkleidung,
ein fahrzeugfestes Bauteil 3, z.B. ein am Fahrzeugrahmen
befestigter Biegeträger,
sowie wenigstens ein Deformationselement 4 nach der Erfindung aufweist.
Das Deformationselement 4 dient zum Fußgängerschutz am jeweiligen Fahrzeug
und ist im montierten Zustand zwischen dem aufprallgefährdeten
Bauteil 2 und dem fahrzeugfesten Bauteil 3 angeordnet.
Das Deformationselement 4 weist mehrere Kammern 5 auf.
Diese Kammern 5 sind in einer durch einen Pfeil angedeuteten
Zeilenrichtung 6 nebeneinander einzeilig angeordnet. Die
Zeilenrichtung 6 verläuft
dabei quer zu einer erwarteten Aufprallrichtung. Benachbarte Kammern 5 sind
durch gasdichte Wände 7 voneinander
getrennt.
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Vorzugsweise
ist jede Kammer 5 in einem separaten Kammerkörper 8 ausgebildet.
Jeder Kammerkörper 8 weist
eine Wandung 9 auf, welche die jeweilige Kammer 5 einfasst.
Die Wandungen 9 der Kammerkörper 8 beinhalten
dabei die Wände 7,
welche benachbarte Kammern 5 voneinander trennen. An diesen
Wandungen 9 liegen benachbarte Kammerkörper 8 aneinander
an, also in der Zeilenrichtung 6. Hierbei sind Kontaktzonen 10 ausgebildet,
in denen die Wände 7 bzw.
die Wandungen 9 benachbarter Kammern 5 aneinander
anliegen. Bei den hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsformen
sind benachbart zu den Kontaktzonen 10 jeweils zwischen den
Wänden 7 benachbarter
Kammern 5 Lücken 11 ausgebildet.
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Vorzugsweise
sind die Wände 7 bzw.
die Wandungen 9 selbsttragend ausgestaltet, besitzen also
eine hinreichende Steifigkeit, beispielsweise bestehen die Wände 7 bzw.
die Wandungen 9 aus hinreichend dickem Kunststoff oder
aus Metall. Des Weiteren ist vorzugsweise das aufprallgefährdete Bauteil 2 über das
Deformationselement 4 bzw. über dessen Wände 7 bzw.
Wandungen 9 am fahrzeugfesten Bauteil 3 befestigt.
Das Deformationselement 4 bzw. dessen Wände 7 und Wandungen 9 besitzt/besitzen
somit eine Tragfunktion.
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Entsprechend 2 führt eine
in der Zeilenrichtung 6 schmale Belastung 12,
die durch einen einzelnen Pfeil symbolisiert ist, zu einer lokal
stark begrenzten Deformation des Deformationselements 4.
Im gezeigten Beispiel führt
die schmale Belastung 12 zu einer Kompression der direkt
betroffenen Kammer 5 bzw. des zugehörigen Kammerkörpers 8.
Aufgrund des gewählten
wabenförmigen
Aufbaus der Kammern 5 führt
diese Deformation der einen Kammer 5 zu einer seitlichen
Ausweichbewegung dieser Kammer 5 in Richtung der dazu benachbarten
Kammern 5. Da die benachbarten Kammern 5 bei einer solchen
schmalen Belastung 12 nicht direkt vom Aufprall betroffen
sind, können
sie entsprechend in der Zeilenrichtung 6 nachgeben. Hierdurch
ist das Deformationselement 4 gegenüber einer derartigen schmalen
Belastung 12 relativ weich, also bereits bei vergleichsweise
geringer Kraft nachgiebig. Diese schmale Belastung 12 entspricht
beispielsweise einer üblichen
Kollision der Stoßfängeranordnung 1 mit einem
Fußgänger.
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Im
Unterschied dazu zeigt 3 die Stoßfängeranordnung 1 im
Falle einer bezüglich
der Zeilenrichtung 6 breiten Belastung 13, die
hier durch drei parallele Pfeile symbolisiert ist. Diese breite
Belastung 13 charakterisiert sich dadurch, dass gleichzeitig
mehrere Kammern 5 betroffen sind. Grundsätzlich können die
von der breiten Belastung 13 betroffenen Kammern 5 auch
hier wieder in der Belastungsrichtung oder Kollisionsrichtung nachgeben,
wobei sie sich wieder in der Zeilenrichtung 6 auszudehnen
suchen. Da jedoch innerhalb des von der breiten Belastung 13 betroffenen
Bereichs des Deformationselements 4 auch die benachbarten
Kammern 5 belastet sind, ist diese Möglichkeit der Ausdehnung der
jeweiligen Kammer 5 in der Zeilenrichtung mehr oder weniger
stark eingeschränkt.
Denn gleichzeitig belastete benachbarte Kammern 5 versuchen
sich aufeinander zu auszudehnen, was jedoch nicht oder nur noch stark
eingeschränkt
möglich
ist. Dementsprechend besitzt das Deformationselement 4 bei
einer derartigen breiten Belastung 13 ein relativ hartes
Deformationsverhalten, das heißt,
es müssen
sehr viel größere Kräfte eingeleitet
werden, um in der Kollisionsrichtung dieselbe Deformation des Deformationselements 4 zu
erzielen, wie bei der zuvor beschriebenen schmalen Belastung 12.
Eine derartige breite Belastung 13 tritt beispielsweise
dann auf, wenn das mit der Stoßfängeranordnung 1 ausgestattete
Fahrzeug beim Rangieren mit einem anderen Fahrzeug kollidiert.
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Die
zuvor beschriebenen Deformationen der Stoßfängeranordnung 1 können bis
zu bestimmten Grenzkräften
der Belastungen 12, 13 im elastischen Bereich
der deformierten Werkstoffe liegen, so dass die Deformationen reversibel
sind und insbesondere eine Reparatur der betroffenen Bereiche der
Stoßfängeranordnung 1 nicht
erforderlich ist. Alternativ oder bei Überschreiten der besagten Grenzkräfte können auch
bleibende Deformationen entstehen. Jedoch ist durch die Verwendung
separater Kammerkörper 8 die
Stoßfängeranordnung 1 einfach
und kostengünstig
reparierbar, da lediglich die beschädigten Kammerkörper 8 ersetzt
werden müssen.
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Für eine besonders
günstige
Adaption der Stoßfängeranordnung 1 an
einen Fußgängeraufprall kann
es vorgesehen sein, eine in der Zeilenrichtung 6 gemessene
Erstreckung der einzelnen Kammern 5 so zu wählen, dass
diese Kammerdimension in einem Bereich von etwa 10 cm bis 15 cm
liegt.
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Bei
den hier gezeigten Ausführungsformen besitzen
die Kammern 5 bzw. die Kammerkörper 8 jeweils in
einer Kammerlängsrichtung,
die hier senkrecht zur jeweiligen Zeichnungsebene steht, ein konstantes
Querschnittsprofil. Bei der Ausführungsform der 1 bis 3 besitzen
die Kammern 5 jeweils ein Sechseckprofil. Dabei ist es
grundsätzlich
möglich,
dass ein zelne Kammern 5 unterschiedliche Profile aufweisen.
Bevorzugt ist jedoch die hier gezeigte Ausführung, bei welcher alle Kammern 5 dasselbe Querschnittsprofil
besitzen.
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Bei
der in 4 gezeigten Ausführungsform sind die Kammern 5 exemplarisch
mit einem Kreisprofil ausgestattet. Im Unterschied dazu zeigt 5 eine
Variante, bei welcher die Kammern 5 jeweils ein Fünfeckprofil
besitzen. Durch das in der Kammerlängsrichtung konstante Querschnittsprofil besitzen
die einzelnen Kammern 5 in ihrer Längsrichtung und quer dazu unterschiedliche
Steifigkeiten. Zweckmäßig erstrecken
sich die Kammerlängsrichtungen
sämtlicher
Kammern 5 parallel zueinander und vorzugsweise senkrecht
zur Zeilenrichtung 6. Bei den hier gezeigten Ausführungsformen
erstrecken sich die Kammerlängsrichtungen
im Einbauzustand vertikal. Die in den 2 und 3 eingetragenen
Belastungen 12, 13 besitzen somit horizontale Kollisionsrichtungen.
Grundsätzlich
ist jedoch auch ein anderer Aufbau denkbar, bei dem die Kammern 5 bzw.
die Kammerkörper 8 so
orientiert sind, dass die Kammerlängsrichtungen z. B. horizontal
orientiert sind.
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Durch
eine gezielte Orientierung der Kammern 5 bzw. der Kammerkörper 8 kann
das Deformationsverhalten des Deformationselements 4 bzw.
der damit ausgestatteten Stoßfängeranordnung 1 in
Abhängigkeit
der Kollisionsrichtung an unterschiedliche Belastungsfälle adaptiert
werden. Beispielsweise hat sich gezeigt, dass bei Fußgängerkollisionen
die Kollisionsrichtung vorwiegend vertikal verläuft. Dementsprechend ist es
zweckmäßig, das
jeweilige Deformationselement 4 in vertikaler Richtung
weicher auszugestalten. Zweckmäßig erfolgt
dies dadurch, dass die Kammern 5 bzw. die Kammerkörper 8 so
angeordnet werden, dass die Kammerlängsrichtungen im Wesentlichen
quer zu dieser vertikalen Kollisionsrichtung verlaufen. Für andere
Kollisionsfälle,
die beispielsweise beim Rangieren des Fahr zeugs auftreten, überwiegen
horizontale Kollisionsrichtungen, so dass das Deformationselement 4 in
horizontaler Richtung steifer oder härter sein sollte. Dies ist
jedoch bei horizontal orientierten Kammerlängsrichtungen regelmäßig der
Fall.
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Grundsätzlich ist
auch eine andere Ausführungsform
möglich,
bei der die Kammern 5 bzw. die Kammerkörper 8 kugelförmig ausgestaltet
sind. Das Deformationsverhalten des Deformationselements 4 ist
dann im Wesentlichen richtungsunabhängig.
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Entsprechend 6 kann
bei einer weiteren Ausgestaltungsform zumindest eine der Kammern 5 einen
Absorptionskörper 14 enthalten,
der zur Aufnahme von Verformungsenergie ausgestaltet ist. Vorzugsweise
ist die jeweilige Kammer 5 mit dem Absorptionskörper 14 vollständig ausgefüllt. Dieser
Absorptionskörper 14 ist
dabei ein separates Bauteil, das in die jeweilige Kammer 5 bzw.
in den jeweiligen Kammerkörper 8 eingesetzt
ist. Vorzugsweise sind sämtliche
Kammern 5 jeweils mit einem derartigen Absorptionskörper 14 ausgestattet.
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Die
Kammern 5 können
im Einbauzustand grundsätzlich
allseitig gasdicht verschlossen sein. Beispielsweise können die
einzelnen Kammerkörper 8 jeweils
für sich
mit entsprechenden Deckeln oder Böden verschlossen sein. Ebenso
ist es möglich, mehrere
Kammerkörper 8 mit
einem gemeinsamen Deckel oder Boden zu verschließen. Bei allseitig geschlossenen
Kammern 5 ist in diesen ein Volumen eingeschlossen, insbesondere
ein Gasvolumen oder Luftvolumen bzw. ein vorstehend genannter Absorptionskörper 14.
Im Falle einer Kollision wird die betroffene Kammer 5 komprimiert,
wodurch auch das darin eingeschlossene Volumen komprimiert wird, was
zusätzlich
Verformungsarbeit aufnimmt.
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Ebenso
ist es möglich,
die Kammern 5 einseitig oder auch beidseitig offen auszugestalten,
wodurch sich das Deformationsverhalten des Deformationselements 4 insbesondere
im Hinblick auf die Kollisionsrichtung signifikant modifizieren
lässt.
Bei einer Anordnung der Kammern 5 mit vertikaler Kammerlängsrichtung
können
die einzelnen Kammern oben und/oder unten offen ausgestaltet sein.