DE102005055082B4

DE102005055082B4 - Vorrichtung zum Schutz gegen einen Aufprall

Info

Publication number: DE102005055082B4
Application number: DE102005055082A
Authority: DE
Inventors: Christo Gavrilov; Marco Braun; Steve Kober
Original assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Current assignee: Faurecia Innenraum Systeme GmbH
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2025-11-17
Also published as: US20080277967A1; WO2007057275A1; US7909388B2; DE102005055082A1

Abstract

Vorrichtung zum Schutz gegen einen, insbesondere seitlichen, Aufprall mit zumindest einem
– Energieabsorptionskörper (100; 100'; 200), der hinter einem inneren Karosserieteil (134; 134') angeordnet ist,
– Mittel (140, 142; 140', 142') zur Übertragung einer bei einem Aufprall wirkenden Kraft (F) von einem äußeren Karosserieteil (136; 136') durch eine Öffnung (138; 138') des inneren Karosserieteils auf den Energieabsorptionskörper,
dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorptionskörper (100, 100', 200) ein sich in einer axialen Richtung erstreckender Hohlkörper (102) mit einer inkompressiblen Füllung (104) ist, auf die aufgrund der bei einem Aufprall wirkenden Kraft (F) ein Kolben (110) Druck ausübt, und dass der Hohlkörper (102) eine orthotrope Elastizität aufweist und in axialer Richtung eine höhere Steifigkeit besitzt als in radialer Richtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz gegen einen Aufprall sowie eine Kraftfahrzeug-Säule und eine Kraftfahrzeug-Tür.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Energieabsorber für Kraftfahrzeug bekannt, die bei einem Aufprall die Stoßenergie durch Deformation aufnehmen sollen. Beispielsweise zeigt die DE 20 61 595 A eine stoßabsorbierende Vorderwand. Die DE 199 52 570 A1 zeigt einen Energieabsorber zum Absorbieren von Stoßenergie. Weitere Deformationsstrukturen zur Energieabsorption sind bekannt geworden aus DE 197 36 839 A1 und DE 30 38 252 A1 .
Ferner ist es auch aus dem Stand der Technik bekannt, ein Aufprallschutzelement an dem Querträger eines Kraftfahrzeugs, das heißt dem sogenannten Cockpit-Querträger, zu befestigen, insbesondere aus DE 23 12 202 A , DE 39 05 950 A1 , DE 12 39 583 A , US 5,273,314 A , US 4,978,136 A , US 5,037,130 A , US 5,482,319 A , DE 195 02 226 C1 , DE 22 48 003 A , DE 23 35 958 A1 , DE 40 16 670 A1 und DE 197 12 902 C1 . Aufpralldämpfer zur Querträgerversteifung sind ferner aus DE 196 25 457 A1 und DE 196 15 875 A1 bekannt geworden. Aus der DE 199 24 641 A1 ist eine Befestigungsstruktur für Folienenergieabsorber bekannt. Zwei Energieabsorber werden durch ein Verbindungselement gekoppelt. Die miteinander verbundenen Energieabsorber werden an einer vorderen Säule eines Kraftfahrzeugs und dem seitlichen Dachrahmen befestigt. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass diese nicht zum Schutz gegen einen Seitenaufprall geeignet ist.
Aus der DE 696 27 524 T2 ist eine energieabsorbierende Einrichtung bekannt. Die Energieabsorption erfolgt bei dieser Einrichtung indem ein Zylinder eine in einem Kolben befindliche Flüssigkeit durch eine Öffnung herausdrückt. Dadurch wird kinetische Energie einer translatorischen Bewegung eines Körpers in kinetische Energie eines Flüssigkeitsstroms umgewandelt.
Aus der DE 20 61 595 A ist eine stoßabsorbierende Vorderwand für Kraftwagen bekannt, die zum Schutz des Kopfes und des Rumpfes einerseits und der Beine andererseits getrennte Abschnitte aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Schutz der Insassen bei einem Aufprall auf die Karosserie eines Kraftfahrzeugs so zu gestalten, dass die Fahrzeugsteifigkeit verbessert wird.
Die der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zum Schutz gegen einen Aufprall geschaffen, die zumindest einen Energieabsorptionskörper aufweist, der hinter einem inneren Karosserieteil angeordnet ist. Im Falle eines Aufpralls wird eine Aufprallkraft von einem äußeren Karosserieteil durch eine Öffnung des inneren Karosserieteils hindurch auf den zumindest einen Energieabsorptionskörper übertragen. Aufgrund der Übertragung der Aufprallkraft unmittelbar von dem äußeren Karosserieteil durch die Öffnung des inneren Karosserieteils hindurch auf den Energieabsorptionskörper macht sich die Erfindung den Deformationsweg des äußeren Karosserieteils in Richtung auf das innere Karosserieteil zu Nutze.
Noch bevor das innere Karosserieteil mit der Aufprallkraft beaufschlagt wird, wird die Aufprallkraft auf den aus Richtung des äußeren Karosserieteils hinter dem inneren Karosserieteil liegenden Energieabsorptionskörper übertragen, so dass Aufprallenergie abgebaut wird. Dadurch kann auch bei relativ großen Aufprallkräften verhindert werden, dass sich die Fahrgastzelle deformiert oder dass Karosserieteile in den Fahrzeug-Innenraum eindringen.
Dies ist besonders vorteilhaft für den Seitenaufprallschutz eines Kraftfahrzeugs, da sich durch die Übertragung der Aufprallkraft auf den Energieabsorptionskörper die Steifigkeit der Fahrgastzelle erhöhen lässt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung haben die Mittel zur Übertragung der Aufprallkraft einen in Richtung auf die Öffnung des inneren Karosserieteils ragenden Bereich. Dadurch wird ein Kraftübertragungselement gebildet. Beispielsweise handelt es sich hierbei um ein an einer Innenseite des äußeren Karosserieteils befestigtes Element, wie zum Beispiel ein Blech. Das Blech hat zum Beispiel einen U-förmigen Profilabschnitt, der den auf die Öffnung des inneren Karosserieteils ragenden Bereich bildet.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Bereich bereits vor einem Aufprall mit dem Energieabsorptionskörper mechanisch verbunden. Hierzu kann der Bereich durch die Öffnung in dem inneren Karosserieteil hindurchragen oder zumindest in diese Öffnung hineinragen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das Kraftübertragungselement und der Energieabsorptionskörper vor einem Aufprall nicht unmittelbar miteinander mechanisch verbunden. Beispielsweise ist das Kraftübertragungselement kürzer als ein Abstand zwischen dem inneren und dem äußeren Karosserieteil.
Erst bei einer Deformation des äußeren Karosserieteils aufgrund eines Aufpralls tritt der in Richtung der Öffnung des inneren Karosserieteils ragende Bereich des Kraftübertragungselements durch die Öffnung des inneren Karosserieteils hindurch, um auf den Energieabsorptionskörper zu wirken.
Die Öffnung des inneren Karosserieteils kann durch eine Abdeckung, wie zum Beispiel eine Abdeckkappe oder ein anderes Dekorelement, verschlossen sein. Bei einem Aufprall wird die Abdeckung durch das Kraftübertragungselement entfernt oder durchstoßen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem äußeren Karosserieteil um ein seitliches Außenblech und bei dem inneren Karosserieteil um ein seitliches Innenblech des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise handelt es sich bei dem äußeren Karosserieteil um eine äußere Begrenzung einer Säule des Kraftfahrzeugs und bei dem inneren Karosserieteil um eine innere Begrenzung der Säule. Bei der Säule kann es sich um die sogenannte A-, B-, C- oder D-Säule eines Kraftfahrzeugs handeln.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem äußeren Karosserieteil um ein Türaußenblech und bei dem inneren Karosserieteil um ein Tür-Innenblech.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung in dem Tür-Innenblech in der Nähe einer Schwenkachse der Tür befestigt, so dass die Öffnung bei geschlossener Tür vom Kraftfahrzeug-Innenraum her nicht sichtbar ist. Beispielsweise ist die Öffnung so angeordnet, dass sie sich bei geschlossener Tür gegenüber einer Seitenwand der Instrumententafel befindet.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei oder mehr der Energieabsorptionskörper parallel angeordnet, wobei die Mittel zur Übertragung der Aufprallkraft so ausgebildet sind, dass bei einem Aufprall beide Energieabsorptionskörper beaufschlagt werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei oder mehr der Energieabsorptionskörper in Serie angeordnet.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind einer oder mehrere der Energieabsorptionskörper in einen Querträger des Kraftfahrzeugs integriert. Alternativ oder zusätzlich können einer oder mehrere der Energieabsorptionsträger in eine Instrumententafel integriert sein. Vorzugsweise handelt es sich um eine selbsttragende Instrumententafel, wodurch der Querträger entfallen kann. Die selbsttragende Instrumententafel kann eine Trägerschicht aus einem Blend von SMA und ABS beinhalten.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Energieabsorptionskörper eine orthotrope Elastizität. Beispielsweise hat der Energieabsorptionskörper in einer axialen Richtung eine hohe Steifigkeit und in einer radialen Richtung eine geringe Steifigkeit.
Wird der Energieabsorptionskörper bei einem Seitenaufprall in der axialen Richtung mit der Seitenaufprallkraft beaufschlagt, so wird aufgrund der Steifigkeit des Energieabsorptionskörpers in dieser Richtung eine Deformation der Fahrgastzelle bzw. ein Eindringen von Karosserieteilen in den Kraftfahrzeug-Innenraum verhindert. Wird der Energieabsorptionskörper dagegen bei einem Frontalaufprall in einer radialen Richtung mit einer Kraft beaufschlagt, so führt dies zu einer Deformation des Energieabsorbers, um beispielsweise als sogenanntes Knieaufschlag-Pad zu wirken.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Energieabsorptionskörper einen sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckenden Hohlkörper. Der Hohlkörper ist zumindest teilweise mit einer Füllung gefüllt. Durch einen Kolben kann ein Druck auf die Füllung ausgeübt werden, so dass eine in einer axialen Richtung auf den Kolben wirkende Aufprallkraft aufgenommen wird.
Aufgrund des durch die auf den Kolben wirkende Kraft erzeugten Drucks wird die Wandung des Hohlkörpers auf Zug belastet, wodurch die Steifigkeit des Hohlkörpers erhöht werden kann. Vorzugsweise sind die Wandung des Hohlkörpers und die in dem Hohlkörper befindliche Füllung so ausgebildet, dass der Hohlkörper bei einer in radialer Richtung auf den Energieabsorptionskörper wirkenden Kraft deformiert wird.
Hierdurch wird also ein Energieabsorptionskörper geschaffen, der in Abhängigkeit von der Lastsituation unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweist. Bei einer Belastung in axiale Richtung erhöht sich die Steifigkeit des Energieabsorptionskörpers, um beispielsweise die Steifigkeit einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs zu erhöhen, um so zum Beispiel bei einem Seitenaufprall ein Eindringen von Karosserieteilen in den Fahrzeug-Innenraum zu verhindern. Wird der Hohlkörper dagegen nicht in axialer, sondern in radialer Richtung belastet, so wird der Hohlkörper mit der darin befindlichen Füllung deformiert, da in diesem Fall nicht der Druck auf die Füllung wirkt. Durch die Deformation des Hohlkörpers und der darin befindlichen Füllung erfolgt eine Absorption von Stoßenergie, beispielsweise bei einem Frontalaufprall.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Hohlkörper einer Wandstärke zwischen 1 und 5 mm.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Füllung des Hohlkörpers eine Flüssigkeit auf, wie zum Beispiel Wasser oder Öl.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Füllung einen Schaumstoff auf, wie zum Beispiel einen Kunststoffschaum und/oder einen Metallschaum. Vorzugsweise ist der Schaumstoff mit einem Füllstoff gefüllt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Füllung einen Schaumverbundwerkstoff auf.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Füllung mehrere Körper, die zum Beispiel kugelförmig sein können. Beispielsweise haben die Kugeln einen Durchmesser zwischen 0,5 cm und 5 cm, vorzugsweise zwischen 1 cm und 3 cm. Die Körper können aus einem im wesentlichen inkompressiblen Material, wie zum Beispiel Glasmehl bestehen, so dass die Körper ihre Form aufgrund des Drucks nicht oder fast nicht ändern. Die Körper können auch aus einem Material mit einem relativ großen Querkontraktionskoeffizienten, der auch als Poisson-Koeffizient bezeichnet wird, bestehen, wie zum Beispiel aus einem Kunststoff.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Körper der Füllung des Hohlkörpers hohl und/oder porös.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Füllung einen Werkstoff aus einem Material mit einem Querkontraktionskoeffizienten von mindestens 0,25, vorzugsweise mindestens 0,3.
Ein solches Material hat die Eigenschaft, dass sich die Dicke eines aus dem Material bestehenden Körpers bei einer Belastung in axialer Richtung vergrößert, so dass die in axialer Richtung wirkende Kraft auf die Wandung des Hohlkörpers übertragen wird und dort als Zugkraft aufgenommen werden kann. Dabei kann die Füllung aus einem einheitlichen Block eines solchen Werkstoffs oder aus einer Vielzahl von den Werkstoff beinhaltenden Körpern bestehen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Füllung, eine Flüssigkeit, etwa Öl oder Wasser, gummiartige oder hochelastische Kunststoffe, sowie Polyurethan und/oder Partikelschäume.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat die Füllung des Hohlkörpers eine Matrix zur Aufnahme von mehreren Körpern. Beispielsweise handelt es sich um eine Schaumstoffmatrix, in die Kugeln oder dergleichen eingebettet sind. Im nicht belasteten Zustand können die Körper durch die Matrix voneinander beabstandet sein. Wirkt zum Beispiel bei einem Seitenaufprall in axialer Richtung eine Kraft auf den Kolben, so wird die Matrix komprimiert, so dass sich die in der Matrix befindlichen Körper kontaktieren. Dies führt dazu, dass die in axialer Richtung wirkende Kraft über die Körper auf die Wandung des Hohlkörpers umgeleitet wird. Die resultierenden Zugkräfte, die auf die Wandung des Hohlkörpers wirken, werden von dem Hohlkörper aufgenommen und führen zu einer Versteifung des Hohlkörpers.
In einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Wandung des Hohlkörpers zumindest teilweise aus Metall, vorzugsweise aus Stahl. Alternativ oder zusätzlich kann die Wandung des Hohlkörpers zumindest teilweise aus verstärktem Kunststoff bestehen, insbesondere aus Glasfaser verstärktem Kunststoff und/oder mit einer endlosen Glasfaser verstärktem Kunststoff.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Energieabsorptionskörper zumindest zwei einander gegenüberliegend angeordnete Kolben, die jeweils in axialer Richtung auf die Füllung wirken können.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Energieabsorptionskörper in einem Knieaufschlagbereich, einem Kopfaufschlagbereich und/oder im Bereich eines Handschuhkastens angeordnet. Es können auch mehrere Energieabsorptionskörper für die verschiedenen Aufschlagbereiche auf der Fahrerseite und/oder der Beifahrerseite vorhanden sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Energieabsorptionskörper mit einem Querträger zum Beispiel über eine Abstützung verbunden.
Im weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 die Ansicht der 1 nach einer Deformation des äußeren Karosserieteils aufgrund eines Aufpralls,
3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit parallel angeordneten Energieabsorptionskörpern,
4 die Vorrichtung der 3 nach einer Deformation des äußeren Karosserieteils aufgrund eines Aufpralls,
5 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit in Serie angeordneten Energieabsorptionskörpern,
6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem einzigen Energieabsorptionskörper, der aus beiden axialen Richtungen mit einer Seitenaufprallkraft beaufschlagt werden kann,
7 eine Ausführungsform eines Energieabsorptionskörpers in perspektivischer Darstellung,
8 einen Querschnitt des Energieabsorptionskörpers der 7 bei einer Belastung in axialer Richtung,
9 einen Querschnitt des Energieabsorptionskörpers der 7 und 8 bei einer Belastung in radialer Richtung,
10 einen schematischen Längsschnitt einer Ausführungsform eines Energieabsorptionskörpers, wobei die Füllung mehrere Körper aufweist,
11 eine schematische Ansicht eines der Körper im unbelasteten Zustand und bei axialer Belastung,
12 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten Energieabsorptionskörpern,
13 eine Variante der Ausführungsform der 12 mit einem seitlich neben einer Kraftfahrzeugtür angeordnetem Energieabsoptionskörper,
14 eine perspektivische Ansicht einer Instrumententafel mit mehreren Energieabsorptionskörpern,
15 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem an einem Querträger abgestützten Energieabsorptionskörper.
Elemente der nachfolgenden Figuren, die einander entsprechen, sind mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die 1 zeigt einen Energieabsorptionskörper 100, der aus Richtung eines äußeren Karosserieteils 136 betrachtet hinter einem inneren Karosserieteil 134 angeordnet ist. Der Energieabsorptionskörper 100 ist beispielsweise mittelbar oder unmittelbar mit einem weiteren Karosserieteil, einem Querträger und/oder einen Kraftfahrzeuginnenverkleidungsteil, insbesondere einer Instrumententafel, verbunden.
Das innere Karosserieteil 134 hat eine Öffnung 138. Die Öffnung 138 kann vor einem Aufprall geschlossen oder geöffnet sein. Beispielsweise kann die Öffnung 138 durch eine Sollbruchstelle definiert sein, die bei einem Aufprall aufgetrennt wird, um so die Öffnung 138 freizugeben. Die Öffnung 138 kann auch durch eine Verschlusskappe oder ein anderes Dekorelement überdeckt sein, welches im Falle eines Aufpralls von der Öffnung abgelöst oder von einem Kraftübertragungselement 140 durchstoßen wird.
An der Innenseite des äußeren Karosserieteils 136 ist das Kraftübertragungselement 140 angeordnet. Das Kraftübertragungselement 140 hat einen Bereich 142, der in Richtung der Öffnung 138 ragt. In der hier betrachteten Ausführungsform hat der Bereich 142 ein U-förmiges Profil.
Bei einem Aufprall wird das äußere Karosserieteil 136 deformiert, wie in der 2 dargestellt. Dabei wirkt die Aufprallkraft F in einer axialen Richtung. Hierdurch wird der Bereich 142 durch die Öffnung 138 in dem inneren Karosserieteil 134 hindurchgedrückt, so dass die Aufprallkraft F auf den Energieabsorptionskörper 100 wirkt.
Vorteilhaft ist dabei, dass der Deformationsweg des äußeren Karosserieteils 136 in Richtung auf das innere Karosserieteil 134 genutzt wird, um die Aufprallkraft F auf den Energieabsorptionskörper 100 zu übertragen, so dass die Aufprallenergie absorbiert wird und gleichzeitig die Steifigkeit der Fahrgastzelle erhöht werden kann.
Die Karosserieteile 134 und 136 gehören beispielsweise zu einer Säule des Kraftfahrzeugs, beispielsweise der A-Säule, d. h. der in Fahrrichtung vordersten Säule, oder zu einer Seitentür.
Die 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der der Bereich 142 des Kraftübertragungselements 140 auf zwei parallel angeordnete Energieabsorptionskörper 100 und 100' wirken kann. Die Energieabsorptionskörper 100 und 100' sind prinzipiell gleich aufgebaut, können aber unterschiedlich dimensioniert sein.
Die Aufprallkraft ist von dem Kraftübertragungselement 140 über eine weiteres Kraftübertragungselement 143 auf die beiden Energieabsorptionskörper 100 und 100' übertragen. Die 4 zeigt die Ausführungsform der 3 bei einem Aufprall, wenn die Aufprallkraft F auf das äußere Karosserieteil 136 wirkt.
Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform bei der zwei Energieabsorptionskörper 100 und 100' in Serie angeordnet sind. Die beiden Energieabsorptionskörper 100 und 100' werden dabei durch ein Verbindungselement 144 miteinander verbunden. Auf den einen Energieabsorptionskörper 100 kann der Bereich 142 der an der Innenseite eines linken äußeren Karosserieteils 136 angeordnet ist, wirken, während auf den anderen Energieabsorptionskörper 100' ein Bereich 142', der an der Innenseite eines linken äußeren Karosserieteils 136' angeordnet ist, wirken kann.
Bespielsweise gehören die Karossierteile 136, 134 zur der linken A-Säule oder Fahrertür und die Karossierteile 136', 134' zur der rechten A-Säule oder Beifahrertür des Kraftfahrzeugs.
Beispielsweise wird durch die in Serie angeordneten Energieabsorptionskörper 100 und 100' ein Querträger gebildet.
Die 6 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einem einzigen Energieabsorptionskörper 100, der beidseitig mit einer Aufprallkraft beaufschlagt werden kann.
Erfindungsgemäß kommt ein Energieabsorptionskörper mit orthotropen, das heißt richtungsabhängigen Elastizitätseigenschaften zum Einsatz. Der Energieabsorptionskörper hat in axialer Richtung eine hohe Steifigkeit und in radialer Richtung eine geringe Steifigkeit, wobei der Energieabsorptionskörper so angeordnet ist, dass bei einem Seitenaufprall auf das Kraftfahrzeug eine Belastung des Energieabsorptionskörpers in der axialen Richtung erfolgt.
Die 7 zeigt eine Ausführungsform eines Energieabsorptionskörpers 100, der solche mechanischen Eigenschaften aufweist. Der Energieabsorptionskörper 100 hat einen Hohlkörper 102, in dem sich eine Füllung 104 befindet.
Der Hohlkörper 102 erstreckt sich im wesentlichen entlang einer axialen Richtung 106. Der Hohlkörper 102 hat eine Öffnung 108, durch die ein Kolben 110 auf die Füllung 104 gedrückt werden kann, wenn eine Kraft mit einer Komponente F in der axialen Richtung 106 auf den Kolben 110 wirkt.
Die 8 zeigt einen Querschnitt des Energieabsorptionskörpers 100. Wie in der 8 dargestellt, hat der Hohlkörper 102 des Energieabsorptionskörpers 100 eine vordere Wandung 112 und eine hintere Wandung 114. Die vordere Wandung 112 und die hintere Wandung 114 sind in ihren Randbereichen 116 und 118 miteinander verbunden.
Wenn die Kraft F auf den Kolben 110 des Energieabsorptionskörpers 100 wirkt, wird hierdurch ein Druck D in der Füllung 104 aufgebaut. Der Druck D wird von den Wandungen 112 und 114 des Hohlkörpers 102 aufgenommen, wobei die Wandungen 112 und 114 auf Zug belastet werden. Durch diese Zugbelastung der Wandungen 112 und 114 des Hohlkörpers 102 wird dessen Steifigkeit erhöht und gleichzeitig Energie aufgenommen.
Die 9 zeigt einen Querschnitt des Energieabsorptionskörpers 100, wenn dieser mit einer Kraft belastet wird, die eine in einer radialen Richtung verlaufende Kraftkomponente F' aufweist. Die Kraft F' führt zu einer elastischen oder plastischen und irreversiblen Deformation des Energieabsorptionskörpers 100, insbesondere an dessen vorderer Wandung 112. Aufgrund der Deformation der vorderen Wandung 112 wird auch die Füllung 104 entsprechend deformiert. Je nach der Größe der Kraft F' kann es auch zu mehr oder weniger großen Deformationen der hinteren Wandung 114 kommen.
Die vordere Wandung 112 und die hintere Wandung 114 des Hohlkörpers 102 können aus dem gleichen, ähnlichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen, wie zum Beispiel aus Metall, insbesondere Stahl, Kunststoff, insbesondere Glasfaser verstärktem Kunststoff und/oder mit einer endlosen Glasfaser verstärktem Kunststoff. Der Kolben 110 kann ebenso aus solchen Materialien bestehen.
Die Füllung 104 kann zum Beispiel ein im wesentlichen inkompressibles Material aufweisen, wie zum Beispiel eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder Öl. Die Füllung 104 kann auch ein Material mit einem relativ großen Querkontraktionskoeffizienten aufweisen, so dass das Material bei einer Belastung in axialer Richtung senkrecht dazu seine Dicke vergrößert, um die in der axialen Richtung wirkende Kraft auf die vordere Wandung 112 und die hintere Wandung 114 umzulenken.
Die Füllung 104 kann auch einen Schaumstoff, insbesondere einen Kunststoffschaum, wie zum Beispiel einen Polyuhrethanschaum oder Partikelschaum, und/oder einen Metallschaum aufweisen. Zum Beispiel kann es sich um einen mit einem Füllstoff gefüllten Schaum handeln, das heißt einen sogenannten Schaumverbundwerkstoff.
Die Füllung 104 kann beispielsweise mehrere Körper beinhalten oder durch solche Körper gebildet werden. Beispielsweise sind die Körper in der Füllung 104 von einer Flüssigkeit umgeben oder in eine Matrix eingebettet. Die Körper können zum Beispiel aus einem im wesentlichen inkompressiblen Material oder aus einem Material mit einer ausgeprägten Querkontraktion bestehen. Beispielsweise sind die Körper kugelförmig oder oval ausgebildet oder sie haben eine andere geometrische Form. Vorzugsweise liegt die Dimension der Körper im Bereich zwischen 0,5 cm und 5 cm.
Die 10 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des Energieabsorptionskörpers 100. Bei dieser Ausführungsform beinhaltet die Füllung 104 mehrere Körper 120. Diese können lose oder in einer Matrix eingebettet in dem Hohlkörper 102 angeordnet sein. Beispielsweise werden die Körper 120 voneinander durch eine Schaumstoffmatrix 122 voneinander beabstandet, so dass sich die Körper 120 im Normalbetrieb nicht berühren. Dadurch werden insbesondere Klappergeräusche unterbunden. Die Schaumstoffmatrix 122 mit den darin befindlichen Körpern 120 kann beispielsweise durch Zugabe der Körper 120 während des Schaumprozesses hergestellt werden, beispielsweise während eines Polyuhrethanschaumprozesses.
Wenn zum Beispiel bei einem Seitenaufprall die Kraft F auf den Kolben 110 wirkt, so wird die Schaumstoffmatrix 122 komprimiert, so dass sich die Körper 120 berühren. Dadurch kommt es zum Aufbau des Drucks D und der Versteifung des Hohlkörpers 102.
Wirkt hingegen die Kraft F' in radiale Richtung auf den Energieabsorptionskörper 100, so wird der Hohlkörper 102 mit der darin befindlichen Schaumstoffmatrix verformt, um dadurch Energie aufzunehmen.
Bei den Körpern 120 kann es sich zum Beispiel um Kugeln aus Glasmehl oder Kunststoff handeln. Beispielsweise bestehen die Körper 120 aus einem Werkstoff mit einem relativ großen Querkontraktionskoeffizienten.
Die 11 zeigt exemplarisch einen solchen Körper 120 in unbelastetem Zustand. Wird der Körper 120 mit der Kraft F in axiale Richtung belastet, so vergrößert sich die Ausdehnung des Körpers 120 senkrecht dazu, wie in der 11 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Dadurch wird die Kraft F auf die Wandungen des Hohlkörpers 102 umgeleitet.
Die 12 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Instrumententafel 124. Auf Höhe einer A-Säule 132 befindet sich in Fahrtrichtung ein erster Energieabsorptionskörper 100. Der Kolben 110 des Energieabsorptionskörpers 100 ist mechanisch mit einem durch die A-Säule 132 gebildeten äußeren Karosserieteil 134 verbunden, das heißt mit dem Außenblech der A-Säule 132. Zwischen der A-Säule 132 und der B-Säule 146 des Kraftfahrzeugs ist eine Kraftfahrzeug-Tür 148 angeordnet, die in Pfeilrichtung 150 um deren Schwenkachse 152 aufschwenkbar ist.
Die Kraftfahrzeug-Tür 148 hat eine Öffnung 138', die bei geschlossener Kraftfahrzeug-Tür 148 gegenüber einer Seitenwand 154 der Instrumententafel 124 angeordnet ist. Im Falle eines Seitenaufpralls tritt das Kraftübertragungselement 140' durch die Öffnung 138' hindurch, um den Kolben 110' des Energieabsorptionskörpers 100' mit einer Seitenaufprallkraft zu beaufschlagen. Die Öffnung 138' kann im Normalbetrieb mit einer Abdeckung, wie zum Beispiel einer Verschlusskappe, einer Zierleiste oder dergleichen verdeckt sein. Im Falle eines Seitenaufpralls wird diese Abdeckung durch das Kraftübertragungselement 140' abgetrennt oder durchstoßen, so dass die Öffnung 138' freigegeben wird.
Vorteilhaft ist hierbei, dass der Überlappungsbereich 156 der Seitenwand 154 und der Kraftfahrzeug-Tür 148 genutzt wird, um die Steifigkeit der Fahrgastzelle im Falle eines Seitenaufpralls zu vergrößern. Gleichzeitig kann der Energieabsorptionskörper 110' beispielsweise als sogenanntes Knee-Pad im Falle eines Frontalaufpralls wirken.
Die 13 zeigt eine Variante der Ausführungsform der 12, bei der der Energieabsorptionskörper 110' über ein winkeliges Kraftübertragungselement 143 von dem Kraftübertragungselement 140 mit einer Seitenaufprallkraft beaufschlagt werden kann. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da der Energieabsorptionskörper 110' gegenüber einer Seite der Kraftfahrzeugtür 148 angeordnet ist, und zwar im Überlappungsbereich 156 der Seite der Kraftfahrzeugtür 148 mit der Seitenwand 154 der Instrumententafel 124. Dies führt im Falle eines Seitenaufpralls zu einer Versteifung, die ein Eindringen der Kraftfahrzeugtür 148 in den Kraftfahrzeuginnenraum verhindern oder reduzieren kann.
Die 14 zeigt eine Instrumententafel 224 in perspektivischer Ansicht. Die Instrumententafel 224 kann einen oder mehrere Energieabsorptionskörper aufweisen. Beispielsweise wird durch einen Abschnitt 212 im Kopfaufschlagbereich auf der Beifahrerseite die vordere Wandung für einen unterhalb der Instrumententafel 224 angeordneten Energieabsorptionskörper gebildet, dessen hintere Wandung 214 in der 14 durch die gestrichelten Linien dargestellt ist.
Durch einen Abschnitt 212' im Bereich des Handschuhkastens der Instrumententafel 224 kann eine weitere vordere Wandung für einen dahinter angeordneten Energieabsorptionskörper gebildet werden. Durch einen Abschnitt 212'' in einem Knieaufschlagbereich der Instrumententafel 224 kann auf der Fahrerseite und/oder auf der Beifahrerseite die vordere Wandung von dahinter angeordneten Energieabsorptionskörpern gebildet werden.
Beispielsweise hat die Instrumententafel 224 eine Trägerschicht aus ABS oder einem anderen Kunststoff. Diese Trägerschicht wirkt in den Abschnitten 212, 212' und 212'' als eine Wandung zur Realisierung des Hohlkörpers 102 des Energieabsorptionskörpers. Wenn es sich um eine selbsttragende Instrumententafel handelt, besteht die Trägerschicht vorzugsweise aus einem Blend von Styrol/Maleinsäureanhydrid (SMA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS). In diesem Fall ist ein Querträger nicht erforderlich.
Zwischen der Windschutzscheibenwurzel 226 und dem Abschnitt 212 kann ein Beifahrer-Airbag angeordnet sein, wie zum Beispiel ein sogenannter windschutzscheibennaher Airbag, dessen Öffnungsklappe bei der Auslösung des Airbags gegen die Windschutzscheibe anschlägt.
Bei einem Seitenaufprall wirkt die Kraft F in axialer Richtung auf den oder die Energieabsorptionskörper, die unterhalb der Instrumententafel 224 angeordnet sind. Aufgrund der Erhöhung der Steifigkeit der Energieabsorptionskörper erhöht sich die Steifigkeit der Fahrgastzelle in axialer Richtung, so dass ein Eindringen von Karosserieteilen in den Kraftfahrzeug-Innenraum verhindert werden kann.
Wenn dagegen zum Beispiel bei einem Frontalaufprall der Fahrer und/oder der Beifahrer nach vorne geschleudert werden und mit dem Kopf und/oder den Knien auf die Abschnitte 212 und/oder 212'' aufprallen, so wirkt jeweils die Kraft F' in einer radialen Richtung, so dass die jeweiligen Energieabsorptionskörper deformiert werden, um die Stoßenergie zu absorbieren, wodurch Verletzungen vermieden werden können.
Die 15 zeigt einen Querträger 228, der unterhalb der Instrumententafel 224 verlaufen kannt. Der oder die Absorptionskörper 200 der Instrumententafel 224 sind vorzugsweise an dem Querträger 228 zum Beispiel durch Metalllaschen 230 abgestützt.

100: Energieabsorptionskörper
100': Energieabsorptionskörper
102: Hohlkörper
104: Füllung
106: axiale Richtung
108: Öffnung
110: Kolben
112: vordere Wandung
114: hintere Wandung
116: Randbereich
118: Randbereich
120: Körper
122: Schaumstoffmatrix
124: Instrumententafel
132: A-Säule
134: inneres Karosserieteil
136: äußeres Karosserieteil
138: Öffnung
138': Öffnung
140: Kraftübertragungselement
140': Kraftübertragungselement
142: Bereich
142': Bereich
143: Kraftübertragungselement
144: Verbindungselement
146: B-Säule
148: Kraftfahrzeug-Tür
150: Pfeilrichtung
152: Schwenkachse
154: Seitenwand
156: Überlappungsbereich
200: Energieabsorptionskörper
212: Abschnitt
212': Abschnitt
212'': Abschnitt
214: hintere Wandung
224: Instrumententafel
226: Windschutzscheibenwurzel
228: Querträger
230: Lasche
300: Energieabsorptionskörper
310: Abschnitt
310': Abschnitt
328: Querträger
332: A-Säule

Claims

Vorrichtung zum Schutz gegen einen, insbesondere seitlichen, Aufprall mit zumindest einem – Energieabsorptionskörper (100; 100'; 200), der hinter einem inneren Karosserieteil (134; 134') angeordnet ist, – Mittel (140, 142; 140', 142') zur Übertragung einer bei einem Aufprall wirkenden Kraft (F) von einem äußeren Karosserieteil (136; 136') durch eine Öffnung (138; 138') des inneren Karosserieteils auf den Energieabsorptionskörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorptionskörper (100, 100', 200) ein sich in einer axialen Richtung erstreckender Hohlkörper (102) mit einer inkompressiblen Füllung (104) ist, auf die aufgrund der bei einem Aufprall wirkenden Kraft (F) ein Kolben (110) Druck ausübt, und dass der Hohlkörper (102) eine orthotrope Elastizität aufweist und in axialer Richtung eine höhere Steifigkeit besitzt als in radialer Richtung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mittel zur Übertragung einen in Richtung auf die Öffnung ragenden Bereich (142; 142') aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich der Bereich durch die Öffnung hindurch erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Bereich in die Öffnung hinein ragt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Bereich kürzer als ein Abstand zwischen dem äußeren Karosserieteil und dem inneren Karosserieteil ist, so dass der Bereich bei dem Aufprall durch die Öffnung hindurchtritt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Öffnung durch eine Abdeckung verschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem äußeren Karosserieteil um ein seitliches Außenblech und bei dem inneren Karosserieteil um ein seitliches Innenblech handelt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem äußeren Karosserieteil um eine äußere Begrenzung einer Säule und bei dem inneren Karosserieteil um eine innere Begrenzung der Säule handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei es sich bei der Säule um die vordere Säule eines Kraftfahrzeugs handelt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem äußeren Karosserieteil um ein Türaußenblech und bei dem inneren Karosserieteil um ein Tür-Innenblech handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Öffnung so angeordnet ist, dass die Öffnung bei geschlossener Tür einer Seitenwand (154) einer Instrumententafel (124) gegenüberliegt, so dass die Öffnung bei geschlossener Tür vom Kraftfahrzeug-Innenraum her nicht sichtbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel zur Übertragung der Aufprallkraft durch ein an einer Innenseite des äußeren Karosserieteils befestigtes Blech gebildet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Blech einen U-förmigen Profilabschnitt aufweist, durch den der in Richtung der Öffnung ragende Bereich gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Wandung (112, 114; 212, 214; 212', 212'') des Hohlkörpers und die Füllung so ausgebildet sind, dass der Hohlkörper bei einer in radialer Richtung wirkenden Kraft (F') deformiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 14, wobei ein Abschnitt (212, 212', 212'') einer Wandung des Hohlkörpers durch ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil (224) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit parallel angeordneten Energieabsorptionskörpern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit in Serie angeordneten Energieabsorptionskörpern.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Energieabsorptionskörper in einen Querträger integriert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Energieabsorptionskörper in einer Instrumententafel integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Instrumententafel selbsttragend ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Instrumententafel ein Blend aus Styrol/Maleinsäureanhydrid (SMA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat (ABS) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Energieabsorptionskörper (110') in einem Überlappungsbereich (156) einer Kraftfahrzeugtür (148) mit einer Seitenwand (154) einer Instrumententafel (124) angeordnet ist, und mit einem Kraftübertragungselement (143) zur Übertragung der Kraft von einer A-Säule (132) zu dem Energieabsorptionskörper.