-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Energieaufnahmevorrichtung,
insbesondere für
Karosserieteile eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise für die Motorhaube,
das Motorhaubenscharnier oder das Motorhaubenschloss, zum passiven
Schutz anderer Verkehrsteilnehmer wie Fußgänger oder Radfahrer während einer
Kollision zwischen diesen und dem Kraftfahrzeug.
-
Bei
Kollisionen zwischen Kraftfahrzeugen und anderen Verkehrsteilnehmern,
etwa Fußgängern, kommt
es häufig
zu schwersten Verletzungen im Kopfbereich der Fußgänger, wenn der Kopf beispielsweise
auf die Motorhaube des Kraftfahrzeugs aufprallt. Dabei treten sehr
hohe Verzögerungswerte auf,
die für
die erwähnten
Verletzungen verantwortlich sind. Kritische Punkte sind hierbei
insbesondere die Bereiche einer Motorhaube, an denen die Motorhaube
am Fahrzeug befestigt ist, d.h. der Bereich um das Motorhaubenschloss
bzw. der Bereich um die Motorhaubenscharniere. Die genannten Bereiche weisen
eine besonders hohe Steifigkeit auf und erlauben nur sehr geringe
Verformungswege während eines
Aufpralls. Es gibt daher vielfältige
Bestrebungen, der hohen Steifigkeit und den damit verbundenen geringen
Verformungswegen in den zuvor genannten Bereichen einer Motorhaube
effektiv entgegenzuwirken.
-
Die
DE 10 2005 010 412 beispielsweise
beschreibt ein Motorhaubenscharnier, das nach Überschreitung eines definierten
Schwellen- oder Grenzwertes im Crashfall eine Bewegung der Motorhaube gegen
einen vorgegebenen Widerstand nach unten erlaubt. Hierzu weist das
Motorhaubenscharnier eine Zerspanvorrichtung mit einem Zerspanelement,
einem Zerspanmesser und einem Anschlag auf. Besagter Anschlag legt
die Normal-Schließposition
der Motorhaube fest. Die Zerspanvorrichtung ist derart ausgebildet,
dass bei Überschreitung
des Schwellenwertes der Anschlag über die Normal-Schließposition nach
unten gegen den von der Zerspanvorrichtung erzeugten Widerstand
verlagerbar ist. Der erwähnte Widerstand
wird durch ein Zerspanen des Zerspanelementes im Verlauf der Verlagerung des
Anschlags bei einer Bewegung des Zerspanmessers relativ zu dem Zerspanelement
hervorgerufen. Bei dem Zerspanen des Zerspanelementes, das aus einem
gut spanbaren polymeren Werkstoff besteht, wird die kinetische Energie
des auf die Motorhaube aufschlagenden Kopfes in Verformungs- und
Oberflächenenergie
umgewandelt.
-
Das
polymere Zerspanelement ist so in dem Motorhaubenscharnier angeordnet,
dass die kinetische Energie des auftreffenden Kopfes vollständig von
diesem aufgenommen werden kann. Bei dem Motorhaubenscharnier kann
es sich um ein derzeit übliches
sogenanntes 4-Gelenk-Scharnier
oder ein 1-Gelenk-Scharnier handeln. Es ist so beschaffen, dass
es ohne zusätzliche
Kraftausübung
um einen bestimmten vorgegebenen Verformungsweg eintauchen kann.
-
Durch
die Verwendung eines polymeren Zerspanelementes ergibt sich eine über den
Verformungsweg im Wesentlichen unabhängige und konstante Spankraft
und damit eine über
den Verformungsweg im Wesentlichen konstante Energieumwandlung.
Damit erfährt
der auftreffende Kopf eine nahezu konstante Bremskraft, die zu einer
konstanten Bremsverzögerung
führt,
wodurch der Kopf auf dem geringstmöglichen Bremsweg – ohne die
Gefahr lebensgefährlicher
Verzögerungswerte – abgebremst wird.
-
Nachteilig
beim angegebenen Stand der Technik ist die Tatsache, dass am Zerspanelement bereits
bei Betriebslasten und nicht erst unter Crashlast eine Verformung
bzw. eine Zerspanung stattfinden kann, wodurch es zu einer unbeabsichtigten
und bleibenden Absenkung der Motorhaube kommt. Diese Absenkung führt jedoch
zu Qualitätsmängeln und zu
einer optischen Unverträglichkeit.
-
Wurde
das Zerspanelement beispielsweise auf eine typische Schneidkraft
von 1000 N im Crashfall berechnet, so soll gewährleistet sein, dass die Schneidzähne des
Zerspanmessers sicher bei Erreichen des Grenz- oder Schwellenwertes
von 1000 N unter normalen Umgebungsbedingungen, d.h. bei Raumtemperatur
und normaler Luftfeuchtigkeit, ansprechen und das polymere Zerspanemelent
geschält
wird.
-
Bei
hohen Umgebungstemperaturen und – je nach verwendetem polymeren
Werkstoff für
das Zerspanelement – auch
bei erhöhten
Luftfeuchtigkeiten kann die Zerspan- oder Schälkraft um bis zu 50 % des Ausgangsschälwertes
bei Raumtemperatur und normaler Luftfeuchtigkeit geringer werden.
Dies bedeutet, dass unter bestimmten Umständen bereits bei einer Last
von 500 N auf die Motorhaube das Zerspanelement geschält werden
kann und sich die Motorhaube absenkt. Dies ist vor dem Hintergrund
der bereits nennenswerten Lastbeträge, die im normalen Fahrzeugbetrieb
statisch und dynamisch auf die Motorhaube einwirken, kritisch zu
bewerten.
-
So
werden durch Windkräfte
oder durch Abstützen
von Personen beispielsweise bei der Fahrzeugreinigung auf die Motorhaube
im Bereich des Scharniers einwirkende Kräfte von bis zu 700 N erwartet.
Hinzu kommt das Gewicht der Motorhaube im Scharnierbereich in der
Größenordnung
von ca. 100 N. Dieses Gewicht ist sowohl statisch zu tragen, als auch
dynamisch im Fahrzeugbetrieb, z.B. auf schlechten Straßen, wobei
hohe Rüttelkräfte auftreten.
Im Zusammenwirken mit erhöhten
Temperaturen und gegebenenfalls bei entsprechenden Polymeren mit
erhöhter
Luftfeuchtigkeit können
die zuvor erwähnten überlagerten
Lasten demnach bereits so hoch sein, dass ein unbeabsichtigtes Verformen
bzw. Zerspanen des Zerspanelementes auftritt.
-
Das
zuvor Erwähnte
zusammenfassend ergibt sich beim aufgeführten Stand der Technik also das
Problem einer zu geringen Trennschärfe zwischen den Lasten im
Betriebsfall und im Crashfall, d.h. dass die Beanspruchungskollektive
für den
statischen/dynamischen Betrieb des Fahrzeugs und für den Crashfall
nicht deutlich genug voneinander zu trennen sind.
-
Daher
ist es Aufgabe der Erfindung, die im Fahrzeugbetrieb auftretenden
statischen und dynamischen Betriebsbelastungen aufzunehmen, ohne ein
ungewolltes Setzen oder Anfangsschälen des Zerspanelementes zu
veranlassen, und gleichzeitig sein günstiges Schälverhalten und die günstige Energieumwandlung
im Crashfall in vollem Umfang beizubehalten.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
-
Die
erfindungsgemäße Energieaufnahmevorrichtung
umfasst eine Absorbervorrichtung zum Absorbieren von Energie im
Crashfall, und eine Unterstützungsvorrichtung, über die
sich im Betriebsfall vorzugsweise das Karosserieteil abstützt, so
dass die Absorbervorrichtung im Wesentlichen belastungsfrei bleibt,
und im Crashfall die abstützende
Wirkung der Unterstützungsvorrichtung
im Wesentlichen aufhebbar ist, so dass sich das Karosserieteil auf
der Absorbervorrichtung abstützt
und die dadurch eingeleitete Energie von der Absorbervorrichtung
absorbiert wird.
-
Die
Unterstützungsvorrichtung
gewährleistet dabei
ein sicheres Abstützen
des Karosserieteils, beispielsweise der Motorhaube, bei im normalen
Betrieb auftretenden Belastungen, d.h. im Betriebsfall, bis hin
zu einer definierten Grenzlast, die den Crashfall festlegt. Die
Absorbervorrichtung bleibt also bis zur erwähnten definierten Grenzlast
im Wesentlichen frei von Belastungen und übernimmt somit zunächst keine
bestimmungsgemäße Funktion.
Sobald die Grenzlast im Falle eines Crashs erreicht oder überschritten
wird, erfolgt die im Wesentlichen vollständige Aufhebung der unterstützenden
Wirkung der Unterstützungsvorrichtung.
Dann stützt
sich die Motorhaube im Wesentlichen auf der Absorbervorrichtung ab,
und die durch den Crash auf die Motorhaube eingeleitete Energie
wird wirkungsvoll durch die Absorbervorrichtung absorbiert.
-
Es
kann von Vorteil sein, dass die Absorbervorrichtung wenigstens ein
Zerspanelement und wenigstens eine vorzugsweise plattenförmige Schneideinrichtung
aufweist, wobei sich im Crashfall das Zerspanelement relativ zur
Schneideinrichtung bewegt, so dass ein Zerspanen des Zerspanelementes
hervorgerufen wird. Eine solche Absorbervorrichtung erzeugt auf
zuverlässige
und sichere Weise den benötigten
(Schäl-)Widerstand,
um die Verzögerungskräfte, die
bspw. beim Kopfaufprall auftreten, über einen ausreichend langen
Zeitraum zu strecken und den Maximalwert der Verzögerung auf
ein zulässiges Maß zu senken.
-
Der
Begriff „Schneideinrichtung" ist im Sinne eines „spanenden
Elements" zu verstehen
und umfasst beispielsweise messerartige als auch meißelartige
Schneiden. Es können
mehrere Schneiden vorgesehen sein, oder es können an einer Schneide mehrere
Spanbereiche vorgesehen sein. Durch die Auswahl der Geometrie und
der Größe der spanenden
Bereiche der Schneide sowie durch die Materialwahl und die Geometrie
des Zerpanelementes kann der Widerstand präzise auf die jeweilige Anwendung abgestimmt
werden.
-
Es
ist vorteilhaft, wenn sich das Zerspanelement in Eingriff mit der
Schneideinrichtung befindet. Hierdurch erfolgt ein direktes und
verzögerungsfreies Zerspanen
des Zerspanelementes.
-
Vorzugsweise
ist das Zerspanelement im Wesentlichen prismenförmig oder zylinderförmig ausgebildet.
Diese Geometrien sind relativ einfach und kostengünstig herzustellen.
Durch die Variation des Durchmessers bzw. der Außenabmessungen kann ein sich über den
Zerspanweg variierender Widerstand eingestellt werden, so dass eine
optimierte Energie absorption realisiert werden kann. Andere Geometrien
des Zerspanelementes, z.B. eine U-förmige Geometrie oder Profilstabgeometrien
sind ebenso denkbar.
-
Es
kann sich als günstig
erweisen, dass das Zerspanelement aus einem polymeren Material,
vorzugsweise aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Kunststoff
wie etwa Polyamid (PA) 6 oder PA6.6, besteht. Diese Kunststoffe
lassen sich einfach und kostengünstig
verarbeiten, und weisen darüber
hinaus eine gute Zerspanbarkeit auf.
-
In
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
ist vorstellbar, dass das Zerspanelement aus einem anderen weichen
und leicht zerspanbaren Material, z.B. Aluminium, Al 99 oder Messing
besteht. Die Verwendung derartiger temperaturbeständiger Materialien erlaubt
die Durchführung
von Arbeitsschritten in der Automobilherstellung, bei denen erhöhte Temperaturen
auftreten, z.B. Tauchbadlackierung, bei der Temperaturen von ca.
200–220°C auftreten.
-
Andere
thermoplastisch verarbeitbare Materialien sind nur dann verwendbar,
wenn sie eine geringe Sprödbruchanfälligkeit
aufweisen.
-
Ebenso
kann sich als günstig
erweisen, dass die Unterstützungsvorrichtung
ein Unterstützungselement
und eine Unterstützungseinrichtung,
welche das Unterstützungselement
bei Erreichen oder Überschreiten
einer Grenzlast im Crashfall außer
Eingriff gelangen lässt,
umfasst. Dadurch gelingt einerseits eine effektive und sichere Abstützung des
Karosserieteils, und andererseits ergibt sich eine verlässliche Methode,
bei der sich das abstützende
Karosserieteil im Crashfall verschieben kann.
-
Vorzugsweise
stützt
sich das Unterstützungselement
federelastisch auf der Unterstützungseinrichtung
ab. Dadurch kann das sich abstützende Karosserieteil
eine gewisse Verschiebung in Richtung der Unterstützungseinrichtung
erfahren, beispielsweise während
eines Wasch- oder Poliervorganges, wobei die Verschiebung reversibel
ist. Gleichzeitig gewährleistet
die federelastische Unterstützung,
dass sich das Karosserieteil erst bei Erreichen bzw. nach Überschreiten
einer Grenzlast und/oder eines Grenzweges im Wesentlichen auf der Absorbervorrichtung
abstützt.
-
Es
kann vorteilhaft sein, dass sich das Unterstützungselement mit einem distalen
Ende davon auf der Unterstützungseinrichtung
abstützt.
Dies begünstigt
die Fertigung und die Montage der Unterstützungsvorrichtung.
-
Weiterhin
kann vorteilhaft sein, dass das Unterstützungselement im Wesentlichen
stabförmig oder
rohrförmig
ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise für die Fertigung des Unterstützungselements
von Vorteil und wirkt sich ebenso günstig bei der Montage aus.
-
Zudem
kann vorteilhaft sein, dass das Zerspanelement wenigstens abschnittsweise
vom Unterstützungselement
geführt
wird. Dadurch wird gewährleistet,
dass das Zerspanelement bei Einleitung der kinetischen Energie im
Crashfall nicht abknickt oder verbogen wird, und so seine Funktion
bestimmungsgemäß erfüllen kann.
-
Es
kann sich als günstig
erweisen, dass das Zerspanelement hohlkörperförmig ausgebildet ist und das
Unterstützungselement
durch den Hohlraum des Zerspanelementes hindurchragt.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform steht das Unterstützungselement
direkt in Wirkverbindung mit der Anlageabschnittslagerung, so dass
bei Überschreiten
einer auf das Karosserieteil wirkenden Kraft die Anlageabschnittslagerung
auf das Unterstützungselement
einwirkt und dabei so ausgebildet ist, dass es bei Überschreiten
einer Grenzlast das Zerspanelement relativ gegen die Schneidvorrichtung
bewegt, so dass die durch einen Crash in das Karosserieteil eingebrachte
Energie in die Absorbervorrichtung bzw. das Zerspanelement geleitet
und absorbiert ist.
-
Die
Außenkontur
des Zerspanelementes ist den Anforderungen der Zerspanvorrichtung
angepasst und kann zylinderförmig,
mehreckig und dgl. ausgebildet sein. Dadurch kann sich das Zerspanelement
sicher und zuverlässig
an dem Unterstützungselement
abstützen.
Gleichzeitig lassen sich Zerspanelement und Unterstützungselement
auf geringstem Raum miteinander kombinieren.
-
Es
liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, dass der Anlageabschnitt
an der Anlageabschnittslagerung angeordnet ist und im Crashfall
auf das Unterstützungselement
in der bereits oben beschriebenen Form einwirken kann.
-
Ebenso
kann es sich als günstig
erweisen, dass das Unterstützungselement
an dem distalen Ende, das dem sich auf der Unterstützungseinrichtung
abstützenden
distalen Ende gegenüberliegt,
einen Anlageabschnitt aufweist, der dazu vorgesehen ist, sich zumindest
am Karosserieteil abzustützen. Damit
ist eine Übertragung
der durch einen Aufprall auf das Karosserieteil eingeleiteten Energie
auf die Unterstützungseinrichtung
möglich.
-
Es
kann vorteilhaft sein, dass der Anlageabschnitt drehbar gelagert
ist. Hierdurch wird einerseits der Ausgleich von Fertigungstoleranzen
ermöglicht, andererseits
erlaubt diese Art der Lagerung die Anpassung an die spezifische
Bewegung des Karosserieteils während
dessen Verschiebung im Crashfall, wodurch die Einleitung von Querkräften bzw.
Drehmomenten im Wesentlichen vermieden wird.
-
Es
kann auch von Vorteil sein, dass der Anlageabschnitt eine Anlagefläche aufweist,
die mit der gegenüberliegenden
Endfläche
des Zerspanelementes in Anlage bringbar ist. Hierdurch wird die
Einleitung der durch den Crash in das Karosserieteil eingebrachten
Energie in die Absorbervorrichtung bzw. das Zerspanelement ermöglicht.
-
Ebenso
kann von Vorteil sein, dass der Anlageabschnitt dazu vorgesehen
ist, zwischen der Absorbervorrichtung und dem Karosserieteil angeordnet
zu sein. Dies ermöglicht
eine sehr platzsparende Anordnung des Anlageabschnitts.
-
Weiterhin
kann von Vorteil sein, dass das Unterstützungselement aus einem metallischen
Material besteht. Diese Materialien zeichnen sich durch günstige mechanische
Eigenschaften aus, die sie auch unter erhöhten Temperatur- oder Luftfeuchtigkeitsbedingungen
beibehalten.
-
Vorzugsweise
ist das Zerspanelement zumindest an einem Endabschnitt davon drehbar
gelagert. Dies erlaubt eine Anpassung der Bewegung des Zerspanelement-Endabschnitts
an die spezifische Bewegung des Karosserieteils während dessen
Verschiebung im Crashfall, wodurch die Einleitung von Querkräften bzw.
Drehmomenten im Wesentlichen vermieden wird.
-
Weiterhin
umfasst die Unterstützungseinrichtung
vorzugsweise eine Auskupplungseinrichtung, welche das Unterstützungselement
bei Erreichen oder Überschreiten
einer Grenzlast auskuppelt, wodurch das Unterstützungselement außer Eingriff mit
der Unterstützungseinrichtung
gelangt. Hierdurch wird auf sichere und effektive Weise die Auskupplung des
Unterstützungselementes
im Crashfall realisiert, so dass sich das Unterstützungselement
und mit ihm das Karosserieteil im Wesentlichen auf der Absorbervorrichtung
abstützt.
-
Vorteilhaft
kann sein, dass die Unterstützungseinrichtung
wenigstens ein Federelement, beispielsweise eine Torsionsfeder,
aufweist. Solche Elemente bieten bei vergleichsweise geringen Abmessungen
eine effektive Möglichkeit
der federelastischen Abstützung
des Unterstützungselementes.
Zudem erlauben sie über
ihr in weiten Bereichen linear-elastisches Verhalten eine genaue
Einstellung einer definierten Grenzlast anhand des entsprechenden
Federweges.
-
Es
kann ebenso vorteilhaft sein, dass nach Überschreiten eines definierten
Grenz-Federweges ausgehend von einer festgelegten Ausgangsstellung des
Federelementes die unterstützende
Wirkung des Federelementes im Wesentlichen aufgehoben wird. Durch
das zuvor erwähnte
linear-elastische Verhalten des Federelementes ist über den
Federweg eine genaue Einstellung der Grenzlast möglich, bei der das Federelement
seine unterstützende
Wirkung aufheben soll, d.h. im Crashfall.
-
Außerdem kann
es von Vorteil sein, dass das Federelement in der festgelegten Ausgangsstellung vorgespannt
ist und eine Vorkraft auf das durch dieses abgestützte Unterstützungselement
in Richtung des Anlageabschnitts ausübt, wobei vorgesehen ist, dass
der Anlageabschnitt mit der Vorkraft gegen das Karosserieteil drückt. Durch
die definierte Vorkraft wird das Karosserieteil in eine von der
Unterstützungsvorrichtung
abweisenden Richtung gedrückt, so
dass durch eine von außen
auf das Karosserieteil einwirkende Kraft zunächst die Vorkraft überwunden werden
muss, um es in Richtung der Unterstützungsvorrichtung zu verschieben.
Dies bewirkt, dass erst bei relativ hohen von außen auf das Karosserieteil wirkenden
Kräften
eine Verschiebung desselben möglich
wird. Hierbei ist die Vorkraft jedoch geringer als die Grenzlast.
-
Darüber hinaus
kann es von Vorteil sein, dass nach Überschreiten der Vorkraft ein
definierter Verfahrweg des Unterstützungselementes in vom Anlageabschnitt
abweisender Richtung vorgesehen ist, ohne dass die unterstützende Wirkung
des Federelementes im Wesentlichen aufgehoben wird. Das bedeutet,
dass selbst nach Überwinden
der Vorkraft das Karosserieteil zunächst weiter in Richtung der Unterstützungsvorrichtung
bewegt werden kann, ohne dass die Grenzlast erreicht wird. Damit
soll eine gewisse Sicherheit gegeben sein, um etwa einem Besitzer,
der sein Fahrzeug wäscht
oder poliert, seine Krafteinwirkung auf das entsprechende Karosserieteil
bewusst zu machen, ohne dass jedoch gleich der Crashfall eingeleitet
wird.
-
Weiterhin
kann es von Vorteil sein, dass die Unterstützungseinrichtung zumindest
eine Abweiseinrichtung aufweist, welche dafür vorgesehen ist, die Position
zumindest eines Ab schnitts des Federelements ausgehend von der festgelegten
Ausgangstellung abhängig
vom Federweg zu verändern.
Dadurch wird ermöglicht,
dass beispielsweise mit zunehmendem Federweg zumindest ein Abschnitt
des Federelementes in der Weise verschoben wird, dass zumindest
dieser Abschnitt ab einer definierten auf diesen einwirkenden Kraft
entsprechend einem vorgegebenen Grenz-Federweg außer Eingriff
mit dem Unterstützungselement
gelangt und dieses somit freigibt, so dass es nahezu kraftfrei verschoben
werden kann.
-
Vorteilhaft
kann ebenfalls sein, dass die Unterstützungseinrichtung zumindest
eine Halteeinrichtung aufweist, welche dafür vorgesehen ist, dass sich,
solange der Grenz-Federweg des Federelementes nicht überschritten
wurde, zumindest ein Abschnitt des Federelementes darauf abstützen kann, so
dass sich das Unterstützungselement
mit der Unterstützungseinrichtung
in Eingriff befindet und von diesem gestützt wird. Dies ermöglicht die
sichere und verlässliche
Abstützung
zumindest eines Abschnittes des Federelementes und damit gleichzeitig
eine zuverlässige
Abstützung
des Unterstützungselementes auf
der Unterstützungseinrichtung
unter Betriebslasten.
-
Weiterhin
kann die Energieaufnahmevorrichtung zusätzlich wenigstens eine Übersetzungsvorrichtung
umfassen, welche die vom Unterstützungselement
auf die Unterstützungseinrichtung
und/oder auf die Absorbervorrichtung wirkende Last verringert oder
vergrößert. Dadurch
wird es möglich,
die Einbaumaße
der Energieaufnahmevorrichtung den jeweils vorherrschenden Platzverhältnissen
gezielt anzupassen. So kann die Übersetzungsvorrichtung
beispielsweise so vorgesehen sein, dass das Unterstützungselement
mit einem Mehrfachen oder einem Bruchteil der Kraft gegenüber dem
Fall ohne Vorhandensein einer Übersetzungsvorrichtung
auf die Unterstützungseinrichtung
bzw. die Absorbervorrichtung wirkt, was einer Übersetzung in einen Bruchteil oder
in ein Vielfaches des Verfahrweges des Unterstützungselementes entspricht.
Diese Ausführung
ist insbesondere dann interessant, wenn aus Gründen des Einbauraumes Absorbervorrichtung
und Unterstützungseinrichtung
sehr Platz sparend gebaut werden sollen, ohne dass der Einfederweg
des Karosserieteils geändert
werden soll.
-
Zudem
betrifft die Erfindung ein Motorhaubenscharnier mit einer erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung,
umfassend ein Scharnieroberteil zum Anschließen der Motorhaube, ein Scharnierunterteil
zum Anschließen
an die Karosserie, eine Anlageabschnittslage rung, eine Lagervorrichtung
zur Lagerung der Absorbervorrichtung und ein zwischen Scharnieroberteil
und Scharnierunterteil angeordnetes Gelenkscharnier.
-
Hierbei
kann es von Vorteil sein, dass die Anlageabschnittslagerung mit
dem Scharnieroberteil verbunden ist und die Lagervorrichtung mit
dem Scharnierunterteil verbunden ist. Dies ist insbesondere unter
montagetechnischer Hinsicht vorteilhaft.
-
Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung.
-
Die
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden eingehender in der nachstehenden
Beschreibung dargelegt, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen
wird, auf denen folgendes dargestellt ist:
-
1:
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung
innerhalb eines Motorhaubenscharniers während des normalen Betriebs
(Betriebsfall) in Seitenansicht mit teilweiser Schnittdarstellung;
-
2:
Erfindungsgemäße Energieaufnahmevorrichtung
innerhalb eines Motorhaubenscharniers nach 1 nach einem
Crashfall in Seitenansicht mit teilweiser Schnittdarstellung;
-
3a:
Erfindungsgemäße Energieaufnahmevorrichtung
zusammen mit einem Motorhaubenscharnier nach 1 in Explosionsdarstellung;
-
3b:
Erfindungsgemäße Energieaufnahmevorrichtung
zusammen mit einem Motorhaubenscharnier nach 1 in zusammengebauter,
dreidimensionaler Darstellung;
-
4a:
Eine Ausführungsform
der Unterstützungseinrichtung
der erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung
im Betriebsfall in Draufsicht;
-
4b:
Unterstützungseinrichtung
der erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung
nach 4a im Crashfall in Draufsicht;
-
4c:
Unterstützungseinrichtung
der erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung
nach 4a im Crashfall in Seitenansicht;
-
4d:
Unterstützungseinrichtung
der erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung
nach 4a in Schrägansicht;
-
1 zeigt
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung
innerhalb eines Motorhaubenscharniers während des normalen Betriebs
in Seitenansicht mit teilweiser Schnittdarstellung.
-
Die
Absorbervorrichtung 1 umfasst das Zerspanelement 3 und
die als Schneidplatte ausgebildete Schneidvorrichtung 4.
Das Zerspanelement 3 besitzt eine hohlzylindrische Geometrie
und besteht in diesem Ausführungsbeispiel
aus PA6.6.
-
Die
Schneidvorrichtung 4 befindet sich in Eingriff mit dem
Zerspanelement 3. Das Zerspanelement 3 bzw. die
sich mit diesem in Eingriff befindende Schneidvorrichtung 4 sind über die
Lagervorrichtung 16 drehbar gelagert, wobei sich die Lagervorrichtung 16 aus
einer Lagerpfanne 18 und einem unteren Lagerbock 19 zusammensetzt,
wobei der untere Lagerbock 19 mit dem Träger 23 verbunden
ist, welcher an der Karosserie befestigt ist. Die Lagerpfanne 18 besitzt
eine im Wesentlichen halbkugelförmige
Geometrie, und der untere Lagerbock 19 weist eine hierzu entsprechende
Ausnehmung auf. Das Zerspanelement 3 ragt sowohl durch
die Lagerpfanne 18, als auch durch den unteren Lagerbock 19.
Hierzu weisen Lagerpfanne 18 und unterer Lagerbock 19 entsprechende Öffnungen
auf. Andere Arten der Lagerung bzw. andere Geometrien der Lagerpfanne 18 und
des unteren Lagerbocks 19 sind hierbei denkbar.
-
Durch
den inneren Hohlraum des Zerspanelementes 3 ragt das im
Wesentlichen stangenförmige Unterstützungselement 5,
dessen Querschnittsgeometrie im Wesentlichen der Querschnittsgeometrie des
Hohlraums des Zerspanelementes 3 entspricht.
-
An
einem distalen Ende weist das Unterstützungselement 5 in
diesem Ausführungsbeispiel
einen Anlageabschnitt 7 auf, der halbkugelförmig ausgebildet
ist, jedoch sind auch andere Geometrien für den Anlageabschnitt 7 vorstellbar.
Der Anlageabschnitt 7 ist hierbei einstückig mit dem Unterstützungselement 5 ausgebildet.
Es sind auch Lösungen möglich, bei
denen der Anlageabschnitt 7 nicht einstückig mit dem Unterstützungselement 5 ausgebildet
ist, und der Anlageabschnitt 7 beispielsweise über Kleben
oder Schweißen
mit dem Unterstützungselement 5 verbunden
ist. Der Anlageabschnitt 7 weist eine Anlagefläche 8 auf,
die im Wesentlichen der dieser beabstandet gegenüberliegenden Endfläche 9 des
Zerspanelementes 3 entspricht. Es ist jedoch ebenso vorstellbar,
dass die Anlagefläche 8 kleiner
oder größer als
die Endfläche 9 des
Zerspanelementes 3 ist. Zumindest ein Teil der der Anlagefläche 8 gegenüberliegenden
Fläche
des Anlageabschnitts 7 befindet sich in Eingriff mit dem
oberen Lagerbock 20 der Anlageabschnittslagerung 15.
Der obere Lagerbock 20 besitzt hierbei eine Aussparung, deren
Geometrie im Wesentlichen der Halbkugelform des Anlageabschnitts 7 entspricht.
Die Anlagefläche 8 des
Anlageabschnitts 7 ist von der Endfläche 9 des Zerspanelementes 3 beabstandet.
Der Abstand beträgt
beispielsweise 2 mm.
-
Der
obere Lagerbock 20 ist mit dem Scharnieroberteil 12 verbunden,
welches seinerseits mit der Motorhaube 13 verbunden ist,
so dass sich die Motorhaube 13 über den oberen Lagerbock 20 auf dem
Unterstützungselement 5 abstützt. Auf
der gegenüberliegenden
Seite stützt
sich das Abstützungselement 21,
welches mit dem Unterstützungselement 5 verbunden
ist, auf der Unterstützungseinrichtung 6 ab.
Die Unterstützungseinrichtung 6 umfasst
zwei Federelemente 10, wobei es sich in diesem Ausführungsbeispiel
um Torsionsfedern handelt, jedoch sind auch andere Arten von Federelementen 10 denkbar. Jeweils
ein Endabschnitt der Torsionsfedern ist fest am Träger 23 eingespannt,
während
sich der jeweilige andere Endabschnitt der Torsionsfedern in Eingriff mit
dem Abstützungselement 21 befindet.
Die Torsionsfedern sind hierbei sowohl in axialer, als auch radialer
Richtung vorgespannt. Denkbar ist auch, dass die Torsionsfedern
nur in radialer oder nur in axialer Richtung vorgespannt sind. Durch
den inneren Hohlraum der Torsionsfedern ragen Bolzen 22,
deren Außendurchmesser
im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Torsionsfedern entspricht.
-
Eine
Bewegung des Unterstützungselements 5 in
Richtung des Anlageabschnitts 7 ist begrenzt, so dass im
Falle des Öffnens
der Motorhaube 13, beispielsweise während einer Serviceuntersuchung,
die nicht fest eingespannten Endabschnitte der Torsionsfedern nicht
außer
Eingriff mit dem Abstützungselement 21 gelangen.
Hierzu ist denkbar, dass das Abstützungselement 21 derart
dimensioniert ist, dass dieses bei einer Bewegung des Unterstützungselements 5 in
Richtung des Anlageabschnitts 7 nach Überschreiten eines definierten
Verfahrwegs in Eingriff mit dem unteren Lagerbock 19 gelangt,
so dass eine weitere Bewegung des Unterstützungselements 5 wirksam
verhindert wird. Andere Möglichkeiten
zur Begrenzung der Verschiebung des Unterstützungselements 5 in
Richtung des Anlageabschnitts 7 sind ebenso vorstellbar.
-
Das
mit der Motorhaube 13 verbundene Scharnieroberteil 12 und
das mit der Karosserie verbundene Scharnierunterteil 14 sind über ein
Gelenkscharnier 17 miteinander verbunden. Hierbei handelt es
sich um ein sogenanntes 4-Gelenk-Scharnier, jedoch sind andere Arten
von Scharnieren, beispielsweise ein 1-Gelenk-Scharnier, vorstellbar.
-
2 zeigt
die erfindungsgemäße Energieaufnahmevorrichtung
innerhalb eines Motorhaubenscharniers nach 1 nach einem
Crashfall in Seitenansicht mit teilweiser Schnittdarstellung. Um
Wiederholungen zu vermeiden, werden nur die Unterschiede zu 1 näher erläutert.
-
Das
Abstützungselement 21 ist
außer
Eingriff mit den Federelementen 10. Die Anlagefläche 8 des
Unterstützungselementes 5 befindet
sich in Anlage mit der Endfläche 9 des
Zerspanelementes 3. Das Unterstützungselement 5 und
die sich darauf über den
oberen Lagerbock 20 abstützende Motorhaube 13 besitzen
ebenso wie das Zerspanelement 3 eine gegenüber der
in 1 dargestellte veränderte Position. Aufgrund der
Verschiebung des Unterstützungselementes 5 und
damit des Zerspanelementes 3 in Richtung der Unterstützungseinrichtung 6 haben
sich am Zerspanelement 3 Späne 24 gebildet.
-
Die 3a und 3b zeigen
die erfindungsgemäße Energieaufnahmevorrichtung
zusammen mit einem Motorhaubenscharnier nach 1 in Explosionsdarstellung
bzw. in dreidimensionaler Darstellung im Zusammenbau. Darin sind
u. a. für
die Montage bzw. den Zusammenbau notwendiger Teile wie Schrauben
etc. dargestellt, ohne dass im Folgenden Bezug darauf genommen wird.
-
Die 3a und 3b dienen
in erster Linie der weiteren Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung.
Da sie keine über
den Inhalt der 1 hinausgehenden Informationen
bzw. Details enthalten, wird hier nicht näher auf sie eingegangen.
-
Die 4a bis 4d verdeutlichen
die Funktionsweise einer Ausführungsform
der Unterstützungseinrichtung 6.
-
4a zeigt
eine Ausführungsform
der Unterstützungseinrichtung 6 der
erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung
im Betriebsfall in Draufsicht. Das mit dem Unterstützungselement 5 verbundene
Abstützungselement 21 befindet
sich in Eingriff mit den beiden nicht fest eingespannten Endabschnitten
der aus Torsionsfedern bestehenden Federelemente 10. Die
anderen Endabschnitte der Torsionsfedern sind fest am Träger 23 eingespannt. Die
Torsionsfedern werden innen durch Bolzen 22 unterstützt, die
durch den inne ren Hohlraum der Torsionsfedern ragen. Die Torsionsfedern
sind sowohl axial, als auch radial vorgespannt. Die nicht fest eingespannten
Endabschnitte der Torsionsfedern stützen sich in axialer Richtung
an der Halteeinrichtung 11 ab.
-
Um
eine Verschiebung des Unterstützungselements 5 in
Richtung des Anlageabschnitts 7 beim Öffnen der Motorhaube 13 bspw.
im Servicefall zu begrenzen, ist vorstellbar, das Abstützungselement 21 so
zu dimensionieren, dass es mit dem unteren Lagerbock 19 in
Eingriff gelangen kann. Andere Möglichkeiten
zur Begrenzung der Verschiebung des Unterstützungselements 5 in
Richtung des Anlageabschnitts 7 sind ebenfalls vorstellbar.
-
4b zeigt
die Unterstützungseinrichtung der
erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung
nach 4a im Crashfall in Draufsicht. Die nicht fest
eingespannten Endabschnitte der Torsionsfedern befinden sich außer Eingriff
mit dem Abstützungselement 21.
Sie stützen
sich nicht mehr in axialer Richtung an der Halteeinrichtung 11 ab,
weshalb im Wesentlichen keine Vorspannung der Torsionsfedern in
axialer Richtung vorherrscht.
-
Die 4c zeigt
die Unterstützungseinrichtung
der erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung
nach 4a im Crashfall in Seitenansicht, während 4d die
Unterstützungseinrichtung
der erfindungsgemäßen Energieaufnahmevorrichtung nach 4a in
Schrägansicht
darstellt.
-
Beide
Figuren dienen der weiteren Verdeutlichung der erfindungsgemäßen Unterstützungseinrichtung 6.
Da sie keine über
den Inhalt der 4a bzw. 4b hinausgehenden
Informationen bzw. Details enthalten, wird hier nicht näher auf
sie eingegangen.
-
Nachfolgend
wird die Wirkungs- und Funktionsweise der Erfindung näher erläutert.
-
Die
Energieaufnahmevorrichtung dient der Absorption von insbesondere
in Karosserieteile eines Kraftfahrzeugs während eines Crashs eingeleiteter Aufprallenergie
zum passiven Schutz beispielsweise von Fußgängern oder Radfahren. Der Stand
der Technik beschreibt hierzu ein Motorhaubenscharnier, das nach Überschreitung
eines definierten Schwellen- oder
Grenzwertes im Crashfall eine Bewegung der Motorhaube gegen einen
vorgegebenen Widerstand nach unten erlaubt, wobei der vorgegebene Widerstand
dadurch erzielt wird, indem ein polymeres Zerspanelement während der
Bewegung der Motorhaube nach unten durch ein mit diesem in Eingriff befindliches
Zerspanmesser zerspant wird.
-
Nachteilig
beim diesem Stand der Technik ist die Tatsache, dass am Zerspanelement
bereits bei Betriebslasten und nicht erst unter Crashlast eine Zerspanung
stattfinden kann, wodurch es zu einer unbeabsichtigten und bleibenden
Absenkung der Motorhaube kommt. Es ergibt sich also insgesamt das
Problem einer zu geringen Trennschärfe zwischen den Lasten im
Betriebsfall und im Crashfall, d.h. die Beanspruchungskollektive
für den
statischen/dynamischen Betrieb des Fahrzeugs und für den Crashfall
sind nicht deutlich genug voneinander zu trennen.
-
Die
erfindungsgemäße Energieaufnahmevorrichtung
hingegen vermag die im Fahrzeugbetrieb auftretenden statischen und
dynamischen Betriebsbelastungen aufzunehmen, ohne ein ungewolltes Setzen
oder Anfangsschälen
des Zerspanelementes zu veranlassen, und gleichzeitig sein günstiges Schälverhalten
und die günstige
Energieumwandlung im Crashfall in vollem Umfang beizubehalten.
-
Dazu
stützt
sich das Karosserieteil im Betriebsfall über die Unterstützungsvorrichtung 2,
umfassend das Unterstützungselement 5 und
die Unterstützungseinrichtung 6,
ab. Das mit dem Unterstützungselement 5 verbundene
Abstützungselement 21 befindet
sich in Eingriff mit der Unterstützungseinrichtung 6,
die beispielsweise zwei aus Torsionsfedern bestehende Federelemente 10 aufweist.
Der Anlageabschnitt 7 des Unterstützungselements 5 befindet sich
in Eingriff mit der Anlageabschnittslagerung 15 und ist
dabei drehbar gelagert. Die beiden Torsionsfedern sind radial vorgespannt,
weshalb sie eine definierte Vorkraft auf das Abstützungselement 21 und damit
auf das Unterstützungselement 5 in
Richtung der Anlageabschnittslagerung 15 ausüben. Dadurch ist
die Anlagefläche 8 des
Anlageabschnitts 7 von der Endfläche 9 des Zerspanelementes 3 beabstandet, wobei
der entsprechende Abstand einen festgelegten Wert hat.
-
Neben
der radialen Vorspannung sind die Torsionsfedern auch axial vorgespannt,
und die nicht fest eingespannten Endabschnitte der Torsionsfedern,
mit denen das Abstützungselement 21 in
Eingriff ist, stützen
sich an der Halteeinrichtung 11 in axialer Richtung ab.
-
Bei
Einwirken von Kräften
auf die Motorhaube 13 in Richtung der Unterstützungseinrichtung 6 werden
diese in das Unterstützungselement 5 eingeleitet
und wirken über
das Abstützungselement 21 auf
die Torsionsfedern. Solange die über
die Motorhaube 13 in das Unterstützungselement 6 eingeleiteten
Kräfte
in Richtung der Unterstützungseinrichtung 6 geringer
sind als die Vorkraft, die über
die radial vorgespannten Torsionsfedern auf das Unterstützungselement 5 in
Richtung der Motorhaube 13 wirkt, erfolgt keine Verschiebung
des Unterstützungselementes 5 und
damit auch keine Verschiebung bzw. Absenkung der Motorhaube 13.
Dadurch können Kräfte an der
Motorhaube 13 in Richtung der Unterstüt zungseinrichtung 6 bis
hin zur durch die radiale Vorspannung der Torsionsfedern erzeugten
Vorkraft angreifen, ohne dass sich diese absenkt. Die Vorkraft ist
dabei so bemessen, dass sich bei normalen Betriebslasten wie z.B.
Windlasten inklusive der statischen Motorhaubenlast noch keine Absenkung
der Motorhaube 13 ergibt und das Zerspanelement 3 entlastet
ist.
-
Übersteigen
die an der Motorhaube 13 in Richtung der Unterstützungseinrichtung 6 angreifenden
Kräfte
die durch die radiale Vorspannung der Torsionsfedern erzeugte Vorkraft,
so erfolgt eine Verschiebung des Unterstützungselementes 5,
so dass eine Absenkung der Motorhaube 13 stattfindet.
-
Hierbei
verringert sich der Abstand zwischen der Anlagefläche 8 des
Anlageabschnitts 7 und der Endfläche 9 des Zerspanelementes 3.
Mit dem sich verschiebenden Unterstützungselement 5 bewegen sich
die im Eingriff mit dem Abstützungselement 21 befindlichen,
nicht fest eingespannten Endabschnitt der Torsionsfedern in gleicher
Richtung.
-
Sofern
ein definierter Verfahrweg des Unterstützungselementes 5 bzw.
ein definierter Federweg der Endabschnitte der Torsionsfedern und
damit eine definierte Grenzlast nicht überschritten wird, können sich
die Endabschnitte der Torsionsfedern in axialer Richtung an der
Halteeinrichtung 11 abstützen, und gleichzeitig kann
sich das Abstützungselement 21 an den
Endabschnitten der Torsionsfedern abstützen. Somit ist nach Überwindung
der Vorkraft durch auf die Motorhaube 13 in Richtung der
Unterstützungseinrichtung 6 wirkenden
Kräfte
noch eine gewisse, festgelegte Absenkung der Motorhaube 13 möglich, ohne
dass die Anlagefläche 8 in
Anlage mit der Endfläche 9 gelangt
und das Zerspanelement 3 im Wesentlichen belastungsfrei
bleibt. Der zuvor erwähnte definierte
Verfahrweg des Unterstützungselementes 5 bzw.
der definierte Federweg der Endabschnitte der Torsionsfedern beträgt beispielsweise
2 mm. Dieser Wert entspricht im Wesentlichen dem festgelegten Abstand
zwischen Anlagefläche 8 und
Endfläche 9 bei
Einwirken von Kräften
auf die Motorhaube 13 in Richtung der Unterstützungseinrichtung 6,
die geringer als die Vorkraft sind. Daraus ergibt sich eine mögliche Absenkung
der Motorhaube 13 von etwa 2 mm, bevor die Anlagefläche 8 in
Anlage mit der Endfläche 9 gelangt.
-
Mit
dem oben angeführten
definierten Federweg korreliert eine definierte Grenzlast, die den
Crashfall festlegt. Die Grenzlast beträgt beispielsweise 1000 N.
-
Sind
nun die auf die Motorhaube 13 in Richtung der Unterstützungseinrichtung 6 wirkenden Kräfte so groß, dass
sie die für
den Crashfall festgelegte Grenzlast von beispielsweise 1000 N erreichen bzw. überschreiten,
rufen sie einen Verfahrweg des Unterstützungselementes 5 bzw.
einen Federweg der Endabschnitte der Torsionsfedern hervor, der größer ist als
der zuvor erwähnte
definierte Verfahr- bzw. Federweg. Dadurch können sich die Endabschnitte
der Torsionsfedern in axialer Richtung nicht mehr an der Halteeinrichtung 11 abstützen, so dass
sich aufgrund der axialen Vorspannung der Torsionsfedern eine Positionsänderung
der Endabschnitte der Torsionsfedern dergestalt ergibt, dass sich
das Abstützungselement 21 nicht
mehr an diesen abstützen
kann. Somit gelangt das Abstützungselement 21 außer Eingriff
mit den Torsionsfedern und erfährt
durch diese keine Unterstützung mehr.
-
Als
Folge hiervon ergibt sich eine nahezu kraftfreie Verschiebbarkeit
des Unterstützungselementes 5.
Dadurch gelangt nun die Anlagefläche 8 mit
der Endfläche 9 in
Anlage, und nahezu die gesamte bspw. bei einem Crash auf die Motorhaube 13 einwirkende
Kraft wird in das Zerspanelement 3 eingeleitet. Daraus
folgt eine relative Bewegung des Zerspanelementes 3 gegen
die Schneidvorrichtung 4, während dessen das Zerspanelement 3 zerspant bzw.
geschält
wird und die Aufprallenergie in erster Linie in Verformungs- und
Oberflächenenergie
umgewandelt wird. Durch diese Energieumwandlung ergibt sich eine
nahezu konstante Bremsverzögerung beispielsweise
für den
während
des Crashs auf die Motorhaube 13 aufprallenden Kopf eines
Fußgängers oder
Radfahrers.
-
Das
Zerspanelement 3 ist hinsichtlich des verwendeten Werkstoffs
bzw. seiner Dimensionen so ausgelegt, dass die im Crashfall auf
dieses einwirkende minimale Kraft entsprechend der Grenzlast in der
Lage ist, das Zerspanelement 3 relativ zu der mit diesem
in Eingriff befindlichen Schneidvorrichtung zu bewegen und damit
zu zerspanen.