DE102007015084A1

DE102007015084A1 - Gasdruckfeder mit spezieller Extensionscharakteristik

Info

Publication number: DE102007015084A1
Application number: DE102007015084A
Authority: DE
Inventors: Roland Heid
Original assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2007-10-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasdruckfeder, insbesondere für Sicherheitseinrichtungen zum Personenaufprallschutz bei Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem an seinen Enden mit Deckeln verschlossenen metallischen Wellbalg, dessen Wellen eine über den Umfang veränderliche axiale Steifigkeit aufweisen, die dem Wellbalg eine gekrümmte Extensionscharakteristik verleiht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wellbalg bereitzustellen, der bei Innendruckbeaufschlagung ohne erforderliche Querkräfte eine durch die Kinematik der Fronthaubenlagerung vorgegebene Kreisbahn beschreibt. Die Aufgabe zur Schaffung eines derartigen Wellbalges wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die axiale Dehnsteifigkeit des Balges über den Umfang veränderlich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Profilhöhen und/oder die Wandstärke der Balgwellen über den Umfang bereichsweise variieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasdruckfeder, insbesondere für Sicherheitseinrichtungen zum Personenaufprallschutz bei Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem an seinen Enden mit Deckeln verschlossenen metallischen Wellbalg, dessen Wellen eine über den Umfang veränderliche axiale Steifigkeit aufweisen, die dem Wellbalg eine gekrümmte Extensionscharakteristik verleiht.
Metallische Wellbälge werden in vielen Gebieten der Technik eingesetzt. Aufgrund ihrer dünnwandigen und gewellten Bauweise sind Wellbälge hochflexibel und damit in der Lage, Relativbewegungen zwischen ihren Anschlussenden bei gleichzeitiger Innen- bzw. Außendruckbeaufschlagung aufzunehmen.
Der hier beschriebene Wellbalg mit spezieller Extensionscharakteristik ist als Bauelement in Sicherheitseinrichtungen zum Personenaufprallschutz bei Kraftfahrzeugen einsetzbar. Vorrichtungen dieser Art schaffen im Fall einer Fußgängerkollision durch Anheben der deformierbaren Fronthaube einen vergrößerten Deformationsbereich gegenüber der steifen Unterstruktur, um so das Verletzungsrisiko für die aufprallende Person herabzusetzen.
So ist beispielsweise aus der WO 03/086826 A1 eine Sicherheitseinrichtung bekannt, bei der der hintere Teil einer Fronthaube bei einer Kollision mit einem Fußgänger aus der normalen Fronthauben-Ruheposition in eine dieser gegenüber angehobene Fronthauben-Aufprallposition angehoben wird. Der in Bruchteilen einer Sekunde ablaufende Hebeprozess wird mittels zweier vertikal im Seitenbereich der Fronthaube angeordneter Metallbälge bewerkstelligt, deren Enden druckdicht verschlossen sind und deren Innenraum, gesteuert durch einen Aufprallsensor, schlagartige mit Gas aus einem Gasgenerator gefüllt wird, wodurch der freie obere Deckel des Wellbalges wie eine Gasdruckfeder die vertikale Hubbewegung der Fronthaube bewerkstelligt. Das mit einer Platte verschlossene obere Wellbalgende greift bei seiner Vertikalbewegung in eine auf der Unterseite der Fronthaube befindlichen Führungskontur ein, so dass sich das obere Wellbalgende auf einer Kreisbahn um den vorderen Verriegelungspunkt der Fronthaube dreht.
Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, dass die relativ labile Fronthaube die Querführung des Wellbalgendes übernehmen muss und auf diesem Weg über die Führungskontur erheblichen Querkräften ausgesetzt ist die am vorderen Verriegelungspunkt aufgenommen werden müssen.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wellbalg bereitzustellen, der bei Innendruckbeaufschlagung ohne äußere Querkräfte eine durch die Kinematik der Fronthaubenlagerung vorgegebene Kreisbahn beschreibt.
Die Aufgabe zur Schaffung eines Wellbalges mit gekrümmter Extensionscharakteristik wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die axiale Dehnsteifigkeit des Balges über den Umfang veränderlich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Profilhöhen und/oder die Wandstärke der Balgwellen über den Umfang bereichsweise variieren. So besteht beispielsweise der zur Herstellung des Balges eingesetzte Hohlzylinder aus zwei halben Hohlzylindern unterschiedlicher Wandstärke, die an ihren Längsseiten durch Schweißen miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Aus diesem Hohlzylinder mit zwei Längsnähten wird durch Anwendung eines Umformverfahrens, beispielsweise mittels hydraulischer Umformung oder Elastomer-Umformung, ein mehrwelliger metallischer Wellbalg geformt, dessen obere Hälfte mit der dünneren Wandstärke etwas größere Profilhöhen aufweist als diejenigen der unteren Hälfte mit der dickeren Wandstärke. Auf diese Weise entsteht ein Wellbalg, dessen axiale Dehnsteifigkeit im oberen Bereich, wo die dünnere Wandstärke und die größeren Profilhöhen vorhanden sind, kleiner ist als im unteren Bereich, wo die dickere Wandstärke und die etwas geringeren Profilhöhen vorhanden sind.
Wird der an den Enden mit Deckeln druckdicht verschlossene Wellbalg mit Innendruck beaufschlagt, so verlängert sich die obere Balghälfte aufgrund der geringeren axialen Dehnsteifigkeit stärker als die untere Balghälfte mit der größeren axialen Dehnsteifigkeit. Das freie Wellbalgende beschreibt ohne die Einwirkung äußerer Führungskräfte eine gekrümmte Bahnkurve, die bei geeigneter Wahl der Dehnsteifigkeitsparameter des Wellbalges näherungsweise einer Kreisbahn entspricht.
Durch die Variation der Profilhöhen der Wellen am Umfang und/oder durch die Variation der Umfangsbereiche mit unterschiedlichen Wandstärken, lassen sich beliebige, ebene Verformungskurven des Balges erzeugen, ohne dass dabei äußere Führungskräfte erforderlich sind.
Bereits bei geringen Veränderungen der Profilhöhe der Wellen in Umfangsrichtung erreicht man eine erhebliche Veränderung der lokalen axialen Dehnsteifigkeit der Wellen, die sich umgekehrt proportional zur Dritten Potenz der Profilhöhe verändert. So erzeugt beispielsweise eine Variation der Profilhöhe von 20% in Umfangsrichtung bereits eine Veränderung der Dehnsteifigkeit um 73%.
In gleichem Maße beeinflusst die Wandstärke die lokale axiale Dehnsteifigkeit der Balgwelle, die sich direkt proportional zur dritten Potenz der Wandstärke ändert. Ein Wellbalg mit am Umfang konstanter Profilhöhe, dessen obere Umfangshälfte aus einer Wandstärke von 0,2 mm und dessen untere Umfangshälfte aus einer Wandstärke von 0,3 mm besteht, besitzt im unteren Bereich eine um den Faktor 3 höhere axiale Dehnsteifigkeit als im oberen Balgbereich. Je größer die Steifigkeitsunterschiede zwischen der oberen und unteren Balghälfte sind, je größer sind die Winkeldrehungen des freien Balgendes unter Innendruckbeaufschlagung.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert ist.
Dabei zeigt:
1 ein Anwendungsbeispiel eines Wellbalges als Gasdruckfeder zum Anheben einer Fronthaube eines PKWs in druckloser Ruheposition.
2 die ausgelenkte Stellung des Wellbalges von 1 mit angehobener Fronthauben-Aufprallposition.
3 den Schnitt durch eine Gasdruckfeder mit erfindungsgemäßem Wellbalg sowie einen Querschnitt (I-I) durch die Innenkrempe des Wellbalges mit dem Längsnahtdetail „A".
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Wellbalg dargestellt. Es zeigt die Ruheposition der Fronthaube 1 eines Personenkraftwagens (PKWs), die im vorderen Bereich eine Verriegelung 2 besitzt, um die sich die Fronthaube nach Auslösen eines Aufprallsensors dreht, wobei auch die nicht dargestellte hintere Fronthaubenlagerung entriegelt wird. Im hinteren Bereich der Fronthaube ist eine Gasfeder 4 angeordnet, die aus einem metallischen Wellbalg 5 besteht, dessen Enden mit Deckeln 3, 9 gasdicht verschlossen sind. Am unteren mit der Karosserie verbundenen Deckel 9 ist eine Druckleitung 7 angeschlossen, die im Kollisionsfalle den Wellbalg schlagartig mit Gas aus dem Gasgenerator 8 füllt. Hierbei entsteht im Wellbalg gegenüber der äußeren Atmosphäre ein innerer Überdruck, der den freien oberen Deckel 3 sowie die formschlüssig aufliegende Fronthaube 1 nach oben beschleunigt.
In 2 ist die ausgelenkte Stellung des Wellbalges mit angehobener Fronthauben Aufprallposition dargestellt. Aufgrund der am Umfang unter schiedlichen axialen Dehnsteifigkeit des Wellbalges, die entsprechend der 3 aus unterschiedlichen Wandstärken s1 und s2 und unterschiedlichen Profilhöhen h1 und h2 des Wellbalges resultieren, beschreibt die Führungsnase 6 des oberen Deckels 3 eine Kreisbahn 10 um den Verriegelungspunkt 2. Diese gekrümmte Bahnkurve entsteht durch die am Umfang des Wellbalges unterschiedliche axiale Dehnsteifigkeit, die auf der dem Verriegelungspunkt 2 zugewandten Seite größer ist als auf der dem Verriegelungspunkt 2 abgewandten Seite. So wird der Wellbalg auf seiner weicheren Seite durch die Innendruckkraft stärker ausgelenkt als auf der dem Verriegelungspunkt 2 zugewandten steiferen Seite. Der obere Deckel 3 der Gasfeder 4 führt hierbei sowohl eine translatorische als auch eine rotatorische Bewegung aus, deren Resultierende bei entsprechender Abstimmung der axialen Dehnsteifigkeitsverteilung am Umfang des Wellbalges der gewünschten Kreisbahn folgt, deren Radius durch den Abstand der Führungsnase 6 zum Verriegelungspunkt 2 gegeben ist.
3 zeigt Einzelheiten des erfindungsgemäßen Wellbalges in einem vergrößerten Maßstab, wobei 3a einen vergrößerten Längsschnitt durch die Gasdruckfeder wider gibt. Die Deckel sind stoffschlüssig mittels einer Lippenverschweißung mit den Wellbalgenden verbunden. Die geschnittenen Bereiche zeigen die unterschiedlichen Wandstärken s1 und s2 sowie die unterschiedlichen Profilhöhen h1 und h2 des Wellbalges, wobei die Variation der Profilhöhen bei dem dargestellten Beispiel nur ca. 10 Prozent ausmacht, der Wandstärkenunterschied hingegen bei 50% liegt.
In 3b ist der Schnitt "I-I" durch den Wellbalg dargestellt.
In 3c ist das Detail „A" in vergrößertem Maßstab dargestellt. Es zeigt den Längsnahtbereich zwischen den beiden Balghälften sowie den abgeschrägten Übergangsbereich zwischen der dickeren und dünneren Balgwand.
Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass ein unter Innendruck stehender Balg ohne äußere Querkräfte eine gekrümmte Expansionscharakteristik aufweist und damit die sonst quer zur Bewegungsrichtung erforderlichen Führungskräfte auf das zu bewegendes Teil minimiert.

1: Fronthaube eines PKWs
2: Verriegelung der Fronthaube
3: oberer freier Deckel
4: Gasdruckfeder
5: Wellbalg
6: Führungsnase
7: Druckleitung
8: Gasgenerator
9: unterer fester Deckel
10: Kreisbahn
h1: maximale Profilhöhe der Balgwelle
h2: minimale Profilhöhe der Balgwelle
s1: minimale Wandstärke der Balgwelle
s2: maximale Wandstärke der Balgwelle

Claims

Gasdruckfeder (4), insbesondere für Sicherheitseinrichtungen zum Personenaufprallschutz bei Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem an seinen Enden mit Deckeln (3, 9) verschlossenen metallischen Wellbalg (5), dadurch gekennzeichnet, dass seine Wellen eine über den Umfang veränderliche axiale Steifigkeit aufweisen, die dem Wellbalg (5) eine gekrümmte Extensionscharakteristik verleiht.
Gasdruckfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die über den Umfang veränderliche axiale Steifigkeit des Wellbalges (5) durch Variation der Profilhöhen (h1, h2) der Balgwellen über den Umfang bewerkstelligt wird.
Gasdruckfeder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale und minimale Profilhöhe (h1, h2) der Balgwellen auf einer Symmetrieachse liegen und über den Winkelbereich von 180° zwischen den Extremwerten variieren.
Gasdruckfeder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied der Profilhöhen (h1, h2) der Balgwellen über den Umfang vorzugsweise zwischen 10 und 40 Prozent liegt.
Gasdruckfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die über den Umfang veränderliche axiale Steifigkeit des Wellbalges (5) durch Variation der Wandstärken (s1, s2) des Wellbalges am Umfang erreicht wird.
Gasdruckfeder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellbalg (5) segmentweise am Umfang aus unterschiedlichen Wandstärken (s1, s2) besteht.
Gasdruckfeder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der halbe Umfang des Wellbalges (5) aus einer dickeren (s2), die andere Hälfte aus einer dünneren (s1) Wandstärke besteht.
Gasdruckfeder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied der Wandstärken (s1, s2) am Umfang vorzugsweise zwischen 10 und 50 Prozent liegt.
Gasdruckfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die über den Umfang veränderliche axiale Steifigkeit des Wellbalges (5) sowohl durch Variation der Wandstärken (s1, s2) als auch durch Variation der Profilhöhen (h1, h2) des Wellbalges am Umfang erreicht wird.