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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit mindestens einer Energieabsorptionsvorrichtung zur Absorption von Aufprallenergie gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bekannte Fahrzeuge weisen Energieabsorptionsvorrichtungen auf, deren Teile die bei einem Unfall in das Fahrzeug eingeleitete Energie durch plastische Verformung absorbieren. Die Energieabsorptionsfähigkeit dieser Teile wird dabei im Wesentlichen durch ihre Geometrie, durch die verwendeten Werkstoffe sowie durch die Wahl der Position und Lage der Teile an dem Fahrzeug bestimmt. Um zu vermeiden, dass mit einer Erhöhung der Energieabsorptionsfähigkeit auch eine Erhöhung des Fahrzeuggewichts einhergeht, können die genannten Parameter optimiert werden, beispielsweise indem leichte, aber teure Faserverbundwerkstoffe zum Einsatz kommen. Ein Seitenaufprall auf ein Fahrzeug ist besonders kritisch, da der zur Verfügung stehende Verformungsweg relativ klein ist und ein Eindringen eines Fremdkörpers in das Innere der Fahrgastzelle vermieden werden soll. Dies gilt insbesondere bei einem sogenannten ”Pfahlcrash”, bei welchem eine hohe Seitenaufprallenergie in einen kurzen Seitenabschnitt eines Fahrzeugs eingeleitet wird.
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Die
EP 0 530 042 A1 offenbart eine Fahrzeugtür mit einem Schockabsorber, welcher eine auf die Fahrzeugtür wirkende Kollisionskraft in Kompressionsenergie umwandelt.
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Der höchste Verformungswiderstand bei Druckbelastung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel, insbesondere zu 13 und 16, ist senkrecht zur Wandstrukturachse und senkrecht zur Aufprallrichtung. Die eingeleitete Kollisionskraft wird durch Komprimierung von Röhren des Schockabsorbers absorbiert.
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Die
DE 198 01 842 A1 offenbart eine Fahrzeugtür, welche einen zwischen einem Türaußenblech und einem Türinnenblech angeordneten Modulträger umfasst.
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Die
DE 10 2005 036 292 A1 offenbart einen Seitenaufprallträger für ein Kraftfahrzeug, welcher ein ein eingeschlossenes Profil aufweisendes Trägerteil umfasst, in dem ein Einlegeteil vorgesehen ist.
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Die
DE 44 21 934 A1 offenbart ein metallisches Profil zur Verstärkung einer Kraftfahrzeugtür, welches durch Kaltwalzen von zumindest einseitig korrosionsbeschichteten Stahlblech hergestellt und durch Ablängen auf die fertige Einbaulänge gebracht wird.
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Die
DE 198 30 560 A1 offenbart ein Energie-absorbierendes Element, welches ein Zusammenziehen und Verformen zur Balgform ermöglicht, um eine Eulersche Knickung zu unterdrücken.
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Die
DE 199 63 068 A1 offenbart eine Einrichtung, welche in Hohlräume von Karosserieteilen eines Kraftfahrzeugs einbringbar ist, um im Falle eines Aufprallunfalls den Hohlraum mit einem Innendruck zu beaufschlagen.
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Die
DE 195 38 844 C2 offenbart ein Karosserieseitenteil, welches mit einem Absorptionsmaterial ausgefüllt ist, um eine seitlich auf die Karosserie wirkende Kraft so abzudämpfen, dass bis zu einer vorgegebenen Aufprallgeschwindigkeit keine Verformung des darunter liegenden Materials erfolgt.
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Die
DE 102 57 853 B4 offenbart einen Crashabsorber, welcher formschlüssig in einer Reserveradmulde eines Kraftfahrzeugs aufgenommen werden kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Energieabsorptionsvorrichtung bezogen auf ihr Gewicht eine hohe Energieabsorptionsfähigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird bei einem Fahrzeug der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Die Zusatzstruktur wirkt der aufprallbedingten Verkleinerung des Abstands zwischen den Wänden entgegen, indem eine Abstandsverkleinerung verhindert oder eine Abstandsverkleinerung zumindest abgeschwächt wird. Hierdurch kann ein Kollabieren der Wandstruktur, welches im Extremfall zu einem Kontakt der Wände miteinander führt, verhindert werden. Die Zusatzstruktur ermöglicht es also, dass die Wandstruktur auch nach Einleitung der Aufprallenergie in Aufprallrichtung biegesteif ist, sodass eine Energieabsorption unter Dehnung zumindest eines Teils der Wandstruktur erfolgt. Hierbei wird insbesondere die fahrzeuginnenseitig angeordnete zweite Wand gedehnt, wodurch eine hohe Energie abgebaut werden kann.
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Ein weiterer Energieabbau ist möglich durch Dehnung der ersten Wand und/oder weiterer Teile der Wandstruktur. Insbesondere baut auch die Zusatzstruktur Energie ab, indem sie durch die Aufprallkräfte teilweise gestaucht wird. Diese Stauchung erfolgt in einer Weise, dass ein Mindestabstand zwischen den Wänden der Wandstruktur erhalten bleibt und durch Dehnung der Wandstruktur zumindest ein Teil der Aufprallenergie abbaubar ist.
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Bevorzugt ist es, wenn die erste Wand fahrzeugaußenseitig angeordnet ist. Hierdurch ist die Energieabsorptionsvorrichtung unmittelbar nach Aufprall eines Fremdkörpers auf das Fahrzeug wirksam.
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Vorzugsweise sind die erste Wand und die zweite Wand zueinander parallel. Dies ermöglicht einen raumsparenden Aufbau der Energieabsorptionsvorrichtung und eine einfache Integration in das Fahrzeug.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn die Energieabsorptionsvorrichtung in Fahrzeuglängsrichtung gesehen auf Hohe einer Karosseriesäule angeordnet ist. Hierdurch kann die Energieabsorptionsvorrichtung bei einem Aufprall, insbesondere bei einem Seitenaufprall, mit mindestens einer Karosseriesäule zusammenwirken, wodurch der Verformungswiderstand einer Fahrgastzelle weiter erhöht werden kann. Insbesondere ist zumindest ein Abschnitt der Energieabsorptionsvorrichtung fahrzeugmittig, beispielsweise auf Hohe der B-Säule des Fahrzeugs angeordnet.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn sich die Energieabsorptionsvorrichtung in Fahrzeuglängsrichtung gesehen zwischen mindestens zwei Karosseriesäulen erstreckt. Hierdurch kann unabhängig von der Aufprallposition eines Fremdkörpers eine hohe Energieabsorptionswirkung bereitgestellt werden. Beispielsweise kann sich die Energieabsorptionsvorrichtung zumindest zwischen einer A-Säule und einer C-Säule eines Fahrzeugs erstrecken.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn die Wandstruktur einen Teil eines Türrahmens des Fahrzeugs bildet. Dies ermöglicht es, einen Fahrzeugbereich zu stabilisieren, welcher bei einem Seitenaufprall besonders hohen Belastungen ausgesetzt ist.
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Vorzugsweise bildet die Wandstruktur einen Seitenschweller des Fahrzeugs. Dies ermöglicht eine besonders einfache Integration der Energieabsorptionsvorrichtung in das Fahrzeug.
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Eine besonders gute Energieabsorptionswirkung ergibt sich, wenn die Energieabsorptionsvorrichtung in Fahrzeughochrichtung gesehen auf Höhe einer Bodengruppe des Fahrzeugs angeordnet ist. Hierdurch kann in einem bei einem Unfall besonders hoch belasteten Bereich des Fahrzeugs Energie absorbiert werden. Daher kann die Bodengruppe entlastet und dementsprechend leichter gebaut werden. Beispielsweise kann die Bodengruppe aus einem Kunststoffmaterial hergestellt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Wandstruktur Teil einer Dachstruktur des Fahrzeugs. Beispielsweise bildet die Wandstruktur einen Dachholm.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Wandstruktur Teil einer Stoßfängereinrichtung des Fahrzeugs ist. Eine solche Energieabsorptionsvorrichtung kann heckseitig oder bugseitig vorgesehen sein und erstreckt sich im Wesentlichen in einer Fahrzeugquerrichtung.
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Vorzugsweise ist die Wandstruktur umfangsseitig geschlossen. Auf diese Weise kann die Wandstruktur eine Hülle bilden, welche die Zusatzstruktur umhüllt. Dies erleichtert eine Positionierung und/oder eine Festlegung der Zusatzstruktur innerhalb der Wandstruktur.
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Vorzugsweise begrenzt die Wandstruktur einen Hohlraum. Ein solcher Hohlraum ist im Querschnitt vorzugsweise mehreckig, insbesondere quadratisch oder rechteckförmig. Der Hohlraum kann auch einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt oder einen unregelmäßig geformten Querschnitt aufweisen. Der Hohlraum ermöglicht es in besonders einfacher Weise, mindestens eine Zusatzstruktur innerhalb der Wandstruktur anzuordnen.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Wandstruktur einstückig hergestellt. Bei einer solchen Wandstruktur sind die erste Wand und die zweite Wand durch Abschnitte der Wandstruktur gebildet. Hierbei gehen die erste Wand und die zweite Wand unmittelbar ineinander über oder sind mittels weiterer Abschnitte der Wandstruktur miteinander verbunden.
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Günstig ist es, wenn zumindest Anteile der Wandstruktur aus einem metallischen Material hergestellt sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn Stahllegierungen eingesetzt werden, welche eine hohe Zugfestigkeit aufweisen, beispielsweise indem der Stahl Mangan-Anteile enthält. Diese Materialien weisen eine besonders hohe Zugfestigkeit auf, sodass unter Dehnung dieser Materialien eine besonders hohe Energie absorbiert werden kann.
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Auch die Verwendung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen ist möglich, um eine besonders leichte Wandstruktur herzustellen.
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Günstig ist es ferner, wenn zumindest Anteile der Wandstruktur aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem Faserverbundkunststoff hergestellt sind. Ein solches Material ermöglicht es, Energie durch Dehnung zugbelasteter Fasern zu absorbieren. Insbesondere ist hierfür die Verwendung von Aramidfasern vorteilhaft.
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In vorteilhafter Weise grenzt die Zusatzstruktur an mindestens eine Wand der Wandstruktur an. Hierdurch kann einer Verkleinerung des Abstands zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand entgegengewirkt werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Zusatzstruktur an die erste Wand und an die zweite Wand angrenzt. Hierdurch kann einer Abstandsverkleinerung zwischen den Wänden der Wandstruktur in besonders effektiver Weise entgegengewirkt werden.
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Günstig ist es ferner, wenn die Zusatzstruktur mit mindestens einer Wand der Wandstruktur verbunden ist. Hierdurch kann die Scherfestigkeit der Energieabsorptionsvorrichtung erhöht werden, was insbesondere bei einer gegenüber einer zu der Wandstrukturachse senkrechten Richtung geneigten Aufprallrichtung vorteilhaft ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zusatzstruktur mit der ersten Wand und mit der zweiten Wand verbunden ist. Hierdurch kann eine Verringerung des Abstandes zwischen den Wänden verhindert oder unter Stauchung der Zusatzstruktur zumindest verringert werden. Zusätzlich wird die Scherfestigkeit der Energieabsorptionsvorrichtung erhöht.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Zusatzstruktur an eine Verbindungswand angrenzt, welche die erste Wand und die zweite Wand miteinander verbindet und Teil der Wandstruktur ist. Dies ermöglicht es, die Zusatzstruktur entlang ihres Verlaufs zwischen den Wänden abzustützen und somit die Knickstabilität der Zusatzstruktur zu erhöhen.
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Eine besonders gute Abstützung der Zusatzstruktur ergibt sich, wenn die Zusatzstruktur mit einer Verbindungswand verbunden ist, welche die erste Wand und die zweite Wand miteinander verbindet und Teil der Wandstruktur ist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind zumindest Anteile der Zusatzstruktur aus einem metallischen Material hergestellt. Hierbei ist insbesondere die Verwendung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen vorteilhaft. Hierdurch kann eine besonders leichte Zusatzstruktur geschaffen werden.
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Günstig ist es ferner, wenn zumindest Anteile der Zusatzstruktur aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind. Auch hierdurch lässt sich eine leichte Zusatzstruktur bereitstellen.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zumindest Teile der Zusatzstruktur anisotop. Dies ermöglicht es, richtungsabhängige Festigkeitseigenschaften der Zusatzstruktur zu nutzen.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn zumindest Teile der Zusatzstruktur in zueinander orthogonalen Raumrichtungen unterschiedliche Verformungswiderstände bei Druckbelastung aufweisen und derart zwischen den Wänden der Wandstruktur angeordnet sind, dass die Raumrichtung, in welcher der höchste Verformungswiderstand anliegt, senkrecht zu der Wandstrukturachse verläuft. Hierdurch kann eine in Richtung des Aufpralls drucksteife Anordnung geschaffen werden, welche es ermöglicht, Aufprallkräfte von der ersten Wand über die Zusatzstruktur auf die zweite Wand zu übertragen und Aufprallkräfte unter Dehnung zumindest der zweiten Wand der Wandstruktur zu absorbieren.
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Bevorzugt ist es, wenn die Zusatzstruktur mindestens einen Materialabschnitt aufweist, welcher sich zumindest annähernd senkrecht zu der Wandstrukturachse erstreckt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Versteifung der Wandstruktur in einer Aufprallrichtung.
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Bevorzugt ist es ferner, wenn die Zusatzstruktur mindestens einen Materialabschnitt aufweist, welcher gegenüber einer zu der Wandstrukturachse senkrechten Richtung geneigt ist. Auf diese Weise kann die Wandstruktur auch in zu einer Aufprallrichtung geneigten Richtungen versteift werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zusatzstruktur eine Mehrzahl von zueinander parallelen Materialabschnitten aufweist. Hierdurch ist eine Versteifung der Wandstruktur entlang der Erstreckung der Energieabsorptionsvorrichtung ermöglicht.
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In vorteilhafter Weise bildet der mindestens eine Materialabschnitt eine Kammerbegrenzung für eine sich zumindest annähernd senkrecht zu der Wandstrukturachse erstreckende Kammer. Dies ermöglicht die Bereitstellung einer in Aufprallrichtung steifen Zusatzstruktur.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Kammerbegrenzung umfangsseitig geschlossen ist. Hierdurch kann eine besonders drucksteife Zusatzstruktur geschaffen werden. Die Kammer ist im Querschnitt beispielsweise mehreckig, insbesondere hexagonal, quadratisch oder rechteckförmig oder auch kreisförmig oder elliptisch.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kammer Kammerquerschnitte auf, welche in einer Richtung quer zu der Wandstrukturachse gesehen unterschiedlich sind. Dies ermöglicht es, in einfacher Weise die Drucksteifigkeit der Zusatzstruktur von der ersten Wand ausgehend in Richtung auf die zweite Wand zu variieren. Beispielsweise kann sich der Querschnitt von der ersten Wand in Richtung auf die zweite Wand erweitern, sodass sich die Drucksteifigkeit mit zunehmender Eindringtiefe eines Fremdkörpers erhöht. Hierdurch ist es möglich, eine anfängliche Beschleunigung des Fahrzeugs in Querrichtung nach Kontakt eines Fremdkörpers mit der ersten Wand zu verringern. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn sich der Kammerquerschnitt von der ersten Wand in Richtung auf die zweite Wand konisch erweitert. Außerdem kann ein freies Verformungsvolumen geschaffen werden, welches einen seitlichen Kontakt benachbarter Zusatzelemente und damit einhergehende Seitenkraftbelastungen der Zusatzelemente verhindert.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Zusatzstruktur eine Mehrzahl von Zusatzelementen, welche in zu der Wandstrukturachse paralleler Richtung zueinander beabstandet angeordnet sind. Mit Hilfe der Zusatzelemente kann die Wandstruktur entlang der Fahrzeuglängsachse gesehen lokal oder punktweise versteift werden. Hierdurch kann eine drucksteife Zusatzstruktur unter Einsatz nur sehr geringer Materialmengen gebildet werden. Außerdem können Verformungsvolumen für Zusatzelemente geschaffen werden, so dass ein Zusammendrücken der Zusatzelemente in Querrichtung vermieden wird und so dass sich zumindest Teile der Wandstruktur ungehindert dehnen können.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Zusatzelemente zueinander äquidistant beabstandet sind. Hierdurch weist die Energieabsorptionsvorrichtung in Richtung der Wandstrukturachse gesehen unabhängig von der Aufprallstelle eines Fremdkörpers zumindest annähernd identische Energieabsorptionseigenschaften auf.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind mindestens zwei Zusatzelemente voneinander getrennt. Diese Zusatzelemente stehen dadurch nicht in unmittelbarer Wirkverbindung miteinander, dass ein Zwischenraum zwischen den Zusatzelementen vorhanden ist. Hierdurch kann eine besonders leichte Zusatzstruktur geschaffen werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Energieabsorptionsvorrichtung mindestens eine Verbindungseinrichtung zur Verbindung von mindestens zwei Zusatzelementen. Dies ermöglicht eine besonders einfache Positionierung der Zusatzelemente innerhalb des zwischen den Wänden gebildeten Zwischenraums der Wandstruktur.
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Günstig ist es, wenn die mindestens eine Verbindungseinrichtung und die mindestens zwei Zusatzelemente miteinander einstückig hergestellt sind. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellung einer Zusatzstruktur.
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Günstig ist es ferner, wenn die Zusatzstruktur eine Wabenstruktur umfasst, welche ein niedriges Gewicht aufweist und besonders drucksteif ist.
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Vorzugsweise umfasst die Wabenstruktur zueinander parallele Wabenwände, welchen Wabenzellen begrenzen. Solche Wabenzellen sind im Querschnitt beispielsweise sechseckig und bilden eine Honigwabenstruktur, auch ”honeycomb”-Struktur genannt.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn sich die Wabenwände zumindest annähernd senkrecht zu der Wandstrukturachse erstrecken. Auf diese Weise wird eine in Fahrzeugquerrichtung hochsteife Zusatzstruktur bereitgestellt.
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Günstig ist es ferner, wenn die Zusatzstruktur mindestens einen Versteifungsabschnitt aufweist, welcher einenends mit der ersten Wand oder der zweiten Wand und anderenends mit einer Verbindungswand der Wandstruktur verbunden ist, welche die erste Wand und die zweite Wand miteinander verbindet und Teil der Wandstruktur ist. Hierdurch wird eine Diagonalversteifung der Wandstruktur ermöglicht. Bei der Verbindungswand handelt es sich beispielsweise um eine bezogen auf die Schwerkraft Richtung oben oder unten angeordnete Verbindungswand. In entsprechender Weise ist der Versteifungsabschnitt bezogen auf eine horizontale Ebene nach oben oder unten geneigt. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Versteifungsabschnitt gemeinsam mit Teilen der Wandstruktur mindestens einen sich parallel zu der Wandstrukturachse erstreckenden Hohlraum begrenzt. Hierdurch weist die Energieabsorptionsvorrichtung ein hohes Flächenträgheitsmoment auf.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind zumindest Teile der Zusatzstruktur isotrop. Diese Zusatzstruktur oder diese Teile der Zusatzstruktur weist oder weisen also richtungsunabhängige Festigkeitseigenschaften auf, insbesondere Druckfestigkeitseigenschaften.
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Bevorzugt ist es, wenn die Zusatzstruktur eine Schaumstruktur umfasst. Beispielsweise handelt es sich um einen Metallschaum, insbesondere aus Aluminium, oder um einen Kunststoffschaum, beispielsweise um Polyurethanschaum. Ein solcher Polyurethanschaum weist vorzugsweise eine Dichte auf, welche größer ist als 400 kg/m3. Die Schaumstruktur ermöglicht es, eine besonders leichte Zusatzstruktur bereitzustellen, welche die Wandstruktur in Aufprallrichtung versteift. Auch die vorstehend beschriebenen Zusatzelemente und/oder Materialabschnitte der Zusatzstruktur können aus einem Schaummaterial hergestellt sein.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Zusatzstruktur ein Fluid oder ist durch ein Fluid gebildet. Hierbei handelt es sich insbesondere um ein Medium, welches bei einer Umgebungstemperatur von 20°C gasförmig oder flüssig ist.
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Bei Verwendung eines solchen Fluids ist es insbesondere bevorzugt, wenn das Fluid druckbeaufschlagt ist, sodass sich der Verformungswiderstand der Wandstruktur in Aufprallrichtung erhöht.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fluid um ein Fahrzeug-Betriebsmedium, beispielsweise um Kraftstoff.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer Ausführungsform eines Fahrzeugs;
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2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche eine Zusatzstruktur mit voneinander getrennten Zusatzelementen umfasst;
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3 eine Seitenansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 2 längs einer in 2 mit III-III bezeichneten Schnittlinie;
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4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche eine Zusatzstruktur mit voneinander getrennten Zusatzelementen umfasst;
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5 eine Seitenansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 4 längs einer in 4 mit V-V bezeichneten Schnittlinie;
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6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche eine Zusatzstruktur mit voneinander getrennten Zusatzelementen umfasst;
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7 eine Seitenansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 6 längs einer in 6 mit VII-VII bezeichneten Schnittlinie;
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8 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche eine Zusatzstruktur mit miteinander verbundenen Zusatzelementen umfasst;
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9 eine Seitenansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 8 längs einer in 8 mit IX-IX bezeichneten Schnittlinie;
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10 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche eine Zusatzstruktur in Form einer Wabenstruktur umfasst;
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11 eine Seitenansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 10 längs einer in 10 mit XI-XI bezeichneten Schnittlinie;
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12 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche eine Zusatzstruktur mit mindestens einem sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Materialabschnitt umfasst;
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13 eine Vorderansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 12 längs einer in 12 mit XIII-XIII bezeichneten Schnittlinie;
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14 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche eine Zusatzstruktur in Form einer einteiligen Schaumstruktur umfasst;
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15 eine Vorderansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 14 längs einer in 14 mit XV-XV bezeichneten Schnittlinie;
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16 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche eine Zusatzstruktur in Form einer mehrteiligen Schaumstruktur umfasst; und
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17 eine Vorderansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 16 längs einer in 16 mit XVII-XVII bezeichneten Schnittlinie.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Ein in 1 abschnittsweise dargestelltes Fahrzeug 10 erstreckt sich entlang einer Fahrzeuglängsrichtung 12 und weist eine hierzu senkrechte Fahrzeugquerrichtung 14 sowie eine zu den Richtungen 12 und 14 senkrechte Fahrzeughochrichtung 16 auf.
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Das Fahrzeug 10 umfasst eine Karosseriestruktur 18, welche vorzugsweise eine Mehrzahl von Karosseriesäulen 20, 22 aufweist. Die Karosseriesäulen 20, 22 sind in zu der Fahrzeuglängsrichtung 12 paralleler Richtung zueinander beabstandet. Beispielsweise ist eine vordere Karosseriesäule 20 in Form einer A-Säule ausgebildet. Ferner ist beispielsweise eine hintere Karosseriesäule 22 in Form einer B-Säule ausgebildet. Die Karosseriestruktur 18 umfasst ferner eine in 1 angedeutete Bodengruppe 24, welche sich im Wesentlichen in einer bezogen auf die Schwerkraftrichtung horizontalen Ebene erstreckt. Die Karosseriestruktur 18 umfasst ferner einen Seitenschweller 26, welcher in Fahrzeughochrichtung 16 gesehen auf Höhe der Bodengruppe 24 angeordnet ist. Der Seitenschweller 26 stützt sich mit seiner der Bodengruppe 18 zugewandten, fahrzeuginnenseitigen Rückseite (ohne Bezugszeichen) an mindestens einer der Karosseriesäulen 20, 22 ab.
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Der Seitenschweller 26 bildet einen Teil eines in 1 strichpunktiert angedeuteten Türrahmens 28 des Fahrzeugs 10.
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In 1 ist ein Aufprallkörper 30 in Form eines Seitenaufprallkörpers schematisch dargestellt. Ein solcher Aufprallkörper kann beispielsweise durch einen Pfahl oder durch ein weiteres Fahrzeug gebildet sein. Bei einem Seitenaufprall des Fahrzeugs 10 auf den Aufprallkörper 30 wirkt eine in Richtung auf das Fahrzeuginnere gerichtete Aufprallkraft 32, welche in Fahrzeugquerrichtung 14 orientiert ist oder zumindest eine zu der Fahrzeugquerrichtung 14 parallele Kraftkomponente aufweist.
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Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen von Energieabsorptionsvorrichtungen 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 können bei einem Fahrzeug 10 gemäß 1 verwendet werden. Die Energieabsorptionsvorrichtungen 202 bis 216 können beispielsweise einen Seitenschweller 26 und/oder einen Teil des Türrahmens 28 bilden. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die Energieabsorptionsvorrichtungen 202 bis 216 auch als zu einem Seitenschweller 26 und/oder zu einem Teil des Türrahmens 28 separate Einrichtung vorgesehen sein. Eine zusätzliche Energieabsorptionsvorrichtung 202 bis 216 lässt sich beispielsweise in Fahrzeughochrichtung 16 gesehen unterhalb des Seitenschwellers 26 anordnen. Auch eine Anordnung der Energieabsorptionsvorrichtungen 202 bis 216 auf Dachhöhe des Fahrzeugs oder als (Teil einer) Stoßfängereinrichtung ist möglich.
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Eine in den 2 und 3 dargestellte Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung 202 umfasst eine Wandstruktur 34, welche sich entlang einer Wandstrukturachse 35 erstreckt, und eine Zusatzstruktur 36.
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Die Wandstrukturachse 35 erstreckt sich bei Anordnung der Wandstruktur 34 an einem Fahrzeug 10 in einem unverformten Zustand der Wandstruktur 34 beispielsweise in einer zu der Fahrzeuglängsrichtung 12 zumindest annähernd parallelen Richtung. Die Wandstruktur 34 weist eine erste Wand 38 auf, sowie eine bezogen auf die erste Wand 38 fahrzeuginnenseitig angeordnete zweite Wand 40.
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Vorzugsweise sind die Wände 38 und 40 bezogen auf die Fahrzeughochachse 16 zumindest im Wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet. Ferner ist es bevorzugt, wenn sich die erste Wand 38 zumindest in etwa parallel zu der zweiten Wand 40 erstreckt.
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Die erste Wand 38 bildet vorzugsweise einen Teil der Außenhaut des Fahrzeugs 10.
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Die Wände 38 und 40 sind vorzugsweise mittels einer bodenseitigen Verbindungswand 42 und mittels einer deckenseitigen Verbindungswand 44 miteinander verbunden. Die Verbindungswände 42 und 44 erstrecken sich beispielsweise in bezogen auf die Schwerkraftrichtung horizontalen Ebenen.
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Die Wandstruktur 34 umfasst ferner mindestens eine Stirnwand 46, 48, welche jeweils an einem bezogen auf die Wandstrukturachse 35 der Wandstruktur 34 vorderen oder hinteren Ende der Energieabsorptionsvorrichtung 202 angeordnet sind. Die Stirnwände 46, 48 sind optional.
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Die Wände 38 und 40 begrenzen gemeinsam mit den Verbindungswänden 42 und 44 einen umfangsseitig geschlossenen Hohlraum 50. Der Hohlraum 50 weist in einer durch die Fahrzeugquerrichtung 14 und die Fahrzeughochrichtung 16 aufgespannten Ebene beispielsweise einen viereckförmigen Querschnitt auf.
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Die Wände 38 und 40 sind in Fahrzeugquerrichtung 14 gesehen zueinander beabstandet. Ein Abstand 52 der Wände 38 und 40 entspricht der Ausdehnung des Hohlraums 50 in Fahrzeugquerrichtung 14 gesehen.
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Die den Hohlraum 50 in Umfangsrichtung begrenzenden Wände, insbesondere die Wände 38, 40 und die Verbindungswände 42, 44, können miteinander einstückig hergestellt sein. Beispielsweise handelt es sich bei der Wandstruktur 34 um eine Strangguss-Struktur.
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Die Wände 38, 40 und/oder die Verbindungswände 42, 44 weisen vorzugsweise eine Wandstärke auf, welche entlang der Wandstrukturachse 35 gesehen im Wesentlichen konstant ist. Beispielsweise beträgt die Wandstärke der Wände der Wandstruktur 34 zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 5 mm.
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Der Abstand 52 zwischen den Wänden 36 und 38 beträgt beispielsweise ungefähr 2 cm bis ungefähr 15 cm.
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Der Abstand zwischen den Verbindungswänden 42 und 44 beträgt beispielsweise zwischen ungefähr 2 cm und 15 cm.
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Die Wände der Wandstruktur 34 sind vorzugsweise aus einem metallischen Material hergestellt, welches eine hohe Dehngrenze aufweist. Beispielsweise sind die Wände der Wandstruktur 34 aus einer Stahllegierung hergestellt. Alternativ hierzu können die Wände der Wandstruktur 34 aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise einem faserverstärkten Kunststoffmaterial, hergestellt sein.
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Die Zusatzstruktur 36 der Energieabsorptionsvorrichtung 202 umfasst eine Mehrzahl von Zusatzelementen 54. Die Zusatzelemente 54 sind in dem Hohlraum 50 angeordnet. In einem unverformten Zustand der Energieabsorptionsvorrichtung 202 sind die Zusatzelemente 54 bezogen auf eine zu der Fahrzeuglängsrichtung 12 parallele Richtung hintereinander angeordnet. Zwischen zwei benachbarten Zusatzelementen 54 sind Zwischenräume 56 vorgesehen.
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Die Zusatzelemente 54 erstrecken sich jeweils entlang einer Zusatzelementachse 58. Vorzugsweise verlaufen die Zusatzelementachsen 58 parallel zueinander. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Zusatzelementachsen 58 im unverformten Zustand der Energieabsorptionsvorrichtung 202 zumindest annähernd in zu der Wandstrukturachse 35 senkrechten Richtungen verlaufen.
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Die Zusatzelemente 54 weisen jeweils einen sich parallel zu ihrer Zusatzelementachse 58 erstreckenden Materialabschnitt 60 auf. Bei der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform der Energieabsorptionsvorrichtung 202 ist der Materialabschnitt 60 durch einen Hohlzylinder gebildet. Hierbei entspricht die Zylinderachse der Zusatzelementachse 58.
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Der Materialabschnitt 60 begrenzt mit einer Innenfläche 62 eine sich entlang der Zusatzelementachse 58 erstreckende Kammer 64. Die Kammer 64 weist einen kreisförmigen Kammerquerschnitt 66 auf.
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Die Zusatzelemente 54 erstrecken sich entlang der Zusatzelementachse 58 gesehen zwischen einem fahrzeugaußenseitigen Ende 68 und einem fahrzeuginnenseitigen Ende 70. Vorzugsweise grenzt mindestens eines der Enden 68, 70 an eine der hierzu jeweils benachbarten Wände 38, 40. Ferner ist es bevorzugt, wenn mindestens eines der Enden 68, 70 mit einer dem Hohlraum 50 zugewandten Innenfläche jeweils einer Wand 38, 40 verbunden ist. Eine solche Verbindung kann beispielsweise durch eine Klebeverbindung, durch eine Schweißverbindung und/oder durch Formschluss und/oder durch Reibschluss hergestellt werden.
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Die Energieabsorptionsvorrichtung 202 funktioniert wie folgt.
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Bei einem Aufprall eines Aufprallkörpers 30 auf ein Fahrzeug 10 wird eine Aufprallkraft 32 über die erste Wand 38 der Wandstruktur 34 in die Zusatzstruktur 36 eingeleitet. Die Zusatzstruktur 36 überträgt die in die erste Wand 38 eingeleitete Kraft auf die zweite Wand 40. Gegebenenfalls erfolgt die Kraftübertragung von der ersten Wand 38 auf die zweite Wand 40 unter anteiliger Stauchung mindestens eines Zusatzelements 54.
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Die Zusatzstruktur 36 bewirkt, dass der Abstand 52 zwischen den Wänden 38 und 40 auch nach Einleitung der Aufprallkraft 32 erhalten bleibt oder zumindest teilweise erhalten bleibt. Auf diese Weise kann zumindest ein zu der Aufprallkraft 32 senkrechter Abschnitt 72 der zweiten Wand 40 dehnend beansprucht werden, wodurch eine hohe Energiemenge absorbiert werden kann. Zusätzliche Energieanteile können durch Dehnung der ersten Wand 38 und/oder der Verbindungswände 42 und 44 aufgenommen werden. Schließlich ermöglicht es eine anteilige Stauchung der Zusatzstruktur 36, Energie zu absorbieren.
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Auf diese Weise kann mittels der Energieabsorptionsvorrichtung 202 eine besonders hohe Aufprallenergie absorbiert werden. Hierdurch kann ein raumgreifendes Eindringen eines Aufprallkörpers 30 in die Fahrgastzelle eine Fahrzeugs 10 verhindert oder zumindest abgeschwächt werden.
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Bezüglich des Aufbaus und der Funktionsweise der im Folgenden beschriebenen Energieabsorptionsvorrichtungen 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 wird auf die vorstehende Beschreibung der Energieabsorptionsvorrichtung 202 Bezug genommen. Im Folgenden wird daher lediglich auf die Besonderheiten der Energieabsorptionsvorrichtungen 204 bis 216 eingegangen.
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Eine in den 4 und 5 dargestellte Energieabsorptionsvorrichtung 204 unterscheidet sich von der Energieabsorptionsvorrichtung 202 durch die Geometrie der Zusatzelemente 54. Die Zusatzelemente 54 der Energieabsorptionsvorrichtung 204 weisen jeweils einen Materialabschnitt 74 auf, welcher zu einer zu der Wandstrukturachse 35 senkrechten Richtung geneigt angeordnet ist. Der Materialabschnitt 74 ist in Form eines hohlen Kegelstumpfmantels gebildet. Der Materialabschnitt 74 begrenzt eine kegelstumpfförmige Kammer 64.
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Entlang der Zusatzelementachse 58 gesehen vergrößert sich der Kammerquerschnitt 66 der Kammer 64 ausgehend von der ersten Wand 38 hin zu der Wand 40. Mit Hilfe des sich in Richtung einer Aufprallkraft 32 gesehen vergrößernden Kammerquerschnitts 66 wird erreicht, dass die Zusatzelemente 54 der Wandstruktur 34 bei Aufprall eines Aufprallkörpers 30 einen zunächst niedrigeren Verformungswiderstand aufweisen und dass sich dieser Verformungswiderstand mit zunehmender Stauchung der Zusatzelemente 54 erhöht. Auf diese Weise können die bei einem Aufprall auftretenden Beschleunigungen verringert werden.
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Eine in den 6 und 7 dargestellte Energieabsorptionsvorrichtung 206 umfasst eine Mehrzahl von Zusatzelementen 54, welche eine Mehrzahl von Materialabschnitten 60 aufweisen, welche sich im unverformten Zustand der Energieabsorptionsvorrichtung 206 zumindest im Wesentlichen parallel zu der Fahrzeugquerrichtung 14 erstrecken.
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Die Zusatzelemente 54 der Energieabsorptionsvorrichtung 206 weisen zwei zueinander beabstandete und zueinander parallele Materialabschnitte 60a und 60b auf.
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Die Materialabschnitte 60a und 60b sind mittels zwei Materialabschnitten 60c und 60d miteinander verbunden. Die Materialabschnitte 60c und 60d bilden eine Diagonalversteifung des Zusatzelements 54.
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Jeweils drei der Materialabschnitte 60a bis 60d begrenzen gemeinsam jeweils eine Kammer 64a, 64b, welche sich parallel zu der Zusatzelementachse 58 erstrecken.
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Eine in den 8 und 9 dargestellte Energieabsorptionsvorrichtung 208 weist eine Mehrzahl von Zusatzelementen 54a, 54b auf, welche jeweils einen im Querschnitt massiven Materialabschnitt 60 aufweisen, welcher sich im unverformten Zustand der Energieabsorptionsvorrichtung 208 in Fahrzeugquerrichtung 14 erstreckt.
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Jeweils zwei zueinander benachbarte Zuatzelemente 54a oder 54b sind zueinander äquidistant beabstandet. Der Abstand zwischen zwei Zusatzelementen 54a oder zwischen zwei Zusatzelementen 54b ist kleiner als der Abstand zwischen zwei Zusatzelementen 54a und 54b. Alternativ hierzu können sämtliche Zusatzelemente 54a, 54b zueinander äquidistant beabstandet sein.
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Im Unterschied zu der Energieabsorptionsvorrichtung 202 sind die Zusatzelemente 54a, 54b mittels einer Verbindungseinrichtung 76 miteinander verbunden. Die Verbindungseinrichtung 76 umfasst eine Mehrzahl von Verbindungsabschnitten 78, welche jeweils zwei zueinander benachbarte Zusatzelemente 54a, 54b miteinander verbinden. Die Verbindungsabschnitte 78 sind insbesondere einstückig mit den Zusatzelementen 54a, 54b ausgebildet.
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Beispielsweise bilden die Zusatzelemente 54a, 54b und die Verbindungsabschnitte 78 der Verbindungseinrichtung 76 eine einstückige Zusatzstruktur 36. Diese Zusatzstruktur ist beispielsweise aus einem Schaummaterial, insbesondere aus Metallschaum oder einem Polyurethanschaum hergestellt.
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Eine in den 10 und 11 dargestellte Energieabsorptionsvorrichtung 210 umfasst eine Zusatzstruktur 36, welche in Form einer Wabenstruktur 80 ausgebildet ist.
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Die Wabenstruktur 80 umfasst eine Vielzahl von sich im unverformten Zustand der Energieabsorptionsvorrichtung 210 in Fahrzeugquerrichtung 14 erstreckenden Wabenwänden 82. Die Wabenwände 82 begrenzen jeweils im Querschnitt mehreckige, vorzugsweise sechseckige Wabenzellen 84.
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Die Wabenwände 82 können beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sein.
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Eine in den 12 und 13 dargestellte Energieabsorptionsvorrichtung 212 umfasst eine Zusatzstruktur 36 mit einem Materialabschnitt 60. Der Materialabschnitt 60 erstreckt sich in einer Ebene, die parallel ist zu einer Ebene, welche durch die Fahrzeuglängsrichtung 12 und die Fahrzeugquerrichtung 14 aufgespannt wird.
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Der Materialabschnitt 60 unterteilt den Hohlraum 50 der Wandstruktur 34 in eine Mehrzahl von Teilhohlräumen.
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Der Materialabschnitt 60 weist eine Dicke auf, welche beispielsweise gleich der Wandstärke einer der Wände 38, 40, 42, 44 der Wandstruktur 34 ist.
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Vorzugsweise ist der Materialabschnitt 60 an seinem fahrzeugaußenseitigen Ende 68 mit der ersten Wand 38 verbunden. Ferner ist es bevorzugt, wenn der Materialabschnitt 60 an seinem Fahrzeuginnenseitigen Ende 70 mit der zweiten Wand 40 verbunden ist.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Materialabschnitt 60 und die Wände 38, 40, 42, 44 der Wandstruktur 34 miteinander einstückig hergestellt sind.
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Die Energieabsorptionsvorrichtung 212 umfasst mindestens einen Versteifungsabschnitt 86, 88, welcher einenends mit einer der Wände 38, 40, vorzugsweise mit der ersten Wand 38, verbunden ist, und anderenends mit einer der Verbindungswände 42, 44.
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Die Versteifungsabschnitte 86, 88 unterteilen den Hohlraum 50 in eine Mehrzahl von Teilhohlräumen.
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Die Versteifungsabschnitte 86, 88 bilden eine Diagonalversteifung der Wandstruktur 34.
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Vorzugsweise sind die Versteifungsabschnitte 86 und 88 einstückig mit der Wandstruktur 34 hergestellt.
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Eine in den 14 und 15 dargestellte Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung 214 umfasst eine Zusatzstruktur 36 in Form einer Schaumstruktur 90.
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Vorzugsweise füllt die Schaumstruktur 90 den durch die Wände 38 bis 44 der Wandstruktur 34 begrenzten Hohlraum 50 vollständig aus.
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Beispielsweise ist die Schaumstruktur 90 aus einem Metallschaum, insbesondere aus einem Aluminiumschaum, hergestellt. Alternativ hierzu ist die Schaumstruktur 90 aus einem Kunststoffschaum, beispielsweise aus Polyuretanschaum, hergestellt.
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Hinsichtlich des Aufbaus und der Funktionsweise einer in den 16 und 17 dargestellten Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung 216 wird auch auf die vorstehende Beschreibung der Energieabsorptionsvorrichtung 214 Bezug genommen.
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Im Unterschied zu der Energieabsorptionsvorrichtung 214 umfasst die Energieabsorptionsvorrichtung 216 eine mehrteilige Schaumstruktur 90.
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Die mehrteilige Schaumstruktur 90 umfasst beispielsweise mindestens zwei Schaumstrukturabschnitte 90a, 90b.
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Die Schaumstrukturabschnitte 90a, 90b grenzen an ihren fahrzeugaußenseitigen Enden 68 an die erste Wand 38 und mit ihren fahrzeuginnenseitigen Enden 70 an die zweite Wand 40.
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Die Schaumstrukturabschnitte 90a und 90b sind bezogen auf die Fahrzeughochrichtung 16 zueinander beabstandet angeordnet.
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Der Schaumstrukturabschnitt 90a grenzt an die bodenseitige Verbindungswand 42 der Wandstruktur 34.
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Der Schaumstrukturabschnitt 90b grenzt an die deckenseitige Verbindungswand 44 der Wandstruktur 34.
