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Die
Erfindung betrifft eine Energieabsorptionsvorrichtung zum Aufnehmen
unfallbedingter Kräfte für einen Kraftwagen, insbesondere
für einen Lastkraftwagen oder Omnibus, nach dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
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Derartige
mehrkammerige Energieabsorptionsvorrichtungen oder auch Crashboxen
sind allgemein bekannt. Eine solche Energieabsorptionsvorrichtung
ist beispielsweise in der
DE
195 33 366 C2 offenbart.
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Crashboxen
dienen der Aufnahme von unfallbedingt eingeleiteten Kräften,
welche durch eine gezielte Deformation der Crashbox als plastische Verformungsenergie
und thermische Energie dissipiert werden. Crashboxen schützen
somit hinter ihnen angeordnete Bauteile vor unfallbedingten Beschädigungen.
Die Verwendung von Crashboxen ist insbesondere beim Bau von Personenkraftwagen weitgehend
etabliert. Bei Lastkraftwagen oder Omnibussen gibt es jedoch wesentliche
Unterschiede im Unfallverlauf gegenüber Personenkraftwagen.
Front- und Heckbereiche von Nutzfahrzeugen sind in der Regel sehr
flach gebaut und weisen daher nur geringe Knautschzonen auf, welche
bei einem Unfall Energie aufnehmen können. Für
Fahrer bzw. Insassen solcher Fahrzeuge besteht daher bei einem Unfall
ein deutlich höheres Verletzungsrisiko.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Energieabsorptionsvorrichtung
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiterzuentwickeln,
dass eine besonders hohe Energieabsorption insbesondere beim Einsatz
der Vorrichtung in einem Lastkraftwagen oder Omnibus gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Energieabsorptionsvorrichtung nach dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1 gelöst.
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Eine
solche Energieabsorptionsvorrichtung zum Aufnehmen unfallbedingter
Kräfte für einen Kraftwagen, insbesondere für
einen Lastkraftwagen oder Omnibus, weist ein mehrkammeriges Profil
auf und ist bei unfallbedingter Kraftbeaufschlagung unter Deformation
wenigstens einer Kammer des Profils gezielt verformbar. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass bei einer Deformation wenigstens eine erste Wandung
mit wenigstens einer zweiten Wandung der Energieabsorptionsvorrichtung
unter Bildung einer Gleitpaarung zusammenwirkt. Mit anderen Worten verformt
sich die Energieabsorptionsvorrichtung gezielt dergestalt, dass
zwei Wandungen der Vorrichtung in Anlage zueinander kommen und bei
weiterer Deformation der Energieabsorptionsvorrichtung aneinander
vorbeigleiten. Damit wird vorteilhaft die Kontrolle des Deformationsverlaufes
der Energieabsorptionsvorrichtung verbessert. Weiterhin wird durch
das Abgleiten der Wandungen aneinander zusätzlich Aufprallenergie
durch Reibung in Wärme umgewandelt, wodurch die Energieaufnahmefähigkeit
der Energieabsorptionsvorrichtung verbessert wird.
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Die
Gleitpaarung umfasst bevorzugterweise eine Gleitfläche,
welche im Einbauzustand der Energieabsorptionsvorrichtung einen
Gleitwinkel mit einer Längsachse des Kraftwagens einschließt.
Dieser Gleitwinkel ist bevorzugt ≤ 45°. Dies ermöglicht
einen optimalen Kompromiss aus tribologischer Dissipation der eingeleiteten
Energie und Kontrolle des Verformungsverlaufes der Energieabsorptionsvorrichtung.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
dass wenigstens eine dritte Wandung der Energieabsorptionsvorrichtung
bei Bildung der Gleitpaarung im Wesentlichen senkrecht zur Gleitfläche
steht und direkt mit der ersten oder zweiten Wandung verbunden ist.
Durch die senkrechte Anordnung der dritten Wandung zur Gleitfläche
kann diese Wandung eine Stützfunktion übernehmen,
welche Bereiche der Energieabsorptionsvorrichtung stabilisiert,
die zu diesem Zeitpunkt der Verformung der Energieabsorptionsvorrichtung
noch nicht deformiert werden sollen. Eine solche Anordnung der dritten
Wandung ermöglicht also eine weiter verbesserte Kontrolle
des Deformationsverlaufes der Energieabsorptionsvorrichtung.
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Die
wenigstens eine dritte Wandung ist dabei bevorzugterweise mit einer
jeweils zugeordneten vierten Wandung verbunden und schließt
einen Stützwinkel > 90° mit
dieser ein. Im Bereich des Stützwinkels kann eine erste
Faltung der Energieabsorptionsvorrichtung bei unfallbedingter Kraftbeaufschlagung
erfolgen, so dass unter Annäherung der dritten und zugeordneten
vierten Wandung Aufprallenergie durch plastische Verformung der
Energieabsorptionsvorrichtung aufgenommen wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die
Energieabsorptionsvorrichtung wenigstens zwei Profilelemente. Bevorzugterweise
wird die Gleitpaarung hierbei durch Wandungen beider Profilelemente
ausgebildet, so dass das erste Profilelement im Anfangsstadium der
Verformung der Energieabsorptionsvorrichtung am zweiten Profilelement
abgleiten kann. Damit ist eine verbesserte Kontrolle der Verformung
ermöglicht, indem beispielsweise im Anfangsstadium der
Verformung zunächst das erste Profilelement unter Abgleiten
am zweiten Profilelement verformt wird, während das zweite
Profilelement erst nach vollständiger Deformation des ersten Profilelementes
selbst Energie aufnimmt.
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Alternativ
kann die Gleitpaarung auch von Wandungen desselben Profilelementes
ausgebildet werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das erste
Profilelement in einer Führung des zweiten Profilelementes
aufgenommen und in dieser in Einbaulage der Energieabsorptionsvorrichtung
in Richtung der Fahrzeuglängsachse verschiebbar. Auch dies
dient der verbesserten Kontrolle der Deformationseigenschaften der
Energieabsorptionsvorrichtung. Hierdurch kann beispielsweise gewährleistet
werden, dass während der Verformung des ersten Profilelementes
dieses sich gegenüber dem zweiten Profilelement gezielt
verlagert, um so nach einem vorbestimmten Ausmaß der Verformung
der Energieabsorptionsvorrichtung einen Übergangszustand
zu definieren, in dem von einem beispielsweise bereits vollständig
verformten ersten Profilelement Energie gezielt auf das noch zu
verformende zweite Profilelement übertragen wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das zweite
Profilelement in einem Innenraum des ersten Profilelements aufgenommen.
Das zweite Profilelement kann so eine zusätzliche Stützfunktion übernehmen
und das erste Profilelement während dessen Verformung abstützen.
In dieser Ausführungsform wäre eine gleichzeitige
Verformung beider Profilelemente vorzusehen, wodurch bereits in
der Anfangsphase der Verformung der Energieabsorptionsvorrichtung
besonders hohe Energien aufgenommen werden können.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Prallplatte
vorgesehen, welche im Einbauzustand normal zur Längsachse
des Kraftwagens angeordnet ist. Durch eine solche Prallplatte kann
die gezielte Energieeinleitung in die Profilbauteile verbessert
werden. Die Aufprallenergie wird zunächst in die Prallplatte
eingeleitet und gezielt über die Anbindungsstellen der
Prallplatte an weitere Bestandteile der Energieabsorptionsvorrichtung
weitergeleitet. Dies ermöglicht einen besonders gut definierten Kraftfluss
in die Energieabsorptionsvorrichtung. Weiterhin kann durch die Prallplatte
gewährleistet werden, dass über den gesamten Verformungsvorgang der
Energieabsorptionsvorrichtung hinweg eine symmetrische Energieeinleitung
in die Energieabsorptionsvorrichtung gewährleistet ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens
eine Seitenwandung vorgesehen, deren Flächennormale im
Einbauzustand senkrecht zur Längsachse des Kraftwagens
steht. Diese wenigstens eine Seitenwandung umfasst dabei bevorzugterweise
wenigstens eine Sollknickstelle. Auch dies dient der Steuerung und
Kontrolle des Verformungsvorganges der Energieabsorptionsvorrichtung.
Durch die Ausrichtung der Seitenwandung flächenparallel
zu einer Längsschnittebene des Kraftwagens ist diese bezüglich
in Fahrzeuglängsrichtung eingeleiteten Kräften
besonders steif. Durch eine angepasste Auslegung der Sollknickstelle
kann somit eine Mindestkraft definiert werden, welche aufgebracht
werden muss, um überhaupt zu einer Verformung der Energieabsorptionsvorrichtung
zu führen. Damit kann eine Beschädigung der Vorrichtung
bei extrem schwachen Bagatellunfällen, bei denen eine Energieabsorption
nicht notwendig ist, vermieden werden und so die Reparaturkosten
in einem solchen Fall gesenkt werden.
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Im
Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen
anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
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Hierbei
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Energieabsorptionsvorrichtung;
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2 ein
alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Energieabsorptionsvorrichtung im unverformten Zustand; und
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3 das
in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung
in einem teilverformten Zustand.
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Eine
im Ganzen mit 10 bezeichnete Energieabsorptionsvorrichtung
ist, wie in 1 ersichtlich, als mehrkammeriges
Profil ausgebildet. Die Energieabsorptionsvorrichtung 10 wird
dabei von drei Einzelprofilen 12, 14, 16 ausgebildet.
Das Profilbauteil 12 ist mit einer Basiswandung 18 an
einem Tragteil 20 eines Kraftwagens befestigt. Zwei weitere
Wandungen 22, 24 des Profils 12 bilden
eine Führungsschiene 26, in welcher das Profil 14 mit
seiner Wandung 28 und das Profil 16 mit seiner
Wandung 30 aufgenommen sind. Die Führungsschiene 26 verläuft
in Fahrzeuglängsrichtung, so dass die Profilbauteile 14 und 16 ebenfalls
in Längsrichtung verschiebbar in der Führungsschiene 16 des
Profilbauteils 12 aufgenommen sind.
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Über
kurze Wandungen 32, 34 sind die Profilbauteile 14, 16 an
korrespondierenden Wandungen 36, 38 des Profilbauteils 12 abgestützt,
wobei die Wandungen 36, 38 des Profilbauteils 12 einen
Winkel α mit der Fahrzeuglängsachse einschließen.
Die jeweils korrespondierenden Wandungen 32, 36 und 34, 38 bilden
jeweils eine Gleitpaarung aus, so dass die Wandungen 32, 34 der
Profilbauteile 14, 16 an den Wandungen 36, 38 des
Profilbauteiles 12 schräg zur Fahrzeuglängsachse
abgleiten können.
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In
Richtung zur Fahrzeugfront sind die Profilbauteile 14, 16 über
eine Prallplatte 40 verbunden. Die Prallplatte 40 weist
eine größere Wandstärke auf als die Profilbauteile 14, 16.
Weiterhin sind in Richtung der Fahrzeuglängsachse die Profilbauteile 14, 16 über
Seitenwandungen 42, 44 mit dem Profilbauteil 12 verbunden.
Die Seitenwandungen 42, 44 weisen dabei Sollknickstellen 46 auf.
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Wird
die Energieabsorptionsvorrichtung 10 nun in Richtung des
Pfeils 48 bei einem Unfall mit einer Kraft beaufschlagt,
so wird diese Kraft zunächst in die Prallplatte 40 eingeleitet
und auf die Profilbauteile 14, 16 verteilt. Überschreitet
die eingeleitete Kraft die Belastungsgrenzen der Seitenwandungen 42, 44,
so knicken diese an den Sollknickstellen 46 ein und falten
sich nach außen hin auf. Die Profilbauteile 14, 16 können
nun geführt in der Führungsschiene 26 in
Richtung des Pfeils 48 nach hinten verschoben werden. Die
von den Wandungen 34, 38 und 32, 36 gebildeten
Gleitpaarungen ermöglichen ein Nach-Außen-Gleiten
der Wandungen 32, 34 der Profilbauteile 14, 16 an
den Wandungen 36, 38 des Profilbauteils 12.
Die nach vorne gerichteten Wandungen 50, 52 der
Profilbauteile 14, 16 sind dabei über eine
Zwischenwandung 54, 56 an den die Gleitpaarungen
bildenden Wandungen 32, 34 abgestützt.
Die Zwischenwandungen 54, 56 stehen im Wesentlichen senkrecht
auf den Wandungen 32, 34 und schließen eine
Stützwinkel β mit den vorderen Wandungen 50, 52 ein.
Der Stützwinkel β beträgt dabei mehr
als 90°.
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Durch
die Bewegung der Profilbauteile 14, 16 in der
Führung 26 wird zunächst ein Teil der
eingeleiteten Energie durch Reibung dissipiert. Durch die Gleitpaarungen 32, 36 und 34, 38 wird
bei einer solchen Bewegung der Profilbauteile 14, 16 in
Fahrzeuglängsrichtung der vordere Teil der Profilbauteile 14, 16 zunächst
aufgeweitet, so dass sich der Stützwinkel β vergrößert.
Auch hierbei wird Energie durch die plastische Verformung der Profilbauteile 14, 16 dissipiert.
Im weiteren Verlauf der Verformung der Energieabsorptionsvorrichtung 10 schlägt schließlich
die Prallplatte 40 an der Vorderkante 58 des Profilbauteils 12 an.
Im weiteren Verlauf der Deformation wird nun das Profilbauteil 12 selbst
gestaucht, wodurch weitere Energie absorbiert wird. Durch eine Ausführung
der Hinterwandungen 18, 60, 62 des Profilbauteils 12 verglichen
mit den anderen Wandungen der Profilbauteile 12, 14, 16 wird
in dieser Phase der Deformation des Energieabsorptionselementes 10 ein
größerer Energiebetrag aufgenommen als in der
Anfangsphase.
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Die 2 und 3 zeigen
eine alternative Ausführung eines ebenfalls im Ganzen als 10 bezeichneten
Energieabsorptionselementes. Das in 2 in seinem
unverformten Zustand gezeigte Energieabsorptionselement 10 besteht
aus einem hexagonalen Außenprofil 62 sowie einem
in diesem angeordneten sanduhrförmigen Innenprofil 64.
Im Zusammenwirken der beiden Profile 62, 64 bilden
sich zwei rhomboide Kammern 66 sowie eine sanduhrförmige Kammer 68 aus. Über
die Hinterwandung 70 ist das Außenprofil 62 wiederum
mit einem Tragteil 20 der Karosserie des Kraftwagens verbunden.
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Bei
einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung in Richtung des Pfeiles 48 wirkt
die Kraft zunächst auf die Vorderwandung 72 des
hexagonalen Außenprofils 62 und direkt über
diese auf die mit ihr in Kontakt stehende Wandung 74 des
Innenprofils 64 ein. Im unverformten Zustand betragen die
Winkel γ und δ der rhomboiden Hohlräume 66 in
etwa 60° respektive 120°. Durch die Kraftbeaufschlagung
entlang des Pfeiles 48 wird, wie in 3 ersichtlich,
sowohl das hexagonale Außenprofil 62 als auch
das Innenprofil 64 verformt, wobei sich die ursprüngliche rhomboiden
Kammern 66 aufweiten, bis sie eine im Wesentlichen quadratische
Form annehmen. Durch diese Verformung gelangen die Wandungen 76 und 78 des
Innenprofils 64 in Anlage und bilden analog zu den in 1 gezeigten
Wandungen der ersten Ausführungsform eine Gleitpaarung
aus. Wiederum stehen weitere Wandungen 80, 82 des
Innenprofils im Wesentlichen senkrecht auf den Wandungen 76, 78 der
Gleitpaarung, so dass das Außenprofil 62 zunächst
abgestützt wird. Bei der weiteren Verformung der Energieabsorptionsvorrichtung 10 gleiten
die Wandungen 76 und 78 aneinander vorbei, bis schließlich
die Wandung 80 des Innenprofils 64 in Anlage an
die Rückwandung 70 des Außenprofils 62 sowie
die Wandung 82 des Innenprofils 64 in Anlage an die
Vorderwandung 72 des Außenprofils 62 kommt. Die
verbliebenen Hohlkammern 66 werden im weiteren Deformationsverlauf
gestaucht, so dass die Außenwandungen 83, 84 des
Außenprofils 62 nach außen hin aufgefaltet
werden, wodurch weiter Energie absorbiert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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