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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugklappe und mindestens einem mit der Fahrzeugklappe verbundenen Scharnier.
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Für einen effizienten Fußgängerschutz und speziell für einen Kopfaufprall müssen Fahrzeuge einen genügenden Deformationsweg im Bereich der Frontklappe zur Verfügung stellen, insbesondere um sog. HIC (Head Injury Criterion)-Werte zu erreichen. Dieser Deformationsweg ist abhängig von der konkret vorliegenden Ausgestaltung und bisher meistens nicht ausreichend. Zur Erreichung eines verlängerten Deformationswegs können aktive Scharniere eingebaut werden, welche das eigentliche Scharnier und einen Aktor umfassen. Wenn ein Aufprall auf die Frontklappe zu erwarten ist, wird das Scharnieroberteil oder das ganze Scharnier mit der Frontklappe durch den Aktor nach oben geschossen (aktiver Aufprallfall).
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Insbesondere in einem Geschwindigkeitsbereich von 20 km/h bis 50 km/h können Fahrzeuge fußgängerschutztauglich derart ausgelegt sein, dass im Falle einer Kollision Schutzsysteme der Motorhaube auslösen. Entsprechend kann für einen Geschwindigkeitsbereich bis zu 20 km/h das System aus Fahrzeugklappe und zugehörigem Scharnier („Package“) passiv ausgelegt sein, um im Fall einer Kollision ein Eintauchen oder Nachgeben der Motorhaube zu ermöglichen.
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Ferner beschreibt die
DE 10 2007 033 325 A1 ein Scharnier zur schwenkbeweglichen Anbindung einer Abdeckung oder Haube an einem Kraftfahrzeug, welches ein Karosserieanbindungsteil, einen Verbindungsarm und ein daran gehaltenes Haubenanbindungsteil umfasst, wobei der Verbindungsarm gegenüber dem Karosserieanbindungsteil schwenkbeweglich angeschlagen ist. Zur Verwirklichung einer Fußgängerschutzfunktion wird das Haubenanbindungsteil an dem abstehenden Ende des Verbindungsarms in einem durch ein Sperrelement gegen ein Verschwenken aus einer Ruhelage gesperrten Gelenk gehalten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfach realisierbare und platzsparende Möglichkeit zur Absorption von Aufprallenergie an einer Fahrzeugklappe, insbesondere einer Frontklappe oder Motorhaube, anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugklappe und mindestens einem mit der Fahrzeugklappe verbundenen Scharnier vorgeschlagen. Die Fahrzeugklappe ist auf das Scharnier absenkbar und dabei mittels des mindestens einen Scharniers deformierbar. Ferner ist mindestens ein Deformationsvorsprung vorgesehen, anhand dessen die Fahrzeugklappe deformierbar ist.
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Durch den Deformationsvorsprung kann lokal gezielt eine hohe Deformation bzw. Verformung der Fahrzeugklappe erreicht werden, wodurch eine auf die Fahrzeugklappe aufgebrachte Aufprallenergie gezielt in Verformungsenergie umgewandelt werden kann. So kann der Aufprall deutlich abgeschwächt werden.
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Dabei kann ‚lokal gezielt‘ eine bezüglich einer relativen Position der Fahrzeugklappe zu dem Scharnier vorgegebene Deformation, eine örtlich definierte Deformation und/oder eine bezüglich ihrer Stärke und ihres Verlaufs definierte Deformation bedeuten. Eine Kontaktkraft, bei welcher die Verformung beginnt, kann beispielsweise über die Form und Größe des Deformationsvorsprungs definiert eingestellt werden. Die Deformation ist so innerhalb eines kurzen Wegs ohne hohen konstruktiven Aufwand erzielbar, was bei einem typischerweise begrenzten Bauraum für die Fahrzeugklappe besonders vorteilhaft ist.
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Dabei bedeutet ein Absenken der Fahrzeugklappe auf das Scharnier auch, dass das Scharnier über seine Ruhelage hinaus zusammengedrückt bzw. abgesenkt werden kann.
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Die Form und/oder Größe des Deformationsvorsprungs kann unterschiedlich ausgeführt sein. Auch können mehrere Deformationsvorsprünge vorhanden sein. So kann der Deformationsvorsprung beispielsweise eine sich verjüngende Form aufweisen (Pickel).
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Die Deformation ist vorzugsweise zumindest teilweise eine plastische Deformation, da hierbei ein besonders hohes Maß an Energie aufgenommen wird, z.B. im Vergleich zu einer rein elastischen Deformation.
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Das Kraftfahrzeug kann ein Scharnier oder mehrere Scharniere, beispielsweise zwei Scharniere auf beiden Seiten der Fahrzeugklappe, aufweisen. Bei der Fahrzeugklappe handelt es sich beispielsweise um eine Frontklappe oder eine Motorhaube eines Fahrzeugs. Der hier vorgeschlagene Ansatz ist jedoch auf jedwede über Scharniere betreibbare Klappe eines Fahrzeugs, z.B. eine Heckklappe, anwendbar.
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Sind mehrere Scharniere vorhanden, können alle oder nur einige dieser Scharniere zur Deformation der Fahrzeugklappe vorgesehen bzw. eingerichtet sein.
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Die Fahrzeugklappe kann beispielsweise mittels des Scharniers verschwenkbar (z.B. mit einer Karosserie oder einem Chassis des Kraftfahrzeugs verbunden) sein.
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Das Scharnier kann ein einfaches Scharnier oder ein aktives Scharnier, z.B. ein mittels eines Aktors aktivierbares Scharnier, sein.
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Hierbei sei angemerkt, dass die Fahrzeugkarosserie ein Chassis oder einen Teil einer Karosserie oder eines Chassis umfassen kann.
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Dabei ist der mindestens eine Deformationsvorsprung an dem Scharnier angeordnet. Dadurch braucht die Ausgestaltung der vergleichsweise komplex ausgestalteten Fahrzeugklappe nicht verändert zu werden. Ein Deformation der Fahrzeugklappe mittels des mindestens einen Scharniers kann dann insbesondere bedeuten, dass die Frontklappe mittels des Teils oder der mehreren Teile des jeweiligen Scharniers deformierbar ist, welche in der Ruhelage des Scharniers nicht im Kontakt mit der Fahrzeugklappe stehen.
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Das mindestens eine Scharnier weist jeweils mindestens ein Scharnierunterteil zur Anbindung an eine Fahrzeugkarosserie, ein Scharnieroberteil zur Anbindung an die Fahrzeugklappe und mindestens einen Hebel zur beweglichen Verbindung des Scharnierunterteils und des Scharnieroberteils auf. Mindestens einer der Hebel des Scharniers weist den mindestens einen Deformationsvorsprung auf. Über den mindestens einen Hebel ist vorteilhaft mit konstruktiv einfachen Mitteln eine besonders frühzeitige Kontaktierung und Verformung der Fahrzeugklappe erreichbar.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Hebel einen kurzen Lenker und einen langen Lenker umfasst. Die Fahrzeugklappe kann dann mittels eines oder mehrerer Deformationsvorsprünge des kurzen Lenkers und/oder des langen Lenkers deformiert werden. Dabei kann eine Deformation über denjenigen Lenker erfolgen, der sich bei einem Zusammendrücken des Scharniers an dem Scharnieroberteil vorbei nach oben bewegen kann, da dieser Lenker dann als Hebel zur gezielten lokalen Deformation der Fahrzeugklappe konstruktiv ohne großen Aufwand angepasst werden kann.
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Der mindestens eine Deformationsvorsprung ist dazu vorgesehen, eine Verstärkung bzw. einen verstärkten Bereich der Fahrzeugklappe zu deformieren. Dadurch kann eine Rissbildung der Fahrzeugklappe vermieden oder unterdrückt werden. Eine solche Rissbildung ist auch deshalb unerwünscht, weil dadurch eine geringere Energieaufnahme durch die Fahrzeugklappe erfolgt als bei der plastischen Deformation.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass die Fahrzeugklappe erst in einem späteren Verlauf des Zusammendrückvorgangs bzw. eines Absenkwegs, also z.B. erst ab einer bestimmten Kraft auf die Fahrzeugklappe, mittels des mindestens einen Scharniers deformierbar ist. So kann ein schwacher Aufprall (z.B. bei einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs von weniger als ca. 20 km/h) ohne die Deformation der Fahrzeugklappe erfolgen, z.B. indem er durch ein mit dem Scharnier oder der Fahrzeugklappe verbundenes Dämpfungsmittel gedämpft wird. Ein solches Dämpfungsmittel kann eine Gasdruckfeder sein. Eine andere Möglichkeit, die Fahrzeugklappe vor einer Verformung durch den Deformationsvorsprung zum Stehen zu bringen, kann darin bestehen, dass bei einem solchen Aufprall nur gezielte bestimmte Teile des Scharniers verformt werden, z.B. ein Anschlag für das Scharnieroberteil. Somit kann vorteilhaft in vielen Fällen verhindert werden, dass die Fahrzeugklappe ausgetauscht werden muss.
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Weiterhin ist es eine Ausgestaltung, dass die Fahrzeugklappe erst am Ende ihres Absenkens mittels des mindestens einen Scharniers deformierbar ist.
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In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in Schrägansicht ein mittels eines Aktors bewegbares Scharnier gemäß einer ersten Ausführungsform in einer teilweisen Explosionszeichnung;
- 2 in Seitenansicht das Scharnier aus 1 in einer Ruhelage;
- 3 in Seitenansicht das Scharnier aus 1 in einer ausgeschwenkten Lage;
- 4 in Seitenansicht das Scharnier aus 1 in einer zusammengedrückten Lage;
- 5 in Ansicht von schräg unten ein an einer Frontklappe eines Fahrzeugs angebrachtes Scharnier gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Ruhelage;
- 6 in Ansicht von schräg unten das Scharnier aus 5 in einer zusammengedrückten Lage.
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1 zeigt in Schrägansicht und 2 zeigt in Seitenansicht ein Scharnier 1 zur Anbindung einer Fahrzeugklappe, insbesondere Frontklappe, an ein Kraftfahrzeug. Das Scharnier 1 befindet sich in seiner Ausgangsstellung oder Ruhestellung.
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Das Scharnier 1 weist ein Scharnierunterteil 2 zur Befestigung an dem Fahrzeug, insbesondere dessen Karosserie oder Chassis, und ein Scharnieroberteil 3 zur Befestigung der Fahrzeugklappe auf. Das Scharnieroberteil 3 ist aus einem oberen Scharnieroberteil 4 und einem unteren Scharnieroberteil 5 zusammengesetzt, welche gegeneinander verschwenkbar sind. Das Scharnierunterteil 2 und das Scharnieroberteil 3 sind über zwei Verbindungsarme verschwenkbar miteinander verbunden, und zwar über einen kurzen Lenker 6 und einen langen Lenker 7. Der kurze Lenker 6 und der lange Lenker 7 sind jeweils an ihren Enden mit dem Scharnierunterteil 2 bzw. mit dem unteren Scharnieroberteil 5 verschwenkbar verbunden.
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Zur Befestigung der Fahrzeugklappe ist das obere Scharnieroberteil 4 vorgesehen, an dessen Oberseite 22 die Fahrzeugklappe flächig aufliegen kann. In dem oberen Scharnieroberteil 4 ist eine Durchführung 23 zur Durchführung eines mit dem Scharnierunterteil 2 verbundenen Endes 24 des langen Lenkers 7 und des entsprechenden Anschlussbereichs des Scharnierunterteils 2 vorhanden.
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Im aktiven Aufprallfall wird ein möglicher kommender Aufprall eines frontal mit dem Fahrzeug kollidierten Objekts erfasst, z.B. durch einen Aufprallsensor. In diesem Fall wird die Fahrzeugklappe nach oben gehoben, um den Aufprall darauf abzumildern. Zum Anheben der Fahrzeugklappe ist ein pyrotechnischer Aktor 8 vorgesehen, welcher mittels eines hülsenartigen Aktorhalters 9 an dem Scharnierunterteil 2 befestigt ist.
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Um den Aktor 8 insbesondere bei einem Auslösen im Wesentlichen stationär bezüglich des Scharniers 1 zu halten, ist ein in 1 lediglich zur besseren Übersichtlichkeit von dem Scharnier 1 entfernt angeordnet gezeigtes Fixierelement in Form einer Klammer 14 vorgesehen. Die Klammer 14 wird seitlich auf den Aktor 8 aufgesetzt.
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In der Ruhestellung liegt die Oberseite 22 des oberen Scharnieroberteils 4 im Wesentlichen oberhalb des kurzen Lenkers 6. Ferner befinden sich das mit dem Scharnierunterteil 2 verbundene Ende 24 des langen Lenkers 7 und der entsprechende Anschlussbereich des Scharnierunterteils 2 unterhalb der Oberseite 22 des oberen Scharnieroberteils 4. Eine mit dem Scharnieroberteil 3 verbundene Frontklappe ist bezüglich des kurzen Lenkers 6 und bezüglich des mit dem Scharnierunterteil 2 verbundenen Endes 24 des langen Lenkers 7 beabstandet angeordnet.
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3 zeigt das Scharnier 1 in einer ausgefahrenen Stellung, wie sie im Fall einer Detektion einer Kollision durch eine Betätigung des Aktors 8 im aktiven Aufprallfall erreicht wird. Bei der Betätigung des Aktors 8 fährt ein Aktorstößel 11 mit hoher Geschwindigkeit aus, z.B. pyrotechnisch angetrieben. Nach Überwindung des Abstands zu dem unteren Scharnieroberteil 5 trifft der Aktorstößel 11 auf eine Unterseite einer Kontaktplatte 21 des unteren Scharnieroberteils 5 und schwenkt im Folgenden daran das untere Scharnieroberteil 5 nach oben in die ausgefahrene Stellung. Durch die über den Aktorstößel 11 übertragene Kraft auf das untere Scharnieroberteil 5 wird auch das obere Scharnieroberteil 4 von dem unteren Scharnieroberteil 5 nach oben weggeschwenkt.
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Bei der Auslenkung oder Verschwenkung des unteren Scharnieroberteils 5 (und damit auch des oberen Scharnieroberteils 4 und der Fahrzeugklappe) wirkt eine Reaktionskraft auf den Aktor 8, welche durch die (in 3 nicht gezeigte) Klammer 14 aufgenommen wird. Folglich verbleibt der Aktor 8 im Wesentlichen in seiner Ausgangslage, und ein Hub des Aktorstößels 11 wird im Wesentlich vollständig zum Anheben der Fahrzeugklappe genutzt.
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In der ausgefahrenen Stellung sind der kurze Lenker 6 und das mit dem Scharnierunterteil 2 verbundene Ende 24 des langen Lenkers 7 beispielsweise weiter von der Frontklappe entfernt als in der Ruhestellung.
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An einer Oberseite bzw. oberen Kante 25 des kurzen Lenkers 6 ist ein Vorsprung 26 vorhanden, welcher dazu vorgesehen ist, bei dem Absenkvorgang die Frontklappe einzudrücken und dabei zu verformen, insbesondere plastisch zu verformen („Deformationsvorsprung“). Dies wird nachfolgend erläutert.
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4 zeigt das Scharnier 1 für den Fall, dass im passiven Aufprallfall ein Aufprall auf die Klappe stattfindet, ohne dass der Aktor 8 ausgelöst hat. In diesem Fall wird über die Fahrzeugklappe auf das obere Scharnieroberteil 4 eine auch nach unten gerichtete Kraft F oder Kraftkomponente ausgeübt, wie durch den Pfeil F angedeutet. Auch hierbei sollte ein Aufprall möglichst gut gedämpft werden.
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Um ein Nachgeben der Fahrzeugklappe zu ermöglichen, ist die Klammer 14 (in 4 nicht gezeigt) durch Abdrücken lösbar angebracht. Dadurch ist der Aktor 8 in dem Aktorhalter 9 frei oder nur mit einer geringen Kraft verschieblich gelagert. Wird der Aktor 8 nach unten gedrückt, z.B. durch die Bewegung des unteren Scharnieroberteils 5, kann er durch den Aktorhalter 9 geführt nach unten ausweichen.
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Wird das Scharnier 1 durch die Frontklappe zusammengedrückt bzw. abgesenkt, bewegt sich das Scharnieroberteil 3 in stärkerem Maße nach unten (in Richtung des Scharnierunterteils 2) als der kurze Lenker 6. Das Scharnieroberteil 3 und der kurze Lenker 6 bewegen sich somit aufeinander zu. Im Verlauf des Absenkvorgangs verschiebt sich der kurze Lenker 6 relativ zum Scharnieroberteil 3 an diesem vorbei nach oben. Dadurch kontaktiert der Deformationsvorsprung 26 zu Beginn der plastischen Deformation die Frontklappe (ohne Abb.) und wird während des weiteren Absenkvorgangs in die Frontklappe eingedrückt. Aufgrund des Eindrückens verformt sich die Frontklappe zumindest teilweise plastisch, wodurch Aufprallenergie in Verformungsenergie umgewandelt wird. Somit wird der Aufprall stark gedämpft. Da der Deformationsvorsprung 26 eine sich nach oben verjüngende Form aufweist, wird eine Fließspannung des Materials der Frontklappe nach einem nur kurzen Eindringweg in die Frontklappe erreicht, so dass auch die plastische Deformation der Frontklappe nach einem nur kurzen Eindringweg beginnt.
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Aufgrund des Zusammendrückens des Scharniers 1 taucht ferner das mit dem Scharnierunterteil 2 verbundene Ende 24 des langen Lenkers 7 durch die Durchführung 23 hindurch und kann sich dann ebenfalls in die Frontklappe drücken. Dazu bedarf das Ende 24 des langen Lenkers 7 keiner konstruktiven Anpassung oder Änderung, jedoch kann zur Vereinfachung der plastischen Deformation das Ende 24 des langen Lenkers 7 und/oder der entsprechende Bereich des Scharnierunterteils 2 eine bestimmte Form, z.B. einen sich verjüngenden Deformationsvorsprung, aufweisen.
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5 zeigt in Ansicht von schräg unten ein an einer Frontklappe 100 eines Fahrzeugs angebrachtes Scharnier 101 in einer Ruhelage. Die Frontklappe 100 liegt auf einem Scharnieroberteil 103 des Scharniers 101 auf, von dem hier nur das untere Scharnieroberteil 105 sichtbar ist. Ein Scharnierunterteil 102 ist mit einer Karosserie des Fahrzeugs (nicht gezeigt) verbunden. Das Scharnieroberteil 103 ist mit dem Scharnierunterteil 102 über einen langen Lenker 107 und einen kurzen Lenker 106 verschwenkbar verbunden. Das Scharnieroberteil 103 und damit die Fahrzeugklappe 100 können im aktiven Aufprallfall mittels eines pyrotechnischen Aktors 108 nach oben weggedrückt werden. Diese aktive Scharnieranordnung arbeitet funktional analog zu der zuvor gezeigten Ausführungsform. Im Gegensatz zum Scharnier 1 sind nun unter anderem die Positionen des kurzen Lenkers 106 und des langen Lenkers 107 bezüglich des Scharnierunterteils 102 seitenvertauscht.
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Da aufgrund der vertauschten Positionen des kurzen Lenkers 106 und des langen Lenkers 107 sich nun der lange Lenker 107 an dem oberen Scharnieroberteil (ohne Abb.) vorbei bewegen kann, weist der lange Lenker 107 an seiner der Frontklappe gegenüberliegenden Kante 125 einen Deformationsvorsprung 126 auf. Der Deformationsvorsprung 126 ist als eine Erhöhung (Pickel) des langen Lenkers 107 ausgestaltet. In der in 5 gezeigten Ruhestellung ist der Deformationsvorsprung 126 von der Frontklappe 100 beabstandet und behindert beispielsweise ein Ausfahren des Scharniers 101 im aktiven Aufprallfall nicht.
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6 zeigt das System aus dem Scharnier 101 und der Frontklappe 100 in einem voll zusammengedrückten bzw. abgesenkten Zustand, bei dem durch eine Aufprallwirkung die Frontklappe 100 nach unten gedrückt wird oder worden ist und so das Scharnier 101 sich in einer zusammengedrückten Stellung befindet. In der zusammengedrückten Stellung ist die Frontklappe 100 auf das Scharnier 101 abgesenkt worden und ist mit dem Deformationsvorsprung 126 des langen Lenkers 107 kollidiert bzw. hat den Deformationsvorsprung 126 des langen Lenkers 107 kontaktiert. Nach dem anfänglichen Kontakt hat sich der Deformationsvorsprung 126 in die Frontklappe 100 eingedrückt und diese lokal plastisch verformt (ohne Abb.). Durch die plastische Verformung wird zumindest ein Teil der Aufprallenergie in plastische Verformung umgewandelt, wodurch der Aufprall weiter gedämpft wird. Um eine durch die Kollision der Frontklappe 100 mit dem Deformationsvorsprung 126 möglicherweise auftretende Rissbildung in der Frontklappe 100 zu vermeiden, welche zu einer verringerten Energieaufnahme und damit zu einer geringeren Dämpfung führen würde, ist das System so eingerichtet, dass der Deformationsvorsprung 126 in eine Verstärkung der Frontklappe 100 eingedrückt wird.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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So können die Zahl und die Form der Deformationsvorsprünge unterschiedlich sein. Beispielsweise kann ein Hebel auch zwei oder mehr Deformationsvorsprünge aufweisen, welche jeweils zu einer gleichen oder zu einer unterschiedlichen relativen Lage der Fahrzeugklappe zu dem Scharnier in Kontakt mit der Fahrzeugklappe treten können. Der Deformationsvorsprung kann z.B. eine gezackte oder rechteckige Form aufweisen.
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Ferner kann die Fahrzeugklappe zusätzlich oder alternativ auch durch ein Innenblech des Scharniers deformiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scharnier
- 2
- Scharnierunterteil
- 3
- Scharnieroberteil
- 4
- oberes Scharnieroberteil
- 5
- unteres Scharnieroberteil
- 6
- kurzer Lenker
- 7
- langer Lenker
- 8
- Aktor
- 9
- Aktorhalter
- 11
- Aktorstößel
- 14
- Klammer
- 21
- Kontaktplatte
- 22
- Oberseite des oberen Scharnieroberteils
- 23
- Durchführung
- 24
- Ende des langen Lenkers
- 25
- obere Kante des kurzen Lenkers
- 26
- Deformationsvorsprung
- 100
- Frontklappe
- 101
- Scharnier
- 102
- Scharnierunterteil
- 103
- Scharnieroberteil
- 105
- unteres Scharnieroberteil
- 106
- kurzer Lenker
- 107
- langer Lenker
- 108
- Aktor
- 125
- obere Kante des langen Lenkers
- 126
- Deformationsvorsprung
- F
- Pfeil
