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Die
Erfindung betrifft ein Strukturbauteil, insbesondere eine Crashbox,
einen Längsträger oder dergleichen,
für eine
Karosserie eines Kraftwagens, sowie ein Verfahren zum Betätigen eines
solchen Strukturbauteils.
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Aus
dem Serienkraftwagenbau ist bekannt, Energieabsorptionselemente
bei Kraftwagen zu verbauen, um im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung
des Kraftwagens eine Aufprallenergie in Verformungsenergie umzuwandeln.
Dies geschieht dadurch, dass die Energieabsorptionselemente einen
bestimmten Bauraum aufweisen und sich unter Energieverzehrung in
Folge der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zumindest bereichsweise über ihren
Bauraum hinweg verformen.
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Bei
diesen Kraftwagen besteht der Nachteil, dass ein Kompromiss zu schließen ist
zwischen der Darstellung eines gewünschten Packagings, eines gewünschten
Designs sowie des Bauraums für
die Energieabsorptionselemente zur Realisierung eines bestimmten
Insassenschutzes.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Strukturbauteil,
insbesondere Crashbox, Längsträger oder
dergleichen, für
eine Karosserie eines Kraftwagens bereitzustellen, welches verbesserte
Eigenschaften aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Strukturbauteil, insbesondere Crashbox, Längsträger oder
dergleichen, für
eine Karosserie eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie durch ein Verfahren zum Betätigen eines solchen Strukturbauteils
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen und
nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein
erfindungsgemäßes Strukturbauteil,
insbesondere Crashbox, Längsträger oder
dergleichen, für
eine Karosserie eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens,
weist eine wenigstens einen Hohlraum begrenzende Wandung auf und
ist in Folge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Karosserie
unter Energieverzehrung deformierbar. Es ist ein durch die Wandung
gebildeter Längenbereich
des Strukturbauteils vorgesehen, welcher zeitlich vor oder bei der
unfallbedingten Kraftbeaufschlagung unter Erhöhung des Innendrucks in dem
Hohlraum vergrößerbar ist.
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Dies
bedeutet also, dass das Strukturbauteil in einem Ausgangszustand,
also zeitlich vor Erhöhung
des Innendrucks und vor einen entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung
einen nur sehr geringen Bauraumbedarf aufweist, wodurch Package-Probleme
des Kraftwagens zumindest reduzierbar oder gar vermeidbar sind.
Diese Kompaktheit erhöht
auch eine Flexibilität
einer Gestaltung des Designs des Kraftwagens, da neu gewonnener
Bauraum zur anderweitigen Nutzung zur Verfügung steht.
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Gleichzeitig
ermöglicht
das erfindungsgemäße Strukturbauteil
die Darstellung einer besonders hohen Sicherheit der Karosserie,
wie sie bei Einsatz von herkömmlichen
Strukturbauteilen lediglich mit in ihren Abmessungen größeren Strukturbauteilen
realisierbar wäre.
Dies ist dadurch erreicht, dass der Längenbereich des erfindungsgemäßen Strukturbauteils
zur Darstellung eines gewissen Energieaufnahmevermögens des
Strukturbauteils vergrößerbar, beispielsweise
in Richtung der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung verlängerbar,
ist. Damit stellt es einen ausreichend großen Bauraum und Verformungsweg
zur Umwandlung von Aufprallenergie in Verformungsenergie zur Verfügung, wodurch
das Energieaufnahmevermögen
des erfindungsgemäßen Strukturbauteils
zumindest gleich wenn nicht sogar besser als das herkömmlicher
Strukturbauteile ist, welche allerdings dauerhaft einen besonders
großen
Bauraum einnehmen, was sich wiederum nachteilig auf das Design wie
auf das Packaging des Kraftwagens auswirkt. Diese negativen Auswirkungen
sind durch das erfindungsgemäße Strukturbauteil
vermieden, ohne Einbußen
bei dessen Energieaufnahmevermögen zur
Darstellung einer großen
Sicherheit der Karosserie hinnehmen zu müssen.
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Der
Längenbereich
ist dabei beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung vergrößerbar,
also verlängerbar,
was das besonders große
Energieaufnahmevermögen
des Strukturbauteils zur Folge hat. Diese Verlängerung geschieht dabei beispielsweise
durch eine Gasentladung, mit welcher der Hohlraum beaufschlagt wird.
Dies birgt den Vorteil, dass dadurch das Strukturbauteil bzw. dessen
Längenbereich
besonders schnell vergrößerbar ist,
wodurch dessen großes
Energieaufnahmevermögen
zeitlich sehr schnell zur Verfügung
steht, was insbesondere bei Unfällen bei
hohen Geschwindigkeiten der Darstellung eines hohen Insassenschutzes
zuträglich
ist. Eine derartige Gasentladung kann dabei beispielsweise mittels eines
Gasgenerators dargestellt werden, welcher fluidisch mit dem Hohlraum
kommuniziert. Herrscht in vergrößertem Zustand
des Strukturbauteils infolge der Erhöhung des Innendrucks in dem
Hohlraum ein Überdruck
in diesem, welcher größer ist
als der Umgebungsdruck, so ist das Energieaufnahmevermögen des
Strukturbauteils um ein Weiteres verbessert, was dem Insassenschutz
um ein Weiteres zugute kommt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weist das Strukturbauteil zumindest in dem Längenbereich
zumindest im Wesentlichen wellenförmige und in Erstreckungsrichtung
des Längenbereichs
des Strukturbauteils zumindest im Wesentlichen mäanderförmig verlaufende Wandungsbereiche
auf, die eine Vergrößerung des
Längenbereichs in
dessen Erstreckungsrichtung begünstigen
und somit eine große
Ausdehnung des Strukturbauteils ermöglichen zur Darstellung eines
sehr hohen Energieaufnahmevermögens.
Die im Wesentlichen mäanderförmig verlaufenden
Wandungsbereiche sind dabei infolge der Erhöhung des Innendrucks in dem Hohlraum
begradigbar, woraus ein Längenzuwachs des
Strukturbauteils in Erstreckungsrichtung des Längenbereichs resultiert. Beispielsweise
sind drei mäanderförmig verlaufende
Wandungsbereiche vorgesehen, wobei auch eine davon verschiedene
Anzahl möglich
ist.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist
das Strukturbauteil zumindest in dem Längenbereich zumindest im Wesentlichen
wellenförmige
und in Quererstreckungsrichtung des Längenbereichs des Strukturbauteils zumindest
im Wesentlichen mäanderförmig verlaufende
Wandungsbereiche auf. Auch dies ermöglicht die Darstellung eines
besonders hohen Energieaufnahmevermögens in Folge einer schnellen
Vergrößerung des
Längenbereichs.
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Das
Strukturbauteil ist somit als Wellrohr und/oder als Rollrohr ausgebildet,
welches einerseits in einem nicht vergrößerten Zustand besonders kompakt
ist und einen besonders geringen Bauraumbedarf aufweist aber gleichzeitig
die Darstellung eines hohen Energieaufnahmevermögens sowie eines großen Deformationsweges
ermöglicht.
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Zur
Erfindung gehört
auch ein Kraftwagen, insbesondere ein Personenkraftwagen, mit zumindest
einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil.
Auf den Kraftwagen treffen damit alle in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Strukturbauteil
beschriebenen Vorteile zu.
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Des
Weiteren gehört
zur Erfindung ein Verfahren zum Betätigen eines Strukturbauteils,
insbesondere einer Crashbox, eines Längsträgers oder dergleichen, für eine Karosserie
eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, welches in
Folge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Karosserie unter
Energieverzehrung deformierbar ist. Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, dass ein durch die Wandung gebildeter Längenbereich des
Strukturbauteils zeitlich vor oder bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung
unter Erhöhung
des Innendrucks in dem Hohlraum vergrößert wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen
des erfindungsgemäßen Strukturbauteils
sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
und umgekehrt anzusehen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
somit ebenso die Darstellung eines sehr hohen Energieaufnahmevermögens des
Strukturbauteils, wodurch ein besonders hoher Betrag an Aufprallenergie
in Verformungsenergie des Strukturbauteils umwandelbar ist, um damit
ein Verletzungsrisiko sowie eine Verletzungsschwere von Insassen
des Kraftwagens abzusenken. Die Vergrößerung, insbesondere eine Verlängerung,
des Längenbereichs
sowie die Erhöhung
des Innendrucks erlauben bei geringem Bauraumbedarf in einem Ausgangszustand des
Strukturbauteils, in welchem es nicht vergrößert ist, eine hohe Energieaufnahme
im Falle der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung.
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Wird
beispielsweise mittels zumindest einer Erfassungseinrichtung, insbesondere
eines Sensors, ein drohender Unfall des Kraftwagens, also eine drohende,
unfallbedingte Kraftbeaufschlagung erfasst, so wird beispielsweise
mittels eines pyrotechnischen Gasgenerators der Innendruck im Hohlraum
erhöht und
somit das beispielsweise als Wellrohr oder Rollrohr ausgebildete
Strukturbauteil ausgefahren. Zusätzlich
wird ein höherer
Innendruck erzeugt, wobei bei Bedarf ein lineares Kraftniveau durch
zumindest ein Überdruckventil
dargestellt werden kann. Das erfindungsgemäße Strukturbauteil sowie das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglichen
damit einen hohen Wirkungsgrad sowie eine sehr hohe Sicherheit des
Kraftwagens.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung
genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend
in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine
gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der
jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Die
Zeichnungen zeigen in:
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1 eine
schematische Längsschnittansicht
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Strukturbauteils
in einem Ausgangszustand;
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2 eine
schematische Längsschnittansicht
des Strukturbauteils gemäß 1 in
einem aktivierten Zustand;
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3 eine
schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strukturbauteils
in einem Ausgangszustand; und
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4 eine
schematische Schnittansicht des Strukturbauteils gemäß 3 in
einem aktivierten Zustand.
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Die 1 zeigt
ein Strukturbauteil 10 für eine Karosserie eines Personenkraftwagens.
Das Strukturbauteil 10 weist eine zwei Hohlräume 12 und 14 begrenzende
Wandung 16 auf und ist infolge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung
der Karosserie unter Energieverzehrung deformierbar. Bei einer solchen
unfallbedingten Kraftbeaufschlagung handelt es sich beispielsweise
um einen Frontalaufprall der Karosserie, bei welchem das Strukturbauteil 10 aus einer
Richtung gemäß einem
Richtungspfeil 18 mit einer Kraft beaufschlagt wird. Das
Strukturbauteil 10 ist dabei beispielsweise auf einer der
Front des Personenkraftwagens abgewandten Seite 19 mit
in Fahrzeuglängsrichtung
gemäß einem
Richtungspfeil 22 hinter dem Strukturbauteil 10 angeordneten
Strukturbauteilen, wie beispielsweise einem Längsträger, verbunden.
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Es
ist nun ein durch die Wandung 16 gebildeter Längenbereich 20 vorgesehen,
welcher zeitlich vor oder bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung unter
Erhöhung
des Innendrucks in dem Hohlraum 14 vergrößerbar ist.
Diese Vergrößerung erfolgt
zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung gemäß dem Richtungspfeil 22 in
Richtung der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, also entgegen
dem Richtungspfeil 18. Die Vergrößerung des Längenbereichs 20 ist
dadurch begünstigt
und schnell und effizient darstellbar, dass das Strukturbauteil 10 in
dem Längenbereich 20 wellenförmige und
in Erstreckungsrichtung des Längenbereichs 20 gemäß dem Richtungspfeil 22 mäanderförmig verlaufende
Wandungsbereiche 25, 26 und 28 aufweist.
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In
einem in der 1 gezeigten Ausgangszustand
des Strukturbauteils 10, welcher einen Ruhezustand des
Strukturbauteils 10 darstellt, herrscht in dem Hohlraum 14 der
Innendruck pa.
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Wird
eine drohende unfallbedingte Kraftbeaufschlagung mittels einer Erfassungseinrichtung
erfasst, so wird ein Gasgenerator 24 aktiviert, welcher eine
Gasentladung erzeugt, mit welcher der Hohlraum 14 beaufschlagt
wird. Daraus resultiert die Erhöhung
des Innendrucks, woraufhin in dem Hohlraum 14 der Innendruck
pb herrscht, welcher größer ist als der Innendruck
pa in dem Hohlraum 14 in einem
Ruhezustand des Strukturbauteils 10.
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Die 2 zeigt
das Strukturbauteil 10 in einem aktivierten Zustand, welcher
es zeitlich unmittelbar vor oder bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung
einnimmt. Die mäanderförmigen 24, 26 und 28 sind
nun begradigt, woraus eine Verlängerung
des Strukturbauteils 10 entgegen dem Richtungspfeil 18 resultiert.
Weist das Strukturbauteil 10 gemäß seinem Ruhezustand der 1 einen
nur geringen Bauraumbedarf auf, was der Vermeidung oder Lösung von
Package-Problemen zuträglich
ist, so stellt es in seinem aktivierten Zustand gemäß 2 einen
besonders großen
Deformationsweg zur Verfügung,
der es ermöglicht,
einen besonders hohen Betrag von Aufprallenergie in Verformungsenergie
des Strukturbauteils 10 umzuwandeln. Damit bietet das Strukturbauteil 10 bei
der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ein besonders hohes Energieaufnahmevermögen, was
der Sicherheit des Personenkraftwagens zum Schutz von Insassen zugute
kommt. Neben dem hohen Energieaufnahmevermögen durch den verlängerten
Längenbereich 20 in
Folge der Begradigung der im Ruhezustand mäanderförmigen Wandungsbereiche 25, 26 und 28 liegt
der Innendruck pb in Folge der Erhöhung des
Innendrucks in dem Hohlraum 14 über dem Umgebungsdruck p0 des Strukturbauteils 10, was das
Energieaufnahmevermögen
des Strukturbauteils 10 um ein Weiteres erhöht.
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Das
Strukturbauteil 10 gemäß den 1 und 2 ist
als Wellrohr ausgebildet, was die Sicherheit des Kraftwagens erhöht und im
Ruhezustand einen geringen Bauraum infolge einer geringen Baulänge und
in seinem aktivierten Zustand ein hohes Energieaufnahmevermögen aufweist.
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Die 3 und 4 zeigen
eine weitere Ausführungsform
des Strukturbauteils 10, wobei das zu dem Strukturbauteil 10 gemäß den 1 und 2 Gesagte
analog auf das Strukturbauteil 10 gemäß den 3 und 4 zutrifft.
Das Strukturbauteil 10 gemäß den 3 und 4 ist
als Rollrohr ausgebildet und weist in dem Längenbereich 20 in
Quererstreckungsrichtung des Längenbereichs 20 gemäß einem
Richtungspfeil 30 mäanderförmig verlaufende Wandungsbereiche 25 und 26 auf.
Dadurch ist auch der Längenbereich 20 des
Strukturbauteils 10 gemäß den 3 und 4 durch
Erhöhung
des Innendrucks in dem Hohlraum 14 vergrößerbar,
was durch die 4 dargestellt ist. Das Strukturbauteil 10 gemäß 4 ist
nun ausgefahren und entgegen des Richtungspfeils 18 verlängert infolge
der Verlängerung
des Längenbereichs 20,
wodurch auch das Strukturbauteil 10 gemäß den 3 und 4 ein besonders
hohes Energieaufnahmevermögen
aufweist. Dies ist weiterhin dadurch verbessert, dass der Innendruck
pb nach der Erhöhung des Innendrucks größer ist
als der Innendruck pa vor Erhöhung des
Innendrucks in dem Hohlraum 14 zur Vergrößerung des
Längenbereichs 20.
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Sowohl
für das
Strukturbauteil 10 gemäß den 1 und 2 als
auch für
das Strukturbauteil 10 gemäß den 3 und 4 gilt,
dass sie als Energieabsorptionselemente, Crashboxen, Längsträger und/oder
Aufpralldämpfer
und/oder dergleichen in dem Personenkraftwagen einsetzbar sind und
ihrem Ruhezustand einen geringen Bauraumbedarf, in ihrem aktivierten
Zustand allerdings ein hohes Energieaufnahmevermögen zur Darstellung eines hohen Insassenschutzes
und einer hohen Sicherheit des Personenkraftwagens aufweisen.