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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse mit integrierter Fußgängerschutzfunktion für den Einbau zwischen einer bei einer Kollision mit einem Fußgänger nachgiebigen Außenhaut einer Kraftfahrzeugkarosserie und einer unnachgiebigen Unterstruktur.
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Aus
WO 2007/131 497 A1 ist ein Gehäuse für einen Luftfilter bekannt, welches zum Einbau zwischen einer Motorhaube und einem Motorblock eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Das Gehäuse umfasst zwei Gehäuseteile, die über Stützen miteinander verbunden sind. Wenn im Falle eines Zusammenstoßes mit einem Fußgänger ein starker Druck von oben auf das Gehäuse einwirkt, durchstoßen die Stützen des oberen Gehäuseteils Öffnungen des unteren Gehäuseteils und schieben sich durch diese hindurch. Über die dabei auftretende Reibung wird kontinuierlich Aufprallenergie verbraucht. Ein von oben auf die Haube aufgeschlagener Fußgänger wird dadurch verzögert, und ein Zusammenstoß mit einem unter der Haube liegenden Motorblock kann vermieden oder zumindest abgemildert werden.
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Als ein Maß für die Verletzungsgefahr eines Fußgängers ist das so genannte Head Impact Criterium (HIC) definiert worden. Die Karosserien von neu entwickelten Kraftfahrzeugen müssen, um für den Straßenverkehr zugelassen zu werden, vorgegebene Grenzwerte des HIC unterschreiten. Hierfür hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Karosserie so zu konstruieren, dass sie zu Beginn eines Aufpralls einen hohen Verformungswiderstand aufweist, nach Überwindung dieses Anfangswiderstandes jedoch relativ leicht, also ohne nennenswerte Widerstandskraft, nachgiebig ist.
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Durch den beschriebenen Verzögerungsverlauf können geringe Deformationswege bei niedrigen HIC-Werten erzielt werden. Das ist besonders vorteilhaft, wenn in einem Übergangsbereich auf der Haube (z. B. Wrap around distance (WAD) 1700 mm) Grenzwerte gleichzeitig für den Erwachsenen- und den Kinderkopf erfüllt werden müssen.
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Zur Erreichung dieses Ziels kann ein Luftfiltergehäuse des aus
DE 10 2005 007 089 A1 bekannten Typs beitragen, das zum Einbau unter der äußeren Karosseriehaut eines Fahrzeugs vorgesehen ist. Dieses herkömmliche Luftfiltergehäuse weist im Innern lang gestreckte Stützelemente auf, die nach Überschreiten einer Grenzbelastung ausknicken. Der Verformungswiderstand des Gehäuses ist daher zunächst groß und bricht fast vollständig zusammen, sobald eine maßgebliche Verformung der Stützelemente begonnen hat. Die weitere Verzögerung erfolgt fast ausschließlich über die Haubendeformation.
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Ein wesentliches Problem des Fußgängerschutzes, das auch durch die Konstruktion nach
DE 10 2005 007 089 A1 nicht gelöst wird, liegt darin, dass, wenn die durch die Motorhaube und das darunter liegende Gehäuse bewirkte Verzögerung nicht ausreicht, um einen Aufprall des Fußgängers auf dem Motorblock oder andere harte Komponenten zu verhindern, dieser zweite Aufprall zu schweren Verletzungen führt.
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Wenn es gelingt, eine Kraftfahrzeugkarosserie so zu konstruieren, dass sie die verlangten Grenzen des HIC-Werts für einen Erwachsenenkopf bzw. einen diesem entsprechenden Prüfkörper von 4,8 kg Gewicht einhält, ist der anfängliche Verformungswiderstand oft so hoch, dass die HIC-Vorgaben für einen Kinderkopf (bzw. einen entsprechenden Prüfkörper von 2,5 kg Gewicht) nicht zu erfüllen sind. Wird umgekehrt die Steifigkeit der Karosserie auf den Kinderkopf abgestimmt, ist die Gefahr hoch, dass ein Erwachsenenkopf nicht stark genug verzögert werden kann und auf den Motorblock durchschlägt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Einbaugehäuse für eine Kraftfahrzeugkarosserie anzugeben, mit dessen Hilfe die Einhaltung der HIC-Kriterien sowohl für einen Erwachsenen- als auch für einen Kinderkopf zumindest erleichtert ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Gehäuse für den Einbau zwischen einer bei einer Fußgängerkollision nachgiebigen Außenhaut einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere der Motorhaube, und einer unnachgiebigen Unterstruktur, insbesondere dem Motorblock, das durch wenigstens eine sich zwischen einem äußeren Gehäuseteil und einem inneren Gehäuseteil des Gehäuses erstreckende Stütze versteift ist, die ausgelegt ist, um bei Überschreitung einer in Längsrichtung der Stütze wirkenden Grenzbelastung auszuknicken, die Stütze in einer zu der Längsrichtung orthogonalen Richtung stauchbar ist.
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Wenn die Stütze unter der Belastung eines Fußgängeraufpralls ausknickt, weicht ein mittlerer Teil der Stütze in seitlicher Richtung, quer zur einwirkenden Belastung, aus. Am Ende der Ausweichbewegung sind die Stützenteile quer zur Belastungsrichtung orientiert. Indem sie quer zu ihrer ursprünglichen Längsrichtung stauchbar sind, können sie nun erneut gestaucht werden und dabei noch einmal Energie dissipieren. Dies bietet insbesondere die Möglichkeit, die Grenzbelastung so zu dimensionieren, dass das HIC-Kriterium für einen Kinderkopf erfüllt wird, wohingegen die nachträgliche Stauchung der bereits ausgeknickten Stütze es ermöglicht, einen Erwachsenenkopf, für den der anfängliche Verformungswiderstand des Gehäuses nicht ausreicht, noch so stark zu verzögern, dass ein Durchschlagen auf die Unterstruktur vermieden oder wenigstens ausreichend gedämpft wird.
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Die Stütze besteht vorzugsweise aus einem plastisch biegsamen Material, insbesondere einem Metall, um in ausgeknicktem Zustand nicht zu brechen, sondern zwei über eine Knickzone zusammenhängende Stützenteile zu bilden. Durch die Verbundenheit der Stützenteile untereinander ist sichergestellt, dass die Stützenteile nicht in seitlicher Richtung voreinander ausweichen können, ohne gestaucht zu werden.
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Die Stütze kann einfach und preiswert aus Flachmaterial, zum Beispiel durch Biegen eines Blechs, geformt werden.
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Die Stütze umfasst vorzugsweise mehrere sich in der Längsrichtung der Stütze erstreckende plattenartige Elemente.
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Um ein gutes Verhältnis von Belastbarkeit zur Wandstärke bzw. zum Gewicht der Stütze zu erreichen, sind die plattenartigen Elemente zweckmäßigerweise im Querschnitt winklig zueinander angeordnet. Eine solche winklige Anordnung ermöglicht insbesondere auch die Stauchung nach dem Ausknicken.
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Die plattenartigen Elemente können sich gegenseitig unterstützen und versteifen, wenn sie untereinander entlang von Biegekanten verbunden sind. Die Verbindung ist vorzugsweise einteilig.
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Zweckmäßigerweise bilden die plattenartigen Elemente im Querschnitt ein offenes Profil. So können die normalerweise, im intakten Zustand, winklig zueinander angeordneten Elemente sich in der Knickzone beim Ausknicken in einer Linie ausrichten. Dadurch reduziert sich der Verformungswiderstand der Stütze nach einer kurzen Phase hoher Gegenkraft, in der die Neuausrichtung der Elemente stattfindet, auf ein Minimum.
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Wenigstens eines der plattenartigen Elemente sollte im Längsschnitt gekrümmt sein, um die Grenzbelastung, bei der eine Verformung dieses Elements einsetzt, niedrig zu halten und ihren Wert reproduzierbar zu machen.
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Ein im Längsschnitt relativ stark gekrümmtes Element kann zweckmäßigerweise beidseitig von schwächer gekrümmten Elementen flankiert sein. Bei den schwächer gekrümmten Elementen kann die Krümmung sogar verschwinden. Diese schwächer gekrümmten Elemente erhöhen die Tragfähigkeit der Stütze bzw. ihren Anfangswiderstand gegen eine Verformung, wobei allerdings Platzierung der schwächer gekrümmten Elemente neben dem stärker gekrümmten Element dazu führt, dass die schwach gekrümmten Elemente zusammen mit dem stärker gekrümmten zum Ausknicken gezwungen werden und somit reproduzierbar und unter Absorption einer konstruktiv festlegbaren Energiemenge ausknicken.
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Die Krümmung des wenigstens einen gekrümmten Elements kann durch eine Unterbrechung einer in der Längsrichtung des Elements orientierten Sicke gebildet sein.
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An einem oberen Ende der Stütze können wenigstens zwei der plattenartigen Elemente durch eine Stirnplatte miteinander verbunden sein, um eine von dem oberen Gehäuseteil übertragene Belastung gleichmäßig über den Querschnitt der Elemente zu verteilen.
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An einem unteren Ende der Stütze ist vorzugsweise eine Lasche zur Befestigung am unteren Gehäuseteil einteilig abgewinkelt.
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Die zwei Gehäuseteile greifen zweckmäßigerweise teleskopisch ineinander, so dass sie, wenn die wenigstens eine Stütze ausgeknickt ist, im Wesentlichen ohne sich zu Verformen gegeneinander bewegbar sind und die Steifigkeit der Gehäuseteile somit nicht zur Verzögerung beiträgt.
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Vorzugsweise ist wenigstens eines der Gehäuseteile als Wanne geformt, und die Stützen erstrecken sich zwischen einem Rand dieser Wanne und dem anderen Gehäuseteil. So bleibt ein Restvolumen des Gehäuses erhalten, auch wenn die wenigstens eine Stütze eingeknickt und anschließend zwischen dem Rand der Wanne und dem anderen Gehäuseteil gestaucht ist. Ein Einbauteil, das in dieses Restvolumen hineinpasst, kann einen Kollaps des Gehäuses und die Stauchung der Stütze unbeschadet überstehen; indem es nicht zum Verformungswiderstand des Gehäuses beiträgt, kann es auch nicht den HIC-Wert einer Karosserie, die das Gehäuse verwendet, unerwünscht erhöhen.
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Ein solches Einbauteil ist zweckmäßigerweise von wenigstens einem der Gehäuseteile durch einen Luftraum beabstandet, der sich schließen darf, wenn das Gehäuse unter einem Aufschlag kollabiert. Dieser Luftraum sollte groß genug bemessen sein, um wenigstens ein Ausknicken der Stütze oder eine Verformung des Einbauteils zu ermöglichen. Vorzugsweise ermöglicht er auch die nachträgliche Stauchung der ausgeknickten Stütze, ohne dass das Einbauteil dabei verformt wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 einen schematischen Schnitt durch den Vorderteil einer Kraftfahrzeugkarosserie, die mit einem Gehäuse gemäß der Erfindung ausgestattet ist;
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2 eine Ansicht einer Stütze gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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3 eine Ansicht der Stütze gemäß einer zweiten Ausgestaltung;
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4 einen horizontalen Schnitt durch eine Ecke des Gehäuses, die eine Stütze in Draufsicht zeigt; und
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5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der 4, der die Stütze im ausgeknickten Zustand zeigt.
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1 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen Vorderteil einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Motorhaube 1, einem Kühlergrill 2, einem Stoßfänger 3, einem Kühler 4 und einem Motorblock 5. Zwischen der Motorhaube 1 und dem Motorblock 5 ist in einem flachen Gehäuse 6 ein Luftfilter 7 untergebracht, über den der Motor mit Verbrennungsluft versorgt wird. Das Gehäuse 6 umfasst ein flach wannenartiges Unterteil 8 und ein Oberteil 9 mit einer Platte 10, die gleichzeitig eine Motorabdeckung bildet, und einer von der Platte 10 nach unten abstehenden vertikalen Wand 11. Die Wand 11 erstreckt sich rings um das Unterteil 8, ohne sich an diesem abzustützen. Das Oberteil 9 ist getragen von vier säulenartigen Stützen 12, die auf den vier Ecken einer umlaufenden Krempe des Unterteils 8 stehen und an der Platte 10 angreifen.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Stütze 12 gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Die aus einem einzigen Blechzuschnitt geformte Stütze kann im Wesentlichen in drei sich über ihre gesamte Höhe erstreckende Elemente 13, 14, 15 gegliedert werden, die miteinander jeweils entlang vertikaler Knick- oder Biegekanten 16 einteilig verbunden sind. Die zwei äußeren Elemente 13, 15 sind in Längsrichtung der Stütze 12, das heißt im Wesentlichen vertikal, ausgerichtet und verlaufen im Längsschnitt, entlang einer im Wesentlichen vertikalen Schnittebene, im Wesentlichen geradlinig. In das mittlere Element 14 ist eine vertikal orientierte, auf halber Höhe der Stütze 12 unterbrochene Sicke 17 eingeprägt. Die Tiefe der Sicke 17 nimmt von der Unterbrechung 18 nach oben und nach unten kontinuierlich zu, was dem Element 14 im Längsschnitt eine gekrümmte Form verleiht.
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Die seitlichen Elemente 13, 15 sind in der 2 der Einfachheit halber exakt geradlinig dargestellt; sie können jedoch durch das Prägen der Sicke 17 im mittleren Element 14 ebenfalls, insbesondere entlang der Biegekanten 16, im Längsschnitt leicht gekrümmt sein.
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Das obere Ende der Stütze 9 ist durch zwei horizontale dreieckige Stirnplatten 20 gebildet, die jeweils eine mit dem mittleren Element 14 verbundene Kante sowie eine mit einem der äußeren Elemente 13, 15 verbundene Kante haben. Die Stirnplatten 20 können in einem Arbeitsgang mit den Elementen 13, 14, 15 durch Tiefziehen ausgeformt sein; denkbar ist auch, einen Blechrohling mit vier entlang der oberen Ränder der Elemente 13, 14, 15 überstehenden dreieckigen Laschen zu verwenden und die Stirnplatten 20 zu bilden, in denen jeweils zwei der Laschen abgewinkelt, übereinander geklappt, und zum Beispiel durch Punktschweißung miteinander verbunden werden.
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Entsprechende dreieckige Stirnplatten 21 und eine mit ihnen zusammenhängende, zur Befestigung der Stütze 12 an der Krempe des Unterteils 8 dienende Lasche 19 sind am unteren Ende der Stütze 9 geformt.
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Die in 2 vom Betrachter abgewandte konvexe Seite der Stütze 12 ist in montiertem Zustand einer Ecke 22 des Gehäuses 6 zugewandt, wie insbesondere in 4 zu sehen, die einen horizontalen Schnitt durch die Wand 11 des Oberteils 9 und eine Draufsicht auf die Krempe 27 des Unterteils 8 und eine der darauf montierten Stützen 12 zeigt. Diese Anordnung hat zur Folge, dass unter dem Einfluss einer mittig auf das Oberteil 9 einwirkenden Belastung die Stütze 12 nicht nur auf Druck beansprucht wird, sondern auch ihr oberes Ende zur Gehäusemitte hin ausgelenkt wird, was das Ausknicken der Stütze 12 erleichtert. Beim Ausknicken weicht zunächst der mittlere Bereich des Elements 14, der nicht durch die Sicke 17 versteift ist, zur benachbarten Ecke 22 des Gehäuses 6 hin aus. Der Abstand der Stütze 12 von der Ecke 22 ist wenigstens halb so groß wie die Höhe der Stütze 12, so dass diese, wenn sie mittig ausknickt, nicht gegen die Wand 11 des Oberteils 9 anstößt.
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Die oberen Stirnplatten 20 der Stütze 12 sind mit dem Gehäuseoberteil 9 unverbunden; die Gehäuseteile 8, 9 sind im unverformten Normalzustand durch eine (in 5 genauer dargestellte) Rastverbindung zusammengehalten, die zwar ein unbeabsichtigtes Lösen der Gehäuseteile 8, 9 voneinander verhindert, nicht aber, dass sich das Oberteil 9 rings um das Unterteil 8 herum absenkt, wenn die Stützen 12 nachgeben.
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Wenn die in 2 gezeigte Stütze 12 ausknickt, können sich zwar die oberen Stirnplatten 20 frei drehen, da sie am Oberteil 9 nicht befestigt sind, nicht aber die unteren, an der Krempe 27 des unteren Gehäuseteils 8 befestigten Stirnplatten 21. Deshalb können sich beim Einknicken in den Elementen 13, 14, 15 Falten bilden, die die Biegekanten 16 kreuzen, und die Belastung, bei der die Faltenbildung einsetzt, kann recht hoch liegen und von Fall zu Fall variieren, was für eine reproduzierbare, die HIC-Kriterien erfüllende Verzögerungswirkung ungünstig ist.
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3 zeigt eine zweite Ausgestaltung der Stütze 12, bei der eine Lasche 19 zur Befestigung am Gehäuseunterteil 8 mit einem unteren Rand des Elements 14 entlang einer geraden Biegekante 23 verbunden ist. Die untere Hälfte der Sicke 17 erreicht hier ihre maximale Tiefe in etwa auf einem Viertel der Höhe der Stütze 12, und mit zunehmender Annäherung an die Biegekante 23 geht die Tiefe der Sicke 17 wieder gegen Null. Wenn diese Stütze 12 unter Belastung nachgibt, wird die Biegekante 23 aufgebogen, ohne dass die vertikalen Biegekanten 16 kreuzende Falten entstehen. Daraus resultiert eine gleichmäßige, reproduzierbare Verzögerungswirkung.
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5 zeigt einen schematischen Schnitt durch das kollabierte Gehäuse 6 entlang der Linie V-V aus 4. Die Stütze 12 ist in ausgeknickter Stellung zu sehen; eine obere Hälfte 24 und eine untere Hälfte 25 hängen an einer der Gehäuseecke 22 zugewandten Biegelinie 26 zusammen. Die Wand 11 greift weit unter die Krempe 27 des Unterteils 8 nach unten aus, der Abstand zwischen der Krempe 27 und Rastnasen 28 am unteren Rand der Wand 11 entspricht der Höhe, um die die Stützen 12 nachgegeben haben. Im Normalzustand, mit intakten Stützen, liegen die Rastnasen 28 unmittelbar an der Unterseite der Krempe 27 an und halten so die Gehäuseteile 8, 9 unbeweglich zusammen.
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5 zeigt den Zustand des Gehäuses 6 nach dem Aufschlag eines 2,5 kg-Prüfkörpers auf die Motorhaube 1. Dieser Aufprall genügt, um die Stützen 12 zum Ausknicken zu bringen, führt aber noch nicht zur maximal möglichen Stauchung des Gehäuses 6. Wenn statt dessen ein 4,8 kg-Prüfkörper auf die Haube 1 aufgeschlagen wird, geht die Stauchung des Gehäuses 6 über den in 5 gezeigten Zustand hinaus. Die zwei Hälften 24, 25 der Stütze 12 kommen entlang der äußeren Ränder ihrer seitlichen Elemente 13, 15 miteinander in Kontakt. Während die obere Hälfte 24 in ihrer in 5 gezeigten Gestalt durch die dreieckigen Stirnplatten 20 weitgehend stabilisiert ist, ist eine entsprechende Stabilisierung an der unteren Hälfte 25 nicht vorhanden. Unter dem Druck der oberen Hälfte 24 kann die untere Hälfte 25 daher noch flachgedrückt werden, indem die seitlichen Elemente 13, 15, wie durch Pfeile angedeutet, unter dem Druck von oben zur Seite und nach unten ausweichen. Dabei werden die längs gerichteten Biegekanten 16 an der unteren Hälfte 25 flachgedrückt. Länge und Materialstärke der Biegekanten 16 können passend gewählt werden, damit durch ihr Aufbiegen auch der 4,5 kg-Prüfkörper zum Stillstand kommt, bevor die Stauchbarkeit der Stütze 12 vollständig ausgeschöpft ist. Dies ermöglicht die Einhaltung der HIC-Grenzwerte für beide Prüfkörper.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motorhaube
- 2
- Kühlergrill
- 3
- Stoßfänger
- 4
- Kühler
- 5
- Motorblock
- 6
- Gehäuse
- 7
- Luftfilter
- 8
- Unterteil
- 9
- Oberteil
- 10
- Platte
- 11
- Wand
- 12
- Stütze
- 13
- Element
- 14
- Element
- 15
- Element
- 16
- Biegekante
- 17
- Sicken
- 18
- Unterbrechung
- 19
- Lasche
- 20
- Stirnplatte
- 21
- Stirnplatte
- 22
- Ecke
- 23
- Biegekante
- 24
- obere Hälfte
- 25
- untere Hälfte
- 26
- Biegelinie
- 27
- Krempe
- 28
- Rastnasen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/131497 A1 [0002]
- DE 102005007089 A1 [0005, 0006]
