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Die Erfindung betrifft einen Pralldämpfer für ein Fahrzeug, bestehend aus einem Grundkörper mit einem bei einem Crash verformbaren rohrförmigen Deformationsbauteil, das mit mindestens einem Sperrelement in Wirkverbindung steht, wobei das Sperrelement im üblichen Fahrbetrieb zunächst in einer ersten Position z. B. mit einem Abstand zum Deformationsbauteil angeordnet ist und bei einem Crash in eine zweite Position verlagerbar ist, wobei das Sperrelement in dieser zweiten Position z. B. in den aufprallbedingten Verschiebeweg des Deformationsbauteils hineinragt und durch die Bewegung in den Kraftfluss veränderte Deformationen zur Aufnahme veränderter Crashkräfte bewirkt.
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Für die Konstruktion von Straßen- und Schienenfahrzeugen sind zahlreiche Aspekte der passiven Sicherheit zu beachten, um Verletzungen und Schäden bei einem Unfall möglichst gering zu halten. Ein diesbezüglicher Schwerpunkt ist die Verminderung der Folgen einer Kollision mit Personen, anderen Fahrzeugen oder sonstigen Objekten. Hierfür sind bereits zahlreiche technische Lösungen für spezifische Ausgestaltungen der Karosserie im Bereich möglicher Kontaktzonen vorgeschlagen worden. Beispielsweise kann durch den Verzicht auf starr auf der Motorhaube gelagerte Markensignets oder durch versenkt angeordnete Scheibenwischer das Verletzungsrisiko für Fußgänger bei einer Kollision mit einem PKW reduziert werden. Während derartige Varianten nur relativ geringe Vorteile hinsichtlich der passiven Sicherheit bewirken, sind zur Verminderung der Folgen einer Kollision primär das Deformationsverhalten der gesamten Karosserie und das Energieaufnahmevermögen der im Front- und Heckbereich angeordneten „Stoßfänger” wesentlich. Diese Stoßfänger sind vorzugsweise über zugeordnete Pralldämpfer an der Fahrzeugkarosserie abgestützt. Mit diesen Baugruppen wird bei einer Kollision die kinetische Energie durch Deformation des Pralldämpfers und bei schweren Kollisionen durch zusätzliche Deformationen weiterer Fahrzeugabschnitte absorbiert. Die spezifische Ausgestaltung der Pralldämpfer ist deshalb ein wesentlicher Aspekt für die Gewährleistung einer hohen passiven Sicherheit.
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Aus
DE 40 37 101 A1 ist ein Pralldämpfer bekannt, der ein verformbares Außenrohr mit einer im Innenraum angeordneten mechanischen Spreizvorrichtung aufweist. Bei einem Fahrzeugcrash wird die Spreizvorrichtung mittels einer trägheitsbedingt verlagerten Masse derart beaufschlagt, dass am Außenrohr eine Änderung der Querschnittsform entsteht, wodurch die kinetische Energie anteilig absorbiert wird.
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In
US 4 929 008 A wird ein Pralldämpfer mit mehreren und jeweils unterschiedlich steifen Deformationselementen beschrieben, die so hintereinander angeordnet sind, dass sie bei einem Crash in Abhängigkeit der Aufprallgeschwindigkeit nacheinander beaufschlagt werden. Jedes Deformationselement absorbiert somit einen Teilbetrag der Crashkräfte.
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Aus
NL 1 005 359 C ist ein Pralldämpfer bekannt, der mindestens zwei unterschiedlich steife Deformationselemente aufweist. Das weniger steife Element ist fest an einem eine Aufprallenergie aufnehmenden Fahrzeugabschnitt angeordnet. Hingegen ist das steifere Element verlagerbar abgestützt. Dieses steifere Deformationselement ist bei niedrigeren Geschwindigkeiten in einer Position außerhalb des Fahrzeugabschnittes angeordnet, der bei einem Crash die Aufprallenergie aufnehmen muss. Bei höheren Geschwindigkeiten wird dieses Element dem weniger steifen Element zugeordnet, so dass bei einem eventuellen Crash in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit eine abgestufte Deformation ausgelöst wird.
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Der Pralldämpfer gemäß
DE 197 45 656 C2 umfasst einen beim Crash verformbaren Deformationskörper, in dessen Weg ein Sperrteil hineinragt, mit dem aufgrund der Krafteinwirkung beim Aufprall eine plastische Verformung des Deformationskörpers unter Absorption von Aufprallenergie herbeigeführt wird. Dabei weist das Sperrteil mindestens zwei Schaltstellungen auf, in denen es in den Verschiebeweg des Deformationskörpers hineinragt, so dass der Deformationskörper beim Crash unterschiedlich stark plastisch verformt wird. Hierfür ist jedoch eine schnelle Bewegung des relativ großen und schweren Sperrteiles in sehr kurzer Zeit notwendig. Dies erfordert zwangsläufig große und teure Aktoren, die einen wirtschaftlich gerechtfertigten Einsatz erschweren.
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Eine alternative Ausgestaltung diesbezüglicher Sperrteile ist aus
US 3 893 726 A bekannt. Hierbei wird vorgeschlagen, dass das Sperrelement mehrere mit Spitzen ausgestaltete Bauteile oder mehrere zuschaltbare Kanten aufweist.
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DE 10 2004 059 545 A1 beschreibt einen Pralldämpfer für ein Fahrzeug, der aus einem Grundkörper mit einem bei einem Crash verformbaren rohrförmigen Deformationsbauteil besteht, das mit einem Sperrelement in Wirkverbindung steht. Dieses Sperrelement ist im üblichen Fahrbetrieb zunächst in einer ersten Position angeordnet und wird beim Crash in eine zweite Position verlagert, wobei das Sperrelement in dieser zweiten Position veränderte Deformationen zur Aufnahme veränderter Crashkräfte bewirkt. Dabei wird der Stelleingriff des Sperrelements in den Verschiebeweg des Deformationsbauteils durch zugeordnete Aktoren ausgelöst, für deren Betätigung bzw. Wirkung zumindest partiell die kinetische Energie aus der Bewegung des Deformationsbauteils und/oder die kinetische Energie aus der durch den Crash bewirkten Deformation der Bauteile genutzt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Pralldämpfer mit einem Deformationsbauteil zu schaffen, bei dem die bei einem Crash notwendige Lageänderung eines Sperrelementes mit einem geringen Energieaufwand oder durch Nutzung weiterer Energiequellen realisiert wird. Dabei wird angestrebt, dass mit kleinen Stelleingriffen eine aktive Anpassung der Energieaufnahme erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst, indem der Stelleingriff des mindestens einen Sperrelementes in den Verschiebeweg des Deformationsbauteils durch zugeordnete Aktoren ausgelöst und durchgeführt wird, wobei für die Betätigung bzw. Wirkung dieser Aktoren zumindest partiell die kinetische Energie aus der Bewegung des Deformationsbauteils und/oder die kinetische Energie aus der durch den Crash bewirkten Deformation der Bauteile genutzt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren Merkmale im Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
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Demzufolge wird für die Betätigung der Aktoren für den Stelleingriff eine zusätzliche Nutzung der Energie aus der Bewegung bzw. aus der Deformation der Bauteile beim Crashvorgang vorgeschlagen. Wesentliche Aspekte der Erfindung sind hierbei der Aufbau der Aktorik und des absorbierenden Bauteils derart, dass ein kleiner lokaler Eingriff eine erhebliche Veränderung des gesamten Energieaufnahmeprozesses bewirkt. Insbesondere die Nutzung der Bauteilbewegungen beim Crash durch ein zuschaltbar mitgeführtes oder weg gedrücktes Bauteil und die lokale Belastung/Schädigung des Deformationsbauteils mit nachfolgender Veränderung des Deformationsprozesses (zum Beispiel durch Risse) ergibt Vorteile gegenüber den bisher bekannten technischen Lösungen.
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Diesbezügliche Vorteile sind die mögliche Verwendung sehr kleiner, leichter und kostengünstiger Aktoren, die erreichbare schnelle Schaltzeit durch geringe bewegte Massen sowie die mögliche mehrfache Betätigung des Aktors bei einer bestehenden Crashgefahr, die möglicherweise jedoch nicht zum Crash führt.
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Die erfindungsgemäße technische Lösung ist für Straßen- und Schienenfahrzeuge (Pkw, Lkw, Straßenbahnen usw.) geeignet, bei denen Unfälle grundsätzlich möglich sind und die verschiedene Unfallkonfigurationen mit sehr unterschiedlichen Anforderungen an die Energieaufnahme bei einem Crash und somit an das Crashverhalten der Pralldämpfer stellen.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 einen Pralldämpfer in einer ersten Ausführung mit einem Sperrelement mit Spitzen
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2 einen Pralldämpfer in einer zweiten Ausführung mit einem Sperrelement mit Spitzen
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3 einen Pralldämpfer in einer Ausführung mit einem Sperrelement mit zuschaltbaren Kanten
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4 einen Pralldämpfer in einer Ausführung mit einem Sperrelement mit Stützring
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5 einen Pralldämpfer in einer ersten Ausführung mit einem Sperrelement mit Klemmring
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6 einen Pralldämpfer in einer zweiten Ausführung mit einem Sperrelement mit Klemmring
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7 einen Pralldämpfer in einer Ausführung mit einem Sperrelement mit Ventil
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Der in der Zeichnung dargestellte Pralldämpfer ist vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug konzipiert. Allerdings kann dieses technische Grundprinzip für verschiedenartige Straßen- und Schienenfahrzeuge modifiziert werden, um die passive Sicherheit bei einem Crash zu verbessern. Der Pralldämpfer wird beispielsweise zur Verbindung der Karosserie mit einem im Front- oder Heckbereich angeordneten Stoßfänger verwendet. Ebenso können Pralldämpfer für spezielle Anwendungen als direkt wirkende Baugruppe genutzt werden.
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Der Pralldämpfer besteht aus einem Grundkörper 1 mit einem Deformationsbauteil 2, das als ein Hohlzylinder mit rohrförmigem Querschnitt ausgestaltet ist. Der Begriff „rohrförmig” umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindungsbeschreibung sowohl kreisförmige als auch vieleckige (Rechteck usw.) Querschnitte. Bei einer Kollision wird das rohrförmige Deformationsbauteil 2 verformt, so dass die kinetische Energie des Crashs in Abhängigkeit von der Aufprallintensität durch die Deformation zumindest teilweise absorbiert wird.
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Das Deformationsbauteil 2 steht mit mindestens einem Sperrelement 3 in Wirkverbindung. Dabei ist das Sperrelement 3 im üblichen Fahrbetrieb zunächst in einer ersten Position z. B. mit einem Abstand zum Deformationsbauteil 2 angeordnet. Sobald ein Crash auftritt, kann das Sperrelement 3 in eine zweite Position verlagert werden, die z. B. in den durch den Aufprall bedingten Verschiebeweg des Deformationsbauteils 2 hineinragt. Durch diese Bewegung in den Kraftfluss werden veränderte Deformationen zur Aufnahme veränderter Crashkräfte bewirkt, so dass unterschiedliche Anteile der kinetischen Energie des Crashs durch die Deformation absorbiert werden können.
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Der Stelleingriff des einzigen Sperrelementes 3 bzw. mehrerer solcher Sperrelemente 3 in den Verschiebeweg des Deformationsbauteils 2 wird durch zugeordnete Aktoren ausgelöst und durchgeführt. Im vorliegenden Sachverhalt ist wesentlich, dass für die Betätigung bzw. Wirkung der Aktoren die kinetische Energie aus der Bewegung des Deformationsbauteils 2 und/oder aus der durch den Crash bewirkten Deformation der Bauteile genutzt wird. Im Idealfall kann mit dieser schlagartig verfügbaren kinetischen Energie der gesamte Energiebedarf für die Stellbewegungen der Aktoren bereitgestellt werden. Im Normalfall wird dies nicht ausreichen, um die Stellbewegungen der Aktoren vollständig realisieren zu können, eine zumindest partielle energetische Unterstützung ist jedoch gewährleistet. Hierbei ist für eine energieeffiziente Arbeitsweise auch eine spezifische Ausgestaltung der Sperrelemente vorteilhaft.
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1 zeigt eine erste Ausführung mit einem aus Grundkörper 1 und Deformationsbauteil 2 bestehenden Pralldämpfer. Hierbei weist das Sperrelement 3 mehrere mit Spitzen 31 ausgestaltete Bauteile auf. Diese Spitzen 31 sind jeweils rechtwinklig zur Längskontur des Deformationsbauteiles 2 angeordnet und in einer zugeordneten Baugruppe 4 verlagerbar abgestützt.
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2 zeigt eine zweite Ausführung eines Pralldämpfers, dessen Sperrelement 3 ebenfalls mehrere mit Spitzen 32 ausgestaltete Bauteile aufweist. Allerdings sind diese Spitzen 32 schräg zur Längskontur des Deformationsbauteiles 2 angeordnet und in Aussparungen des Grundkörpers 1 verlagerbar abgestützt.
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Bei den Varianten gemäß 1 und 2 ist folglich ein Einführen bzw. Feststellen von Spitzen 31; 32 vorgesehen, die bei einer Bewegung des Deformationsbauteiles 2 infolge eines Crashs zunächst zu Riefen 5 führen und bei einer Deformation dieses rohrförmigen Deformationsbauteiles 2 zu Rissen 6 und im weiteren Verlauf schließlich zur veränderten Energieaufnahme führen. Die Aufprallkraft in Längsrichtung des Deformationsbauteils 2 ist mit einem Pfeil ”F” stilisiert und die Kraft der Spitzen 31; 32 mit einem Pfeil ”FA”. Durch die Kontur am Übergang von Grundkörper 1 und Deformationsbauteil 2 wird im Crashfall ein Umstülpen des Deformationsbauteiles 2 bewirkt, wobei gemäß 1 eine freie Inversion und gemäß 2 eine erzwungene Inversion auftritt.
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3 zeigt eine Ausführung, bei der das Sperrelement 3 mehrere zuschaltbare Kanten 33 aufweist. Diese Kanten 33 sind parallel zur Längskontur des Deformationsbauteiles 2 angeordnet und für eine Abstützung des Deformationsbauteiles 2 am Grundkörper 1 ausgestaltet. Die zuschaltbaren Kanten 33 verursachen im Deformationsbauteil 2 Lastspitzen und können Risse 6 initiieren. Im weiteren Crashverlauf mit einer auch nur teilweise auftretenden Deformation ergibt sich eine veränderte Energieaufnahme. Die Aufprallkraft in Längsrichtung des Deformationsbauteils 2 ist mit einem Pfeil ”F” stilisiert und die von den Kanten 33 aufgebrachte Kraft mit einem Pfeil ”FA”. Im Crashfall wird eine Faltung des Deformationsbauteiles 2 innerhalb der Knautschzonen 7 bewirkt.
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4 zeigt eine Ausführung mit sekundärer Abstützung zwischen Deformationsbauteil 2 und Grundkörper 1. Hierbei ist das Deformationsbauteil 2 über ein zusätzliches Bauteil mit einem zuschaltbaren Sperrelement am Grundkörper 1 abgestützt. Eine solche sekundäre Abstützung kann verschiedenartig ausgestaltet werden, gemäß 4 beispielsweise mit einem Stützring 34. Dabei ist in der Mantelfläche des Stützringes 34 mindestens ein Stift 35 verlagerbar abgestützt, der als Mitnehmer wirkt und rechtwinklig zur Längskontur des Deformationsbauteiles 2 angeordnet ist. Die sekundäre Abstützung über Stützring 34 und Stift 35 verhindert eine Weiterbewegung im Deformationsbauteil 2 und ergibt im weiteren Crashverlauf eine veränderte Deformation bzw. Energieaufnahme. Die Aufprallkraft in Längsrichtung des Deformationsbauteils 2 ist mit einem Pfeil ”F” stilisiert und die Kraft der Stifte 35 mit einem Pfeil ”S”. Durch die Kontur am Übergang von Grundkörper 1 und Deformationsbauteil 2 bzw. Stützring 34 wird in diesem Abschnitt im Crashfall ein Umstülpen oder Einrollen des Deformationsbauteiles 2 oder am entgegen gesetzten Abschnitt eine zusätzliche Faltung des Deformationsbauteiles 2 in der Knautschzonen 7 bewirkt.
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5 und 6 zeigen Ausführungen, bei denen das Sperrelement 3 eine zuschaltbare Klemmeinrichtung für das Deformationsbauteil 2 aufweist. Diese Klemmeinrichtung kann unterschiedlich ausgeführt werden. So ist es möglich, dass hiermit eine Lagefixierung des Deformationsbauteiles 2 bewirkt wird. Hierfür ist beispielsweise ein Klemmring 36 geeignet, der mit teilkonischer Außenkontur ausgestaltet ist. In der Mantelfläche des Klemmringes 36 ist mindestens ein als Mitnehmer wirkender Stift 37 rechtwinklig zur Längskontur des Deformationsbauteiles 2 angeordnet und verlagerbar abgestützt. Die hier realisierte Klemmung verhindert folglich eine Bewegung des Deformationsbauteiles 2. Somit ergibt sich im weiteren Crashverlauf ebenfalls eine veränderte Deformation bzw. Energieaufnahme. Die Aufprallkraft in Längsrichtung des Deformationsbauteils 2 ist mit einem Pfeil ”F” stilisiert und die von den Stiften 37 aufgebrachte Kraft mit einem Pfeil ”S” Im Crashfall wird durch die Ausführung des Klemmringes 36 sowie die Kontur am Übergang von Grundkörper 1 und Deformationsbauteil 2 in diesem Abschnitt ein Umstülpen des Deformationsbauteiles 2 oder am entgegen gesetzten Abschnitt eine Faltung des Deformationsbauteiles 2 in der Knautschzonen 7 bewirkt.
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Alternativ ist es möglich, dass die Klemmeinrichtung vom Deformationsbauteil 2 in dessen Bewegungsrichtung mitnehmbar ist. Hierfür sind beispielsweise ein Riegel, ein Ring oder ein Gestänge geeignet, ohne dass diesbezügliche Varianten in der Zeichnung dargestellt sind. Das zugeschaltete mitgenommene Bauteil (Riegel, Ring, Gestänge oder dergleichen) stützt im weiteren Deformationsverlauf das Deformationsbauteil 2 oder ein zusätzliches Deformationsbauteil oder ein anderes im Kraftfluss liegendes Bauteil ab. Diese Abstützung verursacht eine veränderte Deformation bzw. Energieaufnahme des gesamten Bauteils.
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7 zeigt eine weitere Ausführung, wobei das Sperrelement 3 hier ein schaltbares Ventil 38 aufweist. Der Fluidaustritt ist links geschlossen und rechts geöffnet dargestellt, wobei die geöffnete Stellung durch strahlenförmige Striche stilisiert ist. Die Aufprallkraft in Längsrichtung des Deformationsbauteils 2 ist mit einem Pfeil ”F” stilisiert. Im Crashfall wird eine einstellbare Aufweitung des Deformationsbauteils 2 bewirkt, indem das Ventil 38 im Innenraum des Deformationsbauteils 2 das Ausströmen eines flüssigen oder pastösen Mediums oder durch die Bereitstellung eines freien Hohlraums die Verformung eines Elastomers ermöglichen kann. Dadurch wird der Verlauf der Deformation am Deformationsbauteil 2 indirekt beeinflusst, wodurch eine veränderte Deformation bzw. Energieaufnahme des gesamten Bauteils erreicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundkörper
- 2
- Deformationsbauteil
- 3
- Sperrelement
- 31
- Spitzen
- 32
- Spitzen
- 33
- zuschaltbare Kante
- 34
- Stützring
- 35
- Stift/Mitnehmer am Stützring
- 36
- Klemmring
- 37
- Stift/Mitnehmer am Klemmring
- 38
- schaltbares Ventil
- 4
- Baugruppe zur Abstützung der Spitzen 31
- 5
- Riefen
- 6
- Risse
- 7
- Knautschzone
- F
- Aufprallkraft in Längsrichtung des Deformationsbauteils 2
- FA
- Kraft der Spitzen 31; 32
- S
- Kraft der Stifte 35; 37
