DE102011008867A1

DE102011008867A1 - Device for converting crash energy, comprises longitudinally extended hollow section body having crash element and traction body which is coaxially arranged on longitudinal axis of hollow section body

Info

Publication number: DE102011008867A1
Application number: DE102011008867A
Authority: DE
Inventors: Werner Hufenbach; Martin Lepper; Jens Werner; Christian Köhler
Original assignee: Leichtbau Zentrum Sachsen GmbH
Current assignee: Leichtbau Zentrum Sachsen GmbH
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: DE102011008867B4

Abstract

The device comprises a longitudinally extended hollow section body (3) having a crash element (1) and a traction body (2) which is coaxially arranged on a longitudinal axis of the hollow section body. The crash element comprises an annular body which coaxially encloses the hollow section body. The traction body comprises a flare portion (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Aufprallenergie mit einem einen längserstreckten Hohlprofilkörper aufweisenden Crashelement und einem zur Längsachse des Hohlprofilkörpers koaxial angeordneten Treibkörper, welcher unter Einwirkung einer Prallkraft axial in den Hohlprofilkörper eintreibbar ist, wobei der Hohlprofilkörper zumindest deformiert wird.The invention relates to a device for the conversion of impact energy with a longitudinally extending hollow profile body having crash element and a longitudinal axis of the hollow profile body coaxially arranged driving body, which is axially driven under the action of an impact force in the hollow profile body, wherein the hollow profile body is at least deformed.

Vorrichtungen dieser Art werden vorwiegend in Kraftfahrzeugen zum Dämpfen eines unerwarteten Aufpralls eingesetzt, wobei die kinetische Aufprallenergie u. a. in Verformungsarbeit umgewandelt wird, die am Crashelement verrichtet wird. Das als Hohlprofilkörper ausgebildete Crashelement ist einen Endes beispielsweise an steifen Fahrzeugteilen im Front- und Heckbereich, wie zum Beispiel an den Längsträgern oder an der Fahrgastzelle, befestigt und zur Absorption einer frontalen Prallkraft im Wesentlichen in oder entgegen der Fahrtrichtung ausgerichtet angeordnet. Anderen Endes ist koaxial zum Hohlprofilkörper der Treibkörper angeordnet, der gewöhnlich an einem den Aufprall aufnehmenden Fahrzeugteil, wie z. B. an der Stoßstange, befestigt ist. Unter der Druckbelastung des Aufpralls wird der Treibkörper in den Hohlprofilkörper eingetrieben, wobei die Wandungen des Hohlprofilkörpers entlang seiner Längserstreckung in radialer Richtung irreversibel verformt und teilweise zerstört werden. Meist bestehen die Crashelemente aus Stahlblech oder Aluminiumblech. Aufgrund der Anforderungen nach einer möglichst leichten und platzsparenden Bauweise der Fahrzeugteile werden zunehmend auch Deformations- bzw. Crashelemente aus Faserverbundwerkstoff verwendet.Devices of this type are mainly used in motor vehicles for damping an unexpected impact, wherein the kinetic impact energy u. a. is converted into deformation work, which is performed on the crash element. The designed as a hollow profile body crash element is an end, for example, on rigid vehicle parts in the front and rear, such as attached to the side members or to the passenger compartment, and arranged to absorb a frontal impact force substantially in or against the direction of travel. Other end coaxial with the hollow profile body of the drive body is arranged, which is usually on a vehicle part receiving the impact, such. B. on the bumper, is attached. Under the compressive load of the impact of the drive body is driven into the hollow profile body, wherein the walls of the hollow profile body along its longitudinal extent in the radial direction irreversibly deformed and partially destroyed. Most of the crash elements consist of sheet steel or aluminum sheet. Due to the requirements for the simplest possible and space-saving design of the vehicle parts are also increasingly deformation or crash elements made of fiber composite material used.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der Druckschrift DE 196 27 061 C2 bekannt. Das beschriebene Deformationselement umfasst ein Rohrteil aus Faserverbundwerkstoff und ein Bauteil mit einer Hohlkehle, welches beim Aufprall in das Rohrteil eingeschoben wird. Das Rohrteil wird an der Hohlkehle des Bauteils geweitet und umgestülpt. Die Energieumwandlung erfolgt hierbei durch die plastische Verformung des Rohrteils nach dem Stülpprinzip.Such a device is from the document DE 196 27 061 C2 known. The described deformation element comprises a tube part made of fiber composite material and a component with a groove, which is inserted on impact into the tube part. The pipe part is widened at the groove of the component and everted. The energy conversion takes place here by the plastic deformation of the pipe part according to the Stülpprinzip.

Bei der Verwendung von Faserverbundwerkstoff ist es problematisch, dass die Kohlen- oder Glasfasern des Faserverbundwerkstoffes zwar in ihrer Längserstreckung eine geeignete Druckfestigkeit aufweisen, aber die Festigkeit des Faserverbundwerkstoffs quer zur Längserstreckung seiner Fasern deutlich geringer ist. Die Folge sind plötzliche und unkontrollierte Rissausbreitungen entlang des Deformationselementes während des Umformvorganges, die eine weitere Kraftaufnahme und Umwandlung der Aufprallenergie durch das Deformationselement verhindern. Die verbleibende kinetische Aufprallenergie überträgt unerwünschte Kraftspitzen auf das Kraftfahrzeug, die eine Gefahr für den Nutzer des Kraftfahrzeugs bilden können.When using fiber composite material, it is problematic that the carbon or glass fibers of the fiber composite, although in their longitudinal extent have a suitable compressive strength, but the strength of the fiber composite material is significantly lower across the longitudinal extent of its fibers. The result is sudden and uncontrolled crack propagation along the deformation element during the forming process, which prevent further force absorption and conversion of the impact energy by the deformation element. The remaining kinetic impact energy transmits undesired force peaks to the motor vehicle, which can constitute a danger to the user of the motor vehicle.

Der Faserverbundwerkstoff nach der Druckschrift DE 196 27 061 C2 weist deshalb zusätzlich Aramidfasern auf, die plötzliche Trennbrüche beim Umstülpen des Rohrteils verhindern sollen. Der Kohlenstoff-Aramid-Hybridverbund des Faserverbundwerkstoffs ist einerseits sehr kostenintensiv herzustellen. Andererseits hat sich gezeigt, dass die Wirkung der Aramidfasern als Rissstopper unbefriedigend ist. Zudem ist die bei der plastischen Verformung nach dem Stülpprinzip mögliche Energieabsorption- bzw. -umwandlung begrenzt.The fiber composite material according to the publication DE 196 27 061 C2 Therefore, in addition to aramid fibers, which should prevent sudden separation breaks when everting the pipe part. The carbon-aramid hybrid composite of the fiber composite material is on the one hand very expensive to produce. On the other hand, it has been shown that the effect of the aramid fibers as crack stopper is unsatisfactory. In addition, the possible in the plastic deformation according to the Stülpprinzip Energieabsorption- or conversion is limited.

Bei einem aus der Druckschrift DE 198 13 998 A1 bekannten Verfahren zum Herstellen von energieabsorbierenden Strukturelementen aus Faserverbundwerkstoff wird der Umfang eines rohrförmigen Formkörpers aus mehreren gewickelten Laminatschichten eines in Matrixmaterial eingebetteten Verstärkungsmaterials gebildet. In der Anwendung des rohrförmigen Formkörpers als energieabsorbierendes Crashelement bewegt sich ein geführter Anschlussbeschlag mit umlaufender Rinne in Richtung der Rohrachse. Der Formkörper wird im Zusammentreffen mit der umlaufenden Rinne des Anschlussbeschlages von einem Ende her in radialer Richtung zur Rohrachse gespreizt und aufgerissen. Dabei werden die Lagen des Verstärkungsmaterials geweitet und in Richtung der Rohrachse voneinander getrennt, wobei auch die Fasern des Verstärkungsmaterials teilweise gebrochen werden.In one from the publication DE 198 13 998 A1 In known processes for producing fiber composite energy absorbing structure elements, the circumference of a tubular shaped body is formed from a plurality of wound laminate layers of a reinforcing material embedded in matrix material. In the application of the tubular shaped body as an energy absorbing crash element, a guided connection fitting moves with a circumferential groove in the direction of the tube axis. The molding is spread in the radial direction to the tube axis and torn from one end in the meeting with the circumferential groove of the connection fitting. In this case, the layers of the reinforcing material are widened and separated from each other in the direction of the tube axis, whereby the fibers of the reinforcing material are partially broken.

Bei diesem Crashelement werden zusätzlich die durch die Verformungsarbeit hervorgerufenen Delaminationen und Faserbrüche des Formkörpers zur Umwandlung von kinetischer Aufprallenergie genutzt.In this crash element, the delaminations and fiber breaks of the shaped body caused by the deformation work are additionally used to convert kinetic impact energy.

Aber auch hierbei wird eine vorzeitige Rissausbreitung entlang der Rohrlängsachse bewirkt, die die Druckfestigkeit des Formkörpers und damit die mögliche Energieabsorption mindert. Aufgrund der inhomogenen Auslastung der Fasern und des Matrixmaterials und der sich mehrachsig überlagernden Spannungszustände während der Aufprallbelastung kann das Material und die Masse des Formkörpers nicht vollständig zur Energieumwandlung ausgenutzt werden.But even here, a premature crack propagation along the tube longitudinal axis is effected, which reduces the compressive strength of the molding and thus the possible energy absorption. Due to the inhomogeneous utilization of the fibers and the matrix material and the multiaxial overlying stress states during the impact load, the material and the mass of the molding can not be fully utilized for energy conversion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche ein verbessertes Vermögen zur Energieumwandlung der Aufprallenergie gewährleistet, insbesondere welche das Material und die Masse des Crashelementes effizienter zur Energieumwandlung ausnutzt.The invention has for its object to provide a device of the type mentioned, which ensures an improved capacity for energy conversion of the impact energy, in particular, which makes more efficient use of the material and the mass of the crash element for energy conversion.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. The object is achieved by a device with the features of claim 1.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Crashelement wenigstens einen Ringkörper aufweist, der den Hohlprofilkörper koaxial umschließt, wobei der Ringkörper einen geringeren Grenzwert der Dehnung (Bruchdehnung) aufweist, als der Hohlprofilkörper und der Treibkörper einen Aufweitungsabschnitt aufweist, dessen Aufweitungsquerschnitt derart in seiner Größe bestimmt ist, dass beim Eintreiben des Treibkörpers die Bruchdehnung des Ringkörpers überschritten wird.According to the invention, it is proposed that the crash element has at least one annular body which encloses the hollow profile body coaxially, wherein the annular body has a lower limit of elongation (breaking elongation) than the hollow profile body and the drive body has a widening section whose widening cross-section is thus determined in size, that the breaking elongation of the annular body is exceeded when driving the driving body.

Dabei geht die Erfindung davon aus, dass es für eine umfassende Energieumwandlung bzw. Energieabsorption wesentlich ist, dass die Aufprallenergie nicht nur in Verformungsarbeit sondern auch in Bruchenergie umgewandelt wird. Mit Überschreiten der Bruchspannung eines Materials wird Bruchenergie freigesetzt, womit die höchste Energieaufnahme bzw. -umwandlung bei der Deformation des Materials realisiert werden kann.The invention is based on the assumption that it is essential for a comprehensive energy conversion or energy absorption that the impact energy is not only converted into deformation work but also into fracture energy. When the fracture stress of a material is exceeded, fracture energy is released, whereby the highest energy absorption or conversion during the deformation of the material can be realized.

Die Erfindung geht weiter davon aus, dass möglichst viel der zur Verfügung stehenden Masse des Crashelementes bis zur Bruchgrenze des Materials belastet werden muss, um die maximale Bruchenergie des Crashelementes freisetzen zu können.The invention further assumes that as much as possible of the available mass of the crash element has to be loaded up to the breaking point of the material in order to be able to release the maximum fracture energy of the crash element.

Funktionsgemäß wird während des Crashvorganges der Treibkörper in den Hohlprofilkörper eingetrieben. Der Treibkörper weist entlang seiner Längsachse einen Aufweitungsabschnitt mit einem axial und entgegen der Vortriebsrichtung zunehmenden Aufweitungsquerschnitt auf, der größer als der lichte Innenquerschnitt des Hohlprofilkörpers ist, so dass die axiale Prallkraft aus dem Zusammenwirken von Treibkörper und dem Hohlprofilkörper eine Druckkraft bewirkt, wobei die radiale Kraftkomponente der Druckkraft im Bereich des Ringkörpers gleichmäßig über die Wandung des Hohlprofilkörpers auch auf den umschließenden Ringkörper übertragen wird. Dadurch erfahren der Ringkörper und der von ihm umschlossene Hohlprofilkörper in diesem Bereich eine umfassende tangentiale Zugspannung. Zugleich erfährt der Ringkörper und der Hohlprofilkörper eine von der Dehnbarkeit des Ringkörpers bestimmte Dehnung.Functionally, the drive body is driven into the hollow profile body during the crash process. The propellant body has along its longitudinal axis an expansion portion with an axially and counter to the advancing direction increasing expansion cross section, which is greater than the clear inner cross section of the hollow profile body, so that the axial impact force from the interaction of the propellant body and the hollow profile body causes a compressive force, wherein the radial force component the compressive force in the region of the annular body is transmitted uniformly over the wall of the hollow profile body and on the enclosing annular body. As a result, the annular body and the hollow profile body enclosed by it experience a comprehensive tangential tensile stress in this area. At the same time learns the ring body and the hollow profile body determined by the extensibility of the ring body elongation.

Erfindungsgemäß hat der Aufweitungsabschnitt des Treibkörpers einen derart großen Aufweitungsquerschnitt, der unter Einwirkung der Zugspannung eine Überdehnung des Ringkörpers bewirkt.According to the invention, the widening portion of the driving body has such a large widening cross-section, which causes an overstretching of the annular body under the action of the tensile stress.

Der Ringkörper wird dabei bis zur Bruchdehnungsgrenze gedehnt und mit Überschreiten der Bruchdehnung vom umschlossenen Hohlprofilkörper abgesprengt, wobei die maximal mögliche Bruchenergie des Ringkörpers freigesetzt wird.The ring body is stretched to the breaking strain limit and blasted off the enclosed hollow profile body with exceeding the breaking elongation, wherein the maximum possible energy of fracture of the ring body is released.

Infolge seiner höheren Bruchdehnung gegenüber dem Ringkörper wird der Hohlprofilkörper in dieser Phase lediglich gedehnt und nicht zerstört. Somit kann durch weiteren Eintrieb des Treibkörpers die Energieumwandlung durch Dehnung und Verformung des Hohlprofilkörpers fortgesetzt werden, wobei die Führung des Treibkörpers im Hohlprofilkörper erhalten bleibt.Due to its higher elongation at break compared to the ring body of the hollow profile body is only stretched in this phase and not destroyed. Thus, the energy conversion can be continued by stretching and deformation of the hollow profile body by further input drive of the drive body, wherein the leadership of the drive body is maintained in the hollow profile body.

Die in dieser Phase auf den Hohlprofilkörper aufgebrachte Zugspannung erreicht nicht den Grenzwert der Bruchdehnung des Hohlprofilkörpers, wodurch eine vorzeitige Rissausbreitung in Längsrichtung des Hohlprofilkörpers verhindert wird, die die Druckbelastbarkeit des Hohlprofilkörpers bei der Verformung mindern könnte. Erfindungswesentlich ist, dass der Hohlprofilkörper nicht versagt, bevor der Ringkörper abgesprengt ist.The tensile stress applied to the hollow profile body in this phase does not reach the limit value of the breaking elongation of the hollow profile body, whereby premature crack propagation in the longitudinal direction of the hollow profile body is prevented, which could reduce the compressive strength of the hollow profile body during deformation. Essential to the invention is that the hollow profile body does not fail before the ring body is blasted off.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird in einer ersten Phase des Crashvorganges zunächst das Material des Ringkörpers vollständig bis zu seiner Bruchbelastungsgrenze für die Energieumwandlung ausgeschöpft, ehe in einer zweiten Phase die Energieumwandlung in Verformungsarbeit am Material des umschließenden Hohlprofilkörpers vollendet wird. Der Ringkörper ist damit das vorrangige Aktionselement bei der Energieumwandlung am Crashelement.In the solution according to the invention, in a first phase of the crash process, first the material of the ring body is fully exhausted until its breaking load limit for the energy conversion, before the energy conversion into deformation work on the material of the enclosing hollow profile body is completed in a second phase. The ring body is thus the primary action element in the energy conversion at the crash element.

Außerdem wird während des Eindringens des Treibkörpers im Bereich des vom Ringkörper umschlossenen Hohlprofilkörpers eine besonders große Druckraft zwischen dem Treibkörper und dem Hohlprofilkörper aufgebaut, die eine starke Reibung zwischen der Mantelfläche des Treibkörpers und der inneren Mantelfläche des Hohlprofilkörpers bewirkt. Diese Reibung dissipiert einen weiteren erheblichen Teil der Aufprallenergie durch Umwandlung in thermische Energie.In addition, a particularly large pressure force between the drive body and the hollow profile body is constructed during the penetration of the drive body in the area enclosed by the annular body hollow profile body, which causes a strong friction between the lateral surface of the drive body and the inner circumferential surface of the hollow profile body. This friction dissipates another significant portion of the impact energy by converting it into thermal energy.

Im Ergebnis realisiert das Crashelement eine verbesserte Energieumwandlung, die aus der Kombination gezielt freisetzbarer Bruchenergie und der intensiven Nutzung von Reibungsenergie resultiert.As a result, the crash element realizes an improved energy conversion, which results from the combination of deliberately releasable fracture energy and the intensive use of friction energy.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 17, der nachfolgenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen hervor.Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims 2 to 17, the following description and the accompanying drawings.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Treibkörper im Bezug auf dessen Vortrieb einen dem ersten Aufweitungsabschnitt nachfolgend angeordneten zweiten Aufweitungsabschnitt auf, dessen Aufweitungsquerschnitt derart in seiner Größe bestimmt ist, dass beim Eintreiben des Treibkörpers die Bruchdehnung des Hohlprofilkörpers überschritten wird.In a preferred embodiment, the drive body in relation to its propulsion on a second expansion portion arranged downstream of the first expansion portion, whose expansion cross-section so determined in size is that when driving the drive body, the breaking elongation of the hollow profile body is exceeded.

Dadurch wird unter der weiteren Einwirkung der radialen Kraftkomponente der Prallkraft nachfolgend – d. h. nach dem Absprengen des Ringkörpers – die auf den Hohlprofilkörper wirkende Zugspannung weiter erhöht, so dass der Hohlprofilkörper bis zu seiner Bruchdehnungsgrenze gedehnt und mit Überschreiten des Grenzwertes der Dehnung aufgerissen und zerstört wird, wobei die maximal mögliche Bruchenergie des gesamten Crashelementes freigesetzt wird.As a result, under the further action of the radial force component of the impact force - d. H. after the ring body has been broken off - the tensile stress acting on the hollow profile body is further increased, so that the hollow profile body is stretched to its ultimate breaking point and torn open and destroyed as the elongation limit is exceeded, and the maximum possible energy of fracture of the entire crash element is released.

Damit wird eine signifikante Steigerung der Energie-Masse-Effizienz durch Ausschöpfung der am Crashelement freisetzbaren Bruchenergie erzielt und somit die Energiedissipation noch effizienter realisiert.Thus, a significant increase in the energy-mass efficiency is achieved by exhausting the fracture energy releasable at the crash element and thus realizes the energy dissipation even more efficiently.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Ringkörper einen höheren Grenzwert der Zugfestigkeit (Reißfestigkeit) als der Hohlprofilkörper auf. Hiernach verfügt der Ringkörper unter Einwirkung einer Zugspannung neben einer geringeren Dehnbarkeit zugleich über eine höhere Festigkeit als der Hohlprofilkörper. D. h. der Ringkörper ist steifer und zugleich fester als der Hohlprofilkörper beschaffen. Damit kann vom Ringkörper, als vorrangiges Aktionselement bei der Energieumwandlung am Crashelement, eine größere Kraft aufgenommen bzw. mehr Energie umgewandelt werden, was folglich die Gesamtbilanz der Energieaufnahme im Verhältnis zur Gesamtmasse des Crashelementes weiter verbessert.In an advantageous embodiment, the annular body has a higher limit of tensile strength (tear resistance) than the hollow profile body. Thereafter, the ring body under the action of a tensile stress in addition to a lower elasticity at the same time has a higher strength than the hollow profile body. Ie. the ring body is stiffer and at the same time harder than the hollow profile body. This can be taken from the ring body, as a priority action element in the energy conversion at the crash element, a greater force or more energy to be converted, which consequently further improves the overall balance of the energy consumption in relation to the total mass of the crash element.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ringkörper aus Faserverbundmaterial gebildet. Das massearme Faserverbundmaterial trägt einerseits zur Massenersparnis am Crashelement bei. Außerdem weisen die Fasern des Faserverbundmaterials eine hohe Steifigkeit und unter Zugspannung eine hohe Festigkeit, respektive eine hohe Reißfestigkeit, auf. Der Ringkörper aus Faserverbundmaterial realisiert beim Crashen unter Auflösung des Faserverbundes mit gleichzeitig einer Vielzahl von Faserbrüchen eine besonders hohe Kraftaufnahme. Mit Überschreiten der Bruchspannung des Matrixmaterials und der Fasern des Ringkörpers wird bei zugleich geringer Masse eine große Bruchenergie freigesetzt.In a particularly advantageous embodiment of the annular body is formed of fiber composite material. On the one hand, the low-mass fiber composite material contributes to mass savings on the crash element. In addition, the fibers of the fiber composite material have a high rigidity and under tension a high strength, respectively a high tensile strength on. The annular body made of fiber composite realizes during crashing under dissolution of the fiber composite with a large number of fiber breaks a particularly high power consumption. When the fracture stress of the matrix material and the fibers of the ring body is exceeded, a large fracture energy is released while the mass is low.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Fasern des Faserverbundmaterials im Wesentlichen in Umlaufrichtung des Ringkörpers endlos gewickelt angeordnet. In dieser ringförmigen Anordnung der Fasern des Faserverbundmaterials unterliegen im Wesentlichen alle Fasern unter Einwirkung der Zugspannung einer einachsigen Belastung und sind dadurch gleichermaßen und vollständig beim Bruch des Ringkörpers beteiligt, so dass die gesamte verfügbare Bruchspannung der Fasern vollständig zur Energieumwandlung ausgenutzt werden kann.In a further advantageous embodiment, the fibers of the fiber composite material are arranged wound substantially endlessly in the direction of rotation of the ring body. In this annular arrangement of the fibers of the fiber composite material, substantially all fibers undergo uniaxial stress under the action of tensile stress and are thus equally and fully involved in rupture of the toroidal body, so that the total available breaking stress of the fibers can be fully utilized for energy conversion.

Vorzugsweise werden bei dem Faserverbundmaterial des Ringkörpers hochfeste Kohlenstofffasern verwendet, die eine besonders hohe Reißfestigkeit aufweisen.Preferably, in the fiber composite material of the ring body high-strength carbon fibers are used, which have a particularly high tensile strength.

Durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen unter Verwendung von Faserverbundmaterial für den Ringkörper wird ein deutlich höheres Energieaufnahmevermögen bezogen auf das Gewicht des Crashelementes, auch bezeichnet als Energie-Masse-Effizienz, gegenüber den bekannten Crashelementen erzielt. Das durch diese Ausgestaltung der Erfindung erzielte Energieaufnahmevermögen des Crashelementes kann ca. 30 J/g und mehr betragen.By the measures described above using fiber composite material for the annular body, a significantly higher energy absorption capacity based on the weight of the crash element, also referred to as energy-mass efficiency, achieved over the known crash elements. The energy absorption capacity of the crash element achieved by this embodiment of the invention can be about 30 J / g and more.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Ringkörper in einer Presspassung mit dem Hohlprofilkörper verbunden. Die stoffschlussfreie Verbindung des Ringkörpers mit dem Hohlprofilkörper unterstützt das für den Hohlprofilkörper weitestgehend zerstörungsfreie Absprengen des Ringkörpers. Die Presspassung kann beispielsweise durch thermisches Aufschrumpfen des Ringkörpers auf den Hohlprofilkörper hergestellt werden.In a particularly advantageous embodiment of the annular body is connected in a press fit with the hollow profile body. The material-free connection of the ring body with the hollow profile body supports the most part for the hollow profile body nondestructive blasting of the ring body. The interference fit can be produced for example by thermal shrinkage of the annular body on the hollow profile body.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung ist der Treibkörper zumindest abschnittsweise rotationssymmetrisch und der Hohlprofilkörper hohlzylindrisch ausgebildet. Dadurch erfolgt eine umlaufend homogene Kraftübertragung vom Treibkörper auf den Hohlprofilkörper und den koaxial auf dem Hohlprofilkörper sitzenden Ringkörper.In a particularly favorable embodiment, the drive body is at least partially rotationally symmetrical and the hollow profile body is formed as a hollow cylinder. As a result, a circumferentially homogeneous force transmission from the drive body to the hollow profile body and the coaxially seated on the hollow profile body annular body.

Weist der Ringkörper einen rechteckigen oder einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Ringquerschnitt auf, erfolgt beim Crashen eine besonders gleichmäßige Verteilung der Zugbelastung über den gesamten Querschnitt des Ringkörpers.If the annular body has a rectangular or a substantially semicircular annular cross-section, a particularly uniform distribution of the tensile load over the entire cross-section of the annular body takes place during the crash.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind entlang der Längsachse des Hohlprofilkörpers mehrere zueinander axial beabstandete Ringkörper angeordnet. Die Verteilung von mehreren Ringkörpern längs des Hohlprofilkörpers hat den Vorteil, dass über den Crashweg eine quasi-kontinuierliche Kraftaufnahme mit einem gewünschten Verlauf der Kraft-Weg-Funktion beliebig eingestellt werden kann. Insbesondere kann auch über die Wahl des Abstandsmaßes zwischen den Ringkörpern ein gewünschter Kraftaufnahmeverlauf eingestellt werden.In a preferred embodiment of the invention a plurality of mutually axially spaced annular body are arranged along the longitudinal axis of the hollow profile body. The distribution of a plurality of annular bodies along the hollow profile body has the advantage that over the crash path a quasi-continuous force absorption can be set arbitrarily with a desired course of the force-displacement function. In particular, it is also possible to set a desired force absorption profile via the choice of the distance dimension between the ring bodies.

Außerdem verhindern die Abstände zwischen den Ringkörpern, dass der jeweils nachfolgend benachbarte Ringkörper beim Absprengen eines vorausgehenden Ringkörpers vorzeitig beschädigt wird.In addition, the distances between the annular bodies prevent the respectively adjacent annular body from being prematurely damaged when a preceding annular body is blown off.

Aus der Anordnung mehrerer Ringkörper entlang der Längsachse des Hohlprofilkörpers ergeben sich weitere Vorteile dahingehend, dass die Ringkörper zur Versteifung des Hohlprofilkörpers beitragen, so dass das Crashelement bei geringem Gewicht einen höheren Widerstand gegen die Druckbelastung durch die axiale Kraftkomponente der Prallkraft aufweist. Die Ringkörper gewährleisten eine besondere Sicherung des Hohlprofilkörpers gegen Knicken und Beulen. Das Crashelement erfährt damit zusätzlich die Eignung, eine konstruktive Tragfunktion zu übernehmen. Es kann beispielsweise als Träger eines Fahrzeugteils oder eines Fahrwerkes verwendet werden. From the arrangement of a plurality of annular bodies along the longitudinal axis of the hollow profile body further advantages result in that the annular body contribute to the stiffening of the hollow profile body, so that the crash element has a higher resistance to the pressure load by the axial force component of the impact force at low weight. The ring body ensure a special assurance of the hollow profile body against kinking and bumps. The crash element thus additionally experiences the suitability of assuming a structural support function. It can be used for example as a carrier of a vehicle part or a chassis.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die entlang des Hohlprofilkörpers angeordneten Ringkörper verschieden ausgebildet sind, vorzugsweise einen unterschiedlichen Ringquerschnitt aufweisen und/oder aus einem verschiedenen Material gebildet sind.Moreover, it is advantageous if the annular bodies arranged along the hollow profile body are designed differently, preferably have a different annular cross-section and / or are formed from a different material.

Mit der Wahl des Querschnitts und des Materials der einzelnen Ringkörper stehen zusätzliche Stellparameter zur Einstellung des gewünschten Kraftaufnahmeverlaufes zur Verfügung. Auf diese Weise ist je nach Anwendungsfall eine Kraft-Weg-Funktion mit annähernd konstanten, steigenden oder fallenden Krafteintrag einstellbar. So bewirkt die Anordnung von zunehmend dickeren Ringkörpern in Richtung der einwirkenden Prallkraft einen progressiven Anstieg der Kraft-Weg-Funktion.With the choice of the cross section and the material of the individual ring body are additional adjustment parameters for setting the desired power consumption curve available. In this way, depending on the application, a force-displacement function with approximately constant, increasing or decreasing force input adjustable. Thus, the arrangement of increasingly thicker ring bodies in the direction of the acting impact force causes a progressive increase in the force-displacement function.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Aufweitungsabschnitt des Treibkörpers einen linear zunehmenden Aufweitungsquerschnitt aufweist. Damit wird ein konisch geformter Aufweitungsabschnitt mit einem entgegen der Vortriebsrichtung des Treibkörpers stetig anwachsenden Aufweitungsquerschnitt bereitgestellt, der einen gleichförmig ansteigenden Krafteintrag auf den Hohlprofilkörper und den Ringkörper realisiert. Zudem gewährleistet diese Gestaltung, dass der Hohlprofilkörper bei der Dehnung keine wesentliche Ablenkung erfährt, wodurch ein unbehindertes Absprengen des Ringkörpers ermöglicht wird.It is particularly advantageous if the first widening section of the drive body has a linearly increasing widening cross section. Thus, a conically shaped widening section is provided with a widening cross-section which steadily increases counter to the advancing direction of the driving body and realizes a uniformly increasing force input onto the hollow profiled body and the annular body. In addition, this design ensures that the hollow profile body undergoes no significant deflection during elongation, whereby an unobstructed blasting of the ring body is made possible.

Weist der zweite Aufweitungsabschnitt des Treibkörpers, welcher bezogen auf den Vortrieb dem ersten Aufweitungsabschnitt nachfolgend angeordnet, einen parabelförmig oder kreisbogenförmig zunehmenden Aufweitungsquerschnitt auf, wird ein konkav geformter Aufweitungsabschnitt ausgebildet, an dem der Hohlprofilkörper nach dem Absprengen des Ringkörpers durch Umlenkung oder Umstülpung deformiert werden kann.If the second widening section of the drive body, which, with respect to the drive, is arranged following the first widening section, has a widening cross-section that is parabolic or circular, a concave widened section is formed on which the hollow profile body can be deformed after the ring body has been broken off by deflection or everting.

Vorzugsweise besteht das Material des Treibkörpers aus einem gehärteten Metall, so dass der Treibkörper eine hohe Festigkeit gegenüber dem Hohlprofilkörper und dem Ringkörper aufweist und der axialen und radialen Crashbelastung beim Aufweiten dauerhaft standhält.Preferably, the material of the drive body made of a hardened metal, so that the drive body has a high strength against the hollow profile body and the annular body and the axial and radial crash load during expansion permanently withstand.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die äußere Mantelfläche des Treibkörpers und die innere Mantelfläche des Hohlprofilkörpers zumindest abschnittsweise eine derartige Rauhigkeit auf, dass ein Reibungskoeffizient von 0,1 bis 10 erzielbar ist. Durch die Oberflächeneigenschaften des Treibkörpers und des Hohlprofilkörpers kann die zwischen ihnen wirkende Reibungskraft eingestellt werden und die Aufprallenergie in einem gezielten Maße in Reibung und thermische Energie umgewandelt werden. Vorzugsweise wird die Reibungskraft so eingestellt, dass beim Crashvorgang ein Reibungskoeffizient, als Maß für das Verhältnis der Reibungskraft zur Normalkraft, von 0,1 bis 10 erzielbar ist.In an advantageous development of the invention, the outer lateral surface of the driving body and the inner circumferential surface of the hollow profile body at least partially on such a roughness that a coefficient of friction of 0.1 to 10 can be achieved. Due to the surface properties of the drive body and the hollow profile body, the frictional force acting between them can be adjusted and the impact energy can be converted to a specific extent in friction and thermal energy. Preferably, the friction force is adjusted so that a coefficient of friction, as a measure of the ratio of the friction force to the normal force, of 0.1 to 10 can be achieved in the crash process.

Ist der Treibkörper mittels einer Presspassung am Hohlprofilkörper fixiert, kann der Treibkörper unter der Vorspannung der Presspassung vor dem Auslösen des Crashvorgangs eigenständig am Hohlprofilkörper platziert werden. Damit können Befestigungsmittel zur koaxialen Halterung des Treibkörpers entfallen, was zu einer weiteren Masseersparnis des Crashelementes führt. Der Presssitz kann beispielsweise durch eine Schrumpfverbindung zwischen Hohlprofilkörper und Treibkörper erzeugt werden.If the drive body fixed by means of a press fit on the hollow profile body, the drive body can be placed under the bias of the interference fit before the triggering of the crash independently on the hollow profile body. This can be omitted fastening means for coaxial mounting of the drive body, resulting in a further mass savings of the crash element. The interference fit can be generated for example by a shrinkage connection between hollow profile body and propellant body.

Ist der Hohlprofilkörper aus Faserverbundmaterial gebildet, ergibt sich eine weitere vorteilhafte Gewichtsreduzierung des Crashelementes in Richtung Leichtbauweise und damit eine weitere Steigerung der Energie-Masse-Effizienz.If the hollow profile body formed from fiber composite material, there is a further advantageous weight reduction of the crash element in the direction of lightweight construction and thus a further increase in the energy-mass efficiency.

Vorteilhafter Weise sind die Fasern des Faserverbundmaterials des Hohlprofilkörpers zumindest teilweise in einem Wickelverbund ausgebildet, bei dem der Wickelwinkel der Faseranordnung zur Längsachse des Hohlprofilkörpers 5° bis 55° beträgt.Advantageously, the fibers of the fiber composite material of the hollow profile body are at least partially formed in a winding composite in which the winding angle of the fiber arrangement to the longitudinal axis of the hollow profile body is 5 ° to 55 °.

Hierdurch wird beim Aufweitungsvorgang eine Rissausbreitung in Längsrichtung des Hohlprofilkörpers vermieden.As a result, a crack propagation in the longitudinal direction of the hollow profile body is avoided during the expansion process.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in einer schematischen Darstellung inThe device according to the invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawings show in a schematic representation in FIG

1 eine Längsschnittansicht einer Vorrichtung mit einem Crashelement aus einem Rohrkörper mit mehreren den Rohrkörper umschließenden Ringkörpern, 1 a longitudinal sectional view of a device with a crash element of a tubular body with a plurality of the tubular body enclosing ring bodies,

2 eine Querschnittansicht des Crashelementes nach 1, 2 a cross-sectional view of the crash element after 1 .

3 eine Prinzipdarstellung eines in Längsschnittansicht angedeuteten Rohrkörpers mit verschiedenartigen Ringkörpern, 3 a schematic representation of a direction indicated in longitudinal section view tubular body with different ring bodies,

4a bis 4e ausgewählte Darstellungen der Verlaufsphasen eines Crashvorganges am Crashelement nach 1 mit sechs Ringkörpern, 4a to 4e Selected representations of the course phases of a crash on the crash element 1 with six ring bodies,

5 ein Kraft-Weg-Diagramm des Crashvorganges nach 4, 5 a force-displacement diagram of the crash after 4 .

6 ein Spannungs-Dehnungsdiagramm mit den Kennlinien der Materialien des Rohrkörpers und der Ringkörper nach 1. 6 a stress-strain diagram with the characteristics of the materials of the tubular body and the ring body after 1 ,

In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umwandlung von Aufprallenergie mit einem Crashelement 1 und einem Treibkörper 2 dargestellt. Das Crashelement 1 weist neben einem längserstreckten Hohlprofilkörper 3, der in diesem Ausführungsbeispiel als ein hohlzylindrischer Rohrkörper 3 ausgebildet ist, außerdem zehn Ringkörper 4.1 bis 4.10 auf, die den Rohrkörper 3 in seinem äußeren Rohrumfang koaxial umschließen. Die Ringkörper 4.1 bis 4.10 sind gleich groß und haben eine identische rechteckige Querschnittsform. Sie sind zueinander gleichmäßig beabstandet am Umfang des Rohrkörpers 3 angeordnet und auf diesen aufgeschrumpft.In 1 is a device according to the invention for the conversion of impact energy with a crash element 1 and a drive body 2 shown. The crash element 1 has in addition to an elongated hollow profile body 3 in this embodiment as a hollow cylindrical tubular body 3 is formed, also ten ring body 4.1 to 4.10 on that the tube body 3 Coaxially surround in its outer tube circumference. The ring body 4.1 to 4.10 are the same size and have an identical rectangular cross-sectional shape. They are mutually equally spaced on the circumference of the tubular body 3 arranged and shrunk on this.

An einem hinteren – zeichnungstechnisch unteren – Ende ist der Rohrkörper 3 mit einem schematisch dargestellten Festlager 5 beispielsweise an einem nicht ersichtlichen Querträger eines Kraftfahrzeuges befestigt, das von einem Aufprall abzuschirmen ist.At a rear - drawing technically lower - end is the tubular body 3 with a schematically illustrated fixed bearing 5 For example, attached to an unillustrated cross member of a motor vehicle, which is to be shielded from an impact.

Am gegenüberliegenden vorderen – zeichnungstechnisch oberen – Ende des Rohrkörpers 3 ist der Treibkörper 2 angeordnet. Der Treibkörper 2 hat im vorderen Bereich einen zylindrischen Führungsabschnitt 6 mit einem in seiner Längserstreckung gleichbleibenden kreisrunden Querschnitt, der korrespondierend zum kreisrunden lichten Rohrquerschnitt des Rohrkörpers 3 ausgebildet ist. Mit diesem Führungsabschnitt 6 ist der Treibkörper 2 koaxial im Rohrkörper 3 geführt. Im Ausführungsbeispiel weist der Querschnitt des Führungsabschnittes 6 zwecks Realisierung einer Presspassung ein geringfügiges Übermaß über dem lichten Rohrquerschnitt des Rohrkörpers 3 auf. Mittels des Presssitzes zwischen dem Führungsabschnitt 6 und dem Rohrkörper 3 ist der Treibkörper 2 in seiner Position fixiert, so dass keine zusätzlichen Befestigungsmittel erforderlich sind.At the opposite front - drawing technically upper - end of the tubular body 3 is the drive body 2 arranged. The propellant body 2 has a cylindrical guide section in the front area 6 with a constant in its longitudinal extent circular cross section, which corresponds to the circular clear tube cross section of the tubular body 3 is trained. With this leadership section 6 is the drive body 2 coaxial in the tubular body 3 guided. In the exemplary embodiment, the cross section of the guide section 6 for the realization of a press fit, a slight excess over the clear pipe cross-section of the tubular body 3 on. By means of the press fit between the guide section 6 and the tubular body 3 is the drive body 2 fixed in position so that no additional fasteners are required.

Der Treibkörper 2 weist außerdem ein flächiges Kopfteil 7 auf, der für die Aufnahme einer plötzlich einwirkenden Prallkraft P zur Verfügung steht, die infolge eines Aufpralls des Kraftfahrzeuges entsteht. Zwecks Absorption bzw. Umwandlung der kinetischen Energie des Aufpralls wird der bewegliche Treibkörper 2 axial entlang der Rohrlängsachse 8 in Vortriebsrichtung 9 in den Rohrkörper 3 vorgetrieben.The propellant body 2 also has a flat headboard 7 on, which is available for receiving a sudden acting impact force P, which arises as a result of an impact of the motor vehicle. For the purpose of absorbing or converting the kinetic energy of the impact, the mobile propellant becomes 2 axially along the tube longitudinal axis 8th in the direction of advance 9 in the tubular body 3 propelled.

An den Führungsabschnitt 6 des Treibkörpers 2 schließt sich in Vortriebsrichtung 9 nachfolgend ein erster, kegelstumpfförmiger Aufweitungsabschnitt 10 an. In diesem ersten Aufweitungsabschnitt 10 hat der Treibkörper 2 ebenfalls einen kreisrunden Aufweitungsquerschnitt, dessen Durchmesser jedoch größer als der Durchmesser des Querschnittes im Führungsabschnitt 6 ist, wobei der Aufweitungsquerschnitt des ersten Aufweitungsabschnitts 10 entgegen der Vortriebsrichtung 9 stetig und linear zunimmt.At the guide section 6 of the drive body 2 closes in the direction of advance 9 below a first, frusto-conical expansion section 10 at. In this first expansion section 10 has the drive body 2 also a circular expansion cross-section, but whose diameter is greater than the diameter of the cross section in the guide section 6 is, wherein the widening cross section of the first expansion section 10 against the advancing direction 9 increasing steadily and linearly.

An den ersten Aufweitungsabschnitt 10 schließt sich in Vortriebrichtung 9 nachfolgend ein zweiter Aufweitungsabschnitt 11 des Treibkörpers 2 mit einem ebenfalls kreisrunden Aufweitungsquerschnitt an. Dieser Aufweitungsquerschnitt hat wiederum einen größeren Durchmesser als der Durchmesser des Aufweitungsquerschnittes des ersten Aufweitungsabschnittes 10, wobei der Aufweitungsquerschnitt des zweiten Aufweitungsabschnitts 11 kreisbogenförmig zunimmt. Der zweite Aufweitungsabschnitt 11 läuft zum Kopfteil 7 des Treibkörpers 2 hin radial aus.At the first expansion section 10 closes in Vortriebrichtung 9 following a second expansion section 11 of the drive body 2 with a likewise circular expansion cross section. This widening cross section in turn has a larger diameter than the diameter of the widening cross section of the first widening section 10 wherein the widening cross section of the second widening section 11 circular arc increases. The second expansion section 11 runs to the headboard 7 of the drive body 2 out radially.

Der Rohrkörper 3 besteht aus einem Faserverbundwerkstoff mit geflochtenen Glasfasern, die im Flechtverbund in einem Flechtwinkel zur Rohrlängsachse 8 von ca. 15° angeordnet sind. Die Ringkörper 4.1 bis 4.10 bestehen aus Faserverbundwerkstoff mit hochfesten Kohlenstofffasern, wobei die Fasern des Faserverbundmaterials in Umlaufrichtung des Ringkörpers 4.1 bis 4.10 endlos gewickelt angeordnet sind.The pipe body 3 consists of a fiber composite material with braided glass fibers in the braided composite in a braid angle to the tube longitudinal axis 8th are arranged by about 15 °. The ring body 4.1 to 4.10 consist of fiber composite material with high-strength carbon fibers, wherein the fibers of the fiber composite material in the circumferential direction of the annular body 4.1 to 4.10 are arranged endlessly wound.

2 verdeutlicht in einer Querschnittsansicht des Crashelementes 1 die Anordnung der Ringkörper 4.1 bis 4.10 am Rohrkörper 3 und den Faserverlauf 12 in den Ringkörpern 4.1 bis 4.10. 2 illustrated in a cross-sectional view of the crash element 1 the arrangement of the ring body 4.1 to 4.10 on the pipe body 3 and the grain 12 in the ring bodies 4.1 to 4.10 ,

Die Größe des Aufweitungsquerschnitts des ersten Aufweitungsabschnitts 10 des Treibkörpers 2 ist so auf den Grenzwert der Dehnung (Bruchdehnung) der Ringkörper 4.1 bis 4.10 abgestimmt, dass beim Eintreiben des ersten Aufweitungsabschnittes 10 des Treibkörpers 2 in den Rohrkörper 3 und Passieren der Ringkörper 4.1 bis 4.10 jeweils deren Bruchdehnung überschritten wird und die Ringkörper 4.1 bis 4.10 nacheinander abgesprengt werden. Der Grenzwert der Bruchdehnung der Ringkörper 4.1 bis 4.10 ist u. a. vom Material, der Querschnittsform und -größe der Ringkörper 4.1 bis 4.10 abhängig. Der Wert der Bruchdehnung der Ringkörper 4.1 bis 4.10 und die entsprechende geometrische Auslegung des ersten Aufweitungsabschnittes 10 kann analytisch oder mit Hilfe gängiger numerischer Methoden ermittelt werden.The size of the expansion cross section of the first expansion section 10 of the drive body 2 is so on the limit of elongation (elongation at break) of the ring body 4.1 to 4.10 matched that when driving the first expansion section 10 of the drive body 2 in the tubular body 3 and passing the ring bodies 4.1 to 4.10 each elongation at break is exceeded and the ring body 4.1 to 4.10 be blown off one after the other. The limit of the elongation at break of the ring body 4.1 to 4.10 is among other things of the material, the cross-sectional shape and size of the ring body 4.1 to 4.10 dependent. The value of the breaking elongation of the ring body 4.1 to 4.10 and the corresponding geometric design of the first expansion section 10 can analytically or be determined using common numerical methods.

Die Größe des Aufweitungsquerschnitts des zweiten Aufweitungsabschnitts 11 ist so auf den Grenzwert der Dehnung (Bruchdehnung) des Rohrkörpers 3 abgestimmt, dass beim Passieren des zweiten Aufweitungsabschnittes 11 im Rohrkörper 3 die Bruchdehnung des Rohrkörpers 3 überschritten wird und der Rohrkörper 3 zerstört wird.The size of the expansion cross section of the second expansion section 11 is so on the limit of elongation (elongation at break) of the tubular body 3 agreed that when passing the second expansion section 11 in the tube body 3 the breaking elongation of the tubular body 3 is exceeded and the tubular body 3 gets destroyed.

Der Grenzwert der Bruchdehnung des Rohrkörpers 3 ist u. a. vom Material, der Querschnittsform und -größe des Rohrkörpers 3 abhängig. Der Wert der Bruchdehnung des Rohrkörpers 3 und die entsprechende geometrische Auslegung des zweiten Aufweitungsabschnittes 11 kann analytisch oder numerisch ermittelt werden.The limit of the breaking elongation of the tubular body 3 is among other things of the material, the cross-sectional shape and size of the tubular body 3 dependent. The value of the breaking elongation of the tubular body 3 and the corresponding geometric design of the second expansion section 11 can be determined analytically or numerically.

Alternativ zu den Ringkörpern 4.1 bis 4.10 nach 1 und 2 zeigt die Prinzipdarstellung nach 3 beispielhaft verschiedene Möglichkeiten von Querschnittsformen und -größen von Ringkörpern 4, die entsprechend des gewünschten Gegenkraftverlaufes während des Crashvorganges entlang des Rohrkörpers 3 in beliebiger Auswahl und axialen Abständen zueinander angeordnet werden können.Alternative to the ring bodies 4.1 to 4.10 to 1 and 2 shows the schematic representation 3 exemplary different possibilities of cross-sectional shapes and sizes of ring bodies 4 , which correspond to the desired counterforce course during the crash process along the tubular body 3 can be arranged in any selection and axial distances from each other.

Die Ringkörper 4 bilden durch die Materialwahl, der Wahl ihrer Formgebung und ihrer Anordnung zueinander entlang des Rohrkörpers 3 einen sehr wirksamen Stellparameter des Kraftverlaufes und der Energieabsorption.The ring body 4 form through the choice of materials, the choice of their shape and their arrangement to each other along the pipe body 3 a very effective setting parameter of the force curve and the energy absorption.

Anhand der Verlaufsphasen eines Crashvorganges, dargestellt nach 4a bis 4e, wird die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher beschrieben. Der zeichnerischen Vereinfachung halber ist das Crashelement 1 mit dem Treibkörper 2 entlang der Rohrlängsachse 8 halbseitig und im Unterschied zum Crashelement 1 nach 1 mit sechs Ringkörpern 4.1 bis 4.6 dargestellt. Die Ringkörper 4.1 bis 4.6 sind in Form und Material gleichartig jedoch in einem in Vortriebsrichtung 9 des Treibkörpers 2 geringer werdenden Abstand zueinander angeordnet.Based on the course phases of a crash, shown after 4a to 4e , the function of the device according to the invention will be described in more detail. For the sake of simplicity of drawing, this is the crash element 1 with the drive body 2 along the tube longitudinal axis 8th half-sided and unlike the crash element 1 to 1 with six ring bodies 4.1 to 4.6 shown. The ring body 4.1 to 4.6 are similar in shape and material but in a direction of advance 9 of the drive body 2 decreasing distance from each other.

4a zeigt die Ausgangssituation der Vorrichtung mit dem unversehrten Crashelement 1 vor dem Crash. Der Treibkörper 2 sitzt mit seinem Führungsabschnitt 6 koaxial im lichten Rohrquerschnitt des Rohrkörpers 3 und ist in dieser Position mittels der Presspassung zwischen dem Führungsabschnitt 6 und dem Rohrkörper 3 fixiert. Der Führungsabschnitt 6 gewährleistet den Halt und die Führung des Treibkörpers 2 im Rohrkörper 3 während des Crashvorganges. 4a shows the initial situation of the device with the intact crash element 1 before the crash. The propellant body 2 sits with his leadership section 6 coaxial in the clear tube cross section of the tubular body 3 and is in this position by means of the press fit between the guide portion 6 and the tubular body 3 fixed. The guide section 6 ensures the grip and the leadership of the drive body 2 in the tube body 3 during the crash process.

Die bei einem Crash auf das Kopfteil 7 des Treibkörpers 2 einwirkende Prallkraft P treibt den Treibkörper 2 in den Rohrkörper 3 ein, wobei der Treibkörper 2 durch den Führungsabschnitt 6 im Rohrkörper 3 axial geführt wird (vgl. 4b). Dadurch passiert der erste Aufweitungsabschnitt 10 den oberen Rand 13 des Rohrkörpers 3 mit dem ersten Ringkörper 4.1. Die axiale Prallkraft P baut infolge des größeren Aufweitungsquerschnittes des Aufweitungsabschnitts 10 eine enorme Druckkraft auf den Rohrkörper 3 und den Ringkörper 4.1 auf, wodurch der Rand 13 des Rohrkörpers 3 und der Ringkörper 4.1 einer tangentialen Zugspannung unterliegen und gleichmäßig aufgeweitet werden.The one in a crash on the headboard 7 of the drive body 2 acting impact force P drives the propellant body 2 in the tubular body 3 one, the propellant body 2 through the guide section 6 in the tube body 3 is guided axially (see. 4b ). This happens the first expansion section 10 the top edge 13 of the tubular body 3 with the first ring body 4.1 , The axial impact force P builds due to the larger widening cross section of the expansion section 10 an enormous pressure on the tube body 3 and the ring body 4.1 on, causing the edge 13 of the tubular body 3 and the ring body 4.1 subject to a tangential tension and be widened uniformly.

Die Dehnung des Ringkörpers 4.1 ist infolge der koaxialen Anordnung und rotationssymmetrischen Geometrie des Treibkörpers 2 besonders homogen, so dass alle Fasern des Faserverbundmaterials des Ringkörpers 4.1 nahezu gleichmäßig und umfassend zugbelastet sind.The elongation of the ring body 4.1 is due to the coaxial arrangement and rotationally symmetric geometry of the drive body 2 particularly homogeneous, so that all fibers of the fiber composite material of the annular body 4.1 almost uniformly and extensively tensioned.

Der Rand 13 des Rohrkörpers 3 und der erste Ringkörper 4.1 werden infolge des zunehmenden Aufweitungsquerschnittes des Aufweitungsabschnitts 10 weiter gedehnt, bis der erste Ringkörper 4.1 seine Bruchdehnungsgrenze erreicht hat. Mit Überschreiten der Bruchdehnung wird dieser Ringkörper 4.1 vom Rohrkörper 3 abgesprengt, wobei die Bruchenergie nahezu aller Fasern des Faserverbundmaterials des Ringkörpers 4.1 gleichzeitig freigesetzt wird (vgl. 4c). Damit kann die auf die Vorrichtung einwirkende kinetische Energie in ein Höchstmaß an Bruchenergie umgewandelt werden. In dieser Phase erreicht die auf den Rohrkörper 3 einwirkende Zugspannung noch nicht die höhere Bruchdehnungsgrenze des Rohrkörpers 3, so dass der Rand 13 des Rohrkörper 3 vorläufig riss- und bruchfrei bleibt. Auch die Schrumpfverbindung des Ringkörpers 4.1 mit dem Rohrkörper 3 verhindert eine vorzeitige Beschädigung des Rohrkörpers 3 durch das Absprengen des Ringkörpers 4.1. Damit wird gewährleistet, dass zunächst die mögliche Bruchenergie des Ringkörpers 4.1 zur Energieumwandlung ausgeschöpft wird, bevor die Energieumwandlung am Rohrkörper 3 fortgesetzt wird.The edge 13 of the tubular body 3 and the first ring body 4.1 become due to the increasing expansion cross section of the expansion section 10 further stretched until the first ring body 4.1 has reached its breaking strain limit. When the elongation at break is exceeded, this annular body 4.1 from the pipe body 3 blasted off, wherein the fracture energy of almost all fibers of the fiber composite material of the annular body 4.1 released at the same time (cf. 4c ). Thus, the force acting on the device kinetic energy can be converted into a maximum of fracture energy. In this phase reaches the on the tubular body 3 tensile stress does not yet affect the higher ultimate tensile strength of the tubular body 3 so that the edge 13 of the tubular body 3 provisionally remains crack and break free. Also, the shrinkage of the ring body 4.1 with the tubular body 3 prevents premature damage to the pipe body 3 by the blowing off of the ring body 4.1 , This ensures that, first, the possible fracture energy of the ring body 4.1 for energy conversion is exhausted before the energy conversion at the tubular body 3 will continue.

Die auf den Rohrkörper 3 und den Ringkörper 4.1 ausgeübte Druckkraft bewirkt außerdem eine hohe Reibung zwischen der äußeren Mantelfläche 14 des Treibkörpers 2 und der inneren Mantelfläche 15 des Rohrkörpers 3, welche zu einer Erwärmung des Treibkörpers 2 und des Rohrkörpers 3 führt und somit einen signifikanten Anteil der kinetischen Energie in Wärmeenergie umwandelt.The on the tubular body 3 and the ring body 4.1 exerted pressure force also causes a high friction between the outer surface 14 of the drive body 2 and the inner surface 15 of the tubular body 3 , which leads to a warming of the driving body 2 and the tubular body 3 leads and thus converts a significant portion of the kinetic energy into heat energy.

Aus 4d ist ersichtlich, wie nachfolgend der erste Aufweitungsabschnitt 10 des Treibkörpers 2 den Abschnitt des Rohrkörpers 3 mit dem zweiten Ringkörper 4.2 passiert und diesen Ringkörper 4.2 mit dem zugehörigen Rohrabschnitt aufweitet. Gleichzeitig passiert der zweite Aufweitungsabschnitt 11 des Treibkörpers 2 den Rand 13 des Rohrkörpers 3 und setzt mit seinem zunehmenden Aufweitungsquerschnitt die Dehnung und Verformung des Rohrkörpers 3 fort, wobei ein weiterer hoher Anteil an Energie in Verformungsarbeit am Rohrkörper 3 umgewandelt wird.Out 4d is apparent, as follows, the first expansion section 10 of the drive body 2 the section of the tubular body 3 with the second ring body 4.2 happens and this ring body 4.2 widens with the associated pipe section. At the same time the second expansion section happens 11 of the drive body 2 the edge 13 of the tubular body 3 and sets with its increasing expansion cross section, the elongation and deformation of the tubular body 3 continuing, with another high proportion of energy in deformation work on the tubular body 3 is converted.

Darüber hinaus trägt ab dieser Phase des Crashvorganges die allmähliche Freisetzung der Bruchenergie des Rohrkörpers 3 zur Energieumwandlung bei. In der konkaven Wölbung des zweiten Aufweitungsabschnittes 11 wird dazu der Rand 13 des Rohrkörpers 3 radial abgelenkt und über die Bruchdehnungsgrenze des Rohrkörpers 3 hinaus gedehnt. Das Faserverbundmaterial im Randbereich 13 des Rohrkörpers 3 spleißt auf und die Bruchfasern werden radial weggefördert.In addition, from this phase of the crash process, the gradual release of the fracture energy of the tubular body 3 for energy conversion. In the concave curvature of the second expansion section 11 becomes the edge 13 of the tubular body 3 deflected radially and beyond the breaking strain limit of the tubular body 3 stretched out. The fiber composite material in the edge area 13 of the tubular body 3 Splices on and the break fibers are conveyed away radially.

In der vorbeschriebenen Weise setzt sich der Crashvorgang abschnittsweise fort, in dem der Ringkörper 4.2 abgesprengt, der nächstfolgende Ringkörper 4.3 gedehnt und nachfolgend der dem Ringkörper 4.2 zugehörige Abschnitt des Rohrkörpers 3 umgeformt und zerstört wird.In the manner described above, the crash process continues in sections, in which the ring body 4.2 blown off, the next ring body 4.3 stretched and subsequently the ring body 4.2 associated section of the tubular body 3 transformed and destroyed.

4e zeigt die Vorrichtung in einer fortgeschrittenen Phase des Crashvorganges, in der etwa die Hälfte des Rohrkörpers 3 zersplissen ist und der erste Aufweitungsabschnitt 10 des Treibkörpers 2 den Abschnitt des Rohrkörpers 3 mit dem letzten Ringkörper 4.6 erreicht und diese dehnt, während der vorhergehende Ringkörper 4.5 abgesprengt und der dem bereits abgesprengten Ringkörper 4.4 zugehörige Abschnitt des Rohrkörpers 3 gerade umgelenkt und zersplissen wird. 4e shows the device in an advanced phase of the crash process, in which about half of the tubular body 3 is splintered and the first expansion section 10 of the drive body 2 the section of the tubular body 3 with the last ring body 4.6 reached and this stretches, while the previous ring body 4.5 blasted and the already blasted ring body 4.4 associated section of the tubular body 3 just being diverted and splintered.

Ein Kraft-Weg-Diagramm nach 5 zeigt den Verlauf der durch die Prallkraft P bewirkten Gegenkraft P' über den Eintreibweg W des Treibkörpers 2 während des vorbeschriebenen Crashvorganges an der Vorrichtung nach 4a bis 4e.A force-displacement diagram after 5 shows the course of the force P caused by the impact force P 'on the Eintreibweg W of the drive body 2 during the above-described crash on the device according to 4a to 4e ,

Auf der Abszisse (X-Koordinate) ist der Weg W des Treibkörpers 2 beim Eindringen in den Rohrkörper 3 aufgetragen und auf der Ordinate (Y-Koordinate) ist die Gegenkraft P' der einwirkenden Prallkraft P abgebildet. Die einzelnen, in etwa gleichgroßen Peaks 16.1 bis 16.6 in der Kraft-Weg-Funktion entsprechen der momentan von den sechs Ringkörpern 4.1 bis 4.6 aufgebrachten Gegenkraft P', die bis zum Erreichen der Bruchdehnung des jeweiligen Ringkörpers 4.1 bis 4.6 allmählich ansteigt und nach dem Bruch des Ringkörpers 4.1 bis 4.6 kurzzeitig abfällt. Der Flächeninhalt 17 unter der Kraft-Weg-Funktion entspricht der erreichten Energieabsorption bzw. -umwandlung.On the abscissa (X-coordinate) is the path W of the driving body 2 upon penetration into the tubular body 3 plotted and on the ordinate (Y-coordinate), the counterforce P 'of the acting impact force P is shown. The individual, approximately equal-sized peaks 16.1 to 16.6 in the force-displacement function, they are currently the same as the six ring bodies 4.1 to 4.6 applied counterforce P ', until reaching the breaking elongation of the respective annular body 4.1 to 4.6 gradually rises and after the rupture of the ring body 4.1 to 4.6 briefly drops. The area 17 under the force-displacement function corresponds to the achieved energy absorption or conversion.

Das Diagramm zeigt einen annähernd gleichmäßigen Krafteintrag auf hohem Niveau entlang des Eintreibweges W des Treibkörpers 2. Gefährliche, divergente Kraftspitzen, die einen zerstörerischen Kraftdurchschlag auf das abzuschirmende Kraftfahrzeug bewirken könnten, sind mit der Vorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel vermieden. Der annähernd trapezförmige Flächeninhalt 17 unter der Kraft-Weg-Funktion widerspiegelt zudem ein Optimum an erreichbarer Energieumwandlung, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt werden kann.The diagram shows an approximately uniform force input at a high level along the Eintreibweges W of the drive body 2 , Dangerous, divergent force peaks that could cause a destructive force breakdown on the motor vehicle to be shielded are avoided with the device according to the embodiment. The approximate trapezoidal surface 17 Under the force-displacement function also reflects an optimum of achievable energy conversion, which can be achieved with the device according to the invention.

6 zeigt ein Spannungs-Dehnungsdiagramm mit der Spannungs-Dehnungs-Kennlinie K₁ des Rohrkörpers 3 und der Spannungs-Dehnungs-Kennlinie K₂ eines der Ringkörper 4.1 bis 4.10 nach 1. Auf der Abszisse des Spannungs-Dehnungsdiagramms ist die Dehnung D und auf der Ordinate ist die unter einer Krafteinwirkung P erzeugte Spannung S angetragen. Die Spannungs-Dehnungs-Kennlinien K₁, K₂ zeigen das Dehnungsvermögen und die Zugfestigkeit des Rohrkörpers 3 bzw. der Ringkörper 4.1 bis 4.10 unter der Krafteinwirkung an. Sie sind neben der Geometrie des Rohrkörpers 3 und der Ringkörper 4.1 bis 4.10 stark von den jeweils verwendeten Materialien geprägt. Der Abbruchpunkt der Kennlinie K₁ des Rohrkörpers 3, abgetragen auf der Abszisse, zeigt den Grenzwert der Dehnung (Bruchdehnung) D₁ des Rohrkörpers 3 an. Der Abbruchpunkt der Kennlinie K₁, abgetragen auf der Ordinate, gibt den Grenzwert der Zugfestigkeit (Reißfestigkeit) S₁ des Rohrkörpers 3 an. Der Abbruchpunkt der Kennlinie K₂ des Ringkörpers 4.1 bis 4.10, abgetragen auf der Abszisse, zeigt die Bruchdehnung D₂ des Ringkörpers 4.1 bis 4.10 an. Der Abbruchpunkt der Kennlinie K₂, abgetragen auf der Ordinate, gibt die Reißfestigkeit S₂ des Ringkörpers 4.1 bis 4.10 an. 6 shows a stress-strain diagram with the stress-strain curve K _{1 of} the tubular body 3 and the stress-strain curve K _{2 of} one of the annular bodies 4.1 to 4.10 to 1 , On the abscissa of the stress-strain diagram, the strain is D, and on the ordinate, the stress S generated under a force P is plotted. The stress-strain curves K ₁ , K ₂ show the elongation capacity and the tensile strength of the tubular body 3 or the ring body 4.1 to 4.10 under the action of force. They are next to the geometry of the tubular body 3 and the ring body 4.1 to 4.10 strongly influenced by the materials used. The break point of the characteristic K _{1 of} the tubular body 3 , plotted on the abscissa, shows the limit of elongation (elongation at break) D _{1 of} the tubular body 3 at. The break point of the characteristic K ₁ , plotted on the ordinate, gives the limit value of the tensile strength (tear strength) S _{1 of} the tubular body 3 at. The termination point of the characteristic K _{2 of} the ring body 4.1 to 4.10 , plotted on the abscissa, shows the elongation at break D _{2 of} the ring body 4.1 to 4.10 at. The break point of the characteristic K ₂ , plotted on the ordinate, gives the tensile strength S _{2 of} the ring body 4.1 to 4.10 at.

Das Diagramm veranschaulicht, dass die Ringkörper 4.1 bis 4.10 aus Faserverbundmaterial mit gewickelten Kohlenstofffasern nach 1 eine geringere Bruchdehnung D₂ und zugleich eine deutlich höhere Reißfestigkeit S₂ aufweisen als der Rohrkörper 3 aus Faserverbundmaterial mit geflochtenen Glasfasern nach 1. Diese Kombination der Eigenschaften von Ringkörper 4.1 bis 4.10 und Rohrkörper 3 ermöglicht eine hohe Kraftaufnahme vorrangig durch die Ringkörper 4.1 bis 4.10 und im Endeffekt eine hochgradige und masseeffiziente Energieabsorption durch das gesamte Crashelement 1.The diagram illustrates that the ring bodies 4.1 to 4.10 made of fiber composite material with wound carbon fibers 1 a lower elongation at break D ₂ and at the same time a significantly higher tensile strength S ₂ than the tubular body 3 made of fiber composite material with braided glass fibers according to 1 , This combination of properties of ring body 4.1 to 4.10 and tubular body 3 allows a high power consumption primarily by the ring body 4.1 to 4.10 and, ultimately, high-grade and mass-efficient energy absorption throughout the crash element 1 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Crashelementcrash element
22: Treibkörperblowing body
33: Hohlprofilkörper, RohrkörperHollow profile body, tubular body
44: Ringkörper .1 bis .10Ring body .1 to .10
55: Festlagerfixed bearing
66: Führungsabschnittguide section
77: Kopfteilheadboard
88th: Rohrlängsachsetube longitudinal axis
99: Vortriebsrichtungdrive direction
1010: erster Aufweitungsabschnittfirst expansion section
11 11: zweiter Aufweitungsabschnittsecond expansion section
1212: Faserverlaufgrain
1313: oberen Rand des Rohrkörpersupper edge of the tubular body
1414: äußere Mantelfläche des Treibkörpersouter surface of the drive body
1515: innere Mantelfläche des RohrkörpersInner surface of the tubular body
1616: Peak der Kraft-Weg-FunktionPeak of the force-displacement function
1717: Flächeninhalt unter der Kraft-Weg-FunktionArea under the force-displacement function
PP: Prallkraftimpact force
P'P ': Gegenkraft der PrallkraftCounterforce of the impact force
WW: Eintreibweg des TreibkörpersDriving path of the drive body
DD: Dehnungstrain
SS: Spannungtension
D1D1: Grenzwert der Dehnung (Bruchdehnung) des RohrkörpersLimit of elongation (elongation at break) of the pipe body
D2D2: Grenzwert der Dehnung (Bruchdehnung) des RingkörpersLimit of elongation (elongation at break) of the ring body
S1S1: Grenzwert der Zugfestigkeit (Reißfestigkeit) des RohrkörpersLimit of tensile strength (tear strength) of the pipe body
S2S2: Grenzwert der Zugfestigkeit (Reißfestigkeit) des RingkörpersLimit of tensile strength (tear strength) of the ring body

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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DE 19627061 C2 [0003, 0005]
DE 19813998 A1 [0006]

Claims

Device for the conversion of impact energy with a longitudinally extending hollow profile body having crash element and a longitudinal axis of the hollow profile body coaxially arranged driving body, which is axially driven under the action of an impact force in the hollow profile body, wherein the hollow profile body is at least deformed, characterized in that the crash element ( 1 ) at least one annular body ( 4 ), which the hollow profile body ( 3 ) coaxially encloses, wherein the annular body ( 4 ) has a lower limit of elongation (elongation at break) D ₂ , than the hollow profile body ( 3 ) and the propellant body ( 2 ) a widening section ( 10 ), whose expansion cross-section is determined in such a size that when driving the drive body ( 2 ) the elongation at break D _{2 of} the ring body ( 4 ) is exceeded.

Device according to claim 1, characterized in that the propellant body ( 2 ) a the first expansion section ( 10 ) in the drive subsequently arranged second expansion section ( 11 ), whose expansion cross-section is determined in such a size that when driving the drive body ( 2 ) the breaking elongation D _{1 of} the hollow profile body ( 3 ) is exceeded.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the annular body ( 4 ) a higher limit of tensile strength (tear strength) S ₂ than the hollow profile body ( 3 ) having.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the annular body ( 4 ) is formed of fiber composite material.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the fibers of the fiber composite material substantially in the circumferential direction of the annular body ( 4 ) are arranged endlessly wound.

Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the fibers consist of high-strength carbon fibers.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the annular body ( 4 ) in a press fit with the hollow profile body ( 3 ) connected is.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the driving body ( 2 ) at least partially rotationally symmetrical and the hollow profile body ( 3 ) is formed as a hollow cylinder.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the annular body ( 4 ) has a rectangular or a substantially semicircular ring cross-section.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that along the longitudinal axis ( 8th ) of the hollow profile body ( 3 ) a plurality of axially spaced annular body ( 4.1 to 4.10 ) are arranged.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the annular body ( 4.1 to 4.10 ) are formed differently, preferably have a different annular cross-section and / or are formed of a different material.

Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the first expansion section ( 10 ) of the drive body ( 2 ) has a linearly increasing widening cross-section.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the second expansion section ( 11 ) of the drive body ( 2 ) has a parabolic or circular arc increasing expansion cross-section.

Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the outer lateral surface ( 14 ) of the drive body ( 2 ) and the inner lateral surface ( 15 ) of the hollow profile body ( 3 ) has, at least in sections, such a roughness that a coefficient of friction of 0.1 to 10 can be achieved.

Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the propellant body ( 2 ) by means of a press fit on the hollow profile body ( 3 ) is fixed.

Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the hollow profile body ( 3 ) is formed of fiber composite material.

Apparatus according to claim 16, characterized in that the fibers of the fiber composite material are at least partially formed in a winding or braided composite, in which the winding or braiding angle of the fiber assembly to the longitudinal axis ( 8th ) of the hollow profile body ( 3 ) Is 5 ° to 55 °.