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Die Erfindung betrifft ein Energieabsorptionselement für einen Kraftwagen, insbesondere für eine Personenkraftwagenkarosserie, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Um ein optimales Unfallverhalten bei Personenkraftwagenkarosserien erzielen zu können, sind bei heutigen Kraftwagen eine Vielzahl von Energie aufnehmenden Trägerstrukturen erforderlich. Sowohl die Fahrzeugabmessungen wie auch die konkrete Anordnung der einzelnen Baugruppen haben dabei großen Einfluss auf die Ausgestaltung von derartigen Energieabsorptionselementen. Bei geringen Deformationszonen wie beispielsweise bei einer exponierten Positionierung von Hochvolt-Hybridkomponenten oder von Kraftstofftanks müssen diese Trägerstrukturen bzw. Energieabsorptionselemente sehr steif ausgelegt werden. In der Regel steigt mit steiferer Auslegung von langen Energieabsorptionselementen bzw. Trägerstrukturen das Risiko des Ausknickens quer zur Hauptlastrichtung deutlich an. Dieses Ausknicken ist meist unerwünscht und muss durch weitere Versteifungsmaßnahmen vermieden werden, um eine gezielte Deformationskinematik sicherzustellen.
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Aus der
DE 10 2006 043 982 A1 ist darüber hinaus bereits ein Energieabsorptionselement als bekannt zu entnehmen, welches einen einen Pufferteller tragenden Stößel umfasst. Dieser Stößel ist unter Ausbildung einer Führungseinrichtung in einer Hülse gehalten, wobei der Stößel bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung relativ zur Hülse bewegbar ist. Dies erfolgt unter Energieaufnahme durch eine Deformationseinrichtung, welche durch ein mit dem Pufferteller des Stößels zusammen wirkendes vorderes Ende der Hülse gebildet wird. Wird demzufolge der Stößel mit einer entsprechenden Unfallkraft beaufschlagt, so erfolgt nicht nur eine Relativverschiebung des Stößels zur Hülse, sondern gleichzeitig wird das vordere Ende der Hülse entsprechend deformiert. Diese Deformation der Hülse kann unter Umständen dazu führen, dass die Verschiebung des Stößels relativ zur Hülse entlang der Führungseinrichtung beeinträchtigt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Energieabsorptionselement zu schaffen, bei welcher sich bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung auf zuverlässigere Weise eine Relativführung der beiden Teilelemente bei gleichzeitiger Absorption von Aufprallenergie realisieren lässt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Energieabsorptionselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Um ein Energieabsorptionselement der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung eine Relativführung der beiden Teilelemente bei gleichzeitiger Absorption von Aufprallenergie auf zuverlässigere Weise sichergestellt ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Deformationseinrichtung und die Führungseinrichtung getrennt voneinander ausgebildet sind. Im Unterschied zum Stand der Technik gemäß
DE 10 2006 043 982 A1 , bei welchem die Hülse als Teilelement der Führungseinrichtung bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung entsprechend auch deformiert wird und als Teil der Deformationseinrichtung dient, ist erfindungsgemäß eine Trennung zwischen Deformationseinrichtung und Führungseinrichtung vorgesehen. Dadurch sind die Teilelemente der Führungseinrichtung nicht an der Deformation in Folge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung beteiligt, so dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Teilelementen auf weitaus zuverlässigere Weise sichergestellt werden kann. So können die beiden Teilelemente der Führungseinrichtung beispielsweise hinreichend stabil ausgebildet werden, um ein Ausknicken der Trägerstruktur des Energieabsorptionselements zu vermeiden. Dies wäre hingegen unter Umständen nicht zuverlässig möglich, wenn die beiden Teilelemente der Führungseinrichtung – wie im Stand der Technik der Fall – auch so abgestimmt sein müssten, dass sich eine gleichmäßige Deformation unter Energieaufnahme ergibt. Da jedoch erfindungsgemäß die Trennung zwischen der Führungseinrichtung und Deformationseinrichtung beabsichtigt ist, kann diese in optimaler Weise so dimensioniert werden, dass sich eine erwünschte Energieaufnahme bei der Deformation ergibt.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei gezeigt, die Führungseinrichtung innerhalb der Deformationseinrichtung angeordnet ist. Somit sind die Teilelemente der Führungseinrichtung, die bei einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung in ihrer Form erhalten bleiben sollen, im Inneren der Deformationseinrichtung angeordnet. Diese hingegen hat außenseitig der Führungseinrichtung einen entsprechenden Freiraum, um bei einer unfallbedingten Kraftbeauschlagung deformiert zu werden, ohne mit der Führungseinrichtung zu kollidieren.
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Eine besonders günstige Führungseinrichtung kann des Weiteren dadurch geschaffen werden, dass die beiden Teilelemente gegenseitig verschiebegeführt sind. In einer einfachen Ausführungsform sind hierzu die beiden Teilelemente teleskopartig miteinander verbunden und im Querschnitt aneinander angepasst.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die beiden Teilelemente jeweilige Stützelemente aufweisen, zwischen welchen die Deformationseinrichtung angeordnet ist. Die auf das Energieabsorptionselement wirkende äußere Unfallkraft wird somit äußerst gleichmäßig in die Deformationseinrichtung eingeleitet.
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Weiterhin vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn wenigstens eines der Stützelemente des zugehörigen Teilelements einen Anschlag für das entsprechende andere Teilelement bildet, wodurch eine Deformationslänge der Deformationseinrichtung begrenzt ist. Somit ist auf einfache Weise eine Begrenzung der Deformationslänge des Energieabsorptionselements möglich.
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Ein Deformationsbereich der Deformationseinrichtung ist dabei vorzugsweise außerhalb des Überdeckungsbereichs mit dem äußeren Teilelement der Führungseinrichtung vorgesehen. Somit kann es auch bei einer Deformation der Deformationseinrichtung nicht zu einer Beeinträchtigung der Führung der beiden Teilelemente kommen.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn sowohl die beiden Teilelemente der Führungseinrichtung als auch die Deformationseinrichtung im Wesentlichen durch ein Hohlprofil, insbesondere umfang- beziehungsweise mantelseitig geschlossenes Profil, gebildet sind beziehungsweise ist. Um dabei einerseits sicherzustellen, dass die Führungseinrichtung nicht ausknicken kann, und dass andererseits eine gleichmäßige Deformation der Deformationseinrichtung gegeben ist, ist es des Weiteren vorgesehen, dass die beiden Teilelemente eine dickere Wand aufweisen als das Hohlprofil der Deformationseinrichtung.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass zumindest eines der Hohlprofile als ein vorzugsweise einteiliges beziehungsweise einstückiges Rohr ausgebildet ist. Alternativ ist es möglich, dass das Hohlprofil in Schalenbauweise ausgeführt ist, das heißt, es sind also mindestens zwei Schalenelemente vorgesehen, die zur Ausbildung des Hohlprofils miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Schweißen. Die Schalenelemente weisen dabei vorzugsweise keine Öffnungen oder dergleichen auf, so dass im zusammengesetzten Zustand das so gebildete Hohlprofil einen geschlossenen Mantel aufweist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Schnittansicht auf ein Energieabsorptionselement für einen Kraftwagen in nicht deformiertem Ausgangszustand mit einer Führungseinrichtung mit zwei Teilelementen, welche bei einer unfallsbedingten Kraftbeaufschlagung unter Energieaufnahme durch eine Deformationseinrichtung relativ zueinander bewegbar sind, wobei die außenseitig angeordnete Deformationseinrichtung und die innerhalb der Deformationseinrichtung angeordnete Führungseinrichtung getrennt voneinander ausgebildet sind;
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2 eine schematische Schnittansicht auf das Energieabsorptionselement gemäß 1 nach Beginn einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, wobei die beiden Teilelemente der Führungseinrichtung teilweise relativ zueinander verschoben sind und die Deformationseinrichtung unter Energieaufnahme teilweise deformiert ist; und
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3 eine weitere schematische Schnittansicht auf das Energieabsorptionselement gemäß den 1 und 2 zumindest im Wesentlichen nach Abschluss einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung und Deformation, wobei die beiden Teilelemente der Führungseinrichtung im Wesentlichen vollständig relativ zueinander verschoben die Deformationseinrichtung im Wesentlichen vollständig deformiert dargestellt ist.
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In 1 ist in einer schematischen Schnittansicht ein Energieabsorptionselement für eine Personenkraftwagenkarosserie dargestellt. Das Energieabsorptionselement umfasst dabei zwei teleskopartig ineinander gesteckte Teilelemente 10, 12, welche beide als Hohlprofil, insbesondere als einteiliges Rohr oder als mehrteiliges Profil ausgebildet sind. Beide Teilelemente 10, 12 bilden eine Führungseinrichtung 14, deren Funktion im Weiteren näher erläutert werden wird.
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Am jeweils äußeren Ende jedes der Teilelemente 10, 12 ist jeweils ein Stützelement 16, 18 angeordnet, welches beispielsweise Bauteil einer Anschlussstruktur an der Kraftwagenkarosserie sein kann.
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Zwischen diesen Stützelementen 16, 18 erstreckt sich eine Deformationseinrichtung 20, welche im vorliegenden Fall als Hohlprofil in Form eines Rohres 22 ausgebildet ist. Alternativ kann das Hohlprofil anstelle des Rohres 22 auch durch ein mehrteiliges Profil, welches beispielsweise aus mindestens zwei Schalenelementen zusammengesetzt ist, gebildet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sowohl die Teilelemente 10, 12 wie auch die Stützelemente 16, 18 und das Rohr 22 aus einer Metalllegierung gebildet. Andere Ausgestaltungen, beispielsweise aus Kunststoff, sind jedoch ebenfalls denkbar.
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Während in 1 das Energieabsorptionselement in seiner Ausgangsstellung dargestellt ist, zeigen die 2 und 3 in einer jeweils schematischen Schnittansicht im Verlauf einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung (2) sowie zumindest im Wesentlichen nach Abschluss der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung (3).
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Eine wesentliche Kraftrichtung der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ist in 2 mit dem Pfeil 24 dargestellt. Wird demzufolge in Richtung des Pfeils 24 eine Unfallkraft beispielsweise über das Stützelement 16 in das Energieabsorptionselement eingeleitet, so führt dies einerseits dazu, dass die beiden Teilelemente 10, 12 unter Vermittlung der Führungseinrichtung 14 teleskopartig relativ zueinander bewegt bzw. verschoben werden. Genauer gesagt wird das kleinere Rohr des Teilelements 10 im Verlauf der unfallbedingten Deformation in das große Rohr des Teilelements 12 hinein geschoben.
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Einhergehend damit erfolgt infolge der Längenverkürzung des Abstandes zwischen den beiden Stützelementen 16 und 18 der Teilelemente 10 und 12 eine Deformation des Rohrs 22 der Deformationseinrichtung 20. Genauer gesagt faltet sich das Rohr 22 der Deformationseinrichtung 20 in einem Deformationsbereich 26. Dieser Deformationsbereich 26 liegt außerhalb des Überdeckungsbereichs mit dem Rohr des äußeren Teilelements 12. Mit anderen Worten ist dieser Deformationsbereich 26 zwischen dem Stützelement 16 und dem Stützelement 16 zugewandten Ende 28 des äußeren Teilelements 12 vorgesehen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass eine Deformation des Rohrs 22 nicht das teleskopartige Einschieben des kleinen Teilelements 10 in das große Teilelement 12 behindern soll.
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3 zeigt schließlich das Energieabsorptionselement gemäß den 1 und 2 in seinem deformierten Endzustand, das heißt nach Abschluss der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung und der damit einhergehenden Energieabsorption durch das Rohr 22 der Deformationseinrichtung 20. Es ist dabei insbesondere erkennbar, dass das Stützelement 18 als Anschlag für ein vorderes Ende 30 des kleineren Teilelements 12 dient, das heißt, dass das Teilelement 10 bei vollständiger Deformation des Energieabsorptionselements mit seinem entsprechenden Ende 30 an dem Stützelement 18 anschlägt und hierdurch eine Deformationslänge der Deformationseinrichtung 20 begrenzt ist.
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In 3 ist lediglich der Übersichtlichkeit halber ein kleiner Spalt zwischen dem Stützelement 18 und dem vorderen Ende 30 des kleineren Teilelements 12 dargestellt. Es ist dabei erkennbar, dass das Teilelement 10 länger ausgebildet ist als das Teilelement 12, so dass ein restlicher Deformationsbereich 26 verbleibt, in welchem das Rohr 22 der Deformationseinrichtung 20 deformiert ist. Somit ist – wie oben bereits beschrieben – sichergestellt, dass ein Falten des Rohres 22 nicht zu einer Beeinträchtigung der Führung zwischen den beiden Teilelementen 10 und 12 führen kann.
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In Zusammenschau der 1 bis 3 ist des Weiteren erkennbar, dass mit zunehmender Deformation des Energieabsorptionselements die Überdeckungslänge der beiden Teilelemente 10 und 12 ansteigt, wodurch sich eine Stabilisierung gegen Ausknicken in Folge der biegesteifen Teleskopführung ergibt. Einhergehend damit erfolgt im Deformationsbereich 26 zwischen dem Ende 28 des Teilelements 12 und dem Stützelement 16 fortschreitend und kontinuierlich eine Deformation des Rohrs 22 der Deformationseinrichtung 20, und zwar – wie ebenfalls bereits beschrieben – ohne Beeinträchtigung der Führungseinrichtung 14.
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Es ist zudem erkennbar, dass die Deformationseinrichtung – im Wesentlichen gebildet durch das Rohr 22 zwischen den beiden Stützelementen 16 und 18 – und die Führungseinrichtung – im Wesentlichen gebildet durch die Teilelemente 10 und 12 – vollständig getrennt voneinander ausgebildet sind. Somit können die Teilelement 10 und 12 der Führungseinrichtung 14 beispielsweise mit einer hinreichend dicken Wandstärke gestaltet werden, so dass ein Ausknicken des Energieabsorptionselements quer zu der mit dem Pfeil 24 gezeigten Deformationsrichtung während der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ausgeschlossen werden kann.
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Durch die getrennte Ausgestaltung der Deformationseinrichtung des Rohrs 22 von den Teilelementen 10 und 12 kann dessen Wand hingegen deutlich geringer dimensioniert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist diese Wand etwa halb so dick bis ein Drittel so dick wie die jeweilige Wand der Teilelemente 10 und 12. Es ist klar, dass jedoch auch andere Dimensionierungen gewählt werden können. Die Wand des Rohres 22 ist dabei so abgestimmt, dass sich bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung die gewünschte, vorzugsweise relativ gleichmäßige Energieabsorption ohne Kraftspritzen einstellt. Da auf die Dimensionierung der Führungseinrichtung 14 bzw. die Teilelemente 10 und 12 keine Rücksicht genommen werden muss, kann die Wandstärke des Rohres 22 im Wesentlichen einzig auf die Energieabsorption abgestimmt sein.
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Im vorstehenden Ausführungsbeispiel sind die beiden als Rohre ausgebildeten Teilelemente 10 und 12 innerhalb des Rohrs 24 angeordnet. Hier wären jedoch auch andersartige Gestaltungen denkbar. Wesentlich für die Funktion des Energieabsorptionselementes ist es nämlich lediglich, dass eine Trennung zwischen Führungseinrichtung 14 und Deformationseinrichtung 20 gegeben ist. Hierdurch ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass sich durch die Deformationseinrichtung 20 bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung die gewünschte Deformation unter Abbau von Energie erzielen lässt, wobei durch die Führungseinrichtung 14 mit der Teleskopführung sichergestellt ist, dass ein unerwünschtes Ausknicken der zur Hauptlastrichtung erfolgt. Somit ist die Teleskopführung so gestaltet, dass sie die Querkräfte und Momente durch eine biegesteife Konstruktion aufnehmen kann, ohne die axialen Deformationsmöglichkeiten zu beeinflussen. Es ergibt sich somit eine Kopplung von axialer Deformation und lateraler Steifigkeit gegen seitliches Ausknicken. Dies bedeutet, dass das Haftniveau, unter dem die Deformation stattfinden soll, rein auf axiale Steifigkeitsanforderungen ohne Beeinflussungen durch die Knickstabilität eingestellt werden kann.
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Die stabile, gegen Ausknicken sichere Konstruktion des Energieabsorptionselements ermöglicht insgesamt eine gewichts- und kostenoptimierte Rohbaukonstruktion. Da das Energieabsorptionselement als zusätzliche Versteifungsmaßnahme im Rohbau bzw. an der Kraftwagenkarosserie beispielsweise zum Schutz von Kraftstoff- oder Hochvolteinrichtungen eingesetzt werden soll, kann es für das Basisfahrzeug nachträglich im vorhandenen Trägerprofil integriert sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006043982 A1 [0003]
- DE 1020060439821 [0005]
