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Die Erfindung betrifft ein Deformationselement, insbesondere für den Insassenschutz in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Türinnenmodul für eine Fahrzeugseitentür nach dem Patentanspruch 10.
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Im Fahrzeugbau ist der Einsatz von energieabsorbierenden Deformationselementen für den Insassenschutz oder für den Fußgängerschutz gängige Praxis. Die Deformationselemente sind je nach Lastfall, zum Beispiel Frontalkollision oder Seitenkollision, ausgelegt.
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Aus der
EP 0 683 072 B1 ist ein solches gattungsgemäßes Deformationselement bekannt, dass für den Insassenschutz in einem Fahrzeug auslegbar ist. Das Deformationselement ist ein pralltopfförmiges Hohlprofilteil in Form einer Stufenpyramide oder einer Terrassenanordnung. Das pralltopfförmige Hohlprofilteil ist für eine unfallbedingte Krafteinleitung in Richtung der Topfachse des Hohlprofilteiles ausgelegt. Die stufenartigen Übergänge an der Pralltopf-Seitenwand bilden zueinander gestufte Scherzonen. Mittels der Scherzonen ergeben sich während des Crashverlaufes zeitlich aufeinanderfolgende Schervorgänge, und zwar unter Abbau der eingeleiteten Crashenergie.
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Ausgehend davon ist der aus der
DE 20 2004 009 916 U1 bekannte Pralltopf dahingehend weiterentwickelt, dass die zueinander gestuften Scherzonen durch eine außenseitig in Form einer Spirale um einen kegelförmigen Grundkörper des pralltopfartigen Hohlprofilteiles angeformt sind.
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Sowohl in der
DE 20 2004 009 916 U1 als auch in der
EP 0 683 072 B1 ist im Crashfall die Deformationsarbeit auf die achsparallel zur Topfachse stattfindenden Schervorgänge im Pralltopf beschränkt.
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Aus der weiteren
DE 198 46 419 A1 ist der Anwendung eines Deformationselementes in einem Türinnenmodul für eine Fahrzeugseitentür bekannt. Die Fahrzeugseitentür weist eine Innenverkleidung mit einer Aussparung für ein Ablagefach auf. Die in der Fahrzeugquerrichtung nach außen versetzte Ablagefach-Rückwand ist als ein Deformationselement mit einer Deformationsstruktur ausgeführt. Das Deformationselement wirkt bei einem Seitencrashfall als ein Crash-Pad, mit dem der Beckenbereich des Fahrzeuginsassen geschützt wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Deformationselement oder ein Türinnenmodul für eine Fahrzeugseitentür bereitzustellen, bei dem in konstruktiv einfacher Weise ein günstiges Deformationsverhalten erzielbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Pralltopf im Crashfall der Abbau von Verformungsenergie ausschließlich durch eine Deformation in Richtung der Topfachse erfolgt. Vor diesem Hintergrund weist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 die Seitenwand des pralltopfförmigen Hohlprofilteiles zumindest eine Helixstruktur auf. Mit der Helixstruktur ist das pralltopfförmige Hohlprofilteil bei einer Krafteinleitung in Richtung der Topfachse unter einer Torsionsbewegung der Seitenwand deformierbar. Im Crashfall erfolgt somit der Abbau von Verformungsenergie nicht nur durch eine Deformation des Pralltopfes in Richtung der Topfachse, sondern zusätzlich auch durch eine Torsionsbewegung des Pralltopfes. Auf diese Weise kann, im Vergleich zu bekannten Deformationselementen, bei gleichem Bauteilgewicht ein wesentlich größerer Abbau von Verformungsenergie erfolgen.
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Die in der Seitenwand ausgebildete Helixstruktur kann generell jegliche Art von Torsionsmechanismus sein, der bei einer im Crashfall erfolgenden Krafteinleitung in Richtung der Topfachse zu einer Torsionsbewegung der Seitenwand führt. Im Hinblick auf eine einfache sowie besonders gewichtsgünstige Konstruktion kann die in der Seitenwand ausgebildete Helixstruktur fachwerkartig, das heißt mit Streben sowie zwischengeordneten Durchbrüchen aufgebaut sein. Die Streben der Helixstruktur können in der Umfangsrichtung insbesondere gleichmäßig umfangsverteilt sein. Zum Aufprägen einer Torsionsbewegung ist es zudem von Vorteil, wenn die Streben mit Bezug auf die Topfachse um einen vorgegebenen Anstellwinkel gekippt sind. Die Streben der Helixstruktur können besonders bevorzugt für ein gleichmäßiges Crashverhalten zueinander parallel jeweils in Schrägstellung verlaufen.
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Der Aufbau des Deformationselementes ist so zu gestalten, dass der Seitenwand des Pralltopfes im Crashfall zuverlässig eine Torsionsbewegung aufgeprägt wird. Vor diesem Hintergrund ist es besonders bevorzugt, wenn die Helixstruktur insbesondere an der Topfbodenseite und/oder an der Deckseite des pralltopfförmigen Hohlprofilteiles zumindest einen ringförmig geschlossenen Rahmen aufweist. Am ringförmigen Rahmen können unter Bildung von Knotenstellen die Streben materialeinheitlich und einstückig angebunden sein.
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Generell ist es von Vorteil, wenn die Helixstruktur materialeinheitlich und einstückig im pralltopfförmigen Hohlprofilteil integriert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Deformationselement ein zum Beispiel im Spritzgussverfahren hergestelltes Kunststoffbauteil sein. Das Deformationselement kann besonders vorteilhaft aus einem naturfaserverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt sein. Untersuchungen zum Deformationsverhalten zeigen nämlich, dass im Crashfall naturfaserverstärkte Kunststoffe nicht zum Splittern neigen.
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Die fachwerkartig verlaufenden Streben der Helixstruktur können zusammen mit dem ringförmig geschlossenen Rahmen an der Topfbodenseite und an der Deckseite jeweils rautenförmige Durchbrüche begrenzen. Im Crashfall können bei einer Krafteinleitung in Richtung der Topfachse unter einer Torsionsbewegung der Seitenwand sowie unter Reduzierung des Abstandes zwischen dem Boden- und Deckrahmen Verformungsarbeit geleistet werden, bis das pralltopfförmige Hohlprofilteil auf ein Blockmaß deformiert ist.
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Bei einem erfindungsgemäßen Crashverlauf wird die Aufprallkraft in Richtung der Topfachse A an der crashzugewandten Seite in den zumindest einen Pralltopf eingeleitet. Dadurch wird der Pralltopf ausgehend von seiner im unverformten Zustand eingenommenen Bauhöhe in einer ersten Deformationsbewegung in Richtung der Topfachse, das heißt in einer achsparallelen Linearrichtung, bis maximal auf ein Blockmaß b deformiert. Gleichzeitig mit dieser ersten Deformationsbewegung wird dem Pralltopf eine Torsionsbewegung aufgeprägt. Die Torsionsbewegung ergibt sich beim Umklappen der Streben, wodurch sich die Zwischenrahmen sowie die Deck- bzw. Bodenrahmen des Pralltopfes gegeneinander verdrehen.
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Zur Erhöhung der Bauteilsteifigkeit ist es von Vorteil, wenn das Hohlprofilteil kegelstumpfförmig mit einer, den Kegelmantel bildenden Seitenwand ausgeführt ist. Zudem ist es im Hinblick auf ein günstiges Crashverhalten von Vorteil, wenn das Deformationselement mehrere, zumindest zwei, in Richtung der Topfachse aufeinanderfolgende Helixstrukturen aufweist. Eine erste Helixstruktur kann hierbei so ausgelegt sein, dass sie im Crashfall in einer ersten Drehrichtung tordiert, während die zweite Helixstruktur gegebenenfalls im Crashfall in einer Gegenrichtung tordierbar ist. Eine gegebenenfalls folgende dritte Helixstruktur kann dann wieder in der ersten Drehrichtung tordierbar gestaltet sein, wodurch insgesamt zuverlässige Torsionsbewegungen der Helixstrukturen gewährleistet sind.
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Konstruktiv bevorzugt ist es, wenn die ersten und die zweiten Helixstrukturen an einem gemeinsamen ringförmigen Rahmen ineinander übergehen. Das heißt, dass die Streben der ersten Helixstruktur und die Streben der zweiten Helixstruktur an dem gemeinsamen ringförmigen Rahmen angebunden sind. Zur weiteren Steigerung der Bauteilsteifigkeit können die Streben der ersten Helixstruktur und die Streben der zweiten Helixstruktur jeweils an gemeinsamen Knotenpunkten am ringförmigen Rahmen zusammenlaufen. Zudem können die Streben der ersten Helixstruktur und die Streben der zweiten Helixstruktur jeweils mit unterschiedlichen Anstellwinkeln vorgesehen werden.
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In einer besonders bevorzugten Anwendung kann das Deformationselement in einem Türinnenmodul für eine Fahrzeugseitentür eingebaut sein. Die Lage des Deformationselementes kann in etwa mit dem Beckenbereich des Fahrzeuginsassen korrespondieren. Das Türinnenmodul kann ein Innenverkleidungsteil mit einer Aussparung für ein Ablagefach aufweisen. Das Ablagefach kann eine, in der Fahrzeugquerrichtung nach außen versetzte Ablagefach-Rückwand aufweisen. Diese ist bevorzugt als Deformationselement im Sinne der Erfindung ausgeführt.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer perspektivischen Seitenansicht ausgehend vom Fahrzeuginnenraum ein Türinnenmodul für eine nicht dargestellte Fahrzeugseitentür;
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2 in einer Teilschnittdarstellung das Türinnenmodul entlang einer Schnittebene I-I aus der 1;
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3 in einer Perspektivdarstellung sowie in Alleinstellung ein im Türinnenmodul verbaubares Kunststoffbauteil; und
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4 eines der beiden pralltopfförmigen Hohlprofilteile des Kunststoffbauteiles in perspektivischer Darstellung sowie mit angedeuteten, bei einer Krafteinleitung erfolgenden Torsionsbewegungen der in der Seitenwand des Hohlprofilteiles integrierten Helixstrukturen.
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In der 1 ist ein Türinnenmodul für eine Fahrzeugseitentür in grob schematischer Darstellung gezeigt, das auf seiner, dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite ein Innenverkleidungsteil 1 aufweist. Mit seiner, dem Fahrzeuginnenraum abgewandten Seite wird das Türinnenmodul zur Herstellung der Fahrzeugseitentür mit einem hier nicht dargestellten Türaußenblech zusammengebaut. Das Türinnenmodul liegt in einer Einbaulage bei geschlossener Fahrzeugtür in etwa in einer zwischen der Fahrzeuglängsrichtung x und der Fahrzeughochrichtung z aufgespannten Ebene, wie es in der 1 angedeutet ist.
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Wie aus der 1 hervorgeht, ist das Türinnenmodul nach oben hin mittels einer Türbrüstung 2 abgeschlossen, in dessen Bereich ein Türöffner 3 integriert ist. Unterhalb der Türbrüstung 2 befindet sich eine in etwa horizontale Armauflage 5, die teilweise in eine schalenförmige Ausbuchtung 7 des Innenverkleidungsteiles 1 einragt.
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In der unteren Hälfte des Türinnenmoduls ist ein Ablagefach 9 vorgesehen. Das Ablagefach 9 ist über eine im Innenverkleidungsteil 1 vorgesehene Aussparung 11 zugänglich. Der Stauraum 12 (2) des Ablagefaches 9 ist in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen unter anderem durch ein Kunststoffbauteil 13 begrenzt. Das Kunststoffbauteil 13 ist über seitliche Befestigungsflansche 14 (3) am Innenverkleidungsteil 1 montiert und weist eine Begrenzungswand 15 auf, die im dargestellten Einbauzustand eine vom Stauraum 12 zugängliche Ablagefach-Rückwand bildet.
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Das Kunststoffbauteil 13 ist als ein Deformationselement mit zwei pralltopfförmigen Hohlprofilteilen 17, 19 ausgeführt. In der in der 1 gezeigten Einbaulage ist das Kunststoffbauteil 13, in der Fahrzeuglängsrichtung x betrachtet, in etwa auf gleicher Höhe wie der Beckenbereich eines Fahrzeuginsassen angeordnet.
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Das Kunststoffbauteil 13 besteht aus einen plattenförmigen Grundkörper 16, an dem die Befestigungsflansche 14 angeformt sind, sowie aus einer von den Befestigungsflanschen 14 umgebenden Begrenzungswand 15. In der Begrenzungswand 15 sind die beiden nebeneinanderliegende Pralltöpfe 17, 19 als Hohlprofilteile integriert. Der Grundkörper 16 sowie die Begrenzungswand 15 sind materialeinheitlich und einstückig zum Beispiel im Spritzgussverfahren hergestellt. Im Vergleich zu einem konventionell verwendeten Kunststoff ist naturfaserverstärkter Kunststoff unfalltechnisch günstiger, da es im Crashfall nicht zu Absplitterungen neigt. In der, in den 1 und 2 gezeigten Einbaulage ragen die Pralltöpfe 17, 19 in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen vor. Auf der, dem Stauraum 12 zugewandten Seite bilden die beiden Pralltöpfe 17, 19 dagegen in Negativform eine Hohlraumstruktur aus, die den Stauraum 12 in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen erweitert. Bei einem Seitencrashfall können die beiden Pralltöpfe 17, 19 durch plastische Verformung Deformationsenergie abbauen.
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Jeder der beiden Pralltöpfe 17, 19 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Topfachse A ausgebildet, und zwar mit einer umlaufenden Seitenwand 21 (nur in der 1 angedeutet) sowie einer crashabgewandten Topfbodenseite 23 und einer crashzugewandten Deckseite 25, wie es nur in der 4 mit Bezugsziffern gezeigt ist. In dem, in der 3 links dargestellten Pralltopf 17 sind in der Seitenwand 21 insgesamt drei Helixstrukturen 27, 28, 29 integriert. Die Helixstrukturen 27, 28, 29 sind in Richtung der Topfachse A aufeinanderfolgend angeordnet. Jede der Helixstrukturen 27, 28, 29 ist jeweils fachwerkartig mit Streben 31 sowie zwischengeordneten Durchbrüchen 33 aufgebaut. Mit jeder Helixstruktur 27, 28, 29 wird ein Torsionsmechanismus bereitgestellt, der bei einer Krafteinleitung in Richtung der Topfachse A (4) dem jeweiligen Pralltopf 17, 19 eine Torsionsbewegung IIa, IIb, IIc um die Topfachse A aufprägt, wie später noch beschrieben ist.
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Gemäß der 3 und 4 geht der Grundkörper 16 des Kunststoffbauteils 13 an der Topfbodenseite 23 (4) in einen ringförmig geschlossenen Bodenrahmen 34 über, mit dem die Streben 31 der ersten Helixstruktur 27 (3) an Knotenstellen K verbunden sind. Am Übergang zwischen der ersten Helixstruktur 27 und der zweiten Helixstruktur 28 ist gemäß der 3 oder 4 ein ringförmiger Zwischenrahmen 35 angeordnet, der mit den Streben 31 der ersten/zweiten Helixstrukturen 27, 28 verbunden sind. Gleiches gilt auch für den Zwischenrahmen 35 am Übergang von der zweiten Helixstruktur 28 auf die dritte Helixstruktur 29.
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Die Streben 31 der ersten Helixstruktur 27 sind gemäß der 3 mit Bezug zur Topfachse A in einem Anstellwinkel α1 geneigt und jeweils gleichmäßig umfangsverteilt sowie mit gleichbleibendem Anstellwinkel α1 um die Topfachse A angeordnet. Die Streben 31 der ersten Helixstruktur 27 erstrecken sich somit parallel zueinander zwischen dem Bodenrahmen 34 und dem Zwischenrahmen 35. Entsprechend begrenzen die Streben 31 sowie die beiden Rahmen 34, 35 – nach Art von Parallelogrammen – jeweils umlaufende rautenförmige Durchbrüche 33.
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Zudem ist jede der Helixstrukturen 27, 28, 29 kegelstumpfförmig mit einem umlaufenden Kegelmantel ausgebildet. Die Kegelmantel der Helixstrukturen 27, 28, 29 sind dabei gemäß der 3 in unterschiedlichen Kegelwinkel β1, β2, β3 vorgesehen. Zudem gehen die Kegelwände an den Zwischenrahmen 35 ineinander über.
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Zur besseren Aussteifung des Pralltopfes 7 laufen die Streben 31 der ersten, zweiten oder dritten Helixstruktur 27, 28, 29 an den beiden Zwischenrahmen 35 nicht in Umfangsrichtung versetzt zueinander, sondern vielmehr sternförmig zusammen.
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Mit Bezug auf die 4 ist nachfolgend anhand des Pralltopfes 17 ein Crashverlauf beschrieben, bei dem eine Aufprallkraft F in Richtung der Topfachse A eingeleitet wird. Demzufolge wird der Pralltopf 17 ausgehend von seiner eigentlichen Bauhöhe h in einer ersten Deformationsbewegung 1 in Richtung der Topfachse A, das heißt in einer achsparallelen Linearrichtung, bis maximal auf ein Blockmaß b deformiert. Gleichzeitig mit der Deformationsbewegung I wird der Pralltopf 17 mit Torsionsbewegungen IIa, IIb in unterschiedlichen Drehrichtungen beaufschlagt. Die Reduzierung der Pralltopf-Bauhöhe h bis auf das Blockmaß b erfolgt nämlich durch Umklappen der Streben 31, wodurch sich die Zwischenrahmen 35 sowie die Deck- bzw. Bodenrahmen 35, 36 gegeneinander verdrehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0683072 B1 [0003, 0005]
- DE 202004009916 U1 [0004, 0005]
- DE 19846419 A1 [0006]
