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Die Erfindung bezieht sich auf ein Deformationselement, das mit einem ersten Ende an einem Lastträger angebracht ist. Das Deformationselement findet bei Automobilen ihren Einsatz und ist je nach Belastung bei einem Aufprall (Versicherungscrash, Hochgeschwindigkeitscrash oder Fußgängerschutz) in seinem Kraftniveau schaltbar.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 197 45 656 A1 offenbart einen Pralldämpfer für ein Kraftfahrzeug mit einem beim Fahrzeugaufprall verformbaren Deformationskörper. In den Weg des Deformationskörpers ragt ein Sperrteil hinein, mit welchem aufgrund der Krafteinwirkung beim Aufprall eine plastische Verformung des Deformationskörpers unter Absorption von Aufprallenergie herbeigeführt wird. Der Verformungswiderstand des Deformationskörpers kann durch eine Steuerung in einer zusätzlichen Deformationsstufe erhöht werden. Hierzu weist das Sperrteil mindestens zwei Schaltstellungen auf, in denen es in den Verschiebeweg des Deformationskörpers hineinragt, wodurch der Deformationskörper durch die Krafteinwirkung beim Aufprall weniger oder mehr plastisch verformt wird.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2004 051 571 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Steuern der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie. Hierzu ist ein Schieberelement vorgesehen, das in einem Basiselement sitzt und parallel zur Richtung einer Aufprallkraft angeordnet ist. Das Basiselement enthält einen Schlitz, in dem sich das Schieberelement parallel zur Aufprallkraft bewegt. Die beiden Enden des verformbaren Elements sind mit dem Basiselement verbunden. Ein Querschnitt des verformbaren Elements ist im Wesentlichen U-förmig. Bei einer Kollision erlaubt der Aktuator entweder, dass sich das Schieberelement in dem Schlitz bewegt oder verhindert, dass sich das Schieberelement in dem Schlitz bewegt.
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Die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2006 026 447 A1 offenbart einen Pralldämpfer in einer Kraftfahrzeug-Karosserie aus einer Schaumstruktur. Die Steifigkeit der Schaumstruktur wird durch eine Crash-Sensorik gesteuert, die variabel einstellbar ist. Der Schaum besteht aus einem Polymer und die Poren sind mit einem fluiden Medium gefüllt, wobei die Steifigkeit oder Kompressibilität des Pralldämpfers zwischen mindestens einem weicheren und einem härteren Zustand reversibel umstellbar ist. Im härteren Zustand sind der Druck und/oder die Viskosität des fluiden Mediums höher und/oder die Kompressibilität des fluiden Mediums geringer eingestellt als im weicheren Zustand.
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Die
deutsche Patentanmeldung 10 2010 029 054 A1 offenbart eine Crashstruktur für ein Fahrzeug, wobei die Crashstruktur ein Deformationselement umfasst, das eine einstellbare Steifigkeit aufweist. Die Crashstruktur weist weiterhin ein Zwischenstück auf, das zur Bereitstellung einer Opferstrecke vorgesehen ist, wobei die Opferstrecke durch eine erste crashinduzierte Umformung des Zwischenstücks erreicht wird, bevor das Deformationselement umgeformt wird, wobei die Steifigkeit des Zwischenstücks kleiner als die geringste einstellbare Steifigkeit des Deformationselements ist. Die Bewegung der Crashstruktur erfolgt ebenfalls parallel zum Aufprall.
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Die
deutsche Patentanmeldung 10 2010 031 358 A1 offenbart eine Crashstruktur zur Aufnahme von Crashenergie für einen Einbau in eine Fahrzeugfront, bei der eine Aktorik, die eine Steifigkeit der Crashstruktur in Abhängigkeit von einem Crash charakterisierenden Signal einstellt, vorgesehen ist. Die Crashstruktur besitzt zwei Module, die miteinander verbunden sind, wobei diese Verbindung ab einer vorbestimmten Kraft bricht, so dass sich dann die wenigstens zwei Module relativ zueinander bewegen. Die Bewegung der Crashstruktur erfolgt parallel zum Aufprall.
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Das
US-Patent 6,626,474 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Absorption der Kräfte beim Aufeinandertreffen eines Fahrzeugs mit einem Hindernis. Dabei ist eine auslösbare Struktur vorgesehen, die mindestens einen komprimierbaren Balken umfasst. Die komprimierbaren Balken sind mit steifen Führungselementen über Gelenke verbunden. Die Gelenke ermöglichen eine rotatorische und/oder translatorische Bewegung.
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Die internationale Patentanmeldung
WO 2011/064203 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Einstellung einer Steifigkeit einer crashaktiven Struktur für ein Fahrzeug. Die Vorrichtung besitzt eine parallele Anordnung von Deformationselementen und eine Steuerung, wobei die Steuerung in Abhängigkeit von einem Crashvorgang und/oder wenigstens einem crashrelevanten Parameter die Steifigkeit durch ein Verbinden und/oder Trennen der Deformationselemente einstellt.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Deformationselement zu schaffen, das im Crashfall, insbesondere bei einem Versicherungscrash, Hochgeschwindigkeitscrash oder zum Fußgängerschutz im Kraftniveau einstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird mittels eines Deformationselements gelöst, das die Merkmale des Patentanspruches 1 umfasst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung beinhalten die abhängigen Patentansprüche. Des Weiteren wird die Aufgabe auch mittels eines Verfahrens zur Einstellung der Steifigkeit eines Deformationselements gemäß Anspruch 9 gelöst.
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Das vorgeschlagene Deformationselement ist mit einem ersten Ende an einem Lastträger, vorzugsweise dem Längsträger eine Kraftfahrzeugstruktur, angebracht und umschließt eine Struktur, die derart ausgebildet ist, dass zumindest bei einem Teil des Deformationselements eine Bewegung ermöglicht ist, die in einer anderen Richtung verläuft als eine Richtung des Aufpralls.
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An einem zweiten Ende des Deformationselements ist ein Stoßfängerquerträger montiert. Die Montage des Stoßfängerquerträgers kann mit den aus dem Stand der Technik bekannten Techniken (Verschrauben, Verschweißen etc.) erfolgen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Deformationselement ist die Struktur eine metallische Struktur. Bei einem Aufprall kann die Bewegung des Deformationselements angeregt werden. Die Bewegung des Deformationselement ist derart gerichtet, dass die Richtung der Bewegung des Deformationselements zur Richtung des Aufpralls einen Winkel von 90° bis 180° einschließt.
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Diese mehr oder minder lineare Bewegung des Deformationselements kann mit magnetischen Mitteln und/oder pyrotechnischen Mitteln und/oder mechanischen Mitteln angeregt werden. Das Deformationselement kann je nach Belastung beim Aufprall (Versicherungscrash oder Fußgängerschutz) in seinem Kraftniveau geschaltet werden. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Deformationselements ist die Struktur eine metallische Struktur, die durch magnetische Bewegung und/oder pyrotechnische Anregung und/oder mechanische Mittel (elastisches Element, wie z. B. Feder, insbesondere Drehfeder) aus der Aufprallzone gezogen wird. Durch das Herausziehen resultiert ein zweites Kraftniveau. Das Kraftniveau ist somit auch je nach belasteter Crashschwere einstellbar.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die Struktur mindestens ein Gelenk, so dass das Deformationselement oder zumindest ein Teil des Deformationselements um das mindestens eine Gelenk beim Aufprall eine Schwenkbewegung ausführen kann. Die Struktur kann ein Schott oder Stab sein, wobei im Schott oder Stab mindestens ein Gelenk vorgesehen ist. Hier kann durch einen Elektromagneten und/oder eine Pyrotechnik und/oder ein mechanisches Mittel (elastisches Element, wie z. B. Feder, insbesondere Drehfeder) das mindestens eine Gelenk ausgelenkt werden. Hierdurch verringert sich das Kraftniveau. Da das Deformationselement am Lastträger montiert ist, resultiert die Bewegung des Deformationselements um das mindestens eine Gelenk in einer Schwenkbewegung. Für den Fall, dass das mindestens eine Gelenk als Kugelgelenk ausgebildet ist, kann das Deformationselement einem Aufprall in alle drei Raumrichtungen ausweichen. Für den Fall, dass das mindestens eine Gelenk als Scharniergelenk ausgebildet ist, hat das Deformationselement bei einem Aufprall beschränkte Ausweichmöglichkeiten. Ist die Achse des Scharniergelenks in Z-Koordinatenrichtung ausgerichtet, so kann das Deformationselement bei einem Aufprall in einer durch die X-Koordinatenrichtung und Y-Koordinatenrichtung aufgespannten Ebene ausweichen. Ist die Achse des Scharniergelenks in Y-Koordinatenrichtung ausgerichtet, so kann das Deformationselement bei einem Aufprall in einer durch die X-Koordinatenrichtung und Z-Koordinatenrichtung aufgespannten Ebene ausweichen. Es ist selbstverständlich, dass bei anderen Orientierungen der Ausrichtungen der Achse des Scharniergelenks andere Freiheitsgrade der Ausweichung des Deformationselements bei einem Aufprall gegeben sind.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Deformationselement eine ausgelenkte Struktur, so dass bei einer Entriegelung der ausgelenkten Struktur beim Aufprall das Deformationselement eine Schwenkbewegung ausführt. Die ausgelenkte Struktur umfasst mindestens ein Gelenk, das entriegelbar ist. Durch die Auslenkung der Struktur wird das Kraftniveau kleiner. Die Struktur und somit das Deformationselement kann folglich gemäß den oben beschriebenen Freiheitsgraden ausgelenkt werden. Eine Auslenkung beziehungsweise Einstellung eines Kraftniveaus ist abhängig von einer zu erwartenden Crashschwere beziehungsweise Crashart einstellbar. Die Freiheitsgrade richten sich nach der Art der Ausgestaltung des Gelenks der Struktur. Auch hier kann mit einem Elektromagneten oder Magneten und/oder einer Pyrotechnik und/oder einem mechanischen Mittel das mindestens eine Gelenk der Struktur entriegelt werden. Grundsätzlich kann durch das Auslenken der Struktur ein unterschiedliches Kraftniveau eingestellt werden, wodurch ein unterschiedlicher Energieabbau in der Struktur erfolgt.
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Bevorzugt ist auch ein Verfahren zur Einstellung der Steifigkeit eines Lastträgers, insbesondere eines Längsträgers einer tragenden Struktur eines Fahrzeugs vorgesehen, mittels welchem die Bewegung des erfindungsgemäßes Deformationselements oder zumindest bei einem Teil des Deformationselements, die in einer anderen Richtung verläuft als eine Richtung eines Aufpralls oder zu erwarteten Aufpralls in Abhängigkeit einer vorausberechneten oder sensierten Aufprallschwere ermöglicht wird.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine mögliche Ausführungsform eines Deformationselements für ein Kraftfahrzeug bezüglich Versicherungscrash oder Fußgängerschutz;
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2 eine andere Ausführungsform eines Deformationselements für ein Kraftfahrzeug bezüglich Versicherungscrash oder Fußgängerschutz; und
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3 eine weitere Ausführungsform eines Deformationselements für ein Kraftfahrzeug bezüglich Versicherungscrash oder Fußgängerschutz.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Das dargestellte Ausführungsbeispiel stellt lediglich eine Möglichkeit dar, wie das erfindungsgemäße Deformationselement ausgestaltet sein kann. 1 zeigt eine Ausführungsform des Deformationselements 1, das mit einem ersten Ende 11 an einem Lastträger 3 angebracht ist. Der Lastträger 3 ist z. B. ein Bestandteil eines tragenden Strukturbauteils eines Kraftfahrzeugs. Der Lastträger kann z. B. der Längsträger des tragenden Strukturbauteils sein. Das Deformationselement 1 umschließt eine Struktur 5, die derart ausgebildet ist, dass zumindest bei einem Teil des Deformationselements 1 eine Bewegung 10 ermöglicht ist, die in einer anderen Richtung 7 verläuft als eine Richtung 9 eines Aufpralls. Bei der hier gezeigten Ausführungsform wirkt die Kraft bzw. der Kraftstoß des Aufpralls aus der Richtung 9 des Aufpralls zunächst auf den Stoßfängerquerträger 13. Der Stoßfängerquerträger 13 ist an einem zweiten Ende 12 des Deformationselements 1 montiert. Der Stoßfängerquerträger 13 kann am Deformationselement 1 angeschweißt, angenietet oder angeschraubt werden.
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Die Struktur 5 ist als metallische Struktur ausgebildet. Bei einem Aufprall wird das Deformationselement 1 mittels einer Bewegung aus der Aufprallzone 6 gezogen. Bei einem Aufprall wird also die Bewegung 10 des Deformationselements 1 angeregt. Wie in 1 dargestellt ist, schließt die Richtung 7 der Bewegung des Deformationselements 1 mit der Richtung 9 des Aufpralls einen Winkel α von 90° ein. Die hier gewählte Darstellung soll jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Die Bewegung 7 des Deformationselements 1 kann mit der Richtung 9 des Aufpralls einen Winkel α von 90° bis 180° einschließen. Die Bewegung 10 des Deformationselements 1 kann mit magnetischen und/oder mechanischen und/oder mit pyrotechnischen Mitteln angeregt werden. Bei den mechanischen Mitteln handelt es sich um ein elastisches Element, das die Bewegung 10 des Deformationselements 1 anregt. Im Besonderen ist das elastische Element eine Feder.
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2 zeigt eine andere Ausführungsform des Deformationselements 1. Die Struktur 5 umfasst mindestens ein Gelenk 15. Die Struktur 5 besteht aus mehreren Schotten oder Stäben, wobei jeweils zwei Schotten oder Stäbe mit jeweils einem Gelenk 15 verbunden sind. Das Deformationselement 1 kann somit bei einem Aufprall um das mindestens eine Gelenk 15 eine Bewegung 10 ausführen, die eine Schwenkbewegung ist. Das Gelenk 15 kann mit magnetischen oder elektromagnetischen Mitteln und/oder pyrotechnischen Mitteln und/oder mechanischen Mitteln ausgelenkt werden. Bei den mechanischen Mitteln handelt es sich um ein elastisches Element, das das Deformationselement 1 um das Gelenk 15 auslenkt. Im Besonderen ist das elastische Element eine Feder. Im Falle eines Aufpralls wird das Deformationselement 1 um das Gelenk 15 bzw. um die Gelenke 15 ausgelenkt. Jeweils zwei einem Gelenk 15 zugeordnete Schotten oder Stäbe schließen im ausgelenkten Zustand einen Winkel miteinander ein. Im Ausgangszustand schließen die mit einem Gelenk 15 verbundenen Schotten oder Stäbe einen Winkel von im Wesentlichen 180° ein. Über die Fahrzeugquer- oder Hochrichtung können mehrere Strukturen 5 vorgesehen sein, deren Auslenkung gesteuert erfolgt, so dass abhängig vom Lastfall nur eine vordefinierte Anzahl von Deformationselementen ausgelenkt werden. Auch ist es möglich, dass eine vordefinierte Anzahl von einem oder mehreren Schotten oder Stäben ohne Gelenk ausgeführt wird um jederzeit eine Grundsteifigkeit zu realisieren.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Deformationselements 1. Die Struktur 5 des Deformationselements ist eine ausgelenkte Struktur 17. Erst nach einer Entriegelung der ausgelenkten Struktur 17 bei einem Aufprall führt das Deformationselement 1 eine Schwenkbewegung aus. Die ausgelenkte Struktur 17 umfasst mindestens ein Gelenk 15, das jeweils zwei Stäbe oder Schotten verbindet. Die ausgelenkte Struktur 17 des Deformationselements 1 ist mit magnetischen oder elektromagnetischen Mitteln und/oder mit pyrotechnischen Mitteln und/oder mit rein mechanischen Mitteln entriegelbar. Im ausgelenkten bzw. vorgespannten Zustand schließen die mit einem Gelenk 15 verbundenen Schotten oder Stäbe einen Winkel ein, der kleiner als 180° ist. Bevorzugt ist der Winkel ein stumpfer Winkel. Auch in diesem Fall gilt, dass über die Fahrzeugquer- oder Hochrichtung mehrere Strukturen 5 vorgesehen sein können, deren Entriegelung gesteuert erfolgt, so dass abhängig vom Lastfall nur eine vordefinierte Anzahl von Deformationselementen ausgelenkt werden.
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Selbstverständlich können auch in diesem Ausführungsbeispiel wieder eine vordefinierte Anzahl von einem oder mehreren Schotten oder Stäben ohne Gelenk ausgeführt sein.
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Mittels der in den 2 und 3 dargestellten Gelenke 15 kann die Struktur 5 des Deformationselements 1 nach oben, nach unten, nach rechts und/oder nach links ausgelenkt werden. Bei allen in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen resultiert durch die Auslenkung der Struktur 5 ein reduziertes Kraftniveau beim Aufprall. Es sind ebenfalls Sensoren (nicht dargestellt) vorgesehen, die die Kraft bzw. den Kraftstoß beim Aufprall ermitteln. Die ermittelten Werte werden an eine Steuer- und Regeleinheit übergeben (nicht dargestellt), die erst bei Überschreiten eines bestimmten Schwellwerts die magnetischen, elektromagnetischen und/oder pyrotechnischen Mittel auslöst, so dass die Struktur 5 die erforderliche Bewegung ausführen kann.
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Jede der in den 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsformen des Deformationselements 1 können an einem Lastträger 3 angebracht sein. Der Lastträger 3 ist mit einer tragenden Struktur eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) verbunden oder ist selbst ein Teil der tragenden Struktur. Das Deformationselement 1 ist im Kraftfahrzeug zwischen Stoßfängerquerträger 13 und Lastträger 3 bzw. Längsträger an der Fahrzeugfront eingebaut. Der Lastträger 3 ist mit einer tragenden Struktur eines Kraftfahrzeugs verbunden, um im Falle eines Aufpralls den Lastträger 3 vor einer Verformung bei einem leichten bzw. einem mittleren Aufprall zu schützen. Erfindungsgemäß kann eine Struktur 5 des Deformationselements 1 beim Aufprall ausgelenkt werden, um Aufprallenergie aufzunehmen bzw. eine von der Richtung 9 des Aufpralls abweichende Kraftkomponente zu erzeugen. Um den Aufprall derart frühzeitig zu erkennen und folglich die Bewegung des Deformationselements 1 mit magnetischen und/oder mechanischen und/oder mit pyrotechnischen Mitteln anzuregen, ist eine Sensorik (nicht dargestellt) vorgesehen. Die Sensorik kann als Luftdruck-Beschleunigungs- oder als auf den Piezoeffekt basierende induktive oder kapazitive Sensorik ausgebildet sein. Auch kann andere aus dem Stand der Technik bekannte Sensorik verwendet werden. Die Auswertung des Sensorsignals erfolgt üblicherweise durch ein Steuergerät, das dann die entsprechenden Signale an die magnetischen oder elektromagnetischen Mittel und/oder pyrotechnischen Mittel und/oder mechanischen Mittel liefert.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Änderungen der Ausführungsbeispiele der Erfindung können vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Deformationselement
- 3
- Lastträger
- 5
- Struktur
- 6
- Aufprallzone
- 7
- Richtung Bewegung
- 9
- Richtung Aufprall
- 10
- Bewegung
- 11
- erstes Ende
- 12
- zweites Ende
- 13
- Stoßfängerquerträger
- 15
- Gelenk
- 17
- ausgelenkte Struktur
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19745656 A1 [0002]
- DE 102004051571 A1 [0003]
- DE 102006026447 A1 [0004]
- DE 102010029054 A1 [0005]
- DE 102010031358 A1 [0006]
- US 6626474 B1 [0007]
- WO 2011/064203 A1 [0008]
