DE102013105155A1

DE102013105155A1 - Deformationselement

Info

Publication number: DE102013105155A1
Application number: DE201310105155
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Schmitt
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2033-05-22
Also published as: BR102014011879A2; US9150179B2; IN2014DE01227A; CN104175996B; DE102013105155B4; CN104175996A; US20140346812A1

Abstract

Das Deformationselement besteht aus einem Profilteil und ist beispielsweise im Querschnitt u-profilförmig mit Schenkeln oder einschnittig ausgeführt und weist Seitenwandungen bzw. eine Seitenwandung auf, die nach Art einer Ziehharmonika mit z-förmigen Deformationsfaltungen ausgeführt ist. Die vorgegebenen Deformationsfaltungen sind in Querrichtung einer Krafteinwirkung vorgesehen, die zum Teil gegensätzlich angeordnet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Deformationselement für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 199 58 299 A1 ist ein Deformationselement für ein Kraftfahrzeug bekannt, das über einen Längsverlauf mehrere deformierbare Bereiche aufweist, die aus wellenförmig verlaufenden Streifen gebildet sind, welche abwechselnd so zueinander versetzt verlaufen, sodass einem Wellenberg jeweils ein Wellental benachbart ist und umgekehrt und wobei Durchgänge bzw. Freiräume zwischen dem oder den einander benachbarten Wellenbergen gebildet sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Deformationselement vorzugsweise als Aufprallschutz sowie für andere Zwecke im Innenraum oder im Außenbereich eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welches durch eine Deformation eine Energieaufnahme bewirkt und in einfacher Weise herstell- und einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, dass durch ein zwei-, drei- oder darüber hinaus mehrstufiges Deformationselement eine Energieaufnahme durch eine Deformation erfolgen kann. Je mehr Stufen verwendet werden, ist die Energieaufnahme entsprechend höher. Dies wird nach der Erfindung erreicht, indem nach einer Ausführung das Deformationselement aus einem Profilteil, insb. aus einem Profilteil mit einem im Querschnitt beispielsweise u-förmigen Profil mit an einem oberen Quersteg anschließende deformierbare Seitenschenkel besteht, die fußseitig abgestellt Abstützungen umfassen, wobei die Seitenschenkel jeweils aus einer ziehharmonikaartigen Wandung bestehen, welche wenigstens in mehrere vertikale Abschnitte unterteilt ist, die sich in Längsrichtung des Elements aneinander reihen und abschnittsweise untereinander verbunden sind. Insbesondere sind nach der Erfindung die vertikalen Abschnitte der Seitenschenkel des Elements wenigstens mit zwei- oder dreistufigen z-förmigen Deformationsfaltungen ausgebildet und gegenüberliegende Seitenschenkel des Elements weisen jeweils gleiche Deformationsfaltungen auf. Die vertikalen Abschnitte mit den z-förmigen Deformationsfaltungen sind jeweils über einen mittleren ebenen Wandabschnitt untereinander verbunden. Durch diese Ausführung des Deformationselements mit ziehharmonikaartig zusammenfaltbaren Seitenwänden bei einer Deformation, ist ein gleichmäßiges Zusammenfalten der Seitenschenkel unter Krafteinwirkung möglich.
Die ziehharmonikaartigen Seitenschenkel des Deformationselement weisen vorzugsweise die z-förmige Ausgestaltung der Seitenschenkel mit Deformationsfaltungen in zwei- oder dreistufiger Ausführung auf, wodurch eine Anpassung einer Energieaufnahme bei einer Deformation an die Gegebenheiten im Fahrzeug und an die Höhe der Belastungen ermöglicht wird. Die Zwei- und Dreistufigkeit des Deformationselements orientiert sich an den Biegekanten der Deformationsfaltungen in den vertikalen Abschnitten der Schenkel.
Des Weiteren ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die vertikalen Abschnitte der Seitenschenkel mit der z-förmigen Faltung, derart angeordnet sind, dass zwischen benachbarten vertikalen Abschnitten jeweils im Wechsel zwischen dem z-förmigen Deformationsfaltungen eine untere und eine obere rautenförmige Öffnung durch entgegengesetzt ausgestellte Biegekanten der z-förmigen Faltung gebildet wird. Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass das Profilteil des Deformationselements in einer Ausführung im Querschnitt u-profilförmig oder einem entsprechenden Profilteil oder in einer weiteren Ausführung aus einem sog. einschnittigen Profilteil besteht. Dies weist am oberen und am unteren freien Ende jeweils horizontal vom Profilteil entgegengesetzt abgestellte Schenkel auf, welche eine Abstützung bilden.
Insbesondere ist die z-förmige Faltung in den aneinander gereihten Abschnitten der Seitenschenkel jeweils im Wechsel um 180 Grad gedreht angeordnet, wobei eine nach innen gerichtete Biegekante eines Abschnitts einer nach außen gerichteten Biegekante des benachbarten Abschnitts zugerichtet ist und zwischen diesen Biegekanten die rautenförmigen Öffnungen gebildet werden, welche in Längsrichtung des Deformationselements gesehen die rautenförmigen Öffnungen sichtbar ergeben. Diese Öffnungen bzw. Freiräume zwischen den einzelnen vertikalen Abschnitten der z-förmigen Faltungen ermöglichen bei einer Krafteinwirkung auf das Deformationselement ein gleichmäßiges, kontinuierliches Zusammenfalten bei einer Energieaufnahme
Ferner können die rautenförmigen Öffnungen zwischen den z-förmigen Faltungen der einzelnen vertikalen Abschnitte in den Seitenschenkeln von unterschiedlicher Größe sein, wobei beispielsweise die oberen Öffnungen nahe des Querstegs größer ausgeführt sind als die nachfolgenden unteren Öffnungen zwischen den zwei- oder dreistufig ausgeführten z-förmigen Deformationsfaltungen der einzelnen vertikalen Abschnitte, wobei die Größe der rautenförmigen Öffnungen vom Steg bis zu den Abstützungen hin kontinuierlich zu- oder abnehmen. Durch die flächenmäßig unterschiedlichen rautenförmigen Öffnungen bzw. Freiräume kann eine gestufte Kennlinie zur Energieaufnahme bei einer Deformation erzielt werden.
Die Herstellung des Deformationselements nach der Erfindung erfolgt beispielsweise mittels eines Schneid- und Biegevorgangs, wobei in Seitenschenkeln vertikale Einschnitte in mehreren vertikalen und horizontalen Ebenen einbringbar sind, die jeweils in Abstand zueinander stehen und zwischen den Einschnitten in jeder Ebene über die mittleren ebenen Wandabschnitten miteinander verbunden sind. Es kann eine Platte mit den entsprechenden Einschnitten hergestellt und danach das u-förmige Deformationselement gebogen werden und danach die z-förmigen Faltungen durch einen entsprechenden Formvorgang erreicht werden. Denkbar ist auch, dass die Platte mit den z-förmigen Faltungen durch Prägen oder dergleichen zu versehen ist und danach das u-förmige Deformationselement gebogen wird.
Das Profilteil des Deformationselements kann nach der Erfindung auch aus einem Halbzeug mit der Rautenstruktur hergestellt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine schaubildliche Darstellung eines Deformationselements,
2 eine Stirnansicht auf das Deformationselement gemäß 1,
3 einen Vertikalschnitt durch ein zweistufiges Deformationselement gemäß 1,
4 eine Seitenansicht auf einen Seitenschenkel des zweistufigen Deformationselements mit den rautenförmigen Öffnungen zwischen den z-förmigen Deformationsfaltungen,
5 eine Darstellung eines Deformationselements in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung (drei- oder vierstufig) mit einer einseitigen unteren Befestigung,
6 einen Vertikalschnitt durch ein zweistufiges Deformationselement in einem deformierten Zustand, gemäß 3,
6a ein Deformationselement mit einem am oberen und am unteren freien Ende abgestellte Befestigungsschenkel,
7 eine Seitenansicht auf einen Seitenschenkel des dreistufigen Deformationselements mit den rautenförmigen Öffnungen zwischen den z-förmigen Deformationsfaltungen jeden Abschnitts und
8 ein zweistufiges Deformationselement mit unterschiedlichen Öffnungen zwischen den z-förmigen Deformationsfaltungen und
8a ein dreistufiges Deformationselement mit unterschiedlich großen Öffnungen zwischen den z-förmigen Deformationsfaltungen.
Ein Deformationselement 1; 1a; 1b für ein Kraftfahrzeug ist beispielsweise zur Verwendung als Aufprallschutz oder im Innenraum oder im Außenbereich, beispielsweise als Fußgängerschutz eines Kraftfahrzeugs zur Energieaufnahme bei einem Crash oder dergleichen vorgesehen. Das Deformationselement 1; 1a besteht in einer ersten möglichen Ausführung aus einem Profilteil mit einem oberen Quersteg 2 und anschließenden vertikal ausgerichteten Seitenschenkeln 3 und 4, die fußseitig abgestellte Abstützungen 5, 6 aufweisen, welche sich fahrzeugseitig abstützen können. Die Abstützungen 5, 6 können übereinander liegen (5) oder entgegengesetzt zueinander angeordnet sein (3). Vorzugsweise kann das Deformationselement 1, 1a aus einem im Querschnitt u- förmigen Profil bestehen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung gem. 6a, ist das Deformationselement 1b einschnittig als ein sich vertikal erstreckendes einwandiges Stegteil mit den rautenförmigen Öffnungen 14, 15 ausgeführt und weist am oberen freien Ende einen horizontal abgestellten Schenkel S und am unteren freien Ende einen weiteren horizontal abgestellten Schenkel S1 auf. Die Schenkel S und S1 sind entgegengesetzt zueinander ausgerichtet.
Die Seitenschenkel 3, 4 weisen eine ziehharmonikaartig gestaltete Wandung 7, 8 auf, welche beispielsweise in mehrere mögliche vertikalen Abschnitten A, B und C unterteilt ist, die sich in Längsrichtung L des Elements 1; 1a; 1b aneinander reihen und abschnittsweise miteinander verbunden sind. Die Seitenschenkel 3, 4 sind aufgrund der ziehharmonikaartigen Gestaltung bei einer Kraftaufnahme in Richtung P sich deformierend zusammendrückbar.
Die vertikalen Abschnitte A, B, C der Seitenschenkel 3, 4 des Deformationselements 1; 1a sind mit zwei- oder dreistufigen z-förmigen Deformationsfaltungen 9, 10 (3) oder 11, 12, 13 (6) ausgeführt.
Die vertikalen Abschnitte A, B, C mit den z-förmigen Deformationsfaltungen 9, 10; 11, 12, 13 sind jeweils über einen ebenen Wandabschnitt 16 der Seitenschenkel 3, 4 miteinander verbunden, was in den 1, 4 und 7 näher dargestellt ist.
Die vertikalen Abschnitte A, B, C der Seitenschenkel 3, 4 mit den z-förmigen Faltungen 9, 10; 11, 12, 13 sind derart angeordnet, dass zwischen benachbarten vertikalen Abschnitten jeweils im Wechsel zwischen den z-förmigen Deformationsfaltungen 9, 10; 11, 12, 13 eine untere und obere rautenförmige Öffnung 14, 15; 17 durch entgegengesetzt ausgestellte Biegekanten B, B1 der einzelnen z-förmigen Faltungen gebildet werden. Die Öffnungen sind in Längsrichtung des Deformationselements 1; 1a; 1b gesehen sichtbar.
Die z-förmigen Faltungen der Seitenschenkel 3, 4 in der zweistufigen und in der dreistufigen Ausführung 9, 10 und 11, 12, 13 sind jeweils im Wechsel um 180 Grad gedreht angeordnet, wobei eine nach innen gerichtete Biegekante B1; B2 eines Abschnitts einer nach außen gerichteten Biegekante B des benachbarten Abschnitts zugerichtet ist und zwischen diesen Biegekanten B und B1; B2 die rautenförmigen Öffnungen 14, 15; 17 gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung können die rautenförmigen Öffnungen zwischen den z-förmigen Faltungen 9, 10; 11, 12, 13 der einzelnen vertikalen Wandabschnitte der Seitenschenkel 3, 4 eine unterschiedliche Größe aufweisen. Dies ist in den 8 und 8a anhand der zwei- und dreistufigen Ausführung des Deformationselements 1 und 1a näher dargestellt. Die oberen rautenförmigen Öffnungen 15 nahe des Querstegs 2 nehmen in der Größe der Öffnungsfläche zu den fußseitigen Abstützungen 5, 6 ab, so dass sich in der Ausführung gemäß 8 zwei unterschiedlich große Öffnungsflächen F und F1; F2 ergeben. In der Ausführung gemäß 8a sind drei verschieden große Öffnungsflächen F, F1 und F2 vorgesehen. Die Öffnungsflächen können in der Größe von oben nach unten hin kontinuierlich ab- oder zunehmen.
Das Deformationselement 1; 1a mit der zwei- und dreistufigen Deformationsfaltung 9, 10; 11, 12, 13 kann vorzugsweise mittels eines Schneid- und Biegevorgangs hergestellt werden. Hierzu werden im Seitenschenkel 3, 4 vertikale Einschnitte E; E1 wie in den 4 und 7 gezeigt, eingebracht. Diese Einschnitte E für eine zwei- und dreistufige Deformationsfaltung 9, 10; 11, 12, 13 sind vorzugsweise in zwei und drei vertikalen Ebenen eingebracht, wie in 4 und 7 dargestellt wird. Bei einer vier- und darüber hinausgehenden stufigen Deformationsfaltung sind natürlich weitere Einschnitte in weiteren Ebenen möglich. Die Einschnitte sind stufenförmig höhenversetzt zueinander angeordnet.
Das Deformationselement 1; 1a; 1b kann auch aus einem Halbzeug mit der Rautenstruktur hergestellt werden.
Nach einem Formvorgang, zur Aufstellung der zwei- und dreistufigen Deformationsfaltungen 9, 10; 11, 12, 13 liegen die Biegekanten B und B1; B2 in einer horizontalen Ebene a-a aufeinander.
Durch Einwirkung mit einer Kraft P auf das Deformationselement 1; 1a; 1b wird die z-förmige Faltung 9, 10; 11, 12, 13 sich deformierend zusammengedrückt und die rautenförmigen Öffnungen 14, 15, 17 zusammengedrückt, so dass die Flächen der Öffnungen etwa aufeinander liegen, was in 6 anhand des zweistufigen Deformationselements 1 näher dargestellt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19958299 A1 [0002]

Claims

Deformationselement für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise zur Anwendung als Aufprallschutz, mit verformbaren Seitenwänden, die mehrere deformierbare aneinandergereihte Abschnitte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (1; 1a) aus einem Profilteil mit an einem oberen Quersteg (2) anschließenden deformierbaren Seitenschenkeln (3, 4) besteht, die fußseitig abgestellte Abstützungen (5, 6) umfassen, wobei die Seitenschenkel (3, 4) jeweils aus einer ziehharmonikaartigen Wandung (7, 8) mit z-förmigen Deformationsfaltungen (9, 10; 11, 12, 13) bestehen, die wenigstens in vertikalen Abschnitten (A, B, C) unterteilt sind, welche sich in Längsrichtung (L) des Elements (1; 1a) aneinanderreihen und abschnittsweise untereinander verbunden sind.
Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Abschnitte (A, B, C) der Seitenschenkel (3, 4) des aus dem Profilteil bestehenden Elements (1; 1a; 1b) wenigstens mit zwei- oder dreistufigen z-förmigen Deformationsfaltungen (9, 10; 11, 12, 13) ausgebildet sind und gegenüberliegende Seitenschenkel (3, 4) des Elements jeweils gleiche Deformationsfaltungen (9, 10; 11, 12, 13) aufweisen.
Deformationselement nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Abschnitte (A, B, C) mit den z-förmigen Deformationsfaltungen (9, 10; 11, 12, 13) über einen mittleren ebenen Wandabschnitt (16) untereinander verbunden sind.
Deformationselement nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Abschnitte (A, B, C) der Seitenschenkel (3, 4) mit den z-förmigen Faltungen (9, 10; 11, 12, 13) derart angeordnet sind, dass zwischen benachbarten vertikalen Abschnitten jeweils im Wechsel zwischen den z-förmigen Deformationsfaltungen (9, 10; 11, 12, 13) rautenförmige Öffnungen (14, 15; 14, 15, 17) durch entgegengesetzt ausgestellte Biegekanten (B, B1; B, B2) der z-förmigen Deformationsfaltungen (9, 10; 11, 12, 13) gebildet werden.
Deformationselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilteil des Deformationselements (1; 1a) im Querschnitt u-profilförmig ausgeführt ist oder das Profilteil des Deformationselements (1b) einschnittig als ein sich vertikal erstreckendes einwandiges Stegteil mit den rautenförmigen Öffnungen (14, 15) ausgeführt ist, welches am oberen und unteren freien Ende jeweils einen horizontal vom Profilteil entgegengesetzt abgestellten Schenkel (S, S1) als Abstützung umfasst.
Deformationselement nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass die z-förmigen Deformationsfaltungen (9, 10; 11, 12, 13) in aneinandergereihten Abschnitten (A, B, C) der Seitenschenkel (3, 4) jeweils im Wechsel um 180 Grad gedreht angeordnet sind, wobei eine nach innen gerichtete Biegekante (B1; B2) eines Abschnitts einer nach außen gerichteten Biegekante (B) des benachbarten Abschnitts gegenüber steht und zwischen diesen Biegekanten (B, B1; B1, B2) die rautenförmigen Öffnungen (14, 15; 14, 15, 17) gebildet werden.
Deformationselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rautenförmigen Öffnungen (14, 15; 14, 15, 17) zwischen den z-förmigen Deformationsfaltungen (9, 10; 11, 12, 13) der einzelnen vertikalen Abschnitte (A, B, C) in den Seitenschenkeln (3, 4) eine unterschiedliche Flächengröße (F, F1; F, F1, F2) aufweisen, wobei die oberen Öffnungen (15) nahe des Quersteges (2) größer ausgeführt sind, als die nachfolgenden unteren Öffnungen (14; 17) zwischen den zwei- oder dreistufig ausgeführten z-förmigen Deformationsfaltungen (9, 10; 11, 12, 13) der einzelnen vertikalen Abschnitte (A, B, C), wobei die Größe der rautenförmigen Öffnungen vom Steg (2) bis zu den Abstützungen (5, 6) kontinuierlich zu- oder abnehmen.
Deformationselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (1; 1a; 1b) mit den zwei- oder dreistufigen z-förmigen Deformationsfaltungen (9, 10; 11, 12, 13) mittels eines Schmiede- und Biegevorgangs herstellbar sind, wobei in den Seitenschenkeln (3, 4) vertikale Einschnitte (E) einbringbar sind, die jeweils im seitlichen Abstand und stufenförmig höhenversetzt zueinander stehen.
Deformationselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (1; 1a; 1b) aus einem Halbzeug mit der Rautenstruktur besteht.
Deformationselement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegekanten (B, B1) der z-förmigen Deformationsfaltungen nach einem Formvorgang in einer horizontalen Ebene (a-a) mittig durch die vertikalen Einschnitte (E; E1) verlaufen und die rautenförmigen Öffnungen (14, 15, 17) bilden.
Deformationselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Krafteinwirkung in P-Richtung auf den Steg (2) oder den Schenkel (S) des Deformationselements (1; 1a; 1b) die z-förmigen Deformationsfaltungen deformierbar sind und die die rautenförmigen Öffnungen bildenden Flächen etwa aufeinanderliegend sind.