DE102013202194A1

DE102013202194A1 - Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie und Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit

Info

Publication number: DE102013202194A1
Application number: DE201310202194
Authority: DE
Inventors: Stephan Loosen; Maja Wolkenstein; Steffen Derhardt; Martin Katzschmann; Dieter Holz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2013-02-11
Publication date: 2014-05-28
Also published as: WO2014079656A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (550) mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie vorgestellt. Dabei weist die Vorrichtung (550) eine Matrize (620) zum Aufnehmen und Deformieren eines Deformationselements (610) bei einer Bewegung des Deformationselements (610) in einer durch die Aufprallenergie bedingten Vorschubrichtung (680) auf. Die Vorrichtung (550) weist eine Energieabsorptionseinrichtung (630) zum Aufnehmen einer Aufprallenergie mit einem ersten Energiebetrag auf, der kleiner als ein zweiter Energiebetrag der Aufprallenergie ist, bei dem das Deformationselement (610) durch die Matrize (620) deformierbar ist. Auch weist die Vorrichtung (550) eine Betätigungseinrichtung (640) auf, die ausgebildet ist, um in Abhängigkeit einem Energiebetragssignal, das die Aufprallenergie repräsentiert, eine Bewegbarkeit der Matrize (620) und/oder des Deformationselements (610) einzustellen, um die Energieabsorptionseinrichtung (630) und/oder das Deformationselement (610) zum Aufnehmen der Aufprallenergie freizugeben.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, ein Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer derartigen Vorrichtung, auf ein entsprechendes Steuergerät sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt für einen Einsatz in Fahrzeugen.
Zum Schutz von Fahrzeuginsassen bei Kollisionen werden häufig Crashboxen bzw. Aufprallstrukturen eingesetzt. Diese ersetzen Strukturen im Vorderwagen und/oder im Heck eines Fahrzeugs und können nach einem Unfall ausgetauscht werden.
Die EP 1 792 786 A2 zeigt eine Crashbox zur Eingliederung zwischen einem Stoßfängerquerträger und einem Fahrzeuglängsträger eines Kraftfahrzeugs. Die Crashbox weist ein gehäuseartiges Deformationsprofil als Faltkonstruktion aus Metallblech und eine längsträgerseitige Flanschplatte auf, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschplatte als Bestandteil der Faltkonstruktion ausgebildet ist.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, ein Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können vorteilhafte Möglichkeiten zur Einstellung verschiedener bzw. stark abweichender Kraftniveaus für eine Energieabsorption in Fahrzeugstrukturen bereitgestellt werden. Häufig weisen Lastpfade in Fahrzeugkarosserien Steifigkeitssprünge auf, wobei diese Sprünge oft an Bauteilgrenzen auftreten. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise eine Vereinigung von verschiedenen Bauteilen bzw. Bauteileigenschaften in einer Vorrichtung ermöglicht, wobei in dieser Vorrichtung eine Steifigkeit über eine Längsausprägung bzw. Längserstreckung der Vorrichtung in Stufen eingestellt werden kann. Dies ist vorteilhaft, um mit ein und derselben Struktur situationsgerecht eine geeignete Steifigkeit bereitstellen zu können. Beispielsweise auf ein Signal hin, welches eine Fahrsituation und/oder Aufprallsituation klassifiziert, kann eine Steifigkeit bzw. die entsprechende Kraft-Weg-Kennung der Vorrichtung gewählt bzw. eingestellt werden. Durch eine Vereinigung der Funktion mehrerer Bauteile in einer Vorrichtung kann eine Bauteillänge zudem noch gekürzt werden. Als Sekundäreffekt ist damit eine Gewichtseinsparung realisierbar.
Insbesondere können gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung große Steifigkeitsdifferenzen mittels der Vorrichtung realisiert werden. Bedeutsam hierbei ist, dass mehrere Steifigkeitsniveaus bzw. Kraftniveaus zur Energieabsorption in einer Vorrichtung realisiert werden können, wobei die Steifigkeitsniveaus sehr weit auseinanderliegen können und darüber hinaus das niedrigere Steifigkeitsniveau um einen großen Faktor, beispielsweise 20 bis 30, kleiner sein kann als die höheren Niveaus. Dies kann durch eine Kombination verschiedener Energieabsorptionsmechanismen mit entsprechender Mechanik erreicht werden. Solche Kraftniveauunterschiede in Fahrzeuglastpfaden treten beispielsweise in einem Längslastpfad von Vorderwagenstrukturen auf. Zum Fußgängerschutz kann ein sehr geringes Kraftniveau von wenigen Kilonewton (kN) erforderlich sein, wobei für zum Insassenschutz Kraftniveaus von beispielsweise mehr als 100 kN erforderlich sein können.
Es wird vorgeschlagen, außer einer Verjüngung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein weiteres Energieabsorptionsprinzip zu nutzen, welches insbesondere den Aufprallkraftbereich von einigen Kilonewton abdeckt. Vorteile der Verjüngung als Energieabsorptionsprinzip auf hohem Steifigkeitsniveau bestehen insbesondere darin, dass ein Zielsteifigkeitsniveau schon zu Beginn einer translatorischen Bewegung eines Verjüngungselements, z. B. eines runden oder ovalen Rohres, schnell erreicht wird und das Steifigkeitsniveau bei der Verjüngung keinen starken Schwankungen unterliegt. Anstatt mit demselben Verjüngungselement auch eine Energieabsorption auf einem niedrigen Niveau von nur wenigen Kilonewton darzustellen, können damit einhergehende Schwankungen des Steifigkeitsniveaus, die außerhalb eines Toleranzbandes liegen, vermieden werden, indem das weitere Energieabsorptionsprinzip gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Auch wenn die hohen Steifigkeitsniveaus bzw. Kraftniveaus in der beschriebenen Vorrichtung beispielsweise mehr als 100 kN betragen, wird somit auch die Realisierung einer zuverlässigen Energieabsorption bei lediglich wenigen Kilonewton gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglicht. So können insbesondere auch Toleranzen umgangen werden, die aufgrund von Reibung, Materialfestigkeit, Passungen etc. auftreten sowie für Schwankungen im Lastniveau sorgen können, und die zwar bei Steifigkeitsniveaus von mehr als 100 kN hinnehmbar sind, jedoch bei wenigen Kilonewton als Zielniveau inakzeptable Abweichungen darstellen würden.
Für den Bereich von nur wenigen Kilonewton wird vorgeschlagen, ein weiteres Energieabsorptionsprinzip heranzuziehen und mit der Verjüngung zu kombinieren. Die Energieabsorptionseinrichtung kann ausgebildet sein, um einen schnellen Kraftanstieg auf das Zielniveau zu erreichen und das Zielniveau während der Deformation im Wesentlichen konstant zu halten bzw. ein vorgegebenes Toleranzband nicht zu verlassen. Die Zielniveaus für Deformationskraft, Deformationslänge und Absorptionsenergie der Vorrichtung können beispielsweise durch Ableitung aus Crashtestanforderungen bzw. sonstigen Vorgaben an ein gewünschtes Verhalten, um entweder ein Deformationsverhalten sicherzustellen, Grenzwerte für Verkehrsteilnehmer, beispielsweise Insassen eines eigenen Fahrzeugs oder anderer Fahrzeuge, auch Nutzfahrzeuge, Zweiräder, motorisiert oder unmotorisiert, Fußgänger etc., einzuhalten oder anderen Anforderungen zu genügen, bestimmt werden. Eine Deformationslänge der Vorrichtung soll beispielsweise ausreichend lang sein, um Anforderungen der Energieabsorption zu erfüllen, bzw. kann auch so lang sein, dass eine Verdichtung von Material nicht zu einer Erhöhung des Steifigkeitsniveaus über ein Toleranzband hinaus führt.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, wobei die Vorrichtung eine Matrize zum Aufnehmen und Deformieren eines Deformationselements bei einer Bewegung des Deformationselements in einer durch die Aufprallenergie bedingten Vorschubrichtung aufweist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
eine Energieabsorptionseinrichtung zum Aufnehmen einer Aufprallenergie mit einem ersten Energiebetrag, der kleiner als ein zweiter Energiebetrag der Aufprallenergie ist, bei dem das Deformationselement durch die Matrize deformierbar ist; und
eine Betätigungseinrichtung, die ausgebildet ist, um in Abhängigkeit von einem Energiebetragsignal, das die Aufprallenergie repräsentiert, eine Bewegbarkeit der Matrize und/oder des Deformationselements einzustellen, um die Energieabsorptionseinrichtung und/oder das Deformationselement zum Aufnehmen der Aufprallenergie freizugeben.
Die Vorrichtung kann in einem Fahrzeug zum Schutz der Insassen und/oder Fußgänger vor der Aufprallenergie bei einer Kollision des Fahrzeugs mit einem stationären Objekt oder einem beweglichen Objekt, wie beispielsweise einem weiteren Fahrzeug, installiert sein. Die Vorrichtung kann in einem Vorderwagen und/oder in einem Heck des Fahrzeugs angeordnet sein. Bei der Vorrichtung kann es sich um eine sogenannte Crashstruktur bzw. Crashbox handeln. Unter einem Energiebetragssignal kann hier ein Signal verstanden werden, das einen Energiebetrag, d. h. eine Energiemenge der Aufprallenergie repräsentiert. Die Vorrichtung kann das Deformationselement als einen Verjüngungsabsorber aufweisen. Der Verjüngungsabsorber basiert auf dem Prinzip einer Verformung, hier Verjüngung, des Deformationselements zum Aufnehmen und Abbauen der Aufprallenergie mit dem zweiten Energiebetrag in einem Kollisionsfall. Das Deformationselement kann als ein längliches Bauteil mit z. B. rundem oder ovalem Querschnitt ausgeformt sein. Bei dem Deformationselement kann es sich um ein Rohr oder dergleichen handeln. Das Deformationselement kann an einem der Matrize zugewandten Ende eine Verjüngung aufweisen. Ansprechend auf eine Kollision kann das Deformationselement in der Vorschubrichtung entlang seiner Längsachse durch die Matrize bewegt und dabei durch die Matrize aufgenommen und deformiert bzw. verjüngt werden, um die Aufprallenergie zu absorbieren. Die Vorschubrichtung kann einer Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs entgegengerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung auch im Heck des Fahrzeugs verbaut werden, wobei dann die Vorschubrichtung in Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs weisen würde. Die Vorschubrichtung kann im Wesentlichen einer Aufprallrichtung auf das Fahrzeug entsprechen. Die Matrize kann ausgebildet sein, um bei einem Eindringen des Deformationselements in die Matrize in die Vorschubrichtung aufgrund einer Aufprallenergie mit dem größeren, zweiten Energiebetrag das Deformationselement verjüngend zu verformen bzw. deformieren, wobei mittels der Betätigungseinrichtung die Bewegbarkeit der Matrize eingeschränkt bzw. unterbunden ist. Wenn mittels der Betätigungseinrichtung die Bewegbarkeit der Matrize eingeschränkt bzw. unterbunden ist, kann die Matrize z. B. einen Ring bilden, dessen lichtes Maß bzw. dessen kleinster Öffnungsdurchmesser geringer als ein maximaler Außendurchmesser des Deformationselements ist. Die Innenseite der Matrize kann beispielsweise ganz oder teilweise schräg verlaufen, sodass die Matrize eine Art Trichter bildet, der bei eingeschränkter bzw. unterbundener Bewegbarkeit der Matrize zu der Verjüngung des Deformationselements führen kann, während sich aufgrund einer Kollision das Deformationselement in der Vorschubrichtung an der Innenseite der Matrize entlang bewegt. Wenn mittels der Betätigungseinrichtung die Bewegbarkeit der Matrize uneingeschränkt ist, kann die Matrize durch eine Axialkraft im Wesentlichen entlang der Vorschubrichtung und/oder eine Radialkraft im Wesentlichen quer zur Vorschubrichtung von dem Deformationselement aufgrund einer Aufprallenergie unter Absorption des kleineren, ersten Energiebetrags axial und/oder radial bewegt werden, wobei keine Verjüngung des Deformationselements bewirkt wird. Die Energieabsorptionseinrichtung kann ausgebildet und angeordnet sein, um aufgrund einer Aufprallenergie mit dem kleineren, ersten Energiebetrag durch das Deformationselement und/oder die Matrize durch eine Radialkraft und/oder Axialkraft verformt und/oder durch Reibarbeit erwärmt zu werden. Die Betätigungseinrichtung kann ausgebildet sein, um durch das Einstellen der Bewegbarkeit der Matrize und/oder des Deformationselements einen Abbau der Aufprallenergie durch die Energieabsorptionseinrichtung und/oder das Deformationselement zu bewirken.
Insbesondere kann der erste Energiebetrag, der mittels der Energieabsorptionseinrichtung aufnehmbar ist, um zumindest eine Größenordnung kleiner als der zweite Energiebetrag sein, bei dem das Deformationselement deformierbar ist. Hierbei kann der erste Energiebetrag der Aufprallenergie bei einem Zusammenprall des Fahrzeugs, in dem die Vorrichtung angeordnet ist, mit einem Fußgänger oder mit einem sonstigen Hindernis bei geringer Geschwindigkeit entstehen, beispielsweise ungefähr bei Schrittgeschwindigkeit oder für einen Fußgängerschutz bis zu 40 km/h. Der zweite Energiebetrag der Aufprallenergie kann bei einem Zusammenstoß mit einem weiteren Fahrzeug oder Hindernis entstehen, insbesondere bei einer höheren Geschwindigkeit als beispielsweise Schrittgeschwindigkeit. Eine solche Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass auch stark unterschiedliche Energieniveaus zuverlässig, angemessen und sicher abgebaut werden können. Somit kann auf eine breite Vielfalt von Aufprallszenarien angemessen reagiert werden, sodass eine Fahrsicherheit erhöht werden kann und Aufprallschäden minimiert werden können.
Auch kann die Energieabsorptionseinrichtung zumindest ein Energieabsorptionselement aufweisen, das ein Schaummaterial, eine Feder, eine Reibungsoberfläche oder ein Verjüngungsrohr umfassen kann. Insbesondere kann die Energieabsorptionseinrichtung Strukturen bzw. Materialien wie Schaum aus Metall wie z. B Stahl, Aluminium etc., Kunststoff, wie z. B. zum Fußgängerschutz, aber auch in anderen Bereichen verwendet werden kann, oder Verbundwerkstoffen, Hybridbauteile bzw. eine Kombination mehrerer Materialien, oder Wabenstrukturen aus Metall wie z. B Aluminium, Stahl etc., Kunststoff, Hybrid- bzw. Verbundwerkstoffen oder dergleichen aufweisen. Ferner kann die Energieabsorptionseinrichtung eine Tellerfeder oder dergleichen aufweisen. Eine Reibungsoberfläche kann als ein Steilgewinde ausgeformt sein, das an dem Deformationselement gebildet sein kann. Alternativ kann die Energieabsorptionseinrichtung zusätzlich zu dem Deformationselement ein Verjüngungsrohr aufweisen, das gemäß dem Energieabsorptionsprinzip des Deformationselements durch Verjüngung verformbar ist, jedoch bei dem ersten, geringen Energiebetrag. Eine solche Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die Energieabsorptionseinrichtung den ersten Energiebetrag der Aufprallenergie zuverlässig, schnell und möglichst konstant aufnehmen kann, wobei ein Zielabsorptionsniveau schnell erreichbar und während der Deformation der Energieabsorptionseinrichtung im Wesentlichen konstant haltbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform, wobei das Deformationselement durch Verjüngen des Deformationselements plastisch deformierbar ist, kann die Energieabsorptionseinrichtung zum Aufnehmen der Aufprallenergie plastisch und/oder elastisch verformbar sein und/oder durch Reibarbeit erwärmbar sein. Hierbei kann die Energieabsorptionseinrichtung bei elastischer Verformung bzw. bei Erwärmung ausgebildet sein, um den ersten Energiebetrag der Aufprallenergie zumindest einmal zu absorbieren.
Ferner kann die Betätigungseinrichtung ausgebildet sein, um zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch das Deformationselement in einer ersten Betätigungsstellung die Matrize zu fixieren und zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch die Energieabsorptionseinrichtung in einer zweiten Betätigungsstellung die Matrize freizugeben. Auch kann die Betätigungseinrichtung ausgebildet sein, um zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch das Deformationselement in einer ersten Betätigungsstellung das Deformationselement mit einem die Aufprallenergie einleitenden Bauteil zu koppeln und zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch die Energieabsorptionseinrichtung in einer zweiten Betätigungsstellung das Deformationselement von dem die Aufprallenergie einleitenden Bauteil zu entkoppeln. Mittels der Betätigungseinrichtung kann somit die Steifigkeit der Vorrichtung in Abhängigkeit von einer ermittelten Schwere eines Aufpralls bzw. einer Kollision zwischen hoch, wenn sich die Betätigungseinrichtung in der ersten Betätigungsstellung befindet, und niedrig, wenn sich die Betätigungseinrichtung in der zweiten Betätigungsstellung befindet, einstellbar sein. Entsprechend kann bei einer schweren Kollision und hoher eingestellter Steifigkeit eine Verformung des Deformationselements erfolgen, um einen hohen Betrag der Aufprallenergie abzubauen. Bei einer leichten Kollision kann bei niedriger eingestellter Steifigkeit die Verformung der Energieabsorptionseinrichtung erfolgen, da ein geringer Betrag der Aufprallenergie absorbiert werden soll. Somit kann die Vorrichtung auch zur Vermeidung von Fußgängerverletzungen oder Blechschäden an dem Fahrzeug selbst, beispielsweise beim Ein- oder Ausparken eines Fremdfahrzeugs, eingesetzt werden. In einem solchen Fall kann bei Erfassung eines Zusammenpralls mit einem Fußgänger eine Einstellung auf eine niedrige Steifigkeit erfolgen. Dies kann erfolgen, wenn im Kollisionsfall z. B. aufgrund von Sensordaten eine leichte Kollision festgestellt wurde.
Dabei kann die Energieabsorptionseinrichtung in Anlage gegen die Matrize oder gegen das Deformationselement anordenbar oder angeordnet sein oder als Teil des Deformationselements vorgesehen sein. Somit kann der erste Energiebetrag der Aufprallenergie über die Matrize und/oder das Deformationselement direkt auf die Energieabsorptionseinrichtung übertragen werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine an dem Deformationselement anbringbare oder angebrachte Sicherungseinrichtung vorgesehen sein, die ausgebildet ist, um das Deformationselement gegen eine Bewegung aus der Matrize heraus entgegen der Vorschubrichtung zu sichern. Eine solche Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass eine genaue Anordnung des Deformationselements bezüglich der Matrize verbessert und beibehalten werden kann. Somit kann ein Abbau der Aufprallenergie genau definiert und rasch erfolgen, da eine Beeinträchtigung durch ein Verrutschen des Deformationselements vermieden werden kann.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer Variante der vorstehend genannten Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
Ansteuern der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Energiebetragssignal, das den Energiebetrag der Aufprallenergie repräsentiert, um die Steifigkeit der Vorrichtung einzustellen.
Das Verfahren kann in Verbindung mit einer oben genannten Vorrichtung vorteilhaft ausgeführt werden. Insbesondere kann im Schritt des Ansteuerns bewirkt werden, dass die Bewegbarkeit der Matrize und/oder des Deformationselements mittels der Betätigungseinrichtung eingestellt wird, um in Abhängigkeit von dem Energiebetragsignal die Energieabsorptionseinrichtung und/oder das Deformationselement zum Aufnehmen der Aufprallenergie freizugeben. Hierbei kann im Schritt des Ansteuerns bewirkt werden, dass die Betätigungseinrichtung in einer ersten Betätigungsstellung zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch das Deformationselement die Matrize fixiert und in einer zweiten Betätigungsstellung zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch die Energieabsorptionseinrichtung die Matrize freigibt. Somit kann im Schritt des Ansteuerns bewirkt werden, dass die Betätigungseinrichtung zwischen der ersten Betätigungsstellung und der zweiten Betätigungsstellung bewegt wird bzw. zwischen einem ersten Betätigungszustand und einem zweiten Betätigungszustand verändert wird.
Das Verfahren kann beispielsweise in einem Steuergerät durchführt werden, das mit der im Vorhergehenden erläuterten Vorrichtung verbunden oder in diese integriert sein kann. Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen der im Vorhergehenden erläuterten erfindungsgemäßen Vorrichtung durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft gelöst werden.
Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale hinsichtlich eines zu erwartenden Energiebetrags der Aufprallenergie verarbeitet und in Abhängigkeit davon Ansteuersignale für die Betätigungseinrichtung ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des im Vorhergehenden erläuterten Verfahrens verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung bzw. einem im Vorhergehenden erläuterten Steuergerät ausgeführt wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1A bis 1C Prinzipdarstellungen zur Funktionsweise einer Vorrichtung zum Aufnehmen von Aufprallenergie mit einstellbarer Steifigkeit;
2A bis 2C Prinzipdarstellungen zur Funktionsweise einer weiteren Vorrichtung zum Aufnehmen von Aufprallenergie mit einstellbarer Steifigkeit;
3A eine Prinzipdarstellung eines Verjüngungsabsorbers;
3B ein Kraft-Weg-Diagramm einer Verjüngung mittels des Verjüngungsabsorbers aus 3A;
4 ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm für eine Verformung einer Energieabsorptionseinrichtung;
5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6A und 6B schematische Schnittdarstellungen einer Vorderwagenbaugruppe eines Fahrzeugs mit Vorrichtungen mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorderwagenbaugruppe eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8A bis 8C eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorderwagenbaugruppe eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 eine schematische Teilschnittansicht einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11A bis 11C eine Sicherungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
12 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Die im Nachfolgenden erläuterten adaptiven Crashstrukturen ersetzen Teile bestehender Vorderwagenstrukturen in Kraftfahrzeugen. Beispielsweise können die hierin vorgeschlagenen Strukturen die Crashbox und den vorderen Teil der Längsträger ersetzen, kann aber auch an anderer Stelle im Lastpfad eingesetzt werden.
1A bis 1C zeigen Prinzipdarstellungen zur Funktionsweise einer Vorrichtung 100 zum Aufnehmen von Aufprallenergie mit einstellbarer Steifigkeit. Die Darstellungen der 1A bis 1C zeigen jeweils einen Längsschnitt durch die Vorrichtung bzw. einen Abschnitt der Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit bzw. adaptive Crashstruktur 100, wie sie beispielsweise in einen Vorderwagen eines Fahrzeugs installiert sein kann. Die adaptive Crashstruktur 100 umfasst ein Deformationselement 110, das hier als ein Rohr ausgebildet ist, sowie ein Gehäuse 120, in dem eine feste bzw. nicht-ausrückbare Matrize 130 und eine brechbare bzw. ausrückbare Matrize 140 angeordnet sind. Ferner umfasst die Vorrichtung 100 einen innerhalb des Gehäuses 120 verschiebbaren Ring 150 zur Abstützung bzw. Freigabe der ausrückbaren Matrize 140, eine angrenzend an den Ring 150 angeordnete stromführende Spule 160 und ein zwischen dem Ring 150 und einer weiteren Wand des Gehäuses 120 angeordnetes Federelement 170. Eine Aufprallrichtung bzw. Vorschubrichtung 180 des Deformationselements 110 entlang seiner mittels einer Punkt-Strich-Linie gekennzeichneten Längserstreckung ist durch einen Pfeil in der Darstellung gekennzeichnet. Die Punkt-Strich-Linie markiert auch eine Mittelachse der Crashstruktur 100.
Die adaptive Crashstruktur 100 weist in erster Hinsicht zwei Steifigkeiten auf. Die Grundeinstellung der Struktur 100 ist die höhere Steifigkeit, die der eines vorderen Längsträgers des Fahrzeugs entspricht. Die zweite Einstellung, auf die umgeschaltet wird, weist eine geringere Steifigkeit auf. Ebenfalls möglich ist es, die adaptive Crashstruktur 100 weiter hinten in der Frontstruktur einzubauen, d.h. als Ersatz eines hinteren Längsträgers. Die Struktur 100 kann ebenso für das Fahrzeugheck verwendet werden, auch wenn hierin lediglich der Vorderwagen betrachtet wird.
Im Falle hoher Aufprallgeschwindigkeiten und somit hoher Kollisionsenergien ist es vorteilhaft, frühzeitig ein hohes Energieabsorptionsniveau zu erreichen, weshalb die höhere Steifigkeit als Grundeinstellung sinnvoll ist. Im Falle geringer Kollisionsenergien ist eine niedrigere Steifigkeit erforderlich, damit die Struktur 100 durch die geringere eingeleitete Kraft verformt werden kann. Dadurch ergeben sich Vorteile bei der Insassenbelastung in Form einer in der Intensität geringeren, dafür aber längeren Belastung. Die beiden Niveaus werden mithilfe eines Aktuators eingestellt.
1A zeigt ein Schnittbild der adaptiven Crashstruktur 100 in Ruhestellung. Hier ist der innerhalb des Gehäuses verschiebbare Ring 150 zwischen der ausrückbaren Matrize 140 und einer Wand des Gehäuses 120 angeordnet, sodass die ausrückbare Matrize 140 abgestützt ist. Entsprechend ist die Steifigkeit der Crashstruktur 100 hoch. Bei einer Kollision wird das Rohr bzw. Deformationselement 110 in die feste Matrize 130 und in die brechbare Matrize 140 geschoben und dabei stark verjüngt.
1B zeigt ein Schnittbild der adaptiven Crashstruktur 100 in aktuierter Stellung. Hier ist der Ring 150 ansprechend auf einen Stromfluss in der Spule 160 nach unten verschoben. Kommt es nun zu einer Kollision, dringt das Rohr 110 ebenfalls in die feste Matrize 130 und in die brechbare Matrize 140 ein. Da der Ring 150 die brechbare Matrize 140 nicht abstützt, kann diese infolge der Aufprägung der Radialkraft durch das Rohr 110 brechen, z.B. an Sollbruchstellen, und ausrücken. Ein Verjüngungsgrad des Rohrs 110 ist somit verglichen mit der in 1A gezeigten Grundeinstellung geringer.
1C zeigt ein Schnittbild der adaptiven Crashstruktur 100 im Kollisionsfall, und zwar bei weicher Einstellung, also niedriger Steifigkeit, wie sie anhand der Darstellung in 1B erläutert ist.
Unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C stellt anders ausgedrückt zur Anpassung der Steifigkeit auf hohen Niveaus, z. B. Kräfte größer als 100 kN, die Verjüngung ein geeignetes Konzept dar. Den 1A bis 1C kann die Funktionsweise einer geeigneten Crashstruktur 100 entnommen werden. Hierbei zeigt 1A die Ruhestellung der Crashstruktur 100. Bei einer Kollision wird das Rohr 110 in die feste Matrize 130 und in die brechbare Matrize 140 geschoben und dabei stark verjüngt. 1A zeigt hierbei ein Schnittbild der adaptiven Crashstruktur 100 in Ruhestellung mit hoher Steifigkeit. Bei einer Betätigung bzw. Aktuierung mittels der Spule 160 und ggf. des Federelements 170 wird der Ring 150 verschoben, wie es in 1B gezeigt ist. 1B zeigt ein Schnittbild der adaptiven Crashstruktur 100 in betätigter bzw. aktuierter Stellung. Kommt es nun zu einer Kollision, dringt das Rohr 110 in die feste Matrize 130 und in die brechbare Matrize 140 ein. Da der Ring 150 die brechbare Matrize 140 nicht abstützt, kann dieselbe infolge der Aufprägung der Radialkraft durch das Rohr 110 brechen und ausrücken. Der Verjüngungsgrad des Rohrs 110 ist somit verglichen mit der Grundeinstellung geringer, wie es in 1C gezeigt ist. 1C zeigt ein Schnittbild der adaptiven Crashstruktur 100 im Kollisionsfall in aktuiertem Zustand mit geringer bzw. weicher Steifigkeit.
Anstelle des Rings 150 können auch Bolzen verwendet werden, welche in einer ersten Position die ausrückbare Matrize 140 freigeben und nach einer Lageänderung der Bolzen in eine zweite Position die ausrückbare Matrize 140 freigeben, sodass dieselbe in Folge einer Aufprägung einer Radialkraft ausrücken kann.
2A bis 2C zeigen Prinzipdarstellungen zur Funktionsweise einer weiteren Vorrichtung 200 zum Aufnehmen von Aufprallenergie mit einstellbarer Steifigkeit. Vom Prinzip der Aufnahme der Aufprallenergie her entspricht die Vorrichtung 200 beispielsweise der Vorrichtung aus den 1A bis 1C. Gezeigt sind jeweils ein Rohr 210, das beispielsweise dem Rohr aus den 1A bis 1C entspricht, und eine Matrize 240, die beispielhaft ähnlich oder gleich zumindest einer Rohrschelle ausgebildet ist. Wenn die Matrize 240 bzw. Rohrschelle geschlossen ist, ist die Steifigkeit der Vorrichtung 200 auf hart eingestellt, wie es in 2A gezeigt ist. Wenn die Matrize 240 bzw. Rohrschelle geöffnet ist, ist die Steifigkeit der Vorrichtung 200 auf weich eingestellt, wie es in 2B gezeigt ist. Die Matrize 240 bzw. Rohrschelle kann somit bei der in den 2A bis 2C gezeigten Vorrichtung 200 beispielsweise die Funktion der brechbaren Matrize aus den 1A bis 1C übernehmen. 2C zeigt einen Ausschnitt der Vorrichtung 200.
3A zeigt eine Prinzipdarstellung eines Verjüngungsabsorbers 300, bei dem ein Rohr 310 bzw. Deformationselement aufgrund einer Kraft F, die symbolisch mittels eines Pfeils dargestellt ist, in eine Matrize 330 schiebbar und dabei durch Verjüngung desselben verformbar ist. Hierbei ist ein Öffnungsdurchmesser einer Verjüngungsöffnung der Matrize 330 geringer als ein Außendurchmesser des Rohres 310 im unverformten bzw. unverjüngten Zustand.
3B zeigt ein Kraft-Weg-Diagramm 350 der Verjüngung mittels des Verjüngungsabsorbers aus 3A. An der Abszissenachse ist ein Weg s aufgetragen, der einer Strecke entspricht, die bei dem Verjüngungsabsorber aus 3A das Rohr in die Matrize geschoben wird. An der Ordinatenachse ist eine Kraft F aufgetragen, die zur translatorischen Bewegung des Rohres aus 3A zur Verjüngung desselben benötigt wird. In dem Kraft-Weg-Diagramm 350 sind ein Kraft-Weg-Verlauf 352 und eine Zielkraftlinie 354 bzw. ein Zielkraftniveau dargestellt. Der Kraft-Weg-Verlauf 352 weist in einem kurzen Abschnitt des Weges s einen steilen Anstieg auf der Kraft F von null bis zu einem Toleranzbereich um die Zielkraftlinie 354 herum auf. Über einen weiteren, langen Abschnitt des Weges s hinweg bleibt der Kraft-Weg-Verlauf 352 in dem Toleranzbereich um die Zielkraftlinie 354 herum, bevor der Kraft-Weg-Verlauf 352 in einem weiteren, kurzen Abschnitt des Weges s steil auf null abfällt. Vorteile des Energieabsorptionsprinzips der Verjüngung sind, dass das durch die Zielkraftlinie 354 veranschaulichte Zielkraftniveau nahe am Beginn der translatorischen Bewegung des Rohres bzw. Verjüngungselements entlang dem Weg s schnell erreicht wird, und dass im Weiteren das Kraftniveau bei der Verjüngung lediglich geringen Schwankungen um die Zielkraftlinie 354 unterliegt.
4 zeigt ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm 400 für eine Verformung einer Energieabsorptionseinrichtung für Vorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. An der Abszissenachse ist eine Dehnung τ bei der Verformung der Energieabsorptionseinrichtung aufgetragen, an der Ordinatenachse ist eine Spannung σ bei der Verformung der Energieabsorptionseinrichtung aufgetragen. Somit zeigt 4 ein Deformationsverhalten der Energieabsorptionseinrichtung. Ein in dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm 400 eingezeichneter Spannungs-Dehnungs-Verlauf weist einen linear elastischen Abschnitt 402, einen Plateauabschnitt 404 und einen Verdichtungsabschnitt 406 auf. Der Spannungs-Dehnungs-Verlauf weist in dem linear elastischen Abschnitt 402 einen linearen Anstieg von null bis zu einer Schwellenspannung σ₁ auf. Der Anstieg des Spannungs-Dehnungs-Verlaufs in dem linear elastischen Abschnitt 402 entspricht dem Elastizitätsmodul E der Energieabsorptionseinrichtung. Der Spannungs-Dehnungs-Verlauf weist zwischen dem linear elastischen Abschnitt 402 und dem Verdichtungsabschnitt 406 den Plateauabschnitt 404 auf, in dem der Spannungs-Dehnungs-Verlauf bei Spannungen, die innerhalb eines Toleranzbereichs um die Schwellenspannung σ₁ liegen, im Wesentlichen parallel zur Abszissenachse verläuft. Alternativ kann gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel einer Energieabsorptionseinrichtung auch ein Material verwendet werden, bei dem der Bereich 404 in einer entsprechenden Kennlinie kein Plateau, sondern eine steigende oder fallende Kennlinie aufweist. Von einem Ende des Plateauabschnitts 404 in 4 steigt der Spannungs-Dehnungs-Verlauf in dem Verdichtungsabschnitt 406 bis zu einer Schwellendehnung τ₁ auf Spannungswerte größer der Schwellenspannung σ₁ an. Vorteilhaft bei einer Energieabsorptionseinrichtung mit dem in 4 gezeigten Deformationsverhalten ist, dass ein schneller Kraftanstieg auf ein in 4 durch den Plateauabschnitt 404 veranschaulichtes Zielniveau erreicht wird und dass das Zielniveau während der Deformation über eine weite Strecke möglichst konstant bleibt bzw. ein vorgegebenes Toleranzband nicht verlässt.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei denen Prinzipien einer Kombination zweier Energieabsorptionsverfahren Anwendung finden. Es wird vorgeschlagen, außer einer Verjüngung ein weiteres Energieabsorptionsverfahren einzusetzen, welches einen Bereich von geringen Kräften bzw. geringer Aufprallenergie abdeckt. Ebenso wird auf eine Integrierbarkeit in ein Fahrzeug eingegangen.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug 500 weist einen Querträger 510 bzw. eine Vorderwagenstruktur, z. B. mit einer Stoßstange, einen Kühler 520, einen Längsträger 530, eine Prallplatte 540 und die Vorrichtung 550 mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie auf. Bei der Vorrichtung 550 handelt es sich um eine sogenannte adaptive Crashstruktur. Der Längsträger 530 erstreckt sich entlang einer Längserstreckungsachse des Fahrzeugs 500. Der Kühler 520 erstreckt sich quer zu der Längserstreckungsachse des Fahrzeugs 500. Die Prallplatte 540 ist an dem Längsträger 530 angebracht. Die Vorrichtung 550 bzw. adaptive Crashstruktur ist zwischen dem Querträger 510 und der Prallplatte 540 an dem Längsträger 530 angeordnet. Beispielhaft ist die Vorrichtung 550 im Bereich des Kühlers 520 an dem Längsträger 530 angeordnet. Auf die Vorrichtung 550 bzw. adaptive Crashstruktur wird in den 6A bis 10 detaillierter eingegangen.
6A zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Vorderwagenbaugruppe eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug 500 weist einen Querträger 510 bzw. eine Vorderwagenstruktur, z. B. mit einer Stoßstange, einen Kühler 520, einen Längsträger 530 und die Vorrichtung 550 mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie auf. Bei der Vorrichtung 550 handelt es sich um eine sogenannte adaptive Crashstruktur. Bei dem Fahrzeug 500 und bei der Vorrichtung 550 handelt es sich beispielsweise um das Fahrzeug und die Vorrichtung aus 5. Die Vorrichtung 550 weist ein Verjüngungsrohr 610 bzw. Deformationselement, eine Verjüngungsmatrize 620 bzw. Matrize, eine Energieabsorptionseinrichtung 630 bzw. ein Energieabsorptionselement, eine Betätigungseinrichtung 640 bzw. einen Aktuator, ein Vorrichtungsgehäuse 650 bzw. Aktuatorgehäuse bzw. Absorbergehäuse und eine x-Kraft-Aufnahmeeinrichtung 660 auf. Ferner ist in 6A eine Vorschubrichtung 680 bzw. Belastungsrichtung dargestellt, entlang der bei einem Aufprall des Fahrzeugs das Verjüngungsrohr 610 durch die Vorrichtung 550 hindurchgeschoben wird. Die Vorschubrichtung 680 erstreckt sich entlang einer mittels einer Punkt-Strich-Linie gekennzeichneten Längserstreckungsachse des Verjüngungsrohres 610 und ist in der Darstellung in 6A durch einen Pfeil bezeichnet. Die Punkt-Strich-Linie repräsentiert auch eine Mittelachse der Vorrichtung 550. Hierbei ist in der Darstellung in 6A lediglich eine Hälfte der Vorrichtung 550 gezeigt, wobei ersichtlich ist, dass die nicht abgebildete Hälfte durch Spiegelung der abgebildeten Hälfte an der Mittelachse erhalten werden kann. Auch sind eine erste Einbauposition A und eine alternative, zweite Einbauposition B des Längsträgers 530 gezeigt.
Das Verjüngungsrohr 610 ist mit dem Querträger 510 verbunden und erstreckt sich in die Vorschubrichtung 680 durch die Vorrichtung 550 bzw. Crashstruktur hindurch. Das Verjüngungsrohr 610 ist ausgebildet, um bei einer Bewegung in Vorschubrichtung 680 durch die Verjüngungsmatrize 620 verjüngt zu werden. Insbesondere ist das Verjüngungsrohr 610 ausgebildet, um aufgrund einer großen Kraft, die von einer Aufprallenergie des Fahrzeugs 500 herrührt und beispielsweise in etwa 140 Kilonewton beträgt, durch die Verjüngungsmatrize 620 deformiert bzw. verjüngt zu werden. Das Verjüngungsrohr 610 ist in 6A beispielhaft vorverjüngt, wobei sich ein erster Abschnitt mit größerem Außendurchmesser von dem Querträger 510 bis zu der Verjüngungsmatrize 620 erstreckt und sich ein zweiter Abschnitt mit kleinerem Außendurchmesser von der Verjüngungsmatrize 620 bis zu einem von dem Querträger 510 abgewandten Ende des Verjüngungsrohres 610 erstreckt. Zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des Verjüngungsrohres 610 ist ein Übergangsabschnitt angeordnet, in dem sich der Außendurchmesser verjüngt. Das Verjüngungsrohr 610 ist mit Übergangsabschnitt an der Verjüngungsmatrize 620 anliegend angeordnet. An dem von dem Querträger 510 abgewandten Ende des Verjüngungsrohres 610 ist die x-Kraft-Aufnahmeeinrichtung 660 angeordnet.
Die Verjüngungsmatrize 620, die Energieabsorptionseinrichtung 630 und die Betätigungseinrichtung 640 der Vorrichtung 550 bzw. adaptiven Crashstruktur sind in dem Vorrichtungsgehäuse 650 angeordnet. Das Vorrichtungsgehäuse 650 ist bei dem in 6A dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beispielhaft zweiteilig ausgeführt. In der Vorschubrichtung 680 erstreckt sich das beispielhaft von dem Kühler 520 bis zu der x-Kraft-Aufnahmeeinrichtung 660. Dabei weist das Vorrichtungsgehäuse 650 an einem in der Vorschubrichtung 680 vorgelagerten Ende, beispielhaft im Bereich des Kühlers 520, einen Führungsabschnitt auf, der an dem Verjüngungsrohr 610 anliegend angeordnet ist und ausgebildet ist, um das Verjüngungsrohr 610 bei einer Bewegung in die Vorrichtung 550 zu führen. Auch ist das Vorrichtungsgehäuse 650 an einem in der Vorschubrichtung 680 nachgelagerten Ende in Anlage gegen die x-Kraft-Aufnahmeeinrichtung 660 angeordnet. Das Vorrichtungsgehäuse 650 ist an dem Längsträger 530 befestigt.
Die Verjüngungsmatrize 620 und die Energieabsorptionseinrichtung 630 sind entlang der Vorschubrichtung 680 benachbart zueinander angeordnet. Dabei ist die Verjüngungsmatrize 620 bezüglich der Energieabsorptionseinrichtung 630 in der Vorschubrichtung 680 vorgelagert angeordnet. Die Verjüngungsmatrize 620 ist mit einer Verjüngungsoberfläche derselben an dem Übergangsabschnitt des Verjüngungsrohres 610 anliegend angeordnet. Ferner ist die Verjüngungsmatrize 620 durch das Vorrichtungsgehäuse 650 und die Energieabsorptionseinrichtung 630 abgestützt. Bezogen auf die Vorschubrichtung 680 ist die Verjüngungsmatrize 620 zwischen einer Wand des Vorrichtungsgehäuses 650 und der Energieabsorptionseinrichtung 630 angeordnet. Die Verjüngungsmatrize 620 ist ausgebildet, um bei einer Bewegung des Verjüngungsrohres 610 in der Vorschubrichtung 680, wobei die Bewegung durch die große Kraft bzw. einen großen Betrag der Aufprallenergie bedingt ist, das Verjüngungsrohr 610 zu verjüngen. Dabei weist die Verjüngungsmatrize 620 an einem in der Vorschubrichtung 680 vorgelagerten Ende derselben quer zu der Vorschubrichtung 680 eine größere radiale Abmessung auf als an einem in der Vorschubrichtung 680 nachgelagerten Ende derselben. Die Verjüngungsmatrize 620 ist ausgebildet, um das Verjüngungsrohr 610 von dem größeren Außendurchmesser auf den kleineren Außendurchmesser zu verjüngen.
Die Energieabsorptionseinrichtung 630 ist bezüglich der Verjüngungsmatrize 620 in der Vorschubrichtung 680 nachgelagert angeordnet. Ferner ist die Energieabsorptionseinrichtung 630 durch das Vorrichtungsgehäuse 650 und die Verjüngungsmatrize 620 abgestützt. Bezogen auf die Vorschubrichtung 680 ist die Energieabsorptionseinrichtung 630 zwischen der Verjüngungsmatrize 620 und einer Wand des Vorrichtungsgehäuses 650 angeordnet. Dabei ist die Energieabsorptionseinrichtung 630 zwischen der Verjüngungsmatrize 620 und einer Wand des Vorrichtungsgehäuses 650 eingeklemmt. Die Energieabsorptionseinrichtung 630 ist ausgebildet, um sich bei einer durch eine geringe Kraft, z. B. in etwa 4 Kilonewton, bzw. einen geringen Energiebetrag der Aufprallenergie bedingten Bewegung der Verjüngungsmatrize 620 in der Vorschubrichtung 680 elastisch und/oder plastisch zu verformen.
Die Betätigungseinrichtung 640 ist bezüglich der Verjüngungsmatrize 620 in der Vorschubrichtung 680 nachgelagert und angrenzend angeordnet. Auch ist die Betätigungseinrichtung 640 weiter von der Mittelachse der Vorrichtung 550 beabstandet als die Energieabsorptionseinrichtung 630. Beispielhaft ist die Betätigungseinrichtung 640 in einer Ausbuchtung des Vorrichtungsgehäuses 650 angeordnet. Dabei ist die Betätigungseinrichtung 640 quer zu der Vorschubrichtung 680 zwischen einer ersten Betätigungsstellung und einer zweiten Betätigungsstellung bewegbar. In der ersten Betätigungsstellung ist die Betätigungseinrichtung 640 vollständig in der Ausbuchtung des Vorrichtungsgehäuses 650 aufgenommen, sodass eine Bewegung der Verjüngungsmatrize 620 in der Vorschubrichtung 680 ermöglicht ist. In der zweiten Betätigungsstellung, die in 6A nicht explizit gezeigt ist, wobei ein Zweirichtungspfeil dargestellt ist, der eine Bewegung zwischen der ersten Betätigungsstellung und der zweiten Betätigungsstellung andeutet, ist die Betätigungseinrichtung 640 teilweise in der Ausbuchtung des Vorrichtungsgehäuses 650 aufgenommen, sodass eine Bewegung der Verjüngungsmatrize 620 in der Vorschubrichtung 680 blockiert ist, wobei die Verjüngungsmatrize 620 durch die Betätigungseinrichtung 640 axial abgestützt ist. Hierbei ist die Betätigungseinrichtung 640 in der ersten Betätigungsstellung weiter von der Mittelachse der Vorrichtung 550 beabstandet als in der zweiten Betätigungsstellung.
Anders ausgedrückt zeigt 6A eine Kombination zweier Energieabsorptionsverfahren, wobei in der Vorrichtung 550 jenes der Verjüngung und jenes mittels eines elastischen/plastisch Elements in axialer Anordnung kombiniert sind. Kombiniert ist insbesondere die Verjüngung des Verjüngungsrohres 610, welches rund oder oval ausgeführt sein kann, mit einer porösen oder zumindest komprimierbaren Energieabsorptionseinrichtung 630, welche verdichtet werden kann und damit eine Energieabsorption ermöglicht. Die Energieabsorptionseinrichtung 630 kann dabei elastisch oder auch plastisch verformbar sein, vorteilhafterweise zeigt dieselbe ein elastisches Deformationsverhalten. Die Verjüngung ist bei einem hohen Kraftniveau von beispielsweise über 100 Kilonewton vorgesehen, die Komprimierung bei einem niedrigen Kraftniveau von beispielsweise weniger als 10 Kilonewton. Kollisionen, bei denen die Vorrichtung 550 lediglich ein solches niedriges Kraftniveau aufzuweisen hat, haben in der Regel keine große Zerstörung des Fahrzeugs 500 zur Folge, weshalb ein elastisches Deformationsverhalten bevorzugt wird, um bei einer Instandsetzung des Fahrzeugs 500 die Vorrichtung 550 nicht reparieren zu müssen.
Um einen sauberen Einlauf des Verjüngungsrohres 610 in die Verjüngungsmatrize 620 zu ermöglichen und eine Tauglichkeit für Schrägbelastungen zu erhöhen, kann eine Führung des Verjüngungsrohres 610 vor der Verjüngungsmatrize 620 vorgesehen sein. Diese Führung kann mittels des Führungsabschnitts des Vorrichtungsgehäuses 650 ausgeführt sein. In Richtung der Fahrzeugmitte bzw. in der Vorschubrichtung 680 schließt sich an die Führung die Verjüngungsmatrize 620 an. Durch Verformung des Verjüngungsrohres 610, wobei ein Austrittsdurchmesser des Verjüngungsrohres 610 aus der Verjüngungsmatrize 620 kleiner als ein Eintrittsdurchmesser des Verjüngungsrohres 610 in die Verjüngungsmatrize 620 ist, wird Energie absorbiert. Das Verjüngungsrohr 610 kann vorverjüngt sein, um schneller auf ein Zielkraftniveau zu gelangen und einen festen Sitz des Verjüngungsrohres 610 in der Vorrichtung 550 und insbesondere in der Verjüngungsmatrize 620 zu ermöglichen. Zur Verjüngung ist die Matrize relativ zur dahinter liegenden Energieabsorptionseinrichtung 630 mittels der Betätigungseinrichtung 640 fixiert. Ein Kraftniveau der Struktur, zu welcher eine Fixierung hergestellt wird, d. h. der Betätigungseinrichtung 640, muss über einem Kraftniveau der Verjüngung liegen, damit die Betätigungseinrichtung 640 erst nach vollständiger Verjüngung des Verjüngungsrohres 610 deformiert wird. Damit ist die Energieabsorption bei hohem Kraftniveau realisiert. Die Verjüngungsmatrize 620 ist beispielhaft in das Vorrichtungsgehäuse 650 integriert. Eine Fixierung kann in diesem Falle an dem Vorrichtungsgehäuse 650 erfolgen, welches seinerseits ebenso fixiert sein soll, jedoch nicht schaltbar. Alternativ kann auch der Längsträger 530 über die Verjüngungsmatrize 620 ragen, und eine Befestigung der Verjüngungsmatrize 620 kann am Längsträger 530 erfolgen. Je nach Ausführung kann eine Position eines Flansches der Vorrichtung 550 variieren.
Soll auf niedrigem Kraftniveau Energie absorbiert werden, erfolgt keine Verjüngung des Verjüngungsrohres 610. Dazu ist die Betätigungseinrichtung 640 vorgesehen, die eine Fixierung der Verjüngungsmatrize 620 an beispielsweise dem Längsträger 530 oder dem Vorrichtungsgehäuse 650 vornehmen kann oder wegnehmen kann. Soll das Verjüngungsrohr 610 nicht verjüngt werden, ist die Fixierung der Verjüngungsmatrize 620 durch die Betätigungseinrichtung 640 aufgehoben. Wird Kraft auf das Verjüngungsrohr 610 in der Vorschubrichtung 680 bzw. in entgegengesetzter Fahrzeuglängsrichtung, d. h. zur Fahrzeugmitte hin, aufgebracht, so kann die Verjüngungsmatrize 620 mitsamt dem Verjüngungsrohr 610 in der Vorschubrichtung 680 bzw. zur Fahrzeugmitte hin verschoben werden. Wird dagegen die Vorrichtung alternativ im Fahrzeugheck verbaut, wird Kraft auf das Verjüngungsrohr 610 entgegen der Vorschubrichtung 680 bzw. in Fahrzeuglängsrichtung, d. h. zur Fahrzeugmitte hin, aufgebracht, so kann die Verjüngungsmatrize 620 mitsamt dem Verjüngungsrohr 610 entgegen der Vorschubrichtung 680 bzw. zur Fahrzeugmitte hin verschoben werden.
Das Vorrichtungsgehäuse 650 und/oder der Längsträger 530 stehen fest und ermöglichen eine Führung der Verjüngungsmatrize 620. Diese drückt auf die Energieabsorptionseinrichtung 630, welche dadurch komprimiert wird, wobei Energie absorbiert wird. Ein Kraftniveau ist hierbei das geringere der Kraftniveaus. Zur Fahrzeugmitte hin ist dafür beispielsweise in Gestalt einer Wand des Vorrichtungsgehäuses 650 ein Anschlag vorgesehen, an welchem bei einer Verformung der Energieabsorptionseinrichtung 630 eine Abstützung der Energieabsorptionseinrichtung 630 ermöglicht ist. Der Anschlag soll mindestens eine Kraft aushalten, die der Kompression des Materials der Energieabsorptionseinrichtung 630 standhält. Auch kann der Anschlag am Vorrichtungsgehäuse 650 oder am Längsträger 530 fixiert sein, ohne dass dies schaltbar ausgeführt zu sein braucht. Vorteilhaft ist zudem, wenn die Energieabsorptionseinrichtung 630 bzw. das Kompressionselement leicht vorgespannt eingebaut wird. Zum einen wird das Zielkraftniveau dadurch schnell erreicht bzw. ist die Vorspannung auf dem gleichen Niveau, zum anderen wird der feste Sitz der Elemente der Vorrichtung 550 dadurch erhöht und somit ist eine höhere Verwindungssteifigkeit sowie eine geringere Neigung zum Klappern gegeben.
Die Energieabsorptionseinrichtung 630 für den niedrigen Kraftbereich ist dabei so ausgeführt, dass das Verjüngungsrohr 610 im Falle einer Verjüngung frei durchtauchen kann. Bei einer Verjüngung wird die Energieabsorptionseinrichtung 630 für den niedrigen Bereich nicht belastet, sodass entweder sofort der hohe Kraftbereich zur Verfügung steht oder aber der niedrige. Sofern eine Fehlschaltung vorliegt und fälschlicherweise die Vorrichtung 550 für den niedrigen Kraftbereich eingestellt ist, kann das Verjüngungsrohr 610 nach Komprimierung der Energieabsorptionseinrichtung 630 für den niedrigen Kraftbereich auch noch verjüngt werden, wenn der Anschlag für die Energieabsorptionseinrichtung 630 die Kraft aufnimmt. Je nach Längenverhältnis von Verjüngungs- und Kompressionsbereich kann damit ein ausfallsicheres Konzept bereitgestellt werden, welches eine Differenz zwischen abgebauter Energie und eigentlich abzubauender Energie minimiert. Bei gleichen Längen ist der Effekt gering, aber ist die Verjüngungslänge wesentlich größer als die Komprimierungslänge, wird der Effekt größer. Die Energieabsorptionseinrichtung 630 sollte dazu möglichst klein ausgeformt sein.
6B zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Vorderwagenbaugruppe eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei entsprechen die Darstellung, die Vorrichtung und das Funktionsprinzip in 6B der Darstellung, der Vorrichtung und dem Funktionsprinzip aus 6A mit der Ausnahme, dass in 6B die Verjüngungsmatrize 620 zwischen der Energieabsorptionseinrichtung 630 und dem Deformationselement 610 angeordnet ist, wobei die Energieabsorptionseinrichtung 630 weiter von der Mittelachse der Vorrichtung 550 beabstandet ist als die Verjüngungsmatrize 620, und dass in 6B die Betätigungseinrichtung 640 entlang der Vorschubrichtung 680 zwischen der ersten und der zweiten Betätigungsstellung bewegbar ist, um die Verjüngungsmatrize 620 radial abzustützen.
Anders ausgedrückt zeigt 6B eine Kombination zweier Energieabsorptionsverfahren, wobei in der Vorrichtung 550 jenes der Verjüngung und jenes mittels eines elastischen/plastischen Elements in radialer Anordnung kombiniert sind. Anders als bei dem in 6A gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei das hohe Kraftniveau durch die Verjüngung des Verjüngungsrohres 610 erreicht wird und das niedrigere Kraftniveau durch die Deformation der Energieabsorptionseinrichtung 630 in axiale Richtung erreicht wird, wird bei dem in 6B gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das hohe Kraftniveau zwar auch durch die Verjüngung realisiert, aber das niedrige Kraftniveau durch eine radiale Deformation der Energieabsorptionseinrichtung 630.
In einer möglichen (ersten) Stellung befindet sich die Betätigungseinrichtung 640 in der Stellung am in Vorschubrichtung 680 nachgelagerten Ende des Vorrichtungsgehäuses 650. Diese mögliche Stellung kann die Initialstellung vor einer Betätigung der Betätigungseinrichtung 640 sein, oder diejenige Stellung, in die die Betätigungseinrichtung 640 nach Betätigung gebracht wurde. Die Verjüngungsmatrize 620 ist hierbei in radialer Richtung durch die Energieabsorptionseinrichtung 630 an einer Gehäusewand des Vorrichtungsgehäuses 650 abgestützt. Die Verjüngungsmatrize 620 kann beispielsweise auch als eine brechbare Matrize ausgeführt sein oder auch wahlweise z. B. aus mehreren Einzelsegmenten bestehen. Bei geringer Belastung, wie z. B. bei einem Fußgängeraufprall, wird die Verjüngungsmatrize 620 an vordefinierten Bruchstellen gebrochen. Danach erfolgt die Deformation der Energieabsorptionseinrichtung 630 in radiale Richtung, d. h. quer zu der Vorschubrichtung 680. Die Energieabsorptionseinrichtung 630 kann ähnlich wie bei dem in 6A gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt sein, wobei jedoch bei dem in 6B gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Energieabsorptionseinrichtung 630 radial deformierbar ist. Für das hohe Kraftniveau ist die Betätigungseinrichtung 640 axial entgegen der Vorschubrichtung 680 verschiebbar, um die Verjüngungsmatrize 620 radial abzustützen. Bei der hohen Belastung und durch die radiale Unterstützung der Verjüngungsmatrize 620 durch die Betätigungseinrichtung 640 kann die Verjüngungsmatrize 620 in Gestalt einer brechbaren Matrize nicht brechen. Damit kann das Verjüngungsrohr 610 mit dem geforderten Kraftniveau verjüngt werden. Die Vorrichtung 550 gemäß dem in 6B gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann eine geringere Bauhöhe des Vorrichtungsgehäuses 650 aufweisen als die Vorrichtung gemäß dem in 6A gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, da eine Kraftaufnahme in radiale Richtung erfolgt.
7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Vorderwagenbaugruppe eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Fahrzeug 500 bzw. dessen Vorderwagenstruktur/Heckstruktur weist einen Querträger 510, einen Längsträger 530 und eine Vorrichtung 550 mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie auf. Bei der Vorrichtung 550 handelt es sich beispielsweise um die Vorrichtung aus 5, die in ein Fahrzeug wie das Fahrzeug aus 5 eingebaut sein oder werden kann. Die Vorrichtung 550 weist ein Verjüngungsrohr 610 zur Absorption eines großen Energiebetrages bzw. für große Kräfte, eine Verjüngungsmatrize 620, eine Energieabsorptionseinrichtung 630 in Gestalt eines weiteren Verjüngungsrohres zur Absorption eines kleinen Energiebetrages bzw. für kleine Kräfte, eine Betätigungseinrichtung 640, eine weitere Verjüngungsmatrize 720, zumindest ein Verriegelungselement 740, wobei beispielhaft zwei Verriegelungselemente 740 bzw. Verriegelungsbolzen gezeigt sind, zwei Halbschalen 770 und einen Federmechanismus 775 auf. Ferner ist in 7 eine Vorschubrichtung 680 durch einen Richtungspfeil symbolisch dargestellt. Das Funktionsprinzip der in 7 dargestellten Vorrichtung 550 ist dem Funktionsprinzip der in 6A und 6B dargestellten Vorrichtungen ähnlich.
Die Energieabsorptionseinrichtung 630 der Vorrichtung 550 ist an dem Querträger 510 des Fahrzeugs 500 angebracht. Die Verjüngungsmatrize 620 der Vorrichtung 550 ist an dem Längsträger 530 des Fahrzeugs 500 angebracht. Entlang der Vorschubrichtung 680 sind zwischen dem Querträger 510 und dem Längsträger 530 des Fahrzeugs 500 die Energieabsorptionseinrichtung 630, die Halbschalen 770 sowie der Federmechanismus 775, nachfolgend die Verriegelungselemente 740, die Betätigungseinrichtung 640 sowie das Verjüngungsrohr 610 und wiederum nachfolgend die Verjüngungsmatrize 620 der Vorrichtung 550 angeordnet.
Ein in der Vorschubrichtung 680 vorgelagertes Ende der Energieabsorptionseinrichtung 630 ist an dem Querträger 510 des Fahrzeugs 500 angebracht. Ein in der Vorschubrichtung 680 nachgelagertes Ende der Energieabsorptionseinrichtung 630 ist in Anlage gegen die weitere Verjüngungsmatrize 720 angeordnet, wobei die weitere Verjüngungsmatrize 720 als ein Teilabschnitt des Verjüngungsrohres 610 an dessen in der Vorschubrichtung 680 vorgelagertem Ende ausgeformt ist. Ein in der Vorschubrichtung 680 nachgelagertes Ende des Verjüngungsrohres 610 ist in Anlage gegen die Verjüngungsmatrize 620 angeordnet.
In einem unverformten Zustand der Energieabsorptionseinrichtung 630 erstrecken sich die Halbschalen 770 von dem Querträger 510 des Fahrzeugs 500 bis zu dem in der Vorschubrichtung 680 vorgelagerten Ende des Verjüngungsrohres 610, an dem die weitere Verjüngungsmatrize 720 ausgeformt ist. Die Halbschalen 770 sind mittels des Federmechanismus 775 zwischen einer ausgerückten Stellung, die in 7 dargestellt ist, und einer eingerückten Stellung bewegbar. Hierbei sind die mittels der Betätigungseinrichtung 640 betätigbaren Verriegelungselemente 740 ausgebildet, um die Halbschalen 770 in der ausgerückten Stellung zu verriegeln oder zur Bewegung in die eingerückte Stellung zu entriegeln.
In der in 7 gezeigten ausgerückten Stellung sind die Halbschalen 770 bezüglich einer beispielhaft gemeinsamen Längserstreckungsachse der Energieabsorptionseinrichtung 630 und des Verjüngungsrohres 610 radial außerhalb einer Außenumfangsoberfläche des Verjüngungsrohres 610 angeordnet. Zum Verriegeln der Halbschalen 770 in der ausgerückten Stellung sind die Verriegelungselemente 740 bezüglich der Längserstreckungsachse an einer Position radial zwischen der Außenumfangsoberfläche des Verjüngungsrohres 610 und Innenoberflächen der Halbschalen 770 angeordnet, sodass ein Einrücken der Halbschalen 770 radial einwärts zu der Längserstreckungsachse hin blockiert ist. Wenn die Halbschalen 770 durch die Verriegelungselemente 740 und die Betätigungseinrichtung 640 in der ausgerückten Stellung verriegelt sind, ist die Energieabsorptionseinrichtung 630 bei einem Aufprall des Fahrzeugs 500 mit geringem Energiebetrag bzw. geringer Kraft bei einer Bewegung der Energieabsorptionseinrichtung 630 in der Vorschubrichtung 680 mittels der weiteren Verjüngungsmatrize 720 durch Verjüngung plastisch verformbar. Hierbei kann der geringe Energiebetrag bzw. die geringe Kraft durch die Verformung der Energieabsorptionseinrichtung 630 absorbiert werden. Die Halbschalen 770 werden dabei durch den Querträger 510 des Fahrzeugs 500 in der Vorschubrichtung 680 verschoben.
In der eingerückten Stellung sind die Halbschalen 770 bezüglich der gemeinsamen Längserstreckungsachse der Energieabsorptionseinrichtung 630 und des Verjüngungsrohres 610 radial weiter einwärts als in der ausgerückten Stellung angeordnet. In der eingerückten Stellung sind die Halbschalen 770 zwischen dem Querträger 510 des Fahrzeugs 500 und dem Verjüngungsrohr 610 angeordnet. Zum Entriegeln der Halbschalen 770 sind die Verriegelungselemente 740 entlang der Vorschubrichtung weiter von dem Querträger 510 des Fahrzeugs 500 entfernt angeordnet als bei verriegelten Halbschalen 770. Dabei sind die Verriegelungselemente 740 mittels der Betätigungseinrichtung 640 aus einem radial benachbarten Bereich der Halbschalen 770 herausbewegt, sodass ein Einrücken der Halbschalen 770 zu der Längserstreckungsachse hin mittels des Federmechanismus 775 bewirkbar ist. Wenn die Halbschalen 770 in der eingerückten Stellung angeordnet sind, wobei dieselben durch den Federmechanismus 775 in der eingerückten Stellung haltbar sind, ist ein Kraftübertragungsweg von dem Querträger 510 des Fahrzeugs 500 über die Halbschalen 770 sowie die Energieabsorptionseinrichtung 630 auf das Verjüngungsrohr 610 sowie die mit dem Längsträger verbundene Verjüngungsmatrize 620 bereitgestellt. Hierbei ist das Verjüngungsrohr 610 durch den Querträger 510 über die Halbschalen 770 bei einem Aufprall des Fahrzeugs 500 mit großem Energiebetrag bzw. großer Kraft relativ zu der Verjüngungsmatrize 620 entlang der Vorschubrichtung bewegbar, um das Verjüngungsrohr 610 mittels der Verjüngungsmatrize 620 zu verjüngen. Hierbei kann der große Energiebetrag bzw. die große Kraft durch die Verjüngung des Verjüngungsrohres 610 absorbiert werden.
Anders ausgedrückt zeigt 7 eine Kombination zweier Energieabsorptionsverfahren, wobei in der Vorrichtung 550 zweistufige Rohrverjüngung realisiert ist. Die Vorrichtung 550 gemäß dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst zwei Rohre, die Energieabsorptionseinrichtung 630 für eine Kraft von beispielsweise etwa 4 Kilonewton und das Verjüngungsrohr 610 für eine Kraft von beispielsweise etwa 140 Kilonewton, die zwei Halbschalen 770 für eine Kraft von beispielsweise etwa 136 Kilonewton, den Federmechanismus 775, die Betätigungseinrichtung 640 und die Verriegelungselemente 740. Die Energieabsorptionseinrichtung 630 ist fest mit dem Querträger 510 verbunden und die Verjüngungsmatrize 620 für eine Kraft von beispielsweise etwa 140 Kilonewton mit dem Längsträger 530. Das Ende des Verjüngungsrohres 610, an dem die weitere Verjüngungsmatrize 720 gebildet ist, ist konisch gedreht bzw. angeschrägt. Die Betätigungseinrichtung 640 mit den Verriegelungselementen 740 hält in 7 die zwei Halbschalen 770 in Position so, dass sie in einer Ausgangsstellung ausgerückt bzw. nicht wirksam sind. Bei einer geringen Belastung in axialer Richtung, z. B. durch einen Fußgängeraufprall, wird die Energieabsorptionseinrichtung 630 verjüngt. Als Matrize wirkt das konisch gedrehte Ende bzw. die weitere Verjüngungsmatrize 720 des Verjüngungsrohres 610. Bei einer hohen axialen Belastung, wie z. B. bei einem Fahrzeug-Fahrzeug-Zusammenstoß, werden zunächst die Halbschalen 770 entriegelt. Dies erfolgt durch die Verschiebung der Betätigungseinrichtung 640 und der Verriegelungselemente 740. Durch den Federmechanismus 775 werden die Halbschalen 770 nach der Entriegelung in die eingerückte Stellung gebracht. Bei der Verjüngung des Verjüngungsrohres 610 durch die Verjüngungsmatrize 620 wirken die Halbschalen 770 und die Energieabsorptionseinrichtung 630 gemeinsam.
8A zeigt eine perspektivische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 550 mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 550 ist ringförmig, einem Kugellager ähnlich aufgebaut. Die Vorrichtung 550 weist zumindest eine Energieabsorptionseinrichtung 630, die beispielhaft mehrere Tellerfedern umfasst, einen Außenring 850 und einen Innenring 855 bzw. geöffneten Innenring auf. Der Innenring 855 kann zur Erweiterbarkeit seines Durchmessers mehrgliedrig und beweglich ausgestaltet sein. Die Energieabsorptionseinrichtung 630 sitzt bzw. die Tellerfedern sitzen im Außenring 850 und der Innenring 855 sitzt auf der Energieabsorptionseinrichtung 630 bzw. den Tellerfedern. Somit ist die Energieabsorptionseinrichtung 630 bzw. sind die Tellerfedern zwischen dem Außenring 850 und dem Innenring 855 komprimierbar angeordnet. Ein detaillierterer Aufbau sowie eine Funktion der Vorrichtung 550 mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie werden unter Bezugnahme auf die 8B und 8C ersichtlich. Bei der Vorrichtung 550 handelt es sich beispielsweise um die Vorrichtung aus 5, die in ein Fahrzeug wie das Fahrzeug aus 5 eingebaut sein oder werden kann. Das Funktionsprinzip der in 8A vorgestellten Vorrichtung 550 ist dem Funktionsprinzip der in den 6A bis 7 dargestellten Vorrichtungen ähnlich.
8B zeigt die Vorrichtung 550 aus 8A in einer Schnittansicht. Gezeigt sind in 8B von der Vorrichtung 550 hierbei ein Verjüngungsrohr 610, eine Verjüngungsmatrize 620 in Gestalt einer beweglichen Matrize, darstellungsbedingt eine Energieabsorptionseinrichtung 630 bzw. Tellerfeder, eine Betätigungseinrichtung 640 bzw. ein Aktuator, der Außenring 850 und der Innenring 855. Ferner sind eine Vorschubrichtung 680, eine Bewegungsrichtung 880 der beweglichen Verjüngungsmatrize 620 entgegen einer Federkraft der Energieabsorptionseinrichtung 630 und ein Element 890 zur Längsträgeranbindung gezeigt. Zudem ist eine Mittelachse der Vorrichtung 550 durch eine Strichpunktlinie symbolisch veranschaulicht. Hierbei ist in der Darstellung in 8B lediglich eine Hälfte der Vorrichtung 550 gezeigt, wobei ersichtlich ist, dass die nicht abgebildete Hälfte durch Spiegelung der abgebildeten Hälfte an der Mittelachse erhalten werden kann. Die Vorschubrichtung 680 erstreckt sich entlang der Mittelachse der Vorrichtung 550.
Ausgehend von der Mittelachse sind radial von innen nach außen das Verjüngungsrohr 610, die Verjüngungsmatrize 620, die Betätigungseinrichtung 640, der Innenring 855, die Energieabsorptionseinrichtung 630 bzw. Tellerfeder und der Außenring 850 angeordnet. Das Element 890 zur Längsträgeranbindung kann die Vorrichtung von radial außen her teilweise umschließend angeordnet sein. Das Element 890 zur Längsträgeranbindung kann auch einen Teilabschnitt eines Längsträgers eines Fahrzeugs repräsentieren. Die Verjüngungsmatrize 620 ist zwischen dem Verjüngungsrohr 610 und dem Innenring 855 angeordnet. Der Innenring 855 ist zwischen der Verjüngungsmatrize 620 und der Energieabsorptionseinrichtung 630 angeordnet. Die Energieabsorptionseinrichtung 630 bzw. Tellerfeder ist zwischen dem Innenring 855 und dem Außenring 850 angeordnet. Der Außenring 850 ist an dem Element 890 zur Längsträgeranbindung angebracht.
Die Betätigungseinrichtung 640 ist ausgebildet, um zwischen einer Ausgangstellung und einer Sperrstellung entlang und entgegen der Vorschubrichtung 680 bewegbar zu sein, in der durch die Betätigungseinrichtung 640 eine Bewegung der Verjüngungsmatrize 620 entlang der Bewegungsrichtung 880 radial nach außen gesperrt bzw. blockiert ist. In 8B ist die Betätigungseinrichtung 640 in der ersten Stellung gezeigt. Die Betätigungseinrichtung 640 ist dabei außerhalb eines Bewegungsbereiches der Verjüngungsmatrize 620 angeordnet. Hierbei ist bei einer Bewegung des Verjüngungsrohres 610 entlang der Vorschubrichtung 680 aufgrund einer Aufprallenergie mit geringem Energiebetrag bzw. geringer Kraft die Verjüngungsmatrize 620 entlang der Bewegungsrichtung 880 radial nach außen quer zu der Mittelachse der Vorrichtung 550 bewegbar. Dabei ist durch eine solche Bewegung der Verjüngungsmatrize 620 entlang der Bewegungsrichtung 880 der Innenring 855 ebenfalls entlang der Bewegungsrichtung 880 bewegbar, wobei die Energieabsorptionseinrichtung 630 bzw. Tellerfeder komprimierbar ist, um die Aufprallenergie mit geringem Energiebetrag bzw. geringer Kraft aufzunehmen.
Der Außenring 850 sitzt in dem Fahrzeug im Bereich eines Längsträgers und ist dort fest verbaubar. Die in 8B gezeigte Position der Betätigungseinrichtung 640 ist die erste Stellung, wobei sich die Betätigungseinrichtung 640 verglichen mit der in 8C gezeigten Sperrstellung in einer entlang der Vorschubrichtung 680 nachgelagerten Stellung befindet. Somit ist die Verjüngungsmatrize 620 radial bewegbar. Bei einer geringen axialen Belastung wird das Verjüngungsrohr 610 entlang der Vorschubrichtung 680 bewegt, durch einen eingebrachten Winkel in der Verjüngungsmatrize 620 wird diese radial entlang der Bewegungsrichtung 880 gedrückt. Dabei wird eine axial eingeleitete Energie von der radial angeordneten Energieabsorptionseinrichtung 630 aufgenommen. Auf eine nachfolgende Bewegung des Verjüngungsrohres 610 entgegen der Vorschubrichtung 680 hin kann der Vorgang wiederholt werden. Das Verjüngungsrohr 610 wird in der Ausgangsstellung der Betätigungseinrichtung 640 bei geringem Energiebetrag erst dann deformiert, wenn die Matrize an dem Außenring 850 anstößt. Dann erfolgt eine Umformung des Verjüngungsrohres 610.
8C zeigt die Vorrichtung 550 aus 8B in der Sperrstellung der Betätigungseinrichtung 640. Somit entsprechen die Darstellung und die Vorrichtung 550 in 8C der Darstellung und der Vorrichtung aus 8B mit der Ausnahme, dass die Betätigungseinrichtung 640 in der Sperrstellung angeordnet ist. Die Betätigungseinrichtung 640 ist dabei in dem Bewegungsbereich der Verjüngungsmatrize 620 angeordnet, um eine Bewegung der Verjüngungsmatrize 620 entlang der Bewegungsrichtung 880 zu sperren. Hierbei ist bei einer Bewegung des Verjüngungsrohres 610 entlang der Vorschubrichtung 680 aufgrund einer Aufprallenergie mit großem Energiebetrag bzw. großer Kraft das Verjüngungsrohr 610 durch die bewegungsmäßig blockierte Verjüngungsmatrize 620 in einer Verjüngungsrichtung 885 verjüngbar, um die Aufprallenergie mit dem großen Energiebetrag bzw. der großen Kraft aufzunehmen.
Bei einer zu erwartenden großen axialen Belastung des Verjüngungsrohres 610 wird die Betätigungseinrichtung 640 in die Sperrstellung bzw. geschaltete Stellung bewegt. Somit ist eine radiale Bewegung der Verjüngungsmatrize 620 blockiert. Die eingeleitete axiale Kraft bzw. Energie wird bei der Verjüngung des Verjüngungsrohres 610 in Umformarbeit umgewandelt. Die Energieabsorptionseinrichtung 630 nimmt dabei keine Energie auf. Die Verjüngungsmatrize 620 ist dabei an einem Einbaupunkt abgestützt.
Anders ausgedrückt zeigen die 8A bis 8C eine Kombination zweier Energieabsorptionsverfahren, wobei in der Vorrichtung 550 jenes der Verjüngung mit jenem der Tellerfedern oder dergleichen kombiniert ist.
9 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Vorderwagenbaugruppe eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind die Vorderwagenbaugruppe des Fahrzeugs 500, ein Querträger 510 des Fahrzeugs 500 und die Vorrichtung 550. Bei der Vorrichtung 550 handelt es sich beispielsweise um die Vorrichtung aus 5, die in ein Fahrzeug wie das Fahrzeug aus 5 eingebaut sein oder werden kann. Das Funktionsprinzip der in 9 vorgestellten Vorrichtung 550 ist dem Funktionsprinzip der in den 6A bis 8C dargestellten Vorrichtungen ähnlich. Das Funktionsprinzip sowie der Aufbau der in 9 vorgestellten Vorrichtung 550 entsprechen im Wesentlichen dem Funktionsprinzip und dem Aufbau der in den 6A und 6B dargestellten Vorrichtungen. Gemäß dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung 550 ein Verjüngungsrohr 610, eine Verjüngungsmatrize 620, eine Energieabsorptionseinrichtung 630 in Gestalt eines elastischen/plastischen Elements und eine Betätigungseinrichtung 640 in Gestalt radial beweglicher Schieber auf. Auch ist eine Vorschubrichtung 680 eingezeichnet, entlang der das Verjüngungsrohr 610 aufgrund einer Aufprallenergie bewegbar ist. Ferner ist eine Verbindungsstelle 915 des Verjüngungsrohres 610 an dem Querträger 510 gezeigt. Die Vorrichtung 550 weist zudem eine Führungshülse 950 mit einem Anschlag 955 und eine Grundplatte 960 auf. Zudem ist eine Mittelachse der Vorrichtung 550 durch eine Strichpunktlinie symbolisch veranschaulicht. Hierbei ist in der Darstellung in 9 lediglich eine Hälfte der Vorrichtung 550 gezeigt, wobei ersichtlich ist, dass die nicht abgebildete Hälfte durch Spiegelung der abgebildeten Hälfte an der Mittelachse erhalten werden kann. Die Vorschubrichtung 680 erstreckt sich entlang der Mittelachse der Vorrichtung 550.
Anders ausgedrückt zeigt 9 eine Kombination zweier Energieabsorptionsverfahren, wobei in der Vorrichtung 550 jenes der Verjüngung mit jenem des elastischen/plastischen Elements, z. B. einer Feder oder dergleichen, kombiniert ist. Die Verjüngungsmatrize 620 ist in der Führungshülse 950 axial entlang und entgegen der Vorschubrichtung 680 beweglich gelagert. Die Führungshülse 950 weist mindestens zwei Fenster auf, durch welche die Betätigungseinrichtung 630 in Gestalt der radial beweglichen Schieber die axiale Beweglichkeit der Verjüngungsmatrize 620 blockieren und freigeben können. Die Führungshülse 950 weißt in Richtung des Querträgers 510 den axialen Anschlag 955 auf, der ausgebildet ist, um eine Axialbewegung der Verjüngungsmatrize 620 in diese Richtung entgegen der Vorschubrichtung 680 zu begrenzen. Die Führungshülse 950 ist mit der Grundplatte 960 verbunden und zwischen der Verjüngungsmatrize 620 und der Grundplatte 960 ist die Energieabsorptionseinrichtung 630, z. B. zumindest eine Feder oder ein Elastomer, eingespannt, welche die Verjüngungsmatrize 620 mit einer Kraft eines unteren Kraftniveaus der Aufprallenergie gegen den axialen Anschlag 955 presst. Dadurch ist die Verjüngungsmatrize 620 fixiert. Die Energieabsorptionseinrichtung 630 ist so ausgeführt, dass dieselbe eine Betätigungsbewegung der Betätigungseinrichtung 640 ermöglicht. Das Verjüngungsrohr 610, welches beispielsweise vorverjüngt ist, ist durch Einpressen in die Verjüngungsmatrize 620 fixiert. Eine Einpresskraft entspricht einer Kraft eines oberen Kraftniveaus der Aufprallenergie, wodurch eine gute Fixierung des Verjüngungsrohres 610 erreichbar ist. Der Querträger 510 ist an der Verbindungsstelle 915 fest mit dem Verjüngungsrohr 610 verbunden. Zur Aufnahme des niederen Kraftniveaus bewegt sich die Verjüngungsmatrize 620 in der Führungshülse 950 gegen die Energieabsorptionseinrichtung 630, die dabei komprimiert wird. Diese Bewegung kann reversibel aber auch irreversibel sein. Zur Aufnahme des hohen Kraftniveaus wird die axiale Bewegung der Verjüngungsmatrize 620 durch die radial bewegbare Betätigungseinrichtung 640 blockiert, sodass das Verjüngungsrohr 610 mittels der Verjüngungsmatrize 620 verjüngt wird.
10 zeigt eine schematische Teilschnittansicht einer Vorrichtung 550 mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Vorrichtung 550 handelt es sich beispielsweise um die Vorrichtung aus 5, die in ein Fahrzeug wie das Fahrzeug aus 5 eingebaut sein oder werden kann. Das Funktionsprinzip der in 10 vorgestellten Vorrichtung 550 ist dem Funktionsprinzip der in den 6A bis 9 dargestellten Vorrichtungen ähnlich. Gemäß dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung 550 ein Verjüngungsrohr 610, eine Verjüngungsmatrize 620, eine Energieabsorptionseinrichtung 630 in Gestalt eines Steilgewindes an einer Außenoberfläche des Verjüngungsrohres 610, eine Betätigungseinrichtung 640 und ein Vorrichtungsgehäuse 650 bzw. eine Aufnahme auf. Auch ist eine Vorschubrichtung 680 eingezeichnet, entlang der das Verjüngungsrohr 610 aufgrund einer Aufprallenergie bewegbar ist. Zudem ist eine Mittelachse der Vorrichtung 550 durch eine Strichpunktlinie symbolisch veranschaulicht. Die Vorschubrichtung 680 erstreckt sich entlang der Mittelachse der Vorrichtung 550.
Anders ausgedrückt zeigt 10 eine Kombination zweier Energieabsorptionsverfahren, wobei in der Vorrichtung 550 jenes der Verjüngung mit jenem des Steilgewindes kombiniert ist. Ein Aufbau und eine Funktionsweise der Vorrichtung 550 ähneln insbesondere einem Kreisel. Die Vorrichtung 550 weist das Verjüngungsrohr 610 auf, an dessen Außenoberfläche ein Steilgewinde als Energieabsorptionseinrichtung 630 ausgeformt ist. Das Verjüngungsrohr 610 ist entlang der Vorschubrichtung 680 in das Vorrichtungsgehäuse 650 bzw. die Aufnahme bewegbar. Das Vorrichtungsgehäuse 650 bzw. die Aufnahme weist ein in 10 nicht gezeigtes Gegengewinde zum Steilgewinde des Verjüngungsrohres 610 auf. Das Gegengewinde weist eine dem Steilgewinde des Verjüngungsrohres 610 entsprechende Gewindesteigung auf. In dem Vorrichtungsgehäuse 650 bzw. der Aufnahme sind die Betätigungseinrichtung 640, die quer zu der Mittelachse radial bewegbar ist, und die Verjüngungsmatrize 620 angeordnet. Die Verjüngungsmatrize 620 ist zwischen dem Verjüngungsrohr 610 und der Betätigungseinrichtung 640 angeordnet.
Bei Einleitung einer geringen Kraft bzw. eines geringen Energiebetrags einer Aufprallenergie bewegt sich das Verjüngungsrohr 610 in Richtung der Verjüngungsmatrize 620 bzw. entlang der Vorschubrichtung 680. Die Verjüngungsmatrize 620 ist aufgrund eines eingehenden Aufprallsignals durch die Betätigungseinrichtung 640 verschiebbar bzw. bewegbar geschaltet. Hierzu kann die Verjüngungsmatrize 620 mehrgliedrig ausgebildet sein, um einzelne Glieder der Verjüngungsmatrize 620 radial zur Vorschubrichtung verschieben zu können. Durch die Energieabsorptionseinrichtung 630 bzw. das Steilgewinde wird das Verjüngungsrohr 610 auch in Rotation versetzt. Durch die Energieabsorptionseinrichtung 630 bzw. das Steilgewinde am Rohr und das Gegengewinde in dem Vorrichtungsgehäuse 650 entsteht zwischen einzelnen Gewindegängen Reibung. Durch diese Reibung wird die aufgebrachte Kraft bzw. Aufprallenergie in Wärme umgewandelt. Die Verjüngungsmatrize 620 rutscht in das Vorrichtungsgehäuse 650 bzw. die Aufnahme hinein und die Aufprallenergie wird durch die Reibung in der Energieabsorptionseinrichtung 630 und dem Gegengewinde aufgenommen.
Ist ein Auftreten einer großen Kraft bzw. Aufprallenergie zu erwarten, wird die Verjüngungsmatrize 620 mittels der Betätigungseinrichtung 640 unbeweglich geschaltet, sodass ein Einrücken der Verjüngungsmatrize 620 in das Vorrichtungsgehäuse 650 blockiert ist. Die Betätigungseinrichtung 640 kann hierbei insbesondere auch radial in Richtung zu der Mittelachse hin bewegt werden. Die Verjüngungsmatrize 620 ist hierbei durch die Betätigungseinrichtung 640 unmittelbar abgestützt und kann zur Verjüngung bzw. Umformung des Verjüngungsrohres 610 genutzt werden. Dabei ist eine Bewegung der Verjüngungsmatrize 620 in das Vorrichtungsgehäuse 650 bzw. die Aufnahme durch die Betätigungseinrichtung 640 blockiert. Somit wird die eingeleitete große Aufprallenergie in Reibungsarbeit an der Energieabsorptionseinrichtung 630 und dem Gegengewinde und in Umformarbeit des Verjüngungsrohres 610 an der Verjüngungsmatrize 620 umgewandelt und dadurch aufgenommen.
Unter Bezugnahme auf die 5 bis 10 werden Einbaumöglichkeiten für Vorrichtungen 550 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zusammenfassend erläutert. Der Einsatzbereich einer solchen Vorrichtung 550 ist beispielsweise in der Front bzw. dem Heck eines Fahrzeugs 500. Das niedrige Kraftniveau von wenigen Kilonewton kann z. B. Eigenschaften der Energieabsorptionseinrichtung 630 abbilden, das höhere Kraftniveau Eigenschaften eines Verjüngungsabsorbers bzw. einer Crashbox, z. B. bei einem Wirkbereich bis ca. 16 km/h. Durch eine Verwendung einer vorgeschlagenen Vorrichtung 550 erhöhen sich die Design- und Auslegungsfreiheiten im Vorderwagenbereich/Heckbereich eines Fahrzeugs 500. Eine Montage einer vorgeschlagenen Vorrichtung 550 kann beispielsweise an der Prallplatte 540 des Längsträgers 530 erfolgen, an der herkömmlicherweise eine Crashbox befestigt ist. Diese Crashbox wird durch eine vorgeschlagene Vorrichtung 550 ersetzt. Die Befestigung kann über ein Gehäuse 650 bzw. 950 erfolgen, in dem eine Führung des Verjüngungsrohres 610, d. h. eines Energieabsorptionselements für ein hohes Kraftniveau, die Verjüngungsmatrize 620 und die Energieabsorptionseinrichtung 630 für das niedrige Kraftniveau aufnehmbar sind. Alternativ können auch weitere Elemente vorgesehen sein, welche die Montage ermöglichen. Vorteilhafterweise befindet sich die Vorrichtung 550 bzw. das Gehäuse 650 bzw. 950 in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet auf Höhe des Kühlers 520. Denn der Kühler 520 wird in einem Geschwindigkeitsbereich bis 16 km/h üblicherweise nicht deformiert. Das Fahrzeug 500 kann dementsprechend ausgelegt sein, um die Reparaturkosten gering zu halten. Stünde das Gehäuse 650 bzw. 950 einer vorgeschlagenen Vorrichtung 550 nach vorne hin über den Kühler 520 vor, könnte bei einer Kollision mit bis zu 16 km/h mehr Schaden entstehen als bei konventionellen Fahrzeugen. Ein Teil des Gehäuses 650 bzw. 950, oder Elemente, die im Gehäuse 650 bzw. 950 angeordnet sein können, wie z. B. die Verjüngungsmatrize 620 oder die Energieabsorptionseinrichtung 630 für das niedrige Kraftniveau, können auch in den Längsträger 530 eingeschoben sein. Der Längsträger 530 kann somit auch Teil des Gehäuses 650 bzw. 950 sein.
11A bis 11C zeigen eine Sicherungseinrichtung 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Sicherung des Verjüngungsrohres einer der Vorrichtungen 550 aus einer der 5 bis 10 gegen ein Herausfallen aus der Verjüngungsmatrize.
11A zeigt eine Vorrichtung 550 mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie mit einer Sicherungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Vorrichtung 550 handelt es sich um eine der Vorrichtungen aus den 5 bis 10. In 11A ist eine Vorrichtung 550 mit einem Verjüngungsrohr 610, einer Verjüngungsmatrize 620, einer Energieabsorptionseinrichtung 630, einer Betätigungseinrichtung 640 und einem Vorrichtungsgehäuse 650 gezeigt. Auch ist eine Vorschubrichtung 680 eingezeichnet, entlang der das Verjüngungsrohr 610 aufgrund einer Aufprallenergie bewegbar ist. Die Verjüngungsmatrize 620 ist je nach Betätigungsstellung der Betätigungseinrichtung 640 entlang der Vorschubrichtung 680 längs ausrückbar bzw. einrückbar. Auch ist durch das Rohr hindurch entlang der Vorschubrichtung 680 eine Werkzeugeinführung zur Montage der Sicherungseinrichtung möglich. Die Sicherungseinrichtung 1100 weist eine Platte 1110 bzw. Scheibe, eine Konterplatte 1120, ein Zwischenelement 1130 und ein Befestigungselement 1140 auf.
11B zeigt eine Detailansicht der Sicherungseinrichtung aus 11A. In einem vorverjüngten, in der Vorschubrichtung 680 vorgelagerten Ende des Verjüngungsrohres 610 ist die Platte 1110 angebracht, z. B. angeschweißt. Die Konterplatte 1120 ist mittels des Befestigungselements, z. B. einer Schraube oder dergleichen, mit der Platte 1110 verschraubt. Die Konterplatte 1120 weist einen größeren Umfang als ein Umfang des Verjüngungsrohres 610 an dem vorverjüngten Ende desselben auf. Die Konterplatte 1120 ist von außen an dem vorverjüngten Ende des Verjüngungsrohres 610 angebracht. Dabei ist die Konterplatte 1120 an einer durch die Verjüngungsmatrize gebildeten Stufe gegen eine Bewegung entgegen der Vorschubrichtung 680 abgestützt. Zwischen der Platte 1110 und der Konterplatte 1120 ist beispielsweise ein Elastomer oder ein Klebstoff als das Zwischenelement 1130 angeordnet bzw. eingebracht. Das Zwischenelement 1130 ist ausgebildet, um eine Verspannung der Platte 1110 und der Konterplatte 1120 zu verbessern.
11C zeigt die Platte oder die Konterplatte aus 11A bzw. 11B in einer Ausführung in einzelnen Segmenten 1150 bzw. Ringsegmenten. In 11C sind beispielhaft drei Segmente 1150 dargestellt. Hierbei sind die Segmente 1150 so miteinander verbunden, dass trotz der Verspannung bzw. Pressung ein Wandern bzw. Verrutschen der Segmente 1150 verhindert ist. Eine Verbindung der Segmente 1150 untereinander ist beispielsweise ausgebildet, um bei einsetzender Verjüngung des Verjüngungsrohres zu versagen.
12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 1200 zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie für ein Fahrzeug. Das Verfahren 1200 kann in Verbindung mit einer Vorrichtung gemäß den 5 bis 10 vorteilhaft ausgeführt werden. Das Verfahren 1200 wird insbesondere in Zusammenhang mit einem Steuergerät des Fahrzeugs, das mit der Vorrichtung elektrisch verbunden ist, im Falle einer Kollision oder eines Abstellens des Fahrzeugs durchgeführt. Das Verfahren 1200 weist einen Schritt des Einlesens 1210 eines Aufprallenergiesignals auf, das eine Aufprallenergie bei einem Aufprall des Fahrzeugs repräsentiert. Auch weist das Verfahren 1200 einen Schritt des Ansteuerns 1220 der Betätigungseinrichtung der Vorrichtung in Abhängigkeit von dem Energiebetrag der Aufprallenergie auf, um die Steifigkeit der Vorrichtung einzustellen.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1792786 A2 [0003]

Claims

Vorrichtung (550) mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, wobei die Vorrichtung (550) eine Matrize (620) zum Aufnehmen und Deformieren eines Deformationselements (610) bei einer Bewegung des Deformationselements (610) in einer durch die Aufprallenergie bedingten Vorschubrichtung (680) aufweist, wobei die Vorrichtung (550) folgende Merkmale aufweist: eine Energieabsorptionseinrichtung (630) zum Aufnehmen einer Aufprallenergie mit einem ersten Energiebetrag, der kleiner als ein zweiter Energiebetrag der Aufprallenergie ist, bei dem das Deformationselement (610) durch die Matrize (620) deformierbar ist; und eine Betätigungseinrichtung (640), die ausgebildet ist, um in Abhängigkeit von einem Energiebetragssignal, das die Aufprallenergie repräsentiert, eine Bewegbarkeit der Matrize (620) und/oder des Deformationselements (610) einzustellen, um die Energieabsorptionseinrichtung (630) und/oder das Deformationselement (610) zum Aufnehmen der Aufprallenergie freizugeben.
Vorrichtung (550) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiebetrag, der mittels der Energieabsorptionseinrichtung (630) aufnehmbar ist, um zumindest eine Größenordnung kleiner als der zweite Energiebetrag ist, bei dem das Deformationselement (610) deformierbar ist.
Vorrichtung (550) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorptionseinrichtung (630) zumindest ein Energieabsorptionselement aufweist, das ein Schaummaterial, eine Feder, eine Reibungsoberfläche oder ein Verjüngungsrohr umfasst.
Vorrichtung (550) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Deformationselement (610) durch Verjüngen des Deformationselements (610) plastisch deformierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorptionseinrichtung (630) zum Aufnehmen der Aufprallenergie plastisch und/oder elastisch verformbar ist und/oder durch Reibarbeit erwärmbar ist.
Vorrichtung (550) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (640) ausgebildet ist, um zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch das Deformationselement (610) in einer ersten Betätigungsstellung die Matrize (620) zu fixieren und zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch die Energieabsorptionseinrichtung (630) in einer zweiten Betätigungsstellung die Matrize (620) freizugeben.
Vorrichtung (550) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorptionseinrichtung (630) in Anlage gegen die Matrize (620) oder gegen das Deformationselement (610) anordenbar oder angeordnet ist oder als Teil des Deformationselements (610) vorgesehen ist.
Vorrichtung (550) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an dem Deformationselement (610) anbringbare oder angebrachte Sicherungseinrichtung (1100), die ausgebildet ist, um das Deformationselement (610) gegen eine Bewegung aus der Matrize (620) heraus entgegen der Vorschubrichtung (680) zu sichern.
Verfahren (1200) zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung (550) mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (1200) den folgenden Schritt aufweist: Ansteuern (1220) der Betätigungseinrichtung (640) in Abhängigkeit von dem Energiebetragssignal, das einen Energiebetrag der Aufprallenergie repräsentiert, um die Steifigkeit der Vorrichtung (550) einzustellen.
Steuergerät, das ausgebildet ist, um den Schritt des Verfahrens (1200) gemäß Anspruch 8 durchzuführen.
Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfahrens (1200) nach Anspruch 8, wenn das Programm auf einem Steuergerät ausgeführt wird.