DE102013216163A1

DE102013216163A1 - Baugruppe für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013216163A1
Application number: DE102013216163.8A
Authority: DE
Inventors: Tomislav Galesic; Bernhard Weiler; Wolfgang Hermann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-08-14
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2015-02-19

Abstract

Eine Baugruppe für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, weist ein erstes Bauteil aus einem ersten Material und ein zweites Bauteil aus einem zweiten Material auf, wobei die beiden Bauteile über mindestens ein plastisch verformbares Deformationselement miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, bei welchen ein erstes Bauteil aus einem ersten Material und ein zweites Bauteil aus einem zweiten Material vorgesehen sind. Die beiden Bauteile sind miteinander verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verhalten der Baugruppe bei einer Einwirkung von Kraft bzw. Energie zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch eine Baugruppe mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung sind das erste und das zweite Bauteil nicht starr miteinander verbunden, sondern über ein plastisch verformbares Deformationselement, welches das erste Bauteil mit dem zweiten Bauteil verbindet, und welches Kraft bzw. Energie und den Weg vom ersten Bauteil auf das zweite Bauteil überträgt. Über das plastisch verformbare Deformationselement wird erreicht, dass bei einer ruckartigen Krafteinleitung oder Energieeinleitung beispielsweise in das erste Bauteil die wirkende Kraft oder Energie, bis zu einer vorbestimmten Höhe der Kraft bzw. Energie, über das plastisch verformbare Deformationselement soweit verringert wird, dass das zweite Bauteil die wirkende Kraft oder Energie bei elastischer Verformung zerstörungsfrei aufnehmen kann.
Das plastisch verformbare Deformationselement, das das erste Bauteil mit dem zweiten Bauteil verbindet, und das sowohl Kraft bzw. Energie vom ersten Bauteil auf das zweite Bauteil überträgt, als auch dem zweiten Bauteil den erforderlichen Weg ermöglicht, den es zur gleichmäßigen, bauteilinternen Kraftverteilung ohne Kraftspitzen benötigt, so dass das zweite Bauteil vorteilhafterweise zerstörungsfrei die eingeleitete Kraft bzw. Energie aufnimmt.
Als weitere Besonderheit wird diese Bauweise bei Bauteilen eingesetzt, deren E-Modul kleiner ist als der von Metall, z. B. Stahl. Ferner ist das Material der erfindungsgemäßen Bauteile so gewählt, dass das Material durch eine einfache Bearbeitung oder Herstellung eine höhere Gestaltungsfreiheit hat, als dies mit Metall möglich ist. Unter Gestaltungsfreiheit ist nicht nur die Komplexität der Geometrie oder Formen zu verstehen sondern auch die Ausbildung und Ausgestaltung von Zusatzfunktionen, die bei Bauteilen aus Metall weitere Zusatzbauteile erfordern würden.
Unter Ausbildung und Ausgestaltung von Zusatzfunktionen ist beispielsweise die Integration von Durchgangsöffnungen, beispielsweise als Lagerstellen, die Integration von Aufnahmen zur Befestigung oder Anordnung von weiteren Bauteilen wie Hebel, Beschläge und/oder Vorrichtungen, wie Motoren, Antriebe zu verstehen.
Durch die erfindungsgemäße Bauweise ist die Verwendung von Materialien möglich, mit denen komplexe Formen und Funktionen herstellbar sind, so dass in dem erfindungsgemäßen Bauteil eine Bauteilreduzierung im Vergleich zu Bauweisen aus Metall wie Stahl möglich ist. Die geringere elastische Verformbarkeit dieser erfindungsgemäßen Bauteile wird durch den Einbau plastisch verformbarer Deformationselement insbesondere an Stellen zu damit verbundenen Bauteilen ausgeglichen, so dass in das erfindungsgemäßen Bauteil nur Kraft oder Energie eingeleitet wird, die das erfindungsgemäßen Bauteil unter elastischer Verformung aufnehmen kann.
Unter ruckartiger Krafteinleitung oder Energieeinleitung sind insbesondere solche Kräfte oder Energien zu verstehen, die bei gesetzlichen vorgeschriebenen Crashtests auftreten.
Durch das plastisch verformbare Deformationselement lässt sich gezielt steuern, wie sich das zweite Bauteil relativ zum ersten Bauteil bewegt, wenn eine Kraft bzw. Energie einwirkt. Weiterhin sorgt das Deformationselement für einen zusätzlichen Abbau von Energie, so dass weniger Energie auf die Bauteile einwirkt, als dies bei einer starren Verbindung der beiden Bauteile der Fall wäre.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind das erste Material und das zweite Material verschieden. So kann etwa das erste Material Metall und das zweite Material ein leichteres Material sein, etwa Kunststoff.
Bei einer derartigen Auführungsform können das erste Material und das zweite Material unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf Rissbildung oder Kerbwirkung bei Einwirkung von Kraft bzw. Energie aufweisen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das erste Material und das zweite Material gleich.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das erste Bauteil und das zweite Bauteil jeweils ein Strukturbauteil zur Aufnahme von Kräften.
Vorteilhafterweise hat das verwendete Material der Bauteile einen hohen Integrationsgrad.
Das verwendete Material mindestens eines der Bauteile ist in einer vorteilhaften Ausführungsform ein spritzfähiges Material wie Kunststoff oder Leichtmetallguß, wobei der E-Modul der spritzfähigen Materialien typischerweise kleiner als der von Metall (Stahl) ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht das Material mindestens eines der Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen, CFK (Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, mit Kohlenstofffasern), GFK (Faser-Kunststoff-Verbund aus einem Kunststoff und Glasfasern) oder deren Recyklaten.
Das plastisch verformbare Deformationselement ist vorteilhafterweise durch das verwendete Material und/oder die verwendete Materialkombination und/oder die verwendete Geometrie und/oder konstruktive Maßnahmen so ausgelegt, dass die plastische Verformung des verformbaren Deformationselementes so erfolgt, dass die in der jeweiligen Krafteinleitungsstelle des jeweiligen Bauteils eingeleitete Kraft ohne teilweise oder vollständige Zerstörung der Krafteinleitungsstelle des jeweiligen Bauteils aufgenommen wird.
Das plastisch verformbare Deformationselement gibt oder die plastisch verformbaren Deformationselemente geben in einer vorteilhaften Ausführungsform bei Kraft- und/oder Energieeinleitung den Weg frei, der es beiden Bauteilen ermöglicht, sich ganz oder in Teilbereichen voneinander zu entfernen oder sich anzunähern.
Vorteilhafterweise ist die Baugruppe für Fahrzeuge eine Mittelkonsole, ein Stoßfänger, ein Crashpad (z. B eine dick gepolsterte Matte) und/oder eine Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz.
Eine erfindungsgemäße Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz, insbesondere Kraftfahrzeugsitz, weist üblicherweise ein Lehnengestell-Seitenteil auf, das mit zwei Lehnengestell-Aufnahmen aus Metall versehen ist, die einen Lehnenträger aus dem zweiten Material halten, wobei je ein plastisch verformbares Deformationselement oder mehrere plastisch verformbare Deformationselemente den Träger mit dem jeweiligen Lehnengestell-Seitenteil verbinden.
Hiermit soll erreicht werden, dass bei einem Heckcrash, bei welchem ein Insasse des Kraftfahrzeugsitzes zunächst gegen die Rückenlehne gedrückt wird, die danach erfolgende Rückverformung des Trägers infolge des Dämpfungselementes nur langsam erfolgt.
Eine derartige Rückenlehne weist ein verbessertes kinematisches Verhalten bei einem Crash eines Fahrzeugs auf, insbesondere bei einem Heckcrash.
Hierbei verbindet je ein plastisch verformbares Deformationselement den Träger mit dem jeweiligen Lehnengestell-Seitenteil. Durch die plastisch verformbaren Deformationselemente wird ein zusätzlicher Energieabbau erzielt. Weiterhin kann durch die Deformationselemente eine Steuerung der Energieaufnahme bzw. des Energieflusses erreicht werden.
Über die Geometrie der Deformationselemente lässt sich die maximale Rückverlagerung der Rückenlehne bei einem Crash, insbesondere einem Heckcrash steuern. Insgesamt kann eine gezielte Beeinflussung der Kinematik eines Sitzinsassen bzw. eines Dummys im Crashfall erreicht werden, nämlich eine gezielte Beeinflussung der Ortskurve und des Zeitablaufs.
Die Deformationselemente stellen daher direkte Steuerelemente zur Verfügung, welche die Einstellung des maximal zulässigen Winkels der Rückenlehne beim Heckcrash gestatten.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Träger aus einem Material ungleich Metall, insbesondere aus Kunststoff. Es kann aber auch beispielsweise Magnesium-Druckguss als Material für den Träger eingesetzt werden.
Bei der bisher üblichen starren Befestigung des Trägers an den Lehnengestell-Seitenteilen können sich jedoch Probleme ergeben. So verformt sich beispielsweise Kunststoff weniger plastisch als Metall. Bei einer starren Verbindung von Kunststoff zu Metall kann es zu lokalen Überdehnungen des Kunststoffs, gegebenenfalls zu dessen Versagen, bei einem Heckcrash kommen.
Durch die Deformationselemente gemäß der Erfindung zwischen dem Träger aus Kunststoff und den Lehnengestell-Seitenteilen aus Metall werden lokale Überdehnungen im Kunststoff vermieden, und es wird dem aus Kunststoff bestehenden Träger ein zusätzlicher Weg im Lastfall ermöglicht.
Zum Ausgleich der weniger plastischen Verformung des Kunststoffs im Vergleich zu Metall dienen die plastisch verformbaren Deformationselemente als zusätzliche, sich verformende Bauteile für den Energieabbau.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Deformationselement aus Metall, beispielsweise aus Stahl. Hierdurch wird eine vielfältige Beeinflussung des Deformationsverhaltens ermöglicht. Weiterhin lässt sich ein Deformationselement aus Metall einfach an einem Lehnengestell-Seitenteil aus Metall (üblicherweise Stahl) befestigen, beispielsweise durch Schweißen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Deformationselement so ausgebildet, dass es bei seiner Deformation auf Längung und/oder Torsion und/oder Biegung beansprucht wird.
Hierdurch ist eine noch vielfältigere Beeinflussung des Deformationsverhaltens durch gezielte Kombination dieser Beanspruchungen erzielbar.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind für jedes Lehnengestell-Seitenteil ein Deformationselement, zwei oder mehr Deformationselemente zur Verbindung mit dem Träger vorgesehen. Hierdurch lässt sich eine noch bessere und gezieltere Steuerung der Kinematik bei einem Crash erzielen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Deformationselemente gleich ausgebildet. Dies führt zu einem relativ geringen Kostenaufwand, insbesondere in Bezug auf die Herstellung und die Lagerhaltung der Deformationselemente.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das eine Deformationselement oder sind die mehreren Deformationselemente, die für jedes Lehnengestell-Seitenteil vorgesehen sind, unterschiedlich ausgebildet. Hierdurch kann eine noch gezieltere Einstellung und Beeinflussung des Deformationsverhaltens erreicht werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Deformationselement, das für jedes der beiden Lehnengestell-Seitenteile vorgesehen ist, als offenes oder geschlossenes Hohlprofilteil ausgebildet. Hierdurch können vielfältige Ausführungsformen von Deformationselementen zur Verfügung gestellt werden, mit entsprechend unterschiedlichen Einwirkungsmöglichkeiten.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Deformationselement als U-förmiges Profilteil ausgebildet, wobei die beiden Schenkel des U eine unterschiedliche Länge zur gezielten Steuerung der Kinematik eines Dummys bei einem Crashtest aufweisen können. Ein derartiges Deformationselement lässt sich einfach und kostengünstig herstellen, beispielsweise aus Stahl.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Deformationselement, das für jedes der beiden Lehnengestell-Seitenteile vorgesehen ist, als Stab ausgebildet. Ein derartiges Deformationselement kann gleichzeitig auf Torsion und Biegung beansprucht werden.
Statt des Stabes kann auch beispielsweise ein geeignetes Pralldämpfersystem eingesetzt werden, etwa eine Prallbox.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigen:
1 Bauelemente einer Seite einer Rückenlehne eines Kraftfahrzeugsitzes im Normalzustand;
2 Die Bauelemente von 1 nach einem Heckcrash des Kraftfahrzeuges; und
3 ein U-förmiges Deformationselement mit ungleich langen Schenkeln.
Die Figuren sind nicht maßstabsgerecht; insbesondere ist 3 gegenüber den 1 und 2 wesentlich vergrößert.
In 1 sind Bauelemente einer Rückenlehne eines Kraftfahrzeugsitzes schematisch stark vereinfacht dargestellt.
Ein Abschnitt eines Lehnengestell-Seitenteils 10 aus Stahl ist mit einem Beschlag 12 versehen, der ebenfalls aus Stahl besteht. Ein Abschnitt eines Trägers 14 aus Kunststoff trägt einen Abschnitt eines Polsters 16.
Ein U-förmiges, plastisch verformbares Deformationselement 18 weist einen längeren Schenkel 20 und einen erheblich kürzeren Schenkel 22 auf. Das Deformationselement 18 ist mit dem Beschlag 12 des Lehnengestell-Seitenteils 10 durch Schweißen verbunden. Zur Verbindung mit dem Träger 14 dient eine Gewindeschraube 26, die durch ein Loch des verformbaren Deformationselementes 18 hindurchgesteckt ist.
Wie voranstehend erwähnt, zeigt 1 die Bauelemente der Rückenlehne des Kraftfahrzeugsitzes im Normalfall, wogegen 2 diese Bauelemente nach einem Heckcrash zeigt. Aus dem Vergleich zwischen 1 und 2 wird deutlich, dass sich in 2 den über dem in 1 dargestellten Ausgangszustand das Deformationselement 18 gelängt hat, so dass nach dem Heckcrash das Lehnengestell-Seitenteil 10 und der Träger 14 weiter voneinander entfernt sind als vorher.
Dies wird durch die plastische Verformung des Deformationselementes 18 beim Heckcrash erreicht, sodass der kürzere Schenkel des Deformationselementes 18 durch plastische Verformung wesentlich verkürzt wird, wodurch das Deformationselement 18 insgesamt länger wird.
3 zeigt das Deformationselement 18 mit einem kürzeren Schenkel 22 und einem längeren Schenkel 20, wobei jedoch im Vergleich zu dem in 1 und 2 dargestellten Deformationselement 18 das Loch 24 nicht im langen Schenkel, sondern im kurzen Schenkel 22 vorgesehen ist. Durch das Loch 24 kann eine Gewindeschraube eingesteckt werden, die zur Befestigung an einem Träger 14 aus Kunststoff dient.
Für das Material des aus Kunststoff bestehenden Trägers 14 gibt es keine besonderen Einschränkungen; es kann jeder für den Kraftfahrzeugbereich geeignete Kunststoff eingesetzt werden. Bei dem Material kann es sich etwa um faserverstärkte Kunststoffe handeln oder um faserverstärkte Materialien wie GFK, CFK und deren Recyclate.
Bezugszeichenliste

10: Lehnengestell-Seitenteil
12: Beschlag
14: Träger
16: Polster
18: Deformationselement
20: langer Schenkel (von 18)
22: kurzer Schenkel (von 18)
24: Loch
26: Gewindeschraube

Claims

Baugruppe für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, bei welcher vorgesehen sind: ein erstes Bauteil (10) aus einem ersten Material; ein zweites Bauteil (14) aus einem zweiten Material; und mindestens ein plastisch verformbares Deformationselement (18), welches das erste Bauteil (10) mit dem zweiten Bauteil (14) verbindet, und welches sowohl Kraft bzw. Energie vom ersten Bauteil (10) auf das zweite Bauteil (14) überträgt, als auch dem zweiten Bauteil (14) den erforderlichen Weg ermöglicht, den es zur gleichmäßigen, bauteilinternen Kraftverteilung ohne Kraftspitzen benötigt, so dass das zweite Bauteil (14) zerstörungsfrei die eingeleitete Kraft bzw. Energie aufnimmt.
Baugruppe nach Anspruch 1, bei welcher das erste Material für das erste Bauteil (10) und das zweite Material für das zweite Bauteil (14) verschieden sind oder bei welcher das erste Material für das erste Bauteil (10) und das zweite Material für das zweite Bauteil (14) aus dem gleichen Material bestehen.
Baugruppe nach Anspruch 2, bei welcher das erste Material für das erste Bauteil (10) und das zweite Material für das zweite Bauteil (14) unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf Rissbildung oder Kerbwirkung bei einer Einwirkung von Kraft bzw. Energie aufweisen.
Baugruppe nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welcher das erste Bauteil (10) und das zweite Bauteil (14) jeweils ein Strukturbauteil zur Aufnahme von Kräften ist.
Baugruppe nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das verwendete Material mindestens eines der Bauteile (10, 14) einen hohen Integrationsgrad hat.
Baugruppe nach Anspruch 5, wobei das verwendete Material mindestens eines der Bauteile (10, 14) ein spritzfähiges Material wie Kunststoff oder Leichtmetallguß ist, wobei der E-Modul der spritzfähigen Materialien typischerweise kleiner als der von Metall (Stahl) ist.
Baugruppe nach Anspruch 5, wobei das Material mindestens eines der Bauteile (10, 14) aus faserverstärkten Kunststoffen, CFK (Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, mit Kohlenstofffasern), GFK (Faser-Kunststoff-Verbund aus einem Kunststoff und Glasfasern) oder deren Recyklaten oder dergleichen besteht.
Baugruppe nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welcher das plastisch verformbare Deformationselement (18) durch das verwendete Material und/oder die verwendete Materialkombination und/oder die verwendete Geometrie und/oder konstruktive Maßnahmen so ausgelegt ist, dass die plastische Verformung des verformbaren Deformationselementes (18) so erfolgt, dass die in der jeweiligen Krafteinleitungsstelle des jeweiligen Bauteils (10, 14) eingeleitete Kraft ohne teilweise oder vollständige Zerstörung der Krafteinleitungsstelle des jeweiligen Bauteils (10, 14) aufgenommen wird.
Baugruppe nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welcher das plastisch verformbare Deformationselement (18) oder die plastisch verformbaren Deformationselemente (18) bei Kraft und/oder Energieeinleitung Weg frei gibt, der es beiden Bauteilen ermöglicht, sich ganz oder in Teilbereichen voneinander zu entfernen oder sich anzunähern.
Baugruppe nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welcher die Baugruppe für Fahrzeuge eine Mittelkonsole, ein Stoßfänger, ein Crashpad und/oder eine Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz ist.
Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz, insbesondere Kraftfahrzeugsitz, einer Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Rückenlehne ein Lehnengestell aufweist, das mit Lehnenaufnahmen (10) versehen ist, die einen Träger (14) halten, der u. a. als Polsterträger dienen kann, wobei ein plastisch verformbares Deformationselement (18) oder mehrere plastisch verformbare Deformationselemente (18) den Träger (14) mit dem jeweiligen Lehnengestell-Seitenteil (10) verbinden.
Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz nach Anspruch 11, bei welcher der Träger (14) aus einem Material besteht, das ungleich Metall ist, und aus Kunststoff und/oder aus GFK und/oder CFK und/oder deren Recyclaten, besteht.
Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welcher das Deformationselement (18) aus Metall (wie Stahl) und/oder aus einem geeigneten energieaufnehmendem Material besteht.
Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welcher das Deformationselement so ausgebildet ist, dass es bei seiner Deformation auf Verformung, insbesondere Längung, Stauchung und/oder Torsion und/oder Biegung, beansprucht wird.
Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welcher für die Lehnenaufnahmen (10) ein Deformationselement (18) oder mehrere Deformationselemente (18) zur Verbindung mit dem Träger (14) vorgesehen sind.
Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welcher die Deformationselemente (18) gleich oder unterschiedlich ausgebildet sind.
Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welcher die mehreren Deformationselemente (18), die für jede Lehnenaufnahme (10) vorgesehen sind, unterschiedlich ausgebildet sind.
Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welcher zumindest ein Deformationselement (18), das für jede der Lehnenaufnahmen vorgesehen ist, als offenes Hohlprofilteil oder als geschlossenes Hohlprofilteil ausgebildet ist.
Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz nach Anspruch 18, bei welcher das Deformationselement (18) als U-förmiges Profilteil ausgebildet ist, wobei die beiden Schenkel (20, 22) des U eine unterschiedliche oder gleiche Länge aufweisen können.
Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz nach Anspruch 19, bei welcher die Schenkel (20, 22) des Deformationselementes (18) aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Rückenlehne für einen Fahrzeugsitz nach einem der vorgehenden Ansprüche, bei welcher zumindest ein Deformationselement (18), das für jedes der beiden Lehnengestell-Seitenteile vorgesehen ist, als Stab, Zylinder oder als frei geformter Holkörper ausgebildet ist.