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Die Erfindung betrifft ein Deformationselement, insbesondere für den Insassenschutz in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Türinnenmodul für eine Fahrzeugseitentür nach dem Patentanspruch 11.
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Im Fahrzeugbau ist der Einsatz von energieabsorbierenden Deformationselementen für den Insassenschutz oder den Fußgängerschutz gängige Praxis. Die Deformationselemente sind je nach Lastfall, zum Beispiel Frontkollision oder Seitenkollision, ausgelegt.
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Aus der
DE 10 2010 005 808 A1 ist ein solches gattungsgemäßes Deformationselement bekannt, das für den Insassenschutz in einem Fahrzeug auslegbar ist. Das Deformationselement weist eine Deformationsschicht aus einem Zellstoffprodukt, zum Beispiel Wellpappe auf, die eine in der Erstreckungsrichtung gleichmäßige, sinusförmige Wellenstruktur aufweisen kann. Die Wellenstruktur der Wellpappe kann im Kollisionsfall unter Abbau von Kollisionsenergie deformiert werden.
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Aus der weiteren
DE 198 46 419 A1 ist der Einbau eines solchen Deformationselementes in einem Türinnenmodul für eine Fahrzeugseitentür bekannt. Die Fahrzeugseitentür weist eine Innenverkleidung mit einer Aussparung für ein Ablagefach auf. Die, in der Fahrzeugquerrichtung nach außen versetzte Ablagefach-Rückwand ist als ein Deformationselement mit einer Deformationsstruktur ausgeführt. Das Deformationselement wirkt bei einem Seitencrashfall als ein Crash-Pad, mit dem der Beckenbereich des Fahrzeuginsassen geschützt wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Deformationselement oder ein Türinnenmodul für eine Fahrzeugseitentür bereitzustellen, bei dem in konstruktiv einfacher Weise ein günstiges Deformationsverhalten erzielbar ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 11 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass eine aus dem Stand der Technik bekannte Deformationsstruktur mit gleichmäßigem, das heißt regelmäßigen, sinusförmigen Wellenverlauf das Deformationsverhalten des Deformationselementes nur unzureichend auf unterschiedliche Lastfälle auslegbar ist. Vor diesem Hintergrund weist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 das Deformationselement einen Wellenabschnitt mit einem ungleichmäßigen, das heißt unregelmäßigen, sinusförmigen Wellenverlauf auf. Bevorzugt weist der Wellenabschnitt zumindest zwei, in einer Wellen-Erstreckungsrichtung aufeinanderfolgende Wellensegmente mit zueinander unterschiedlicher Amplitude und/oder Wellenlänge bzw. Segmentlänge auf. Durch eine derart ungleichmäßige Wellengeometrie weist jede der Wellen ein unterschiedliches Deformationsverhalten auf. Auf diese Weise wird insgesamt ein stufenweises Deformationsverhalten des Deformationselementes erzielt. Dadurch ist auch unter Gewichtseinsparung ein wesentlich günstigeres Crashverhalten erzielbar sowie das Deformationsverhalten in einfacher Weise einstellbar.
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Im erfindungsgemäßen Deformationselement weist der Wellenabschnitt zumindest zwei, in Richtung auf die crashzugewandte Seite vorragende Wellenberge mit zwischengeordnetem Wellenfuß auf. Die Wellenberge des sinusförmigen Wellenabschnittes können bevorzugt mit unterschiedlichen Amplituden zur crashzugewandten Seite vorragen.
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Jedes der Wellensegmente kann bevorzugt zumindest ein Bestandteil einer harmonischen Sinusschwingung sein. Die in der Erstreckungsrichtung aufeinanderfolgenden Wellensegmente können zudem im Vergleich zueinander unterschiedlich gestreckt und/oder gestaucht sein, das heißt bezüglich ihrer Segmentlänge unterschiedlich gestaltet sein.
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Je nach einzustellendem Deformationsverhalten kann es von Vorteil sein, wenn die Wellenscheitel der Wellenberge sowie der zwischengeordnete Wellenfuß des Wellenabschnittes in Querrichtung zur oben erwähnten Erstreckungsrichtung zueinander parallel verlaufen. Der Wellenfuß-Verlauf kann hierbei bevorzugt in der Querrichtung linear geradlinig auf konstanter Höhe ausgeführt sein. Demgegenüber kann der Wellenscheitel-Verlauf der Wellenberge in der Querrichtung nicht linear geradlinig, sondern vielmehr bevorzugt bogenförmig verlaufen. Besonders bevorzugt weist der bogenförmige Scheitel-Verlauf eine Wellenspitze sowie davon seitlich in der Querrichtung abfallende Wellenbögen auf. Die Wellenspitzen der zumindest zwei Wellenberge können in einer gemeinsamen Mittelebene liegen, die von der Erstreckungsrichtung sowie einer Amplitudenrichtung aufgespannt ist. Für ein besonders günstiges Deformationsverhalten kann der Querverlauf der Wellen spiegelsymmetrisch zur Mittelebene ausgelegt sein.
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Die über die zwischengeordnete Wellenfüße voneinander beabstandeten Wellenberge bilden dazwischen rillenförmige Entlastungsräume. In diese hinein können sich die Wellenberge im Lastfall verformen. Die rillenförmigen Entlastungsräume können in der Querrichtung (bzw. in der Einbaulage in der Fahrzeughochrichtung z nach oben und unten) offen gestaltet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Deformationselement ein zum Beispiel im Spritzgussverfahren hergestelltes Kunststoffbauteil sein. Das Deformationselement kann besonders vorteilhaft aus einem naturfaserverstärkten Kunststoffmaterial gefertigt sein. Untersuchungen zum Deformationsverhalten zeigen nämlich, dass im Crashfall naturfaserverstärkte Kunststoffe nicht zum Splittern neigen. Das als Deformationselement gebildete, wellenförmige Kunststoffbauteil kann auf seiner crashabgewandten Seite eine, der Deformations-Wellenstruktur nachgebildete Hohlraumstruktur aufweisen.
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Das Deformationselement kann aus einem Grundkörper mit seitlichen Befestigungsflanschen aufgebaut sein, die eine Funktionswand begrenzen, in der der erfindungsgemäße Wellenabschnitt ausgebildet ist. Der Grundkörper und die Funktionswand der darin integrierten Wellenstruktur können materialeinheitlich und einstückig hergestellt sein, etwa im Spritzguss- oder Blasform-Verfahren, wodurch insgesamt ein robustes Bauteil bereitgestellt wird.
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In einer besonders bevorzugten Anwendung kann das Deformationselement in einem Türinnenmodul für eine Fahrzeugseitentür eingebaut sein. Die Lage des Deformationselementes kann dabei in etwa mit dem Beckenbereich des Fahrzeuginsassen korrespondieren. Das Türinnenmodul kann ein Innenverkleidungsteil mit einer Aussparung für ein Ablagefach aufweisen. Das Ablagefach kann eine, in der Fahrzeugquerrichtung nach außen versetzte Ablagefach-Rückwand aufweisen, die bevorzugt als Deformationselement im Sinne der Erfindung ausgeführt ist.
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Das Deformationselement kann auch integraler Bestandteil des besagten Ablagefaches sein, d.h., Ablagefach und Deformationselement sind einstückig aus Kunststoff nach beispielsweise einem Kunststoff-Formpressverfahren hergestellt. Ablagefach und Deformationselement können dabei materialeinheitlich ausgebildet sein oder aus Kunststoff mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften bestehen, wobei sich in diesem Fall dann ein Hybrid-Spritzgießverfahren anbietet. Sind Ablagefach und Deformationselement materialeinheitlich ausgebildet, können diese bevorzugt auch einstückig aus einem Hybridnadelvlies oder einem Kunststoffrohling durch Formpressen hergestellt sein.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegeben vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer perspektivischen Seitenansicht ausgehend vom Fahrzeuginnenraum ein Türinnenmodul für eine nicht dargestellte Fahrzeugseitentür;
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2 in einer Teilschnittdarstellung das Türinnenmodul entlang einer Schnittebene I-I aus der 1;
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3 in einer Perspektivdarstellung sowie in Alleinstellung ein im Türinnenmodul verbaubares Deformationselement;
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4 in einer Schnittdarstellung entlang der Mittelebene M aus der 3 den Querschnitt des Deformationselementes;
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5 in einer Ansicht entsprechend der 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des Deformationselementes;
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6 ein am Türinnenmodul anbaubares Ablagefach in einer Einzelteilansicht gesehen im Hinblick auf einen Zusammenbau mit der Fahrzeugseitentür von Fahrzeug-außen, welches ein in dasselbe integriertes Deformationselement sowie eine Lautsprecheraufnahme mit Lautsprecherabdichtung aufweist;
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7 das Ablagefach nach 6 in einer perspektivischen Seitenansicht;
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8 eine perspektivische Schnittdarstellung des Ablagefachs nach 6 mit der Lausprecherabdichtung gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante; und
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9 eine perspektivische Schnittdarstellung des Ablagefachs nach 6 mit der Lausprecherabdichtung gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungsvariante.
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In der 1 ist ein Türinnenmodul für eine Fahrzeugseitentür in grob schematischer Darstellung gezeigt, das auf seiner, dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite ein Innenverkleidungsteil 1 aufweist. Mit seiner, dem Fahrzeuginnenraum abgewandten Seite wird das Türinnenmodul zur Herstellung der Fahrzeugseitentür mit einem hier nicht dargestellten Türaußenblech zusammengebaut. Das Türinnenmodul liegt in einer Einbaulage bei geschlossener Fahrzeugtür in etwa in einer zwischen der Fahrzeuglängsrichtung x und der Fahrzeughochrichtung z aufgespannten Ebene, wie es in der 1 angedeutet ist.
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Wie aus der 1 hervorgeht, ist das Türinnenmodul nach oben hin mittels einer Türbrüstung 2 abgeschlossen, in dessen Bereich ein Türöffner 3 integriert ist. Unterhalb der Türbrüstung 2 befindet sich eine in etwa horizontale Armauflage 5, die teilweise in eine schalenförmige Ausbuchtung 7 des Innenverkleidungsteiles 1 einragt.
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In der unteren Hälfte des Türinnenmoduls ist ein Ablagefach 9 vorgesehen. Das Ablagefach 9 ist über eine im Innenverkleidungsteil 1 vorgesehene Aussparung 11 zugänglich. Der Stauraum 12 (2) des Ablagefaches 9 ist in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen unter anderem durch ein als Deformationselement 13 ausgebildetes Kunststoffbauteil begrenzt. Das Deformationselement 13 ist über seitliche Befestigungsflansche 14 (3) am Innenverkleidungsteil 1 montiert und weist eine Begrenzungswand 15 auf, die im dargestellten Einbauzustand eine vom Stauraum 12 zugängliche Ablagefach-Rückwand bildet.
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In der in der 1 gezeigten Einbaulage ist das Deformationselement 13, in der Fahrzeuglängsrichtung x betrachtet, in etwa auf gleicher Höhe wie der Beckenbereich eines Fahrzeuginsassen angeordnet.
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Gemäß der 3 ist das Deformationselement 13 aus einem Grundkörper 35, an dem die Befestigungsflansche 14 angeformt sind, und aus der oben erwähnten Begrenzungswand 15 aufgebaut. Der Grundkörper 35 sowie die Begrenzungswand 15 sind materialeinheitlich und einstückig im Spritzgussverfahren hergestellt. Alternativ ist eine Herstellung aus einem naturfaserverstärkten Kunststoff möglich, der im Vergleich zu einem konventionell verwendeten Kunststoff unfalltechnisch günstig im Crashfall nicht zu Absplitterungen neigt.
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Die Begrenzungswand 15 des Deformationselements 13 weist als Deformationsstruktur einen eingeprägten sinusförmigen Wellenabschnitt 17 auf. Der Wellenabschnitt 17 besteht in der 3 aus drei Wellenbergen 18, 19, 20. Diese ragen in der Einbaulage auf der crashzugewandten Seite in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen ab und können im Seitencrashfall durch Verformung Deformationsenergie aufnehmen.
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Die Wellenberge 18, 19, 20 sind über zwischengeordnete Wellenfüße 21 voneinander beabstandet, und zwar unter Bildung von rillenförmigen Entlastungsräumen 36 (3), in die sich die Wellenberge 18, 19, 20 im Lastfall hinein verformen können. Die rillenförmigen Entlastungsräume 36 sind in der Einbaulage in der Fahrzeughochrichtung z nach oben und nach unten offen gestaltet. Die durch den sinusförmigen Wellenabschnitt 17 aufgebaute Deformationsstruktur ist auf der crashabgewandten Seite des Deformationselements 13 als eine Hohlraumstruktur in Negativform erkennbar.
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In der 2 ist zur einfacheren Erläuterung der Geometrie des Wellenabschnittes 17 ein Koordinatensystem mit einer Achse x in der Erstreckungsrichtung der Wellen (das heißt in der Einbaulage in Fahrzeuglängsrichtung), mit einer Achse y in der Amplitudenrichtung (das heißt in der Einbaulage in der Fahrzeugquerrichtung) und mit der Achse z in der Querrichtung (das heißt in der Einbaulage in der Fahrzeughochrichtung) eingezeichnet. Die von der x-Achse und der y-Achse aufgespannte Ebene entspricht einer Mittelebene M, zu der der Wellenabschnitt 17 spiegelsymmetrisch angeordnet ist. Der Konturverlauf K des Wellenabschnittes 17 in der Mittelebene M ist in der 3 mit gestrichelter Linie angedeutet.
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Wie aus den 3 bis 5 hervorgeht, verlaufen die Wellenberge 18, 19, 20 sowie die Wellenfüße 21 nicht nach Art einer harmonischen Sinusfunktion. Vielmehr ist der Wellenabschnitt 17 in seiner Erstreckungsrichtung x durch aufeinanderfolgende Wellensegmente S1 bis S7 aufgebaut (4). Diese sind jeweils gestaucht oder gestreckt, das heißt sie weisen jeweils unterschiedliche Segmentlängen auf. Die aufeinanderfolgenden Wellensegmente S1 bis S7 können jeweils Bestandteile von harmonischen Sinusschwingungen unterschiedlicher Ordnung sein.
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Wie aus den 3 weiter hervorgeht, erstrecken sich die Wellenscheitel 16 der drei Wellenberge 18, 19, 20 sowie die Wellenfüße 21 in der Querrichtung z, das heißt quer zur Erstreckungsrichtung x, parallel zueinander. Der Wellenfuß-Verlauf der beiden Wellenfüße 21 ist in der Querrichtung z linear geradlinig auf gleichbleibender Höhe ausgeführt.
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Demgegenüber ist der Verlauf der Wellenscheitel 16 in der Querrichtung z nicht geradlinig, sondern vielmehr bogenförmig, und zwar jeweils mit einer Wellenspitze 23 sowie davon seitlich in der Querrichtung z abfallende Wellenbögen 25. Die Wellenspitzen 23 der drei Wellenberge 18, 19, 20 liegen gemäß den 3 in der Mittelebene M. Der Querverlauf der Wellenscheitel 16 der Wellenberge 18, 19, 20 ist dabei spiegelsymmetrisch zur Mittelebene M ausgelegt.
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Das Deformationselement kann bevorzugt im Spritzgussverfahren hergestellt sein, und zwar wellenförmig mit durchgängig gleichbleibend geringer Materialstärke s (3).
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Gemäß den 3 oder 4 sind die Amplitudenhöhen a1 bis a3 der Wellenberge 18, 19, 20 in der Amplitudenrichtung y unterschiedlich groß bemessen. Auf diese Weise ergibt sich im Crashfall ein stufenweises Versagensverhalten der Deformationsstruktur. Bei einem Seitencrash wird ein nicht gezeigtes Außenblechteil der Fahrzeugseitentür deformiert und in Anlage mit zunächst dem größten Wellenberg 18 des Deformationselements 13 gebracht. Dadurch wird die Aufprallkraft F zu Beginn des Crashverlaufes zunächst nur über die erste Wellenspitze 23 des größten Wellenberges 18 in die Deformationsstruktur eingeleitet. Ausgehend von der Wellenspitze 23 des größten Wellenberges 18 wird die Aufprallkraft F über die Wellenflanken in die Wellenfüße 21 sowie über die beidseitig in der Querrichtung z abfallenden Wellenbögen 25 bis zum Grundkörper 35 weitergeleitet.
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Erst nach beginnender Deformation des ersten Wellenberges 18 kommt das sich deformierende Außenblechteil auch in kraftübertragende Anlage mit dem zurückgesetzten zweiten Wellenberg 19, wodurch ein zweiter Lastpfad zur Weiterleitung der Aufprallkraft F bereitgestellt ist. Nachdem auch der zweite Wellenberg deformiert ist, kann das Außenblechteil im weiteren Crashverlauf gegebenenfalls weiter bis in Anlage mit dem dritten Wellenberg 20 verformt werden, der zusätzlich noch ein dritter Lastpfad bereitstellt. Auf diese Weise erfolgt während des Crashverlaufes eine stufenweise Änderung des Deformationsverhaltens des Deformationselements 13, die entsprechend dem jeweiligen Lastfall ausgelegt ist.
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In der 5 ist das Deformationselement 13 in einer zweiten Ausführungsvariante gezeigt, deren grundsätzlicher Aufbau sowie Funktionsweise identisch mit dem ersten Ausführungsbeispiel ist. Von daher wird auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Geometrie des Wellenabschnitts 17 dahingehend geändert, dass sowohl der zweite Wellenberg 19 als auch der dritte Wellenberg 20 in etwa eine gleiche Amplitudenhöhe aufweisen, während der erste Wellenberg 18 mit einer größeren Amplitudenhöhe versehen ist.
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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen im Wesentlichen auf ein Deformationselement 13 ab, welches als Anbauteil mittels der Befestigungsflansche 14 am Innenverkleidungsteil 1 montiert bzw. montierbar ist.
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Die 6 und 7 zeigen ein am Innenverkleidungsteil 1 anbaubares Ablagefach 9 in einer Einzelteildarstellung mit einem Deformationselement 13´, welches nunmehr nicht als Einzelteil bzw. Anbauteil vorliegt, sondern integraler Bestandteil des Ablagefaches 9 ist, jedoch dennoch die Grundstruktur des vorbeschriebenen Deformationselements 13 aufweist. Gemäß den 1, 6 und 7 erstreckt sich das Ablagefach 9 im Hinblick auf die Fahrzeugseitentür in Fahrzeuglängsrichtung und weist am einen Ende besagtes Deformationselement 13´ auf, welches ebenfalls eine Begrenzungswand 15 aufweist und eine vom Stauraum 12 des Ablagefachs 9 zugängliche Ablagefach-Rückwand bildet. Des Weiteren weist das Deformationselement 13´ lediglich beispielgebend zwei in der Höhe variierende Wellenberge 18, 19 auf.
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In vorteilhafter Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung weist das Ablagefach 9 überdies am anderen Ende eine Lautsprecheraufnahme 37 mit einer Lautsprecherabdichtung 38 auf. Die Lautsprecheraufnahme 37 ist ebenfalls integraler Bestandteil des Ablagefaches 9.
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Ablagefach 9, Deformationselement 13´ und Lautsprecheraufnahme 37 sind einstückig aus bevorzugt Kunststoff, insbesondere naturfaserverstärktem Kunststoff, nach beispielsweise einem Kunststoff-Formpressverfahren hergestellt. Ablagefach 9, Deformationselement 13´ und Lautsprecheraufnahme 37 können dabei materialeinheitlich ausgebildet sein oder aus Kunststoff mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften bestehen, wobei sich in diesem Fall dann ein Hybrid-Spritzgießverfahren anbietet. Das Hybrid-Spritzgießverfahren kann ebenfalls angewendet werden um sog. Retainerhalter anzuspritzen. Sie sind zur Verbindung zwischen dem Innenverkleidungsbauteil und der Fahrzeugkarosserie vorgesehen. In den angespritzten Retainerhalter wird ein Retainer eingeclipst der ebenfalls an der Karosserie verclipst wird und so eine Verbindung zur Karosserie herstellt. Sind Ablagefach 9, Deformationselement 13´ und Lautsprecheraufnahme 37 materialeinheitlich ausgebildet, können diese bevorzugt auch einstückig aus einem Hybridnadelvlies oder einem Kunststoffrohling durch Formpressen hergestellt sein.
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Besagte Lautsprecherabdichtung 38 besteht bevorzugt aus einem Schaumstoffring, insbesondere Kunststoff-Schaumstoffring. Wird das Ablagefach 9 samt Deformationselement 13´ und Lautsprecheraufnahme 37 materialeinheitlich aus einem Kunststoffrohling oder Hybridnadelvlies durch Formpressen hergestellt, wird die Lautsprecherabdichtung 38 in ein nicht zeichnerisch dargestelltes Formwerkzeug eingelegt und bevorzugt in einem Fertigungsschritt in einem vorgegebenen Wandungsbereich des Ablagefachs 9 auf dasselbe aufgepresst. Zur Fixierung der ringförmigen Lautsprecherabdichtung 38 verfügt die Wandung des Ablagefachs 9 über ein eingeformtes umlaufendes Aufnahmeprofil 39, welches gemäß 8 durch ein U-Profil gebildet ist und eine äußerst genaue Positionierung der Lautsprecherabdichtung 38 gewährleistet. Alternativ kann das Aufnahmeprofil 39 beispielsweise auch durch ein L-Profil gebildet sein (vgl. 9). Weiterhin ist es möglich, den Schaumstoffring in einem Hybrid-Spritzgussverfahren direkt an das Innenverkleidungsbauteil mit anzuspritzen.
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Das Ablagefach 9 samt Deformationselement 13´ und Lautsprecheraufnahme 37 weist in seinem Randbereich eine Mehrzahl Befestigungsflansche 40 auf, vermittels welcher das Ablagefach 9 am Innenverkleidungsteil 1 befestigbar ist.
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Durch die Funktionsintegration sowohl des Deformationselementes 13´ als auch der Lautsprecheraufnahme 37 sind insbesondere Einsparungen an Fertigungs- und Montagezeit zu verzeichnen, da zwei herkömmlich zum Anbau bereitgestellte separate Bauteile entfallen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Innenverkleidungsteil
- 2
- Türbrüstung
- 3
- Türöffner
- 5
- Armauflage
- 7
- Ausbuchtung
- 9
- Ablagefach
- 11
- Aussparung
- 12
- Stauraum
- 13
- Deformationselement
- 13´
- Deformationselement
- 14
- Befestigungsflansche
- 15
- Begrenzungswand
- 16
- Wellenscheitel
- 17
- Wellenabschnitt
- 18
- Wellenberg
- 19
- Wellenberg
- 20
- Wellenberg
- 21
- Wellenfüße
- 23
- Wellenspitze
- 25
- Wellenbögen
- 35
- Grundkörper
- 36
- Entlastungsräume
- 37
- Lautsprecheraufnahme
- 38
- Lautsprecherabdichtung
- 39
- Aufnahmeprofil
- 40
- Befestigungsflansch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010005808 A1 [0003]
- DE 19846419 A1 [0004]
