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Die Erfindung betrifft ein Crashelement für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen Crashelement.
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Crashelemente dienen in Kraftfahrzeugen dazu, im Crashfall auftretende Aufprallenergien durch plastische Deformation aufzunehmen. Im Falle eines leichteren Aufpralls lassen sich auf diese Weise weitere Beschädigungen am Kraftfahrzeug vermeiden, so dass lediglich die deformierten Crashelemente selbst ausgetauscht werden müssen. Die Reparaturkosten im Falle eines solchen Crashs geringen Ausmaßes lassen sich auf diese Weise vergleichsweise niedrig erhalten. Werden beim Aufprall hingegen größere Aufprallenergien umgesetzt, so können diese jedenfalls teilweise vom Crashelement aufgenommen werden, wodurch die Verletzungsgefahr für die im Fahrzeuginneren befindlichen Insassen des Kraftfahrzeugs in nicht unerheblichem Maße gemindert werden kann.
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In herkömmliche Crashelemente kommen oftmals faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz, deren Fertigung sich jedoch als aufwändig und somit teuer erweist.
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Vor diesem Hintergrund lehrt der Stand der Technik in der
DE 10 2008 051 396 die Verwendung von Crashkörpern mit Hohlräumen, die mit einem Gas mit einem definierten Druck befüllt sind. Wird ein solcher Crashkörper im Aufprallfall komprimiert, so wirkt das druckbeaufschlagte Gas dem Kollabieren des Crashkörpers entgegen, bis dieser infolge des stetig ansteigenden Innendrucks des Gases berstet.
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Die
FR 2 791 626 offenbart einen ähnlichen Crashkörper in Form eines Strukturelements mit Energieabsorptionsmitteln, die einen mit einem Gas befüllten Hohlkörper umfassen.
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Als problematisch erweist sich bei solchen gas-befüllten Crashkörpern jedoch, dass die mit einem Aufprall typischerweise einhergehende Volumenverringerung des Crashkörpers zu einer rapiden Innendruckerhöhung des Gases führen kann. Dies wiederum kann ein explosionsartiges Bersten des Crashkörpers zur Folge haben, falls der Innendruck zu hohe Werte annimmt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für ein Crashelement zu schaffen, dessen Grundkörper mit einem druckbeaufschlagten Medium befüllbar ist, derart, dass der Fluiddruck des Mediums auch im Crashfall einen maximal zulässigen Wert nicht überschreitet.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, einen in einem Grundkörper des Crashelements vorgesehenen Hohlraum mit einem druckbeaufschlagten Medium zu befüllen und am Grundkörper ein Ventilelement vorzusehen, welches auf das Medium als Überdruckventil wirkt. Wird das Crashelement im Crashfall komprimiert, so hat dies eine Erhöhung des Innendrucks des Mediums zur Folge. Erreicht der Innendruck zu hohe Werte, so öffnet das Überdruckventil, so dass das in den Hohlraum eingebrachte Medium teilweise zu entweichen vermag. Auf diese Weise gelingt es, den Innendruck im Hohlraum stets unterhalb eines maximal zulässigen Werts zu halten. Ein explosionsartiges Bersten des Crashelements aufgrund eines zu hohen Innendrucks des druckbeaufschlagten Mediums, welchem der Grundkörpers nicht standzuhalten vermag, wird auf diese Weise vermieden.
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Ein erfindungsgemäßes Crashelement umfasst demnach einen einen Hohlraum aufweisenden Grundkörper, welcher mit einem druckbeaufschlagten Medium gefüllt ist. Am Grundkörper ist ein als Überdruckventil wirkendes Ventilelement vorgesehen.
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Um in effektiver Weise als Überdruckventil wirken zu können, wird vorgeschlagen, das Ventilelement in einer bevorzugten Ausführungsform derart auszubilden, dass es zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand verstellbar ist, wobei im geschlossenen Zustand über das Ventilelement keine Fluidverbindung zwischen dem Hohlraum und der Umgebung des Crashelements besteht; demgegenüber ist in einem geöffneten Zustand eine solche Fluidverbindung realisiert. Die Umschaltung vom geschlossenen in den geöffneten Zustand erfolgt, sobald der Fluiddruck des druckbeaufschlagten Mediums im Hohlraum einen vorbestimmten Grenzdruck überschreitet.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der Grundkörper aus einem steifen Material, insbesondere einem Metall, hergestellt sein, so dass vom Grundkörper selbst – aufgrund seiner strukturellen Integrität – ein Teil der im Crashfall zu absorbierenden Aufprallenergie aufgenommen werden kann. Alternativ dazu ist es vorstellbar, den Grundkörper als elastische Umhüllung, beispielsweise in der Art eines Schlauchs aus einem Elastomer, auszubilden. Dies erleichtert einen unkomplizierten Einbau des Crashelements in eine Komponente eines Kraftfahrzeugs, so etwa einen Dachrahmen oder einen Schweller.
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Als besonders bevorzugt mag eine Ausführungsform erachtet werden, bei welcher das Ventilelement als Befüllventil zum Befüllen des Hohlraums mit dem druckbeaufschlagten Medium ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das erfindungswesentliche Ventilelement nicht nur als Überdruckventil dient, sondern über dieses gleichzeitig auch das Befüllmedium im Zuge einer Erstbefüllung in den Grundkörper eingebracht werden kann.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann der Grundkörper eine Grundkörperwand umfassen, in welcher eine Durchgangsöffnung vorgesehen ist, die durch ein Verschlusselement verschlossen ist, welche das Ventilelement ausbildet. Die Wandstärke des Verschlusselements ist dabei kleiner als eine Wandstärke der Grundkörperwand. Die Wandstärke des Verschlusselements ist dabei derart dimensioniert, dass sie beim Überschreiten des vorbestimmten Grenzdrucks die Durchgangsöffnung freigibt, etwa indem sie zerstört wird oder sich von der Grundkörperwand löst. Das Verschlusselement wirkt folglich als zusätzliches Überdruckventil.
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Das hier vorgestellte Crashelement kann in vielfältiger Weise in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen. Denkbar ist beispielweise, einen Schweller oder einen Dachrahmen des Kraftfahrzeugs als erfindungsgemäßes Crashelement auszubilden oder mit einem solchen auszustatten.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Crashelement mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
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1 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Crashelements,
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2a/b jeweils eine das Ventilelement des Crashelements zeigende Detaildarstellung,
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3 eine Variante des Crashelements der 1 mit einem schlauchartig ausgebildeten, elastischen Befüllelement,
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4 eine Variante des Ventilelements der 3,
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5 einen Schweller eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Crashelement.
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1 illustriert in einer perspektivischen Darstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Crashelements 1 mit einem Grundkörper 2. Dieser besitzt im Beispiel die einfache Gestalt eines langgestreckten Quaders, kann jedoch in Varianten selbstverständlich auch andere, insbesondere komplexere geometrische Formen annehmen. Das in 1 gezeigte Crashelement ist aus einem Metall hergestellt. In Varianten kommen selbstverständlich auch andere Materialien, beispielsweise kohlefaserverstärkte Kunststoffe, in Betracht.
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Der Grundkörper 2 der 1 umhüllt einen Hohlraum 5, welcher mit einem druckbeaufschlagtem Medium, typischerweise einem Gas befüllt ist. In Betracht kommen aus sicherheitstechnischen Erwägungen heraus in erster Linie inerte Gase wie beispielsweise Stickstoff, welche nicht dazu neigen, mit anderen Gasen oder Substanzen exotherm zu reagieren, wenn sie im Crashfall in die Umgebung des Crashelements 1 freigesetzt werden. Die 1 zeigt ferner ein erfindungswesentliches Ventilelement 3, welches am Grundkörper 2 vorgesehen ist und dem Wirkprinzip eines Überdruckventils folgt.
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Die Funktionsweise des Ventilelements soll im Folgenden anhand der 2a und 2b erläutert werden. In 2a befindet sich das Ventilelement 3 in einem geschlossenen Zustand, so dass zwischen dem Hohlraum 5 und der äußeren Umgebung des Grundkörpers 2 keine Fluidverbindung besteht. Das in den Hohlraum 5 eingebrachte, druckbeaufschlagte Medium kann nicht aus dem Hohlraum entweichen. Durch den Innendruck des Mediums wird die Festigkeit des Grundkörpers 2 gestärkt (Pfeile X in 2a und 2b).
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Wird nun der Grundkörper 2 des Crashelements 1 im Crashfall deformiert, so wird sich das Volumen des Hohlraums 5 verkleinern, womit eine Erhöhung des Innendrucks im Hohlraum 5 einhergeht. Diese wirkt jedoch einem Kollaps des Crashelements 1 entgegen. Überschreitet der Innendruck des Mediums einen vorbestimmten Grenzdruck, so wechselt das Ventilelement 3 in einen in 2b gezeigten geöffneten Zustand, in welchem das Medium aus dem Hohlraum 5 in die Umgebung des Crashelements 1 entweichen kann. Ein explosionsartiges Bersten des Crashelements 1 aufgrund eines zu hohen Innendrucks, welchem der Grundkörpers 2 nicht standzuhalten vermag, lässt sich auf diese Weise vermeiden.
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In der in den 2a und 2b gezeigten Variante folgt das erfindungswesentliche Ventilelement 3 zusätzlich dem Wirkprinzip eines herkömmlichen Rückschlagventils, welches einen Fluidstrom von der Umgebung des Grundkörpers 2 in den Hohlraum 5 hinein gestattet, nicht jedoch – solange der Innendruck des Mediums im Hohlraum 5 unterhalb des vorbestimmten Grenzdrucks liegt – in umgekehrte Stromrichtung. Das Ventilelement 3 kann somit auch zur Erstbefüllung des Grundkörpers 2 mit dem druckbeaufschlagten Medium herangezogen werden.
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3 zeigt indes eine Variante des Beispiels der 1, bei welcher der Grundkörper 2 als elastische Umhüllung 4 in der Art eines Schlauchs aus einem Elastomer ausgebildet ist. Dies erleichtert den unkomplizierten Einbau des Crashelements 1 in eine Komponente eines Kraftfahrzeugs, so etwa einen Dachrahmen oder einen Schweller 8 – letzterer ist exemplarisch in 5 gezeigt. Die Verwendung eines Grundkörpers 2 mit elastischen Eigenschaften empfiehlt sich insbesondere, wenn dieser in Bauteile mit komplizierter geometrischer Formgebung eingesetzt werden soll. Denn sobald die Umhüllung 4 mit dem druckbeaufschlagten Medium befüllt wird, dehnt sie sich aus und schmiegt sich in optimaler Weise an die Innenwandung des Schwellers 8 an.
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In einer in 4 gezeigten, weiteren Variante kann alternativ oder zusätzlich zum Ventilelement 3 die erfindungswesentliche Überdruckfunktionalität direkt in eine Grundkörperwand 9 des Grundkörpers 2 integriert werden. Hierzu ist in besagter Grundkörperwand 9 eine Durchgangsöffnung 6 vorgesehen, welche durch ein Verschlusselement 7 verschlossen ist. Das Verschlusselement 7 kann dabei durch einen Wandabschnitt der Grundkörperwand 9 mit reduzierter Wandstärke ausgebildet werden. Besagter Wandabschnitt kann stoffschlüssig, etwa mittels einer Schweißverbindung, an der Grundkörperwand 9 angebracht werden.
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Die Wandstärke des Verschlusselements 7 ist derart dimensioniert, dass sie beim Überschreiten des vorbestimmten Grenzdrucks die Durchgangsöffnung 6 freigibt, beispielsweise indem sie vom druckbeaufschlagten Medium zerstört oder von der Grundkörperwand 9 gelöst wird.
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5 zeigt exemplarisch eine Komponente eines Kraftfahrzeugs – in 5 ist ein Schweller dargestellt –, der mit dem Crashelement 1 ausgestattet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008051396 [0004]
- FR 2791626 [0005]
