DE102015211979A1

DE102015211979A1 - Deformationselement für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einem solchen Deformationselement

Info

Publication number: DE102015211979A1
Application number: DE102015211979.3A
Authority: DE
Inventors: Öztzan Akif; Gerhard Fichtinger; Wilhelm Riedl; Marco Grehl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2016-12-29
Also published as: WO2016207110A1; US20180118155A1; CN107810129B; CN107810129A; US10369958B2

Abstract

Zur Verbesserung der Sicherheit von Fahrzeuginsassen und Verkehrsteilnehmern im Fall eines Frontalcrashs ist ein Deformationselement (1) mit einem Querträgerhalter (5) zur Anbringung an einem Querträger (10) und einer gegenüber einem Stoßfänger (20) eines Kraftfahrzeuges (110) benachbart positionierbaren Stoßfängerplatte (15) vorgesehen, das sich dadurch auszeichnet, dass zwischen Stoßfängerplatte (15) und Querträgerhalter (5) ein fliehkraftbetätigtes Freigabemittel (42) zum Verstellen und Fixieren des Abstandes (D) von Querträgerhalter (5) und Stoßfängerplatte (15) vorgesehen ist, wobei ein erster Abstand (D1) von Stoßfängerplatte (15) und Querträgerhalter (5), ausgehend von einer Normallage, in einer ersten Lage größer ist als ein Abstand (D2) in einer zweiten Lage

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Deformationselement für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein mit diesem Deformationselement ausgestattetes Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 6.
Zum Zwecke des Schutzes eines Kraftfahrzeuges bei einem Frontalunfall, von an einem solchen Unfall beteiligten Insassen des Kraftfahrzeuges sowie von in einen solchen Unfall verwickelten, außerhalb des Kraftfahrzeuges befindlichen Personen, insbesondere Fußgängern, ist eine Reihe von Maßnahmen vorgesehen:
Im Fall eines sogenannten low speed crashs, bei dem eine vergleichsweise hohe Last von bis zu etwa 100 kN mit einer vergleichsweise geringen Geschwindigkeit von 4 km/h bis zu etwa 20 km/h auf den Frontbereich eines Kraftfahrzeuges einwirkt (beispielsweise in Form eines Parkremplers), ist vorgesehen, dass die Last reversibel und möglichst störungsfrei von einem fahrzeugeigenen Deformationselement aufgenommen wird.
Zur Darstellung einer Fußgängerschutzfunktion im Frontbereich eines Kraftfahrzeuges ist vorgesehen, dass eine vergleichsweise geringe Last von bis zu etwa 5 kN in einem vergleichsweise hohen Geschwindigkeitsbereich von etwa 20 km/h bis zu 40 km/h durch ein im Frontbereich des Kraftfahrzeuges vorgesehenes Deformationselement aufgenommen wird.
Zur Realisierung des Schutzes im Fall eines low speed crashs und für eine Fußgängerschutzfunktion ist aus der DE 10 2011 009 943 A1 ein Energieabsorptionssystem zum Einbau zwischen einem Stoßfänger und einem Querträger eines Kraftfahrzeuges bekannt, in dem eine Weichkomponente und eine Hartkomponente ineinander verzahnt sind und sich über die gesamte Breite des Kraftfahrzeuges erstrecken. Bei Verwendung des bekannten Energieabsorptionssystems kann sich ein vergleichsweise großer Überhang (dies ist der Abstand von Radmittelpunkt zu dem vordersten Punkt der Frontverkleidung) ergeben, der aus ästhetischer Sicht nicht immer gewünscht ist und den Rampenwinkel des entsprechenden Kraftfahrzeuges zusätzlich negativ beeinflusst.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
Diese Aufgabe ist durch ein Deformationselement gemäß Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Deformationselement weist einen Querträgerhalter zur Anbringung an einem Querträger und eine gegenüber einem Stoßfänger eines Kraftfahrzeuges benachbart positionierbare Stoßfängerplatte auf.
Weiter ist zwischen Stoßfängerplatte und Querträgerhalter ein fliehkraftbetätigtes Freigabemittel zum Verstellen und Fixieren des Abstandes von Querträgerhalter und Stoßfängerplatte vorgesehen, wobei ein erster Abstand von Stoßfängerplatte und Querträgerhalter, ausgehend von einer Normallage, in einer ersten Lage größer ist als ein Abstand in einer zweiten Lage.
Mittels eines solcherart ausgestalteten Deformationselementes ist in vorteilhafter Weise eine zuverlässige und präzise lastfallabhängige Auslösung des Deformationselementes ermöglicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Deformationselementes ist vorgesehen, dass die Stoßfängerplatte an dem fliehkraftbetätigten Freigabemittel angeordnet ist, welches sich verschieblich in einem, gegenüber einem mit dem Querträgerhalter befestigten Haltemittel bewegbaren, Verschiebemittel befindet, wobei das Haltemittel und das Verschiebemittel ein gemeinsames Sperrmittel aufweisen, das von dem fliehkraftbetätigten Freigabemittel wahlweise derart gesperrt oder freigebbar ausgebildet ist, dass es eine Sperrung von Haltemittel und Verschiebemittel in der ersten Lage, sowie eine Freigabe von Haltemittel und Verschiebemittel in der zweiten Lage erlaubt. Hiermit ist eine weiter optimierte lastfallabhängige Auslösung und Verschiebung des erfindungsgemäßen Deformationselementes in sich ermöglicht.
Ein besonders einfacher Aufbau des erfindungsgemäßen Deformationselementes wird erzielt, wenn das fliehkraftbetätigte Freigabemittel einen Stempel bzw. Kolben aufweist, an dem einenends die Stoßfängerplatte und andernends mindestens eine Fliehkrafthebel angeordnet ist, welcher bei Einnahme der zweiten Lage gegen das Freigabemittel anliegt.
Indem gemäß einer weiteren Ausführungsform mindestens ein Fliehkrafthebel ein Rückstellmittel aufweist ist in vorteilhafter Weise eine lastfallabhängige Einstellbarkeit des erfindungsgemäßen Deformationselementes erleichtert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Deformationselementes ist vorgesehen, dass sich das Sperrmittel rückstellbar in dem Verschiebemittel und dem Haltemittel befindet.
Die zuvor genannte Aufgabe wird ebenfalls durch ein Kraftfahrzeug mit einem Querträger und einem Stoßfänger gelöst, wobei ein Deformationselement der zuvor dargestellten erfindungsgemäßen Art vorgesehen ist. Die zuvor genannten Vorteile gelten entsprechend.
Erfindungsgemäß kann entlang der Fahrzeugquerrichtung eine Anzahl der erfindungsgemäßen Deformationselemente vorgesehen sein, so dass eine ganze Reihe von Lastfällen bzw. Schutzfunktionen realisiert ist. Dabei ist ihre Position, beispielsweise ihre Anordnung parallel zur Fahrzeughochachse, gegenüber einer Fahrzeugkarosserie dem Grundsatz frei nach gestaltbar und lediglich durch den zugrundeliegenden Lastfall eingeschränkt.
In besonders vorteilhafter Weise weisen die solcherart, insbesondere entlang dem Querträger, befestigten Deformationselemente zumindest teilweise fliehkraftbetätigte Freigabemittel unterschiedlicher Massen und/oder Abmessungen und/oder Rückstellmittel, insbesondere Federn unterschiedlicher Federkonstanten, auf. Hierdurch ist es ermöglicht, die Deformationselemente positionsabhängig an verschiedene Lastfälle auf einfache Art anzupassen.
Die vorstehend beschriebenen Merkmale der vorliegenden Erfindung können, soweit möglich, auch wenn es vorstehend nicht explizit beschrieben ist, miteinander kombiniert werden.
Nachstehend folgt eine Kurzbeschreibung von Figuren der vorliegenden Erfindung.
1 ist eine isometrische Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Deformationselement in Normallage.
2 ist eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Deformationselementes im Schnitt.
3 ist eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Deformationselementes in einer ersten, bei einem low speed crash eingenommenen Lage.
4 ist eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Deformationselementes in einer zweiten, im Fall einer Fußgängerschutzfunktion eingenommenen Lage.
5 ist eine isometrische Ansicht auf eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Deformationselementes in Normallage.
6 ist eine Seitenansicht des in 6 gezeigten Deformationselementes im Schnitt.
7 ist eine Seitenansicht des in 6 gezeigten alternativen Deformationselementes in einer ersten, bei einem low speed crash eingenommenen Lage.
8 ist eine Seitenansicht des in 6 gezeigten alternativen Deformationselementes in einer zweiten, im Fall einer Fußgängerschutzfunktion eingenommenen Lage.
9 ist eine Teilansicht von oben auf ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer Anzahl von montierten erfindungsgemäßen Deformationselementen.
Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf 1 bis 9 eine detaillierte, nicht präjudizierende, insbesondere einschränkende, Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Gleiche Elemente sind mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit nichts anderes angegeben wird.
In 1 ist – in isometrischer Ansicht – ein erfindungsgemäßes Deformationselement 1 mit einem Querträgerhalter 5 zur Anbringung an einen Querträger 10 und mit einer diesem gegenüberliegenden Stoßfängerplatte 15 gezeigt, die an einem Stoßfänger 20 benachbart positionierbar oder mit diesem verbindbar ist. Der Querträgerhalter 5 kann in an sich bekannter Weise durch hier nicht gezeigte Befestigungselemente, beispielsweise Schrauben, an dem Querträger 10 fixiert werden.
An dem Querträgerhalter 5 ist ein Haltemittel 25 befestigt, in dem ein Verschiebemittel 30 verschieblich aufgenommen ist. Die Stoßfängerplatte 15 ihrerseits ist ebenfalls verschieblich in dem Verschiebemittel 30 gelagert. Der zwischen Querträgerhalter 5 und Stoßfängerplatte 15 bestehende Abstand beträgt in der hier gezeigten Normallage, d. h. außerhalb irgendeiner Unfallsituation, D.
Das in 1 dargestellte Deformationselement 1 ist in 2 nochmals in Seitenansicht im Schnitt gezeigt. Die Stoßfängerplatte 15 ist in dem Verschiebemittel 30 mittels eines an sich bekannten Kolbens 35 versohieblich geführt. An seinem der Stoßfängerplatte 15 beabstandeten Ende weist der Kolben 35 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein fliehkraftbetätigtes Freigabemittel 42 auf. Dieses besitzt zwei um eine jeweilige Drehachse 40 verschwenkbar angeordnete Fliehkrafthebel 45, welche durch hier symbolisch dargestellte Rückstellmittel 50 in einem Winkel γ gegenüber einer x-y-Ebene eines fahrzeugorientierten kartesischen Koordinatensystems ausgerichtet sind. Die Rückstellmittel 50 können Federn sein, die insbesondere als um die Drehachsen 40 wirkende Drehfedern oder als Zugfedern ausgebildet sind. Die als Zugfedern ausgebildeten Rückstellmittel 50 sind einerseits an den jeweiligen Fliehkrafthebeln 45, beabstandet von den jeweiligen Drehachsen 40, sowie an dem in der 2 gezeigten rechten Ende des Kolbens 35 gehalten. Es sei angemerkt, dass durch die Rückstellmittel 50, insbesondere durch deren Federkonstante, nicht nur eine Rückholung des fliehkraftbetätigten Freigabemittels 42, sondern auch deren Auslösung eingestellt werden kann.
In Normallage ist eine Verschiebung des Verschiebemittels 30 innerhalb des Haltemittels 25 durch in diesem Ausführungsbeispiel zwei Sperrmittel 55 unterbunden. Die Sperrmittel 55 sind jeweils verschieblich in jeweilige Öffnungen 60 des Verschiebemittels 30 bzw. Öffnungen 65 des Haltemittels 25 gelagert. Jedes Sperrmittel 55 ist mit einer Auflaufschräge 70 versehen, gegen die die jeweiligen, von den Schwenkachsen 40 distal entfernten Enden der jeweiligen Fliehkrafthebel 45 zur Anlage kommen können.
Ausgehend von der in 1 und 2 gezeigten Normallage des erfindungsgemäßen Deformationselementes 1 nimmt dieses im Fall eines low speed crashs die in 3 gezeigte erste Lage ein. Bei einem low speed crash wirken vergleichsweise große Lasten von bis zu 100 kN bei vergleichsweise geringen Geschwindigkeiten von 4 km/h bis zu etwa 20 km/h.
In einem solchen Lastfall taucht der Kolben 35 in das Verschiebemittel 30 ein, wobei der Winkel γ trägheitsbedingt im Wesentlichen erhalten bleibt. Die beiden Fliehkrafthebel 45 bewegen sich somit nicht derart entlang der z-Richtung, dass sie gegen die jeweiligen Auflaufschrägen 70 stoßen würden. Mithin verbleiben die Sperrmittel 55 in ihrer Position und die Stoßfängerplatte 15 bewegt sich lediglich bis zu einer Stelle, an der sie mit dem Verschiebemittel 30 in Kontakt kommt. Der sich hierbei einstellende Abstand D1 zwischen Stoßfängerplatte 15 und Querträgerhalter 5 ist dabei kleiner als der Abstand D in Normallage.
In 4 ist eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Deformationselementes 1 in einer zweiten Lage gezeigt, die es im Fall einer Fußgängerschutzfunktion einnimmt. Zum Zwecke der Fußgängerschutzfunktion soll das erfindungsgemäße Deformationselement 1 die Aufprallenergie bei relativ hohen Geschwindigkeiten von etwa 20 km/h bis 40 km/h, jedoch einem vergleichsweise geringen Lastniveau bis etwa 5 kN, aufnehmen.
Aufgrund der in diesem Lastfall auftretenden vergleichsweisen großen Beschleunigung taucht der Kolben 35 nicht nur in das Verschiebemittel 30 ein, sondern es werden fliehkraftbedingt die Fliehkrafthebel 45 entlang der z-Richtung ausgestellt (der in der 4 gezeigte obere Fliehkrafthebel 45 wird also in z-Richtung, der in dieser Figur dargestellte untere Fliehkrafthebel 45 wird also entgegen der z-Richtung bewegt). Wie der 4 entnommen werden kann, führt dies zu einem Kontakt zwischen den von ihren jeweiligen Drehachsen 40 distal entfernten Enden der Fliehkrafthebel 45 mit den jeweiligen Auflaufschrägen 70 und in Folge zu einer Verschiebung der Sperrmittel 55 entlang der z-Richtung. In einem solchen Fall wird die Öffnung 60 freigegeben, sodass nicht nur die Stoßfängerplatte 15 in der Figur nach rechts bewegt wird, sondern auch das Verschiebemittel 30.
Dieser Vorgang ermöglicht eine maximale Verringerung des Abstandes D auf einen Abstand D2 der Stoßfängerplatte 15 von dem Querträgerhalter 5 in der zweiten, einen low speed crash repräsentierenden Lage. Wie 4 entnommen werden kann ist der Abstand D2 kleiner als der Abstand D1, der seinerseits kleiner als der Abstand D und größer als der Abstand D2 ist.
In 5 ist – in isometrischer Ansicht und Normallage – eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Deformationselementes 1 gezeigt. Bei diesem weist das Verschiebemittel 30 eine Oberseite 75 und eine Unterseite 80 mit in Längsrichtung des Verschiebemittels 30 verlaufenden Schlitzen 85 derart auf, dass der jeweilige, dem Querträgerhalter 5 der Oberseite 75 bzw. Unterseite 80 benachbarte Abschnitt des Verschiebemittels 30 gegenüber dem der Stoßfängerplatte 15 benachbarten Ende gegenüber einer x-y-Ebene ausstellbar ist.
Das in 5 dargestellte Deformationselement 1 ist in 6 nochmals in Seitenansicht im Schnitt gezeigt. Während das fliehkraftbetätigte Freigabemittel 42 in diesem Ausführungsbeispiel dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht, unterscheiden sich die Sperrmittel 55 der beiden Ausführungsformen. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich das Sperrmittel 55 in einem Haltemittel 90, das dessen Verschiebung in x-Richtung und z-Richtung mittels jeweiliger Anschläge 95 bzw. 100 unterbindet. Mit einem durch die Öffnung 65 des Haltemittels 25 hindurchragenden Anlageabschnittes 57 liegt das Sperrmittel 55 gegen des Verschiebemittel 30 an. Während also in dem unter Bezugnahme auf 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel das Verschiebemittel 30 in das Haltemittel 25 eintauchen kann, kann das in dieser 6 gezeigte Verschiebemittel 30 über das Haltemittel 25 fahren, bis es gegen einen Anschlag 115 zur Anlage kommt. Dies ist, wie in 7 gezeigt, der Fall, wenn das alternative Deformationselement 1 die low speed crash Lage einnimmt, bei welcher die Stoßfängerplatte 15 gegen das Verschiebemittel 30 zur Anlage kommt. Auch in diesem Fall ist die Beschleunigung des fliehkraftbetätigten Freigabemittels 42 nicht groß genug, um die Massenträgheit der Fliehkrafthebel 45 zu überwinden und diese entlang der z-Richtung aufzustellen, um das Sperrmittel 55 zu öffnen.
Letzteres erfolgt jedoch, wie an sich bereits zuvor erläutert, im Fall der Einnahme einer Fußgängerschutzfunktion gemäß 8. In diesem Fall laufen die Fliehkrafthebel 45 gegen die Anlaufschrägen 70 derart auf, dass das Sperrmittel 55 die Oberseite 75 bzw. Unterseite 80 über den Anschlag 115 hinaus hebt. Dieser Vorgang ermöglicht eine maximale Verringerung des Abstandes D in Normallage auf einen Abstand D2 der Stoßfängerplatte 15 von dem Querträgerhalter 5; auch hier ist also der Abstand D2 kleiner als der Abstand D1, der seinerseits kleiner ist als der Abstand D und größer als der Abstand D2.
9 zeigt in schematischer Draufsicht den Frontbereich eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges 110, an dem der Querträger 10 mittels Trägern 115 befestigt ist. Der Stoßfänger 20 ist entsprechend der hier gezeigten Normallage des in Hauptfahrrichtung F des Kraftfahrzeuges 110 am weitesten ausragende Element. Über die Länge des Querträgers 10 sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel in Querrichtung Q vier erfindungsgemäße Deformationselemente 1 verteilt. Die jeweiligen Charakteristika der Deformationselemente 1, insbesondere ihre jeweiligen Abstände D, D1 und D2 zueinander, sowie die Bedingungen, unter denen diese Abstände D, D1 und D2 erreicht werden, werden positions- und lastfallabhängig für jedes einzelne Deformationselement 1 eingestellt. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jedes einzelne Deformationselement 1 und/oder eine Gruppe derselben fliehkraftbetätigte Freigabemittel unterschiedlicher 42 Massen und/oder Abmessungen und/oder Rückstellmittel aufweist bzw. aufweisen. Je nach Unfallsituation verringern sich die Abstände D der einzelnen Deformationselemente wunschgemäß auf unterschiedliche oder gleiche Weise.
Bezugszeichenliste

1: Deformationselement
5: Querträgerhalter
10: Querträger
15: Stoßfängerplatte
20: Stoßfänger
25: Haltemittel
30: Verschiebemittel
35: Kolben
40: Drehachse
42: Fliehkraftbetätigtes Freigabemittel
45: Fliehkrafthebel
50: Rückstellmittel
55: Sperrmittel
57: Anlageabschnitt
60: Öffnung
65: Öffnung
70: Auflaufschräge
75: Oberseite
80: Unterseite
85: Schlitze
90: Haltemittel
95: Anschlag
100: Anschlag
115: Anschlag
D, D1, D2: Abstände
F: Hauptfahrrichtung
Q: Fahrzeugquerrichtung
γ: Winkel
x, y, z: Kartesisches fahrzeugorientiertes Koordinatensystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011009943 A1 [0004]

Claims

Deformationselement (1) mit einem Querträgerhalter (5) zur Anbringung an einem Querträger (10) und einer gegenüber einem Stoßfänger (20) eines Kraftfahrzeuges (110) benachbart positionierbaren Stoßfängerplatte (15), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Stoßfängerplatte (15) und Querträgerhalter (5) ein fliehkraftbetätigtes Freigabemittel (42) zum Verstellen und Fixieren des Abstandes (D) von Querträgerhalter (5) und Stoßfängerplatte (15) vorgesehen ist, wobei ein erster Abstand (D1) von Stoßfängerplatte (15) und Querträgerhalter (5), ausgehend von einer Normallage, in einer ersten Lage größer ist als ein Abstand (D2) in einer zweiten Lage.
Deformationselement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßfängerplatte (15) an dem fliehkraftbetätigten Freigabemittel (42) angeordnet ist, welches sich verschieblich in einem, gegenüber einem mit dem Querträgerhalter (5) befestigten Haltemittel (25) bewegbaren, Verschiebemittel (30) befindet, wobei das Haltemittel (25) und das Verschiebemittel (30) ein gemeinsames Sperrmittel (55) aufweisen, das von dem fliehkraftbetätigten Freigabemittel (42) wahlweise derart gesperrt oder freigebbar ausgebildet ist, dass es eine Sperrung von Haltemittel (25) und Verschiebemittel (30) in der ersten Lage, sowie eine Freigabe von Haltemittel (25) und Verschiebemittel (30) in der zweiten Lage erlaubt.
Deformationselement (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das fliehkraftbetätigte Freigabemittel (42) einen Kolben (35) aufweist, an dem einenends die Stoßfängerplatte (15) und andernends mindestens ein Fliehkrafthebel (45) angeordnet ist, welcher bei Einnahme der zweiten Lage gegen das Freigabemittel (42) anliegt.
Deformationselement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das der mindestens eine Fliehkrafthebel (45) ein Rückstellmittel (50) aufweist.
Deformationselement (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Sperrmittel (55) rückstellbar in dem Verschiebemittel (30) und dem Haltemittel (25) befindet.
Kraftfahrzeug (110) mit einem Querträger (10) und einem Stoßfänger (20), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Deformationsmittel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug (110) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Deformationselementen (1) in Fahrzeugquerrichtung (Q) angeordnet sind, deren fliehkraftbetätigte Freigabemittel (42) unterschiedliche Massen und/oder Abmessungen und/oder Rückstellmittel (50) aufweisen.