DE102016110674B3

DE102016110674B3 - Scharniergelenkstruktur

Info

Publication number: DE102016110674B3
Application number: DE102016110674.7A
Authority: DE
Inventors: Stephen Rudzewski
Original assignee: Semcon Holding GmbH and Co KG
Current assignee: Rudzewski Stephen Dr De; Stolfig Felicia De
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2036-06-10

Abstract

Eine Scharniergelenkstruktur umfassend mehrere übereinander geschichtete Platten (37) mit jeweils definierter Querschnittsschwächung (41) und jeweils definiertem Verbindungsbereich (44) als Sollbruchstelle, wobei eine Beanspruchung der Scharnierarme (38) in die eine Richtung deren Verdrehung relativ zueinander erst ab dem Versagen der Verbindungsbereiche (44) bewirkt, wohingegen bei Beanspruchung in die andere Richtung die Scharniergelenkstruktur (36) blockiert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Scharniergelenkstruktur, die im Wesentlichen einen in zwei unter Beanspruchung zueinander verdrehbare Scharnierarme unterteilten rechteckförmigen Schenkel aufweist; eine Stoßfängeranordnung und einen Vorderwagen.
Aus dem Stand der Technik bekannte Scharnierstrukturen umfassen in der Regel ein Gelenk, dem zwei Scharnierarme zur Befestigung von zueinander verschwenkbaren Bauteilen zugeordnet sind, wobei die Scharnierarme beispielsweise unter einem bestimmten Drehmoment, das auch einstellbar sein kann, reversibel verstellbar sind. Das Drehmoment kann konstant oder veränderbar über den gesamten Verstellwinkel der Scharnierarme sein und beispielsweise durch Friktionselemente erzeugt werden.
Ein Stoßfängersystem für ein Kraftfahrzeug ist derart konzipiert, dass es bei den möglichen Lastfällen die dabei auftretenden, unterschiedlich hohen, Energien absorbieren kann. Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden bei Personenkraftwagen für verschieden hohe Energieniveaus ausgelegte Deformationselemente hintereinander angeordnet. So sind die Stoßfängersysteme für die Fahrzeugfront mit einem möglichst an der Außenkontur angeordneten Deformationselement für den Fußgängerschutz ausgerüstet. Daran schließt sich üblicherweise ein als Typschadenelement bezeichnetes Deformationselement an, das bewirkt, dass bei einem Aufprall mit einer relativ geringen Krafteinwirkung nicht die vorderen Längsträger oder sonstige teure Strukturbauteile der Fahrzeugkarosserie beschädigt werden. Als drittes Deformationselement dienen die vorderen Längsträger, die derart ausgebildet sind, dass sie sich bei höheren Aufprallgeschwindigkeiten energieumwandelnd verformen.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2015 120 013 ist eine Stoßfängeranordnung bekannt, die einen durch mindestens ein Gelenk in Stoßfängerprofilabschnitte unterteilten Stoßfängerquerträger umfasst, der jeweils endseitig in einer Haupterstreckungsrichtung ein mit einer zugeordneten Betätigungseinrichtung teleskopierbares Verlängerungsprofil aufweist, wobei die Betätigungseinrichtung einen mittels des Stoßfängerquerträgers ortsveränderlich gelagerten Betätiger umfasst, der bei einer Verlagerung mit einem Aktor der Betätigungseinrichtung zum stirnseitigen Ausfahren des Verlängerungsprofils zusammenwirkt. Die Stoßfängeranordnung stellt insbesondere bei einem offset-crash sicher, dass eine beim Auftreffen auf ein Hindernis eingeleitete Kraft nicht vollständig in eine das Fahrzeug beschädigende Verformung umgewandelt, sondern nach dem aus der WO 2015/172 757 A9 bekannten Aikido-Prinzip unter einer Minimierung des Schadens abgeleitet wird. Hierbei dreht sich nicht der gesamte Stoßfängerquerträger um seine Mitte, sondern der kraftbeaufschlagte Stoßfängerprofilabschnitt knickt im Bereich des beispielsweise in etwa in der Mitte des Stoßfängerquerträgers angeordneten Gelenks definiert ab. Selbstverständlich ist es möglich, mehrere Gelenke in dem Verlauf der Stoßstange entlang deren Haupterstreckungsrichtung verteilt anzuordnen, um somit mehrere Stoßfängerprofilabschnitte zu bilden. Das Gelenk ist derart ausgebildet, dass verhältnismäßig hohe Zug-/Druckkräfte in Fahrzeugquerrichtung übertragen werden können und bevorzugt eine Schwenkbewegung in lediglich eine Richtung zugelassen wird. Die Stoßfängerprofilabschnitte sind durch die, beispielsweise durch einen frontseitigen Aufprall, verursachte Krafteinwirkung bodenparallel schwenkbar und bilden einen stumpfen Winkel zueinander.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Scharniergelenkstruktur der eingangs genannten Art zu schaffen, die oberhalb einer vorgegebenen Betätigungskraft eine Verschwenkung ihrer Scharnierarme in einer Richtung zulässt und unterhalb der Betätigungskraft unter Beibehaltung ihrer ursprünglichen Geometrie zur Aufnahme relativ großer Kräfte ausgebildet ist.
Im Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung eine Stoßfängeranordnung mit Stoßfängerprofilabschnitten zu schaffen, die mittels einer Scharniergelenkstruktur miteinander derart verbunden sind, dass sie bei einem Aufprall unter vorgegebenen Bedingungen relativ zueinander verschwenken.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung einen Vorderwagen eines Kraftfahrzeuges mit einer entsprechenden Stoßfängeranordnung bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar.
Eine Scharniergelenkstruktur umfasst mehrere übereinander geschichtete Platten mit jeweils einem rechteckförmigen Schenkel, der durch mindestens eine sich breitseitig erstreckende Querschnittsschwächung in zwei Scharnierarme unterteilt ist.
Eine Beanspruchung der Scharnierarme des Schenkels lässt den durch die Querschnittsschwächung gebildeten Verbindungsbereich versagen und bewirkt somit die Verdrehung der Scharnierarme relativ zueinander um eine intakte Gelenkachse.
Die Scharniergelenkstruktur kann zwei oder mehr Platten aus einem hochfesten und spröden oder duktilen Werkstoff umfassen, die im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet sind. Aufgrund der Auswahl des Werkstoffs, der Dicke sowie der Anzahl der Platten und der Gestaltung der Querschnittsschwächung und dem daraus resultierenden Verbindungsbereich ist es möglich, die Kraft zu bestimmen, die erforderlich ist, um den sich an die Querschnittsschwächung anschließenden Verbindungsbereich versagen zu lassen und somit den einen Scharnierarm des Schenkels der Scharniergelenkstruktur zu dem anderen Scharnierarm zu verdrehen. Die Querschnittsschwächung zwischen den Scharnierarmen kann beispielsweise als eine Art Perforation oder rillenförmige Vertiefung oder wie folgt beschrieben als Nut, jeweils unter Beibehaltung eines Verbindungsbereichs, gestaltet sein, wobei es ausreichend ist die Nut mittels beispielsweise eines Laserstrahls zu schneiden, damit sie eine Breite von etwa 0,5 mm aufweist. Selbstverständlich kann die Nut auch breiter oder schmaler bemessen sein. Bei der Ausbildung einer Perforation oder einer Vertiefung oder einer Nut erfolgt ein Bruch des die beiden Scharnierarme in ihrer Dickenerstreckung verbindenden Verbindungsbereichs, der die Scharnierarme außerhalb der Querschnittsschwächung koppelt, damit die beiden Scharnierarme im Wesentlichen in einer Ebene verlagerbar sind. Ist die Querschnittsschwächung als eine Nut gestaltet, die beispielsweise ins Freie verläuft, kann unter einer entsprechenden Angriffsrichtung der Kraft bzw. des Drehmomentes eine Aufweitung (Zugkraft) oder Verengung (Druckkraft) der Nut erfolgen, bis es zu einem Versagen des Werkstoffs der Platte in dem durch die Querschnittsschwächung gebildeten Verbindungsbereich der beiden Scharnierarme kommt. Für den Fachmann ist es ersichtlich, dass eine solche Scharniergelenkstruktur hohe Kräfte und Biegemomente ohne wesentliche Deformation aufnehmen kann und erst nach dem Erreichen einer vorgegebenen Losbrech-Kraft an dem Verbindungsbereich der Querschnittsschwächung in Zugrichtung eine momentenarme Schwenk-Bewegung der beiden Scharnierarme relativ zueinander möglich ist. Im Gegensatz dazu wird bei einer Kraft in Druckrichtung z.B. die Nut im Bereich der Querschnittsschwächung verengt und die beiden Scharnierarme gelangen insbesondere im Bereich gegenüberliegender Ecken in Anlage und die Verschwenkung der Scharnierarme ist aufgrund dieser Anlage unterbunden.
Bei dieser Druck-Kraft-Beaufschlagung kann die Scharniergelenkstruktur sehr hohe Kräfte aufnehmen, ohne dass die Scharnierarme relativ zueinander verschwenken. Die Scharniergelenkstruktur funktioniert mithin ähnlich einem menschlichen Kniegelenk mit einer definierten Losbrechschwelle in die Funktionsrichtung und einer Blockade in die Gegenrichtung. Innerhalb jeder Platte der Scharniergelenkstruktur ist durch den Verbindungsbereich quasi ein weiteres in seiner Beweglichkeit stark beschränktes Gelenk gebildet, das eine Schwenkbewegung der beiden Scharnierarme um die durch den Verbindungsbereich gebildete Scharnierachse im Wesentlichen in die durch die Querschnittsschwächung bestimmte Richtung bis zum Versagen des Verbindungsbereichs zulässt.
Nach einer Weiterbildung geht von einer Längsseite des Schenkels ein Steg ab, und die Querschnittsschwächung ist als eine Nut oder ein Schlitz ausgebildet, die sich unter Beibehaltung eines Verbindungsbereichs ausgehend von einer Längsseite des rechteckförmigen Schenkels in Richtung der gegenüberliegenden Längsseite erstreckt, wobei der Steg einem der beiden Scharnierarme zugeordnet ist. Zweckmäßigerweise mündet die Querschnittsschwächung ins Freie. Die Platte weist demnach im Wesentlichen eine T-Form auf, wobei der Steg einem der durch die genutete Querschnittsschwächung gebildeten Scharnierarme zugeordnet ist. Hierbei kann die nutförmige oder schlitzartige Querschnittsschwächung derart gestaltet sein, dass einer der Scharnierarme bei einer relativ hohen Beanspruchung abreißt und der andere Scharnierarm mit dem Steg verbunden bleibt. Bei einer solchen Lösung können die Platten derart geschichtet werden, dass die Stege übereinander geschichtet sind und die Scharnierarme übereinanderliegender Platten wechselweise abreißen, also bei einer Platte der rechte Scharnierarm und bei der benachbarten, also darüber oder darunter angeordneten Platte der linke Scharnierarm. Dementsprechend fällt nicht die gesamte Scharniergelenkstruktur auseinander, sondern es erfolgt ein Verschwenken der übereinanderliegenden Scharnierarme um mit den Stegen verbundene Scharniergelenke, wobei ein Teil dieser übereinander angeordneten Scharnierarme nicht mehr mit seinem jeweiligen Steg verbunden ist. Selbstverständlich ist auch möglich, jeden der beiden Scharnierarme über einen Steg mit einer Art Scharniergelenk zu koppeln, wonach nach dem Versagen des Verbindungsbereichs bei Überschreiten der Losbrechkraft die Scharnierarme einer Platte über das Scharniergelenk verbunden bleiben und relativ zueinander verschwenken.
Um die Scharniergelenkstruktur derart zu befestigen, dass die beiden Scharnierarme eines Schenkels relativ zueinander verlagerbar sind und der Steg dazu ortsfest anordenbar ist, weist bevorzugt ein Teil der Platten in dem als Befestigungssteg ausgebildeten Steg eine Aufnahmebohrung für ein Lagerungsmittel und ein anderer Teil der Platten an der freien Stirnseite des als Anlagesteg ausgebildeten Steges eine Anlagefläche auf. Bevorzugt ist das Lagerungsmittel als eine Lagerbuchse ausgebildet und durchragt mehrere Platten. Hierdurch ist quasi eine integrierte direkte Kniegelenk-Abstützung zu einer anschließenden Struktur möglich, indem in die Lagerbuchse beispielsweise ein an der angrenzenden Struktur, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, befestigter Gelenkbolzen eingesetzt ist.
Damit eine Krafteinleitung in sämtliche Platten der Scharniergelenkstruktur erfolgt, sind die gestapelten Platten im Bereich ihrer Scharnierarme jeweils durch mindestens einen Verbindungsbereich miteinander gekoppelt. Vorzugsweise bestimmt der Verbindungsbereich ein Versagensmoment, nach dessen Überschreitung sich die Scharnierarme verdrehen. Das Versagensmoment oder auch Losbrechmoment wird wesentlich durch den Werkstoff sowie die Dimensionierung und geometrische Gestaltung des Verbindungsbereichs, der aus der Querschnittsschwächung resultiert, bestimmt.
Um das Gewicht der Scharniergelenkstruktur zu reduzieren, erstrecken sich zweckmäßigerweise die nutförmigen Querschnittsschwächungen unter Bildung einer Freimachung ins Freie und/oder mindestens eine ins Freie weisende Stirnseite des Schenkels weist eine Ausstanzung auf.
Eine Stoßfängeranordnung umfasst ein durch mindestens eine oben erläuterte Scharniergelenkstruktur in Stoßfängerprofilabschnitte unterteiltes Stoßfängerprofil, insbesondere einen Stoßfängerquerträger, wobei jeweils ein Stoßfängerprofilabschnitt mit einem Scharnierarm des Schenkels der Scharniergelenkstruktur gekoppelt ist.
Selbstverständlich ist es möglich, mehrere Scharniergelenkstrukturen in dem Verlauf des Stoßfängerprofils, einer so genannten Stoßstange, entlang deren Haupterstreckungsrichtung verteilt anzuordnen, um somit mehrere Stoßfängerprofilabschnitte zu bilden. Wird einer der Stoßfängerprofilabschnitte beispielsweise durch den Aufprall auf ein Hindernis von einer Kraft beaufschlagt, stellt die Scharniergelenkstruktur sicher, dass dieser Stoßfängerprofilabschnitt gegenüber dem benachbarten Stoßfängerprofilabschnitt in horizontaler Richtung verlagert wird, indem sich die beiden mit den Stoßfängerprofilabschnitten verbundenen Scharnierarme aufgrund der Querschnittsschwächung der Schenkel bzw. der versagenden Verbindungsbereiche der Scharniergelenkstruktur zueinander verlagern.
Zweckmäßigerweise sind die Stoßfängerprofilabschnitte bei einer auf eine Vorderseite einwirkenden Kraftfbeaufschlagung derart relativ zueinander abwinkelbar, dass zwei benachbarte Stoßfängerprofilabschnitte rückseitig einen stumpfen Winkel zwischen sich einschließen. Die Vorderseite ist hierbei die von dem Kraftfahrzeug abgewandte Seite.
Nach einer Weiterbildung umfasst das Stoßfängerprofil jeweils endseitig in einer Haupterstreckungsrichtung ein mit einer zugeordneten Betätigungseinrichtung teleskopierbares Verlängerungselement, wobei die Betätigungseinrichtung einen mittels des Stoßfängerprofils ortsveränderlich gelagerten Betätiger umfasst, der einer Kolben-Zylinder-Anordnung zugeordnet ist und bei einer Verlagerung mit einem als hydraulisch betätigten Antrieb ausgebildeten Aktor zusammenwirkt, um ab einer bestimmten Kraft das Verlängerungselement aus dem zugeordneten Stoßfängerprofilabschnitt zu teleskopieren. Die Stoßfängeranordnung stellt insbesondere bei einem offset-crash sicher, dass eine beim Auftreffen auf ein Hindernis eingeleitete Kraft nicht vollständig in eine das Kraftfahrzeug beschädigende Verformung umgewandelt, sondern nach dem Aikido-Prinzip unter einer Minimierung des Schadens abgeleitet wird. Hierbei dreht sich nicht das gesamte Stoßfängerprofil um seine Mitte, sondern der kraftbeaufschlagte Stoßfängerprofilabschnitt knickt im Bereich der beispielsweise in etwa in der Mitte des Stoßfängerprofils angeordneten Scharniergelenkstruktur definiert ab. Die Scharniergelenkstruktur ist derart ausgebildet, dass verhältnismäßig hohe Zug-/Druckkräfte in Fahrzeugquerrichtung übertragen werden können und bevorzugt eine Schwenkbewegung in lediglich einer Richtung zulässig ist. Da sich ein Stoßfängerprofil häufig lediglich über die Breite des Kraftfahrzeugs erstreckt, und diese Länge des Stoßfängerprofils nicht ausreicht, dass es sich zur Aufnahme von bei einem Crash einwirkenden Kräften an einem Vorderrad abstützt, ist an beiden Enden des Stoßfängerprofils jeweils ein Verlängerungsprofil vorgesehen, das innerhalb des Stoßfängerprofils teleskopierbar gelagert ist, sich also in der Haupterstreckungsrichtung des Stoßfängerprofils, die im montierten Zustand über die Breite des Kraftfahrzeugs verläuft, stirnseitig aus dem Stoßfängerprofil ausfahren lässt. Das Verlängerungsprofil ist derart gestaltet, dass es gemeinsam mit dem Stoßfängerprofil und dem zugeordneten Vorderrad des Kraftfahrzeugs eine Abgleitebene bildet. Damit das Verlängerungsprofil innerhalb einer relativ kurzen Reaktionszeit, die in der Regel unter 10 ms liegen sollte, aufgrund der Verlagerung des belasteten Stoßfängerprofilabschnitts im Bereich der Scharniergelenkstruktur aus dem Stoßfängerprofil herausgefahren werden kann, ist der dem Stoßfängerprofilabschnitt zugeordnete Betätiger unmittelbar mit dem Aktor der Betätigungseinrichtung zum stirnseitigen Verschieben des Verlängerungsprofils über eine Art kommunizierendes Röhren-System gekoppelt.
Vorzugsweise ist bei einer vorwärtsdrehenden Kraftfbeaufschlagung der Scharnierarme deren Verschwenkung relativ zueinander blockiert. Bei einer Kraftbeaufschlagung, bei der die Querschnittsschwächungen der Scharniergelenkstruktur zusammengedrückt werden, erfolgt die gegenseitige Blockierung der Schwenkbewegung, sodass zwei benachbarte Stoßfängerprofilabschnitte selbst unter großer Kraftbeaufschlagung im Wesentlichen die relative Ausrichtung zueinander beibehalten.
Ein Vorderwagen eines Fahrzeuges umfasst eine Vorderradaufhängung mit jeweils einem Vorderrad und eine zuvor erläuterte Stoßfängeranordnung, wobei zumindest ein Stoßfängerprofilabschnitt der Stoßfängeranordnung bei einer unfallverursachten Kraftbeaufschlagung in Richtung der Kraftbeaufschlagung verlagerbar ist und zumindest einen Betätiger der Betätigungseinrichtung derart beaufschlagt, dass der dem Betätiger zugeordnete Aktor der Betätigungseinrichtung zumindest ein Verlängerungsprofil aus der dem Betätiger zugeordneten Stirnseite des Stoßfängerquerträgers ausfährt, das an einem zugeordneten Vorderrad zur Anlage kommt, wobei mit der Verlagerung des Stoßfängerprofilabschnittes eine Verformung des Verbindungsbereichs der Scharniergelenkstruktur einhergeht.
In Ausgestaltung ist ein Steg der Scharniergelenkstruktur karosserieseitig abgestützt oder gehalten. Eine Öffnung der Querschnittsschwächung kann nach vorne, entgegen der Richtung des Kraftfahrzeuges und/oder nach hinten, also auf der dem Kraftfahrzeug zugewandten Seite der Scharniergelenkstruktur, ausgebildet sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung eines Vorderwagens mit einer eine Scharniergelenkstruktur aufweisenden Stoßfängeranordnung nach der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf den Vorderwagen nach 1,
3 eine alternative schematische Darstellung einer Draufsicht auf den Vorderwagen nach 1,
4 eine perspektivische Darstellung eines Vorderwagens mit der Stoßfängeranordnung nach 1 in alternativer Ausgestaltung,
5 eine schematische Darstellung eines Stoßfängerprofils mit einer zugeordneten Betätigungseinrichtung zur Verlagerung eines Verlängerungsprofils,
6 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit VI nach 5,
7 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit VII nach 1,
8 eine Darstellung der Scharniergelenkanordnung nach der Erfindung,
9 eine Darstellung der Einzelheit VII nach 1 mit einer Scharniergelenkanordnung in alternativer Ausgestaltung und
10 der Scharniergelenkanordnung nach 8 in alternativer Ausgestaltung
Ein Vorderwagen 1 eines Kraftfahrzeugs umfasst einen aus mehreren Streben 2 zusammengesetzten Rahmen und ist mit Strukturträgern 3 der Kraftfahrzeugkarosserie verbunden. Im Bereich des Vorderwagens 1 befinden sich Vorderradaufhängungen 4 mit zugeordneten Vorderrädern 5, zwischen denen in Kraftfahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Deformationsprofile 6 angeordnet sind, von denen sich ein Deformationsprofil 6 in etwa mittig des Kraftfahrzeugs zwischen zwei weiteren Deformationsprofilen 6 erstreckt. Die Deformationsprofile 6 sind mit einem Ende an einem sich über die Breite des Kraftfahrzeugs bodenseitig verlaufenden Strukturträger 3 verbunden und haltern mit ihren gegenüberliegenden Enden ein Stoßfängerprofil 7 einer Stoßfängeranordnung 8, wobei das Stoßfängerprofil 7 im Wesentlichen zwei im Querschnitt kastenförmige Stoßfängerprofilabschnitte 9 umfasst, die mittels einer Scharniergelenkstruktur 36 miteinander gekoppelt sind.
Die Scharniergelenkstruktur 36 umfasst mehrere übereinander geschichtete Platten 37 mit jeweils einem rechteckförmigen, zwei Scharnierarme 38 umfassenden Schenkel 39 und einem von dem Schenkel 39 abgehenden und sich in Richtung des Kraftfahrzeugs erstreckenden Steg 40. Die Scharnierarme 38 greifen in die Stoßfängerprofilabschnitte 9 ein und weisen Bolzen oder Niete aufnehmende Durchgangsbohrungen 48 zur Kopplung sowohl mit den Stoßfängerprofilabschnitten 9 als auch paketförmig miteinander auf. Zwischen zwei Scharnierarmen 38 des Schenkels 39 ist eine Querschnittsschwächung 41 vorhanden, die als eine die Platte 37 durchdringende Nut 42 ausgebildet ist.
Gemäß den 7 und 8 erstreckt sich die Nut 42 von einer dem Kraftfahrzeug abgewandten Längsseite 43 des Schenkels 39 bis annähernd zu dessen gegenüberliegenden Längsseite 43 unter Beibehaltung eines Verbindungsbereichs 44.
In alternativer Ausgestaltung nach den 9 und 10 verläuft die Nut 42 in umgekehrter Richtung, erstreckt sich also von der dem Kraftfahrzeug zugewandten Längsseite 43 des Schenkels 39 unter Beibehaltung des Verbindungsbereichs 44 zu der dem Kraftfahrzeug abgewandten Längsseite 43.
In beiden Varianten lässt sich die Nut 42 beispielsweise mittels eines insbesondere mit einem Laserstrahl auszuführenden Schnittes relativ schmal fertigen, beispielsweise in einer Breite eines Bruchteiles eines Millimeters bis zu einer Breite von ca. 1 mm. Vorliegend ist die Nut mit einem geradlinigen Verlauf dargestellt. Es ist aber für den Fachmann ersichtlich, dass die Nut 42 auch zickzackförmig oder wellenförmig gestaltet sein kann und dann auch in der Lage ist, bei einer gegenseitigen Anlage der Scharnierarme 38 des Schenkels 39, die durch eine entsprechende Kraftbeaufschlagung unter Verformung oder Bruch des Verbindungsbereichs 44 verursacht ist, Kräfte aufzunehmen. Selbstverständlich kann auch im Bereich des Auslaufs der Nut 42 in Freie, also auf der dem Verbindungsbereich 44 gegenüberliegenden Seite, eine Verbreiterung der Nut 42 bzw. eine Freimachung 49 vorgesehen sein, die insbesondere zu einer Reduzierung des Gewichts der Scharniergelenkstruktur 36 beiträgt. Zur weitergehenden Gewichtseinsparung sind an freien Stirnseiten 50 der Scharnierarme 38 Ausstanzungen 51 vorgesehen, die vorliegend im Wesentlichen halbkreisförmig sind.
Die Stege 40 eines Teils der Platten 37 im oberen und unteren Bereich der Scharniergelenkstruktur 36 sind als Befestigungsstege 45 ausgebildet und weisen eine Aufnahmebohrung für eine Lagerbuchse 46 auf. Die Stege eines weiteren Teils der Platten 37 in einem mittleren Bereich der Scharniergelenkstruktur 36 sind als Anlagestege 47 ausgebildet. Da die Stege 40 jeweils einem Scharnierarm 38 des Schenkels 39 einer Platte 37 zugeordnet sind, werden die Platten 37 bevorzugt derart wechselseitig bzw. abwechselnd angeordnet, dass sich insgesamt die Scharniergelenkstruktur 36 derart verformt, dass die Scharnierarme 38 auf der einen Seite der Lagerbuchsen 46 relativ zu den Scharnierarmen 38 auf der anderen Seite der Lagerbuchsen 46 verschwenken, wobei in Abhängigkeit von der Verformung bzw. dem Schwenkwinkel ein Versagen des Verbindungsbereichs 44 erfolgt, so dass der nicht über die Befestigungsstege 45 festgelegte Teil der Scharnierarme 38 der Platten 37 nur noch über die paketförmige und parallel zu einer Schwenkachse vorgesehene Befestigung an der Scharniergelenkstruktur 36 gehalten ist. Nach dem Versagen des Verbindungsbereichs 44 der übereinanderliegenden Platten 37 der Scharniergelenkstruktur erfolgt ein schlagartiges Verschwenken der Scharnierarme 38 und damit der Stoßfängerprofilabschnitte 9 zueinander um die durch die Lagerbuchsen 46 verlaufende Schwenkachse, wobei die mit den Lagerbuchsen 46 zusammenwirkenden Platten 37 kraftfahrzeugseitig z.B. mittels eines in die Lagerbuchsen 46 eingesetzten Gelenk-Bolzens schwenkbar gelagert sind und sich die anderen Platten 37 mit den freien Enden ihrer Anlagestege 47 kraftfahrzeugseitig abstützen. Mithin wird ein großer Teil der auf die Scharniergelenkstruktur 36 einwirkenden Kräfte von den Anlagestegen 47 in die anschließende Struktur des Kraftfahrzeugs eingeleitet und muss nicht ausschließlich über z.B. den Gelenk-Bolzen geleitet werden. Hierbei sind die Anlagestege 47 so geformt, dass sie die Schwenkbewegung der Scharnierarme 38 nicht behindern.
Um in einer Crash-Situation, also bei einer frontseitigen Kraftbeaufschlagung in Richtung des Kraftfahrzeugs gemäß den Pfeilen 10, das Stoßfängerprofil 7 zu verbreitern, ist in den beiden Stoßfängerprofilabschnitten 9 jeweils außenseitig ein Verlängerungsprofil 11 in die Haupterstreckungsrichtung des Stoßfängerprofils 7 verschiebbar gelagert. In dem Bereich, in dem das Verlängerungsprofil 11 in dem Stoßfängerprofilabschnitt 9 angeordnet ist, befindet sich zwischen dem Verlängerungsprofil 11 und dem Stoßfängerprofilabschnitt 9 ein hülsenartiges Schiebelager 12 mit guten Gleiteigenschaften. Die an dem Verlängerungsprofil 11 angeordnete Stirnwandung 13 kann als Abstützung für einen das Verlängerungsprofil 11 verschiebenden Aktor 15 einer Betätigungseinrichtung 20 ausgebildet sein. Der Aktor 15 umfasst einen Hydraulikzylinder 16, in dem ein über ein Befestigungsmittel 31, eine Schraube, mit dem Verlängerungsprofil 11 verbundener Kolben 17 verschiebbar angeordnet ist. Um den Kolben 17 in seiner Geschwindigkeit vor dem Erreichen der ausgefahrenen Endlage zu dämpfen, befindet sich in dem Hydraulikzylinder 16 ein Bremselement 18, das der Kolben 17 mit seinem Kopfstück 19 in einer definierten Lage komprimiert bzw. deformiert. Um den Kolben 17 bereits vor dem Erreichen des Bremselementes 18 in seiner Geschwindigkeit zu reduzieren und das Ende der Beschleunigungsphase zu beeinflussen, ist in den Hydraulikzylinder 16 in etwa in der Mitte des Verschiebewegs des Kolbens 17 mindestens eine Überströmöffnung 28 eingelassen, die einen Austritt der in der Betätigungseinrichtung 20 vorhandenen Hydraulikflüssigkeit 29 ermöglicht und einen weiteren Druckanstieg verhindert bzw. den Druck abbaut.
Die Befestigung des Verlängerungsprofils 11 an dem Kolben 17 erfolgt mittels des Befestigungsmittels 31 an dem, dem Kopfstück 19 gegenüberliegenden Ende des Kolbens 17.
Um den Kolben 17 zu verlagern, ist der Hydraulikzylinder 16 des Aktors 15 mittels einer rohr- oder schlauchförmigen Hydraulikverbindung 21 mit einer Kolben-Zylinder-Anordnung 22 verbunden, die einen in einer Aussparung des Stoßfängerprofilabschnittes 9 einliegenden Betätiger 23 umfasst, der mit dem Zylinder 24 der Kolben-Zylinder-Anordnung 22 verbunden ist, wobei die Kolben-Zylinder-Anordnung 22 Bestandteil eines rohrförmigen Typschadenselementes 25 ist. Der Zylinder 24 ist mit Fluid 29 gefüllt und wird von einer Kolbenstange 32 fluiddicht abgeschlossen. Eine Schneidringanordnung 27 verbindet das Deformationsprofil 6 mit dem Typschadenselement 25, in dem die Kolbenstange 32 verschiebbar gelagert ist.
Wie den 5 und 6, die eine Ausgangslage vor einer Kraftbeaufschlagung darstellen, zu entnehmen ist, wird bei einer Verschwenkung des Stoßfängerprofilabschnitts 9 aufgrund der vorhandenen Scharniergelenkstruktur 36 bei einer entsprechenden Kraftbeaufschlagung der Betätiger 23 in Richtung des Strukturträgers 3 also des Kraftfahrzeugs verlagert. Mit dieser Bewegung geht eine Verformung des Typschadenelementes 25, das den Zylinder 24 bildet, in Richtung des Deformationsprofils 6 einher und die Hydraulikflüssigkeit 29 wird aus dem Zylinder 24 über die Hydraulikverbindung 21 in den Hydraulikzylinder 16 des Aktors 15 verdrängt, wo sie den Kolben 17 in Richtung des freien stirnseitigen Endes des Stoßfängerprofilabschnitts 9 beschleunigt. Mit dem Erreichen der Überströmöffnung 28 in dem Hydraulikzylinder 16 des Aktors 15 findet eine erste Reduzierung der Beschleunigung des Kolbens 17 des Aktors 15 statt, der im weiteren Verlauf durch das Bremselement 18 in seiner Geschwindigkeit weitergehend reduziert wird. Mit dem Beschleunigen des Kolbens 17 in Richtung des freien stirnseitigen Endes des Stoßfängerprofilabschnitts 9 geht eine Verlagerung des Verlängerungsprofils 11 in Form eines teleskopartigen Ausfahrens aus dem Stoßfängerprofil 7 einher.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass der Teleskopierweg und die Ausfahrgeschwindigkeit des Verlängerungsprofils 11 mit dem Weg und der Geschwindigkeit zusammenhängen mit der der Stoßfängerprofilabschnitt 9 aus seiner Ausgangslage in Richtung des Kraftfahrzeugs bzw. des bodenseitigen Strukturträgers 3 verlagert wird, wobei der axiale Verschiebeweg des Typschadenelements 25 relativ zu dem Deformationsprofil 6 sowie der Durchmesser der Kolbenstange 32 im Wesentlichen das für die Teleskopierbarkeit des Verlängerungsprofils 11 verfügbare Fluidvolumen bestimmen.
Bei einem offset-crash mit Hindernissen 34 gemäß 2, die eine 40 % und eine 25 % Überdeckung des Kraftfahrzeugs auf der in Fahrtrichtung gesehenen rechte Seite aufweisen, bleibt der auf der linken Seite der Scharniergelenkstruktur 36 angeordnete Stoßfängerprofilabschnitt 9 im Wesentlichen in seiner Ausgangslage während der rechte Stoßfängerprofilabschnitt 9 aufgrund der Querschnittsschwächungen 41 der Platten 37 verschwenkt, so dass die beiden Stoßfängerprofilabschnitte 9 auf der Kraftfahrzeugseite einen stumpfen Winkel zwischen sich einschließen. Hierbei wird, wie bereits zuvor erläutert, der diesem Stoßfängerprofilabschnitt 9 zugeordnete Betätiger 23 in Richtung des quer verlaufenden Strukturträgers 3 in Richtung Kraftfahrzeuges verlagert. Mit dieser Verschwenkung gehen eine entsprechende Verformung des Typschadenselements 25 und des Deformationsprofils 6 sowie eine damit verbundene Verlagerung des Verlängerungsprofils 11 aus dem Stoßfängerprofil 7 zu dessen Verlängerung einher. Das Verlängerungsprofil 11 gelangt in Anlage auf der Vorderseite des zugeordneten Vorderrades 5 und verschwenkt dasselbe aufgrund der Schrägstellung des Stoßfängerprofilabschnitts 9 sowie der endseitigen Geometrie des Verlängerungsprofils 11 zwangsweise derart, dass sich das Vorderrad 5 mit seiner Vorderkante in Richtung des Kraftfahrzeugs dreht und mit dem Stoßfängerprofilabschnitt 9 sowie dem Verlängerungsprofil 11 eine Abgleitebene für die Hindernisse 34 bildet. Aufgrund der durch dieses Aikido-Prinzip herrschenden Kräfte ist eine Verbindung einer Leichtbauweise des Vorderwagens mit den Anforderungen an das Design des Kraftfahrzeuges bei einer gewährleisteten Sicherheit zu kombinieren.
Nach 3 werden bei einer Kraftbeaufschlagung mittels des Hindernisses 34, das nach der Art eines Frontalaufpralls die Scharniergelenkstruktur 36 und das Stoßfängerprofil 7 in einem mittleren Bereich überdeckt, die beiden Scharnierarme im Bereich der Querschnittschwächung 41 zusammengepresst. Dadurch ist die Verschwenkung der Scharnierarme 38 um die Lagerbuchsen 46 blockiert. Hierdurch werden die beiden Stoßfängerprofilabschnitte 9 im Wesentlichen in Form einer Geraden in Richtung des Kraftfahrzeugs verschoben. Hierbei werden sowohl das mittlere Deformationsprofil 6 als auch die beiden äußeren Deformationsprofile 6 verformend beansprucht und mit den den Stoßfängerprofilabschnitten 9 zugeordneten Betätigern 23 der Betätigungseinrichtung 20 derart verlagert, dass die bereits erläuterte Verdrängung der Hydraulikflüssigkeit 29 aus dem Zylinder 24 in den Aktor 15 zur Verschiebung der Verlängerungsprofile 11 aus den Stoßfängerprofilabschnitten 9 erfolgt. Die beiden Verlängerungsprofile 11 kommen an den umfangsseitigen Vorderseiten der Vorderräder 5 zur Anlage, wodurch die Vorderradaufhängung 4 sowie die Räder 5 in den Crashlastpfad mit eingebunden werden.
Ist die Kraftbeaufschlagung des Stoßfängerprofils 7 extrem groß, ist es möglich, dass die Vorderradaufhängung 4 versagt, aber die Kräfte werden ohne eine insassengefährdende Beeinträchtigung eines sich an den Vorderwagen anschließenden Fahrgastraums abgeleitet bzw. durch Fahrwerksstrukturen kompensiert. Hierzu trägt die Scharniergelenkstruktur umfassend mehrere übereinander geschichtete Platten 37 mit jeweils definierter Querschnittsschwächung 41 und jeweils daraus resultierendem definiertem Verbindungsbereich 44 als Sollbruchstelle bei, wobei eine Beanspruchung der Scharnierarme 38 in die eine Richtung deren Verdrehung relativ zueinander erst ab dem Versagen der Verbindungsbereiche 44 bewirkt, wohingegen bei einer Beanspruchung in die andere Richtung die Scharniergelenkstruktur 36 blockiert ist.
Bezugszeichenliste

1: Vorderwagen
2: Strebe
3: Strukturträger
4: Vorderradaufhängung
5: Vorderrad
6: Deformationsprofil
7: Stoßfängerprofil
8: Stoßstangenanordnung
9: Stoßfängerprofilabschnitt
10: Pfeil
11: Verlängerungsprofil
12: Schiebelager
13: Stirnwandung
14
15: Aktor
16: Hydraulikzylinder
17: Kolben
18: Bremselement
19: Kopfstück
20: Betätigungseinrichtung
21: Hydraulikverbindung
22: Kolben-Zylinder-Anordnung
23: Betätiger
24: Zylinder
25: Typschadenselement
26: Kammer
27: Schneidringanordnung
28: Überströmöffnung
29: Hydraulikflüssigkeit
30
31: Befestigungsmittel
32: Kolbenstange
33
34: Hindernis
35
36: Scharniergelenkstruktur
37: Platte
38: Scharnierarm
39: Schenkel
40: Steg
41: Querschnittsschwächung
42: Nut
43: Längsseite
44: Verbindungsbereich
45: Befestigungssteg
46: Lagerbuchse
47: Anlagesteg
48: Durchgangsbohrung
49: Freimachung
50: Stirnseite
51: Ausstanzung

Claims

Scharniergelenkstruktur umfassend mehrere übereinander geschichtete Platten (37) mit jeweils einem rechteckförmigen Schenkel (39), der durch mindestens eine sich breitseitig erstreckende Querschnittsschwächung (41) in zwei Scharnierarme (38) unterteilt ist, wobei eine Beanspruchung der Scharnierarme (38) des Schenkels (39) deren Verdrehung relativ zueinander bewirkt.
Scharniergelenkstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Längsseite (43) des Schenkels (39) ein Steg (40) abgeht, und die Querschnittsschwächung (41) als eine Nut (42) ausgebildet ist, die sich unter Beibehaltung eines Verbindungsbereichs (44) ausgehend von der einen Längsseite (43) des rechteckförmigen Schenkels (39) in Richtung der gegenüberliegenden Längsseite (43) erstreckt, wobei der Steg (40) einem der beiden Scharnierarme (38) zugeordnet ist oder jedem Scharnierarm (38) ein Steg (40) zugeordnet ist.
Scharniergelenkstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Platten (37) in dem als Befestigungssteg (45) ausgebildeten Steg (40) eine Aufnahmebohrung für ein Lagerungsmittel und ein anderer Teil der Platten (37) an der freien Stirnseite des als Anlagesteg (47) ausgebildeten Steges (40) eine Anlagefläche aufweist.
Scharniergelenkstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungsmittel als eine Lagerbuchse (46) ausgebildet ist und mehrere Platten (37) durchragt.
Scharniergelenkstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gestapelten Platten (37) im Bereich ihrer Scharnierarme (38) jeweils durch den mindestens einen Verbindungsbereich (44) miteinander gekoppelt sind.
Scharniergelenkstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsbereich (44) ein Versagensmoment bestimmt, nach dessen Überschreitung sich die Scharnierarme (38) verdrehen.
Scharniergelenkstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die nutförmigen Querschnittsschwächungen (41) unter Bildung einer Freimachung (49) ins Freie erstrecken und/oder mindestens eine ins Freie weisende Stirnseite (50) des Schenkels (39) eine Ausstanzung (51) aufweist.
Stoßfängeranordnung mit einem durch mindestens eine Scharniergelenkstruktur (36) nach Anspruch 1 in Stoßfängerprofilabschnitte (9) unterteilten Stoßfängerprofil (7), wobei jeweils ein Stoßfängerprofilabschnitt (9) mit einem Scharnierarm (38) des Schenkels (39) der Scharniergelenkstruktur (36) gekoppelt ist.
Stoßfängeranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßfängerprofilabschnitte (9) bei einer auf eine Vorderseite einwirkenden Kraftfbeaufschlagung aufgrund einer Verschwenkung der Scharnierarme (38) der Scharniergelenkstruktur (36) unter einem Versagen der Verbindungsbereiche (44) derart relativ zueinander abwinkelbar sind, dass zwei benachbarte Stoßfängerprofilabschnitte (9) rückseitig einen stumpfen Winkel zwischen sich einschließen.
Stoßfängeranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorwärtsdrehenden Kraftfbeaufschlagung der Scharnierarme (38) deren Verschwenkung relativ zueinander blockiert ist.
Stoßfängeranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoßfängerprofil (7) jeweils endseitig in einer Haupterstreckungsrichtung ein mit einer zugeordneten Betätigungseinrichtung (20) teleskopierbares Verlängerungselement (11) umfasst, wobei die Betätigungseinrichtung (20) einen mittels des Stoßfängerprofils (7) ortsveränderlich gelagerten Betätiger (23) umfasst, der einer Kolben-Zylinder-Anordnung (22) zugeordnet ist und bei einer Verlagerung mit einem als hydraulisch betätigten Antrieb ausgebildeten Aktor (15) zusammenwirkt, um ab einer bestimmten Kraft das Verlängerungselement (11) aus dem zugeordneten Stoßfängerprofilabschnitt (9) zu teleskopieren.
Vorderwagen eines Fahrzeuges umfassend eine Vorderradaufhängung (4) mit jeweils einem Vorderrad (5) und eine Stoßfängeranordnung nach Anspruch 8, wobei zumindest ein Stoßfängerprofilabschnitt (9) der Stoßfängeranordnung (8) bei einer unfallverursachten Kraftbeaufschlagung in Richtung der Kraftbeaufschlagung verlagerbar ist und zumindest einen Betätiger (23) der Betätigungseinrichtung (20) derart beaufschlagt, dass der dem Betätiger (23) zugeordnete Aktor (15) der Betätigungseinrichtung (20) zumindest ein Verlängerungsprofil (11) aus der dem Betätiger (23) zugeordneten Stirnseite des Stoßfängerquerträgers (28) ausfährt, das an einem zugeordneten Vorderrad (5) zur Anlage kommt, wobei mit der Verlagerung des Stoßfängerprofilabschnittes (9) eine Verformung des Verbindungsbereichs (44) der Scharniergelenkstruktur (36) einhergeht.
Vorderwagen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg (40) der Scharniergelenkstruktur (36) karosserieseitig abgestützt oder gehalten ist.