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Die Erfindung betrifft eine Stoßfängeranordnung für einen Kraftwagen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Stoßfängeranordnung ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2015 001 914 A1 bekannt, bei der an einer vorderen Außenseite eines Stoßfängerquerträgers eines vorderen Stoßfängers ein Absorberelement in Form eines sogenannten Prallschaums vorgesehen ist, also eine Bauteils aus einem Kunststoffschaum. Dieses bekannte Absorberelement weist dabei in einem Teilbereich neben einer Nut für ein Schlauchelement einer Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Kollision des Fahrzeuges mit einem Fußgänger eine weitere Nut auf, mit der eine Verformung des Absorberelements insbesondere im Bereich des besagten Schlauchelements im Falle einer Kollision mit einem Fußgänger nach Art einer Blattfeder ermöglicht ist. Hierdurch kann einerseits ein entsprechend steifer Kunststoffschaum eingesetzt werden, wobei andererseits die weitere Nut dafür sorgt, dass auch eine Kollision mit einem Fußgänger zuverlässig mittels der Sensoreinrichtung detektiert werden kann.
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Generell ist es zur Erfüllung der gesetzlichen Fußgängerschutzanforderungen bei derartigen Absorberelementen aus einem Kunststoffschaum erforderlich, dass dieser zur Aufnahme von Aufprallenergie bislang sehr weich ausgelegt werden muss, um bei einer Kollision bei niedrigen Geschwindigkeiten den angefahrenen Fußgänger bestmöglich zu schützen. Über das üblicherweise in das Absorberelement integrierte Schlauchelement wird durch den Aufprall des Beins auf den Kunstoffschaumstoff und dessen Komprimierung mittels einer entsprechenden Sensoreinrichtung die Fronthaube aktiviert, welche sich im rückwärtigen Bereich beispielsweise zwischen 100 mm und 150 mm aufstellt, um den angefahrenen Fußgänger entsprechend abzustützen. Neben dieser Fußgängerschutzanforderung ist für alle anderen Crashanforderungen des Kraftwagens jedoch ein frühestmöglicher Impuls erforderlich, um die Insassenschutzsysteme zu aktivieren.
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Aus der
DE 10 2012 001 586 A1 geht eine Aufprallschutzvorrichtung an einem Kraftwagen hervor, welche im Bereich einer vorderen Stoßfängereinrichtung angeordnet ist und eine hinter einer Abdeckung vorgesehene, faltbare Umhüllung umfasst. Diese wird vor einem Anprall mittels eines Expansionsmittels in Aufprallrichtung nach außen expandiert. Damit soll unter anderem die Wirkung des Anpralls für einen Radfahrer oder Fußgänger abgeschwächt werden. Als Expansionsmittel wird ein unter Druck stehendes nicht-newtonsches Fluid, beispielsweise eine Suspension oder Lösung von Mais-, Kartoffel- oder Getreidestärke verwendet, welche über eine Druckleitung in die Umhüllung einströmt und dort unter explosionsartigem Aufschäumen unmittelbar aushärtet.
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Weiterhin geht aus der
DE 20 2016 100 096 U1 und auch aus der
DE 20 2015 103 141 U1 jeweils ein Aufprallenergieabsorptionssystem für ein Kraftfahrzeug hervor, das einen vor einem Stoßfänger angeordneten Energieabsorber aus einem offenzelligen Schaumstoff umfasst, welcher eine relativ geringe Steifigkeit aufweist. Der Energieabsorber ist mit einer Anzahl von Hohlräumen versehen, in welche jeweilige Elemente mit variabler Steifigkeit aufgenommen sind. Diese Elemente sind aus einem offenzelligen Schaumstoff ausgebildet, welcher mit einem magnetorheologischen Fluid behandelt ist, das heißt es sind die inneren Oberflächen der Poren des Schaumstoffs beschichtet. Wird der so behandelte Schaumstoff einem Magnetfeld ausgesetzt wird dieser entsprechend steifer. Mittels diesem aktiven System können für unterschiedliche Anprallgeschwindigkeiten unterschiedliche Steifigkeit eingestellt werden. Nachteilig an diesem System ist dessen enorm aufwändiger und kostenintensiver Aufbau. Ein adaptiver Stoßfänger, bei welchem eine elektrorheologische Flüssigkeit eingesetzt wird, um durch das Anlegen eines Magnetfeldes diese zu verfestigen, geht aus der
DE 10 2007 059 595 A1 hervor.
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Ein Pralldämpfer mit einer Schaumstruktur, deren Poren mit einem elektrorheologischen oder magnetorheologischen Fluid vollständig gefüllt sind, ist aus der
DE 10 2006 026 447 A1 bekannt. Die Steifigkeit und Kompressibilität des Pralldämpfers ist aktiv mittels einer Crash-Sensorik zwischen einem weicheren und einem härteren Zustand reversibel umstellbar ist, wobei im härteren Zustand der Druck und/oder die Viskosität des fluiden Mediums höher und/oder die Kompressibilität des fluiden Mediums geringer eingestellt sind als im weicheren Zustand.
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Des Weiteren geht aus der
DE 10 2014 207 644 A1 eine Deformationselementanordnung für ein Kraftfahrzeug hervor, welche ein bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Fußgänger einen Aufprall des desselben dämpfendes Deformationselement und eine Schwingungserzeugungseinrichtung umfasst, wobei die Schwingungserzeugungseinrichtung derart angeordnet und ausgebildet ist, dass das Deformationselement bei Bedarf derart in Schwingung versetzbar und so dessen Verformungsverhalten gezielt veränderbar ist. Hierzu besteht das Deformationselement aus einer mit einem thixotropen oder rheopexen Material gefüllten, elastischen Hülle. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Deformationseigenschaften des Absorberelements beziehungsweise der Stoßfängeranordnung insgesamt so zu verbessern, dass einerseits sowohl die Fußgängerschutzanforderungen als auch andererseits die weiteren Crashanforderungen des Kraftwagens besonders vorteilhaft erfüllt werden können und das darüber hinaus einen einfachen und vorzugsweise kostengünstigen Aufbau aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stoßfängeranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Stoßfängeranordnung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Teilbereich des Absorberelements durch ein Aufnahmeelement für ein nichtnewtonsches Fluid gebildet ist, dessen Viskosität nach Einwirken von Scherkräften bei einem Anprall und der mit einer Intrusion einhergehenden Kräfte abnimmt, so dass es bei geringen Intrusionsgeschwindigkeiten flüssig oder teigig ist, wohingegen es bei bei höheren Intrusionsgeschwindigkeiten sich entsprechend verfestigt.
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Das nichtnewtonsches Fluid, welches auch als rheologisches Fluid bezeichnet wird, weist eine nicht-konstante Viskosität auf, wenn Scherkräfte, wie diese bei einer Intrusion eines Hindernisses in das Absorberelement auftreten, einwirken. Das Verhalten eines derartigen nichtnewtonschen Fluids wird deshalb auch als anomal-viskos bezeichnet. Dabei ist erfindungsgemäß ein nichtnewtonsches Fluid vorgesehen, dessen Viskosität nach Einwirken der Scherkräfte beziehungsweise der mit einer Intrusion eingehenden Kräfte abnimmt. Dies wird üblicherweise als Thixotropie bezeichnet. Somit kann durch ein derartiges nichtnewtonsches Fluid erreicht werden, dass dieses bei geringen Intrusionsgeschwindigkeiten mit entsprechend geringeren Kräften flüssig beziehungsweise teigig ist, wohingegen es bei höheren Intrusionsgeschwindigkeiten und Kräften entsprechend sich verfestigt.
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Das vorgesehene nichtnewtonsches Fluid zeichnet sich also dadurch aus, dass dieses in Abhängigkeit der Intrusionsgeschwindigkeit mit zwei verschiedenen Aggregatszuständen eingestellt werden kann. So ist es beispielsweise möglich, derartiges nichtnewtonsches Fluid so auszuwählen, dass dieses beispielsweise im Normalzustand beziehungsweise bei geringeren Intrusionsgeschwindigkeiten flüssig oder teigig ist, wohingegen dieses bei Aktivierung beziehungsweise bei höheren Intrusionsgeschwindigkeiten sich entsprechend verfestigt. Trifft demzufolge beispielsweise ein Fußgänger bei einer Kollision mit dem Kraftwagen auf den Stoßfänger auf, was üblicherweise bei niedrigen Geschwindigkeiten erfolgt und damit auf niedrige Intrusionsgeschwindigkeiten in das Absorberelement bewirkt, so verhält sich beispielsweise dieses im entsprechenden Teilbereich, in dem das Aufnahmeelement mit dem nichtnewtonschen Fluid vorgesehen ist, weich. Somit werden die entsprechend getroffenen Körperteile, insbesondere die Beine des Fußgängers, nicht mit übermäßigen Kräften und Beschleunigungswerten beaufschlagt, sodass sich dessen Verletzungsgefahr in den möglichen Grenzen hält. Insgesamt kann das nichtnewtonsche Fluid so gewählt und abgestimmt beziehungsweise eingestellt werden, dass dennoch ein in das Aufnahmeelement integriertes Schlauchelement oder dergleichen Sensorelement einer Sensoreinrichtung entsprechend zuverlässig beaufschlagt wird, um beispielsweise das Aufstellen der Fronthaube im rückwärtigen Bereich zu erreichen.
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Bei allen weiteren Kräfteanforderungen des Kraftwagens, welche beispielsweise beim RCAR-Bumper-Test, bei weiteren Reparaturunfalltests oder bei Hochgeschwindigkeitsunfalltests simuliert werden, weist das Absorberelement im entsprechenden Teilbereich, in welchem das Aufnahmeelement für das nichtnewtonsche Fluid angeordnet ist, in Folge der dann auftretenden höheren Intrusionsgeschwindigkeiten ein entsprechend härteres Deformationsverhalten auf, da bei diesen höheren Intrusionsgeschwindigkeiten das nichtnewtonsche Fluid entsprechend derart aktiviert wird, dass es fest wird. Somit ergibt sich zu einem frühestmöglichen Zeitpunkt des Unfallverlaufs ein harter Impuls, welcher erforderlich ist, um die Insassenschutzsysteme entsprechend zu aktivieren. Im Ergebnis kann somit durch das nichtnewtonsche Fluid der Zielkonflikt zwischen einem einerseits weichen Deformationsverhalten bei geringen Intrusionsgeschwindigkeiten und einem andererseits Deformationsverhalten bei dem gegenüber höheren Intrusionsgeschwindigkeiten Rechnung getragen werden.
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Neben dem auf die jeweiligen Unfallszenarien besser abgestimmten Absorptionselement hat die Verwendung eines nichtnewtonschen Fluides den weiteren Vorteil, dass sich eine größere Designfreiheit, beispielsweise im Bereich der Fahrzeugfront, ergibt. Diese Freiheit wird bislang durch technisch bedingte Mindestbauräume begrenzt, welche in Folge der Verwendung entsprechender Prallschäume erforderlich ist. Durch den Einsatz eines nichtnewtonschen Fluides kann der bisherige Raum für den Prallschaum demzufolge deutlich reduziert werden. Somit ist technisch eine Vorbauverkürzung zwischen der Stoßfängervorderkante und der Radlaufvorderkante möglich. Zudem ergibt sich eine bessere Erfüllung der Anforderungen der Unfalleigenschaften hinsichtlich des Fußgängerschutzes und bei der Pendelprüfung bei gleichzeitig geringerem Bauraum. Umgekehrt kann eine entsprechende Sensorik früh einen starken Impuls erhalten, sodass unfallvorbereitende Funktionen wie beispielsweise das Gurtstraffen, die Positionierung jeweiliger Nackenstützen der Sitzanlage sowie andere Sitzpositionen früh aktiviert werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind jeweilige Teilbereiche des Absorberelements mit zugeordneten Aufnahmeelementen für das Nichtnewtonsche Fluid in Fahrzeuglängsrichtung vor seitlich zugeordneten Energieabsorptionselementen entsprechender Längsträger angeordnet, an welchen der Stoßfängerquerträger abgestützt ist. Gerade in diesen Bereichen ist das zuvor beschriebene Deformationsverhalten des nichtnewtonschen Fluids besonders vorteilhaft.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Deformationsverhalten des nichtnewtonschen Fluides auf jeweilige Intrusionsgeschwindigkeiten beim Aufprall auf das Absorberelement abgestimmt, wobei das Aufnahmeelement bei niedrigen Intrusionsgeschwindigkeiten weicheres Deformationsverhalten aufweist und bei höheren Intrusionsgeschwindigkeiten ein demgegenüber härteres Deformationsverhalten. Hierdurch ergibt sich die gewünschte Abstimmung des jeweiligen Aufnahmeelements beziehungsweise des Absorberelements insgesamt auf die Fußgängerschutzanforderungen beziehungsweise die übrigen Crash-Anforderungen des Kraftwagens.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Aufnahmeelement als nachgiebiges Behältnis ausgebildet, innerhalb welchem das nichtnewtonsche Fluid aufgenommen ist. Es ist klar, dass dieses Behältnis entsprechend stabil ausgebildet sein muss, um beispielsweise bei einem flüssigen oder teigen Zustand des nichtnewtonschen Fluides auch im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung entsprechend beständig zu bleiben.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Sensorelement, insbesondere ein Schlauchelement, einer Sensorelement im Bereich des jeweiligen Aufnahmeelements für das Nichtnewtonsche Fluid angeordnet ist. Durch die Eigenschaften des nichtnewtonschen Fluides ist dabei auch bei einer Fußgängerkollision gewährleistet, dass mittels der Sensoreinrichtung beispielsweise das Aufstellen der Fronthaube zuverlässig initiiert wird.
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Das Aufnahmeelement kann dabei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung nicht nur im Bereich der Haupt-Crashebene bzw. der Hauptlängsträger angeordnet sein, sondern auch im Bereich wenigstens einer weiteren Crashebene, beispielsweise einer oberen Crashebene auf Höhe einer Kühlerbrücke oder aber auch im Bereich einer darunter liegenden Crashebene, beispielsweise auf Höhe eines unteren Versteifungselements (lower stiffener).
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische, teilweise geschnittene Perspektivansicht auf eine Stoßfängeranordnung für einen Personenkraftwagen mit einem an der vorderen Außenseite des Stoßfängerquerträgers angeordneten Absorberelement welches nach vorne hin durch eine Stoßfängerverkleidung überdeckt ist;
- 2 eine ausschnittsweise Schnittansicht auf die Stoßfängeranordnung gemäß 1, wobei insbesondere der Stoßfängerquerträger erkennbar ist, unter Vermittlung jeweiliger Crashboxen nach hinten hin an den zugeordneten Hauptlängsträgern abgestützt ist und an dessen Vorderseite das Absorberelement abgestützt ist; und
- 3 eine schematische Draufsicht auf die Stoßfängeranordnung für einen Personenkraftwagen, deren Absorberelement jeweiligen Teilbereichen vor seitlich zugeordneten Crashboxen der entsprechenden Längsträger durch Aufnahmeelemente für ein nichtnewtonsches Fluid gebildet ist.
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In den 1 und 2 ist in einer ausschnittsweisen und teilweise geschnittenen Perspektivansicht beziehungsweise in einer ausschnittsweisen und teilweise geschnittenen Seitenansicht eine Stoßfängeranordnung an einem Kraftwagenbug eines Personenkraftwagens erkennbar. Insbesondere erkennbar sind dabei jeweilige Crashboxen bzw. Energieabsorptionselemente 10, welche vorderseitig an jeweiligen, in 3 schematisch dargestellten Längsträgern 11 einer Hauptlängsträgerebene beziehungsweise Haupt-Crashebene angeordnet und abgestützt sind. Vorderseitig der Energieabsorptionselemente 10 stützt sich ein Stoßfängerquerträger 12 auf dieser Hauptlängsträgerebene ab, welcher sich zwischen den beiden Energieabsorptionselementen 10 sowie jeweils seitlich darüber hinaus erstreckt. Des Weiteren erkennbar ist eine Kühlerbrücke 14 auf Höhe einer oberen Längsträgerebene, welche unter Vermittlung jeweiliger Stützen 16 auf den jeweils zugehörigen Energieabsorptionselementen 10 nach unten hin abgestützt ist. An einer vorderen Außenseite 20 des Stoßfängerquerträgers 12 stützt sich über dessen gesamte Breite ein Absorberelement 22 ab, welches im Zusammenhang mit 3 noch näher erläutert werden wird. Dieses Absorberelement 22 wie auch weitere Bauteile der Stoßfängeranordnung sind nach vorne hin durch die Stoßfängerverkleidung 18 verdeckt, welche sich nach unten hin bis zu einer Spoilerlippe 24 erstreckt, welche beispielsweise durch ein unteres Versteifungselement (lower stiffener) einer unteren Crashebene versteift sein kann.
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In Zusammenschau mit 3 wird im Weiteren insbesondere erkennbar, dass das Absorberelement 22 vorderseitig des Stoßfängerquerträgers 12 angeordnet beziehungsweise an dessen Außenseite 20 abgestützt ist. Im Unterschied zu bisherigen Absorberelementen ist jedoch im vorliegenden Fall das Absorberelement zumindest bereichsweise - im vorliegenden Fall in den Teilbereichen 26, 28 - durch ein jeweiliges Aufnahmeelement 30, 32 gebildet, innerhalb welchen ein nichtnewtonsches beziehungsweise rheologisches Fluid, im vorliegenden Fall eine Flüssigkeit, aufgenommen ist. Ein derartiges nichtnewtonsches Fluid zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass dieses bei geringen Scherkräften, wie diese im Zusammenhang mit einer bei einer Fußgängerkollision entstehenden Intrusion auf das Absorberelement 22 wirken, entsprechend flüssig oder teigig ist beziehungsweise reagiert, wohingegen es bei höheren Scherkräften, wie diese beispielsweise bei einhergehenden Intrusionen in Folge einer Kollision bei höheren Geschwindigkeiten entsteht, fest wird beziehungsweise entsprechend reagiert.
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Im vorliegenden Fall sind die jeweiligen Aufnahmeelemente 30, 32 für das nichtnewtonsche Fluid jeweils in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) vor dem entsprechend seitlich zugeordneten Energieabsorptionselement 10 beziehungsweise dem zugeordneten Längsträger 11 der Haupt-Crash-Ebene angeordnet, wohingegen die übrigen Teilbereiche seitlich beziehungsweise zwischen den Aufnahmeelementen 30, 32 beispielsweise aus einem bisher schon üblichen Prallschaum, also einem Kunststoffschaumstoff, gebildet sein können. Natürlich können auch die anderen Teilbereiche durch eines oder mehrere derartige Aufnahmeelemente für ein nichtnewtonsches Fluid gebildet sein, je nachdem, welche Eigenschaften hinsichtlich des Deformationsverhaltens bei einem Fußgängeraufprall beziehungsweise bei sonstigen Unfallszenarien erzielt werden sollen.
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Im vorliegenden Fall ist es vorgesehen, dass das Deformationsverhalten des nichtnewtonschen Fluides innerhalb des jeweiligen Aufnahmeelements 30, 32 auf jeweilige Intrusionsgeschwindigkeiten beim Aufprall auf das Absorberelement 22 abgestimmt ist. Hierbei soll das jeweilige Aufnahmeelement 30, 32 bei niedrigen Intrusionsgeschwindigkeiten im Falle eines Fußgängeranpralls mit entsprechend einhergehenden, geringen Quer- beziehungsweise Scherkräften ein weiches Deformationsverhalten aufweisen, indem dieses nichtnewtonsche Fluid entsprechend flüssig oder teigig bleibt, wohingegen bei höheren Intrusionsgeschwindigkeiten eines Hindernisses in das Absorberelement 22, wie diese beispielsweise bei anderen Crashszenarien auftreten, entsprechend der dann deutlich höheren Querbeziehungsweise Scherkräfte ein demgegenüber härteres Deformationsverhalten des nichtnewtonschen Fluides entsteht, welches dann in Folge dieser höheren Intrusionsgeschwindigkeiten beziehungsweise Scherkräfte sich verfestigt. Dies hat den Vorteil, dass somit eine jeweilige Sensorik, beispielsweise ein Airbagsensor, früher einen starken Impuls erhält, sodass beispielsweise unfallvorbereitende Maßnahmen wie das Gurtstraffen, das Positionieren der Nackenstützen, das Verstellen der Sitzanlagen in entsprechende Positionen, früher erfolgen kann. Gleichzeitig ist das nichtnewtonsche Fluid so abgestimmt, dass es bei einem Fußgängeraufprall einerseits hinreichend weich ist, um den Fußgänger bestmöglich zu schützen, andererseits aber auch entsprechende Impulse beispielsweise an ein Schlauchelement oder dergleichen Sensorelement überträgt, sodass eine Sensoreinrichtung, beispielsweise ein Aufstellen der Fronthaube im hinteren Bereich bewirken kann, um einen auf die Fronthaube geschleuderten Fußgänger entsprechend abstützen zu können. Hierbei ist es im vorliegenden Fall vorgesehen, dass das Schlauchelement beispielsweise innerhalb einer entsprechenden Nut oder dergleichen des jeweiligen Aufnahmeelements 30, 32 und dem entsprechenden Teilbereich 26, 28 des Absorberelements verläuft.
