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Die
Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Eine
derartige Schutzvorrichtung ist aus der
EP 0 718 157 B1 bekannt.
Dort sind ausgebauchte Querwände
vorgesehen, mit denen eine verbesserte Umwandlung der bei einem
Aufprall auftreffenden Verformungsenergie erreicht werden soll,
indem zunächst
ein die ausgebauchten Querwände
aufweisendes Verformungsteil des Profils deformiert wird.
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Bei
der Herstellung von derartige Ausbauchungen aufweisenden Profilen
sind entsprechende Formwerkzeuge erforderlich, deren Ausgestaltung aufwendiger
ist als diejenige zur Herstellung von im wesentlichen ebenen Querwänden.
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Aus
der
EP 1 052 150 A1 ist
eine Stoßstange mit
einem geschlossenen Profil und mehreren übereinander angeordneten Kammern
bekannt. Die Kammern sind durch Querwände voneinander getrennt, die
in ihren unteren und oberen Wänden
Nuten aufweisen. Nachteilig bei dieser bekannten Stoßstange ist,
dass deren Deformationsverhalten unbefriedigend ist.
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Aus
der
DE 199 13 078
A1 ist eine Stoßstange
mit mehreren nebeneinander angeordneten Kammern bekannt. Im Bereich
jeder Kammer sind die Querwände
nach innen gekrümmt
und Nuten in deren Innenwänden
angeordnet. Bei einer Deformation der Stoßstange werden die Querwände nach
Innen gefaltet. Auch dieses Deformationsverhalten ist mit Nachteilen
behaftet.
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Aus
der
DE 43 07 837 A1 ist
eine Querträger-Anordnung
bekannt, die beispielsweise als Bestandteil einer Stoßstange
verwendet werden kann. Die Querträger-Anordnung umfasst zwei
im Querschnitt geschlossene, viereckige Hohl-Profile, die aneinander
anliegen. Wenn eine Druckkraft auf das äußere Hohl-Profil wirkt, wird
dieses unter teilweiser Umschließung von dem inneren Hohl-Profil
aufgenommen.
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Aus
der
WO 93/04897 A1 ist
ein Strukturelement für
einen Karosserierahmen eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dieses umfasst
Querwände,
in welchen Nuten verlaufen. Zwischen diesen geschwächten Wand-Abschnitten
wird ein Falten nach Innen ermöglicht.
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Aus
der
JP 11059296 A sind
mehrere Ausführungsformen
von hohlen Stoßstangen
bekannt, die alle einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Das
Deformationsverhalten ist wieder unbefriedigend.
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In
der
JP 10278707 A sind
mehrere Stoßstangen
mit einem im Querschnitt rechteckigen Hohlprofil offenbart. Von
den Querwänden
und der äußeren Vertikalwand
springen Versteifungsrippen nach innen vor. Das Deformationsverhalten
weist gewisse Nachteile auf.
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Die
JP 02175451 A offenbart
eine Stoßstange,
die ein inneres, im Querschnitt U-förmig ausgebildetes Verstärkungselement
aufweist. Der U-Boden des Verstärkungselements
ist nach außen
gewandt. Die U-Schenkel weisen jeweils einen sich in der Dicke verändernden
Querschnitt auf. Auch diese Stoßstange
bietet keinen optimalen Schutz.
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Aus
der
JP 2002012103
A sind Schutzvorrichtungen für ein Kraftfahrzeug bekannt,
die jeweils eine Stoßstange
und Crash-Boxen umfassen. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
weisen die Crash-Boxen Vertikalwände
mit unterschiedlichen Wandstärken
auf.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schutzvorrichtung
für ein
Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass
eine gezielte Umwandlung der bei einem Aufprall auftreffenden Verformungsenergie
mit einer einfacher herzustellenden Stoßstange gegeben ist und eine
Verformung des Profils bei einem Aufprall vorgegeben ist.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die
im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Mit
den Nuten, entlang denen sich die Profilwandstärke ändert, werden bei der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung
definierte Deformationszonen für
das Profil und damit für
die Stoßfänger-Komponente
vorgegeben. Bei einem Aufprall deformiert sich das Profil durch
Falten längs
dieser vorgesehenen Nuten in definierter, insbesondere berechenbarer Weise.
Durch die Anordnung der Nuten lässt
sich vorgeben, ob sich die äußeren Profilwände bevorzugt
nach innen oder bevorzugt nach außen falten. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn durch eine definierte Faltrichtung die Beschädigung sensibler
Komponenten im Bereich der Stoßfänger-Komponente,
z. B. einer Einparkhilfe, vermieden werden kann. Gleichzeitig kann
das Profil mit Ausnahme der gegebenenfalls auch nachträglich anbringbaren
Nuten aus Profilelementen mit ebenen, also insbesondere nicht ausgebauchten,
Wänden
ausgeführt
sein. Die einzelnen Wand- und Stegelemente können dabei, abgesehen von den
Nuten, längs
denen eine Querschnittsänderung
erfolgt, die gleiche Wandstärke
aufweisen. Hierdurch werden die Anforderungen an Formwerkzeuge zur
Herstellung der Stoßfänger-Komponente,
insbesondere der Stoßstange,
der Schutzvorrichtung reduziert, wobei gleichzeitig ein definiertes
Deformationsverhalten erhalten bleibt. Die Nuten lassen sich einfach
formen. Es werden mehrere hintereinander angeordnete definierte
Deforma tionszonen gebildet, was zu einer mit erhöhter Sicherheit vorhersagbaren
Deformation der Stoßfänger-Komponente
der Schutzvorrichtung führt.
Der Vertikalsteg ist ein Profilelement, das zur Versteifung des
Profils vorgesehen ist.
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Neben
der Stoßstange
kann die Stoßfänger-Komponente
noch mindestens ein zusätzliches Stoßfänger-Element
aus dem stranggepressten Profil aufweisen, welches derart angeordnet
ist, dass es zusätzlich
zur Stoßstange
einen Stoß auf
die Stoßfänger-Komponente
auffangen kann. Hierdurch wird eine zusätzliche Knautschzone mit definiertem
Deformationsverhalten geschaffen. Die Stoßstange muss hierbei selbst
nicht unbedingt Anfalthilfen aufweisen, da zumindest im Bereich
geringerer beim Aufprall übertragener
Kraftstöße eine
definierte Deformation der zusätzlichen
Stoßfänger-Elemente ausreicht.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In
dieser zeigen:
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1 eine
nicht-erfindungsgemäße Schutzvorrichtung
mit Stoßfänger-Komponente;
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2 einen
Schnitt durch die Stoßfänger-Komponente
gemäß der Schnittlinie
II-II in 1;
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3 einen
zur 2 ähnlichen
Schnitt durch eine ähnliche
Stoßfänger- Komponente
mit einer alternativen, nicht-erfindungsgemäßen Querschnittsgeometrie;
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4 einen
zur 2 ähnlichen
Schnitt durch eine ähnliche
erfindungsgemäße Stoßfänger-Komponente
mit einer alternativen Querschnittsgeometrie; und
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5 und 6 weitere
nicht-erfindungsgemäße Varianten
von Stoßfänger-Komponenten.
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Eine
Schutzvorrichtung 1 für
ein Kraftfahrzeug umfasst als Stoßfänger-Komponente eine nach außen gewölbte Stoßstange 2.
Die Stoßstange 2 ist an
ihren beiden längsseitigen
Enden mit einer Halterung 3 an Längsträgern 4 eines Kraftfahrzeugs
befestigt. Die Stoßstange 2 ist
aus einem aus einer Leichtmetall-Legierung stranggepressten Profil 5 hergestellt,
welches in 2 im Querschnitt dargestellt
und nicht Gegenstand der Erfindung ist. Das Profil 5 weist einen
dem Kraftfahrzeug zugewandten, als innere Vertikalwand ausgebildeten
Zuggurt 6 auf. Diesem gegenüber und im wesentlichen parallel
zu diesem ist ein als äußere Vertikalwand
ausgebildeter Druckgurt 7 angeordnet. Der Zuggurt 6 und
der Druckgurt 7 sind durch eine als Horizontalwand ausgebildete
obere Querwand 8 sowie eine als Horizontalwand ausgebildete
untere Querwand 9 miteinander verbunden. Die Querwände 8, 9 haben
eine Wandstärke
von 1,8 mm, wobei auch andere Stärken
in Frage kommen. Die Gurte 6 und 7 sowie die Wände 7 und 8 bilden
die im Querschnitt geschlossene Außenseite des Profils 5. Der
Zuggurt 6 und der Druckgurt 7 einerseits und die obere
Querwand 8 und die untere Querwand 9 andererseits
verlaufen bei dem Profil 5 parallel zueinander. Mittig
zwischen den Querwänden 8 und 9 ist
ein den Zuggurt 6 und den Druckgurt 7 miteinander
verbindender Quersteg 10 vorgesehen, der horizontal verläuft. Mittig
zwischen den Gurten 6 und 7 ist ein die obere
Querwand 8 und die untere Querwand 9 verbindender
Vertikalsteg 11 angeordnet, der vertikal verläuft und
den Quersteg 10 unter Bildung einer Knotenlinie 12 schneidet.
Die Stege 10, 11 dienen zur Verstärkung der
Stabilität
des Profils 5.
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2 zeigt
den Querschnitt des nicht-erfindungsgemäßen Profils 5 in einer
vergrößerten Darstellung.
Hier sind den Druckgurt 7 über die Querwände 8 und 9 nach
oben bzw. unten verlängernde Endabschnitte 13, 14,
die in der 1 dargestellt sind, weggelassen.
Mittig zwischen dem Druckgurt 7 und dem Vertikalsteg 11 ist
in Innenwänden 15, 16 der
Querwände 8 und 9 jeweils
eine Anfaltnut 17, 18 angeordnet. Die Anfaltnuten 17, 18 erstrecken
sich längs
des gesamten Verlaufs des Profils 5 im wesentlichen parallel
zu den Gurten 6 und 7. Die Anfaltnuten 17, 18 sind
als teilkreisförmige
Ausnehmungen ausgeführt,
die über
kantenfreie Flächenbereiche 19, 20 in
die Innenwände 15, 16 der
Querwände 8, 9 münden. Durch
die Anfaltnuten 17, 18 wird die Wandstärke der
Querwände 8, 9 im
Bereich der tiefsten Ausnehmung der Anfaltnuten 17, 18 um
0,5 mm reduziert.
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Die
Schutzvorrichtung 1 funktioniert folgendermaßen:
Bei
einem Aufprall eines Objekts auf den Druckgurt 7 erfolgt
eine definierte Deformation der Querwände 8 und 9.
Hierbei werden die Querwände 8 und 9 längs der
Anfaltnuten 17, 18 gefaltet. Aufgrund dieser definierten
Faltung wird ein unkontrolliertes Zusammenfalten des Profils 5 mit
unvorhersagbaren Deformationswegen und einer daraus resultierenden
nicht bekannten und über
die Einfalttiefe nicht vorbestimmten Deformationskraft vermieden.
Vielmehr kann bei dem Profil 5 die erforderliche Einfaltkraft
als Funktion des sich reduzierenden Abstandes zwischen dem Zuggurt 6 und
dem Druckgurt 7 vorherbestimmt werden.
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Durch
dieses definierte Einfalten wird insbesondere die Gefahr vermieden,
dass im Übergangsbereich
zwischen dem Druckgurt 7 und den Querwänden 8 und 9 eine
zu hohe Spannung auftritt, welche sogar zu einem Riss des Profils 5 in
diesem Bereich führen
kann. Aufgrund der definierten Deformationswege lässt sich
zudem die Gefahr einer Beschädigung
sensibler Komponenten im Bereich der Stoßstange 2 verringern.
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Die 3 und 4 zeigen
Varianten von Querschnittsgeometrien des Profils 5. Komponenten, die
denjenigen entsprechen, die schon unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben
wurden, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht nochmals
im Einzelnen erläutert.
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Das
nicht-erfindungsgemäße Profil 5 gemäß 3 weist
zusätzlich
zu den Anfaltnuten 17, 18 zwei weitere Anfaltnuten 21, 22 auf.
Diese haben die gleiche Querschnittsform wie die Anfaltnuten 17, 18 und erstrecken
sich wie diese längs
des gesamten Profils 5 im wesentlichen parallel zu den
Gurten 6, 7. Die Anfaltnuten 21, 22 sind
mittig zwischen dem Vertikalsteg 11 und dem Zuggurt 6 in
den Innenwänden 15, 16 der Querwände 8, 9 angeordnet.
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Bei
einem Objektaufprall verhält
sich das Profil 5 folgendermaßen:
Abhängig von
der Größe des beim
Aufprall übertragenen
Kraftstoßes
wird zunächst
das Profil 5 über
die Anfaltnuten 17, 18 definiert gefaltet, wie
im Zusammenhang mit 2 beschrieben. Bei einem größeren beim
Aufprall übertragenen
Kraftstoß faltet
sich das Profil 5 zusätzlich
definiert im Bereich der Anfaltnuten 21 und 22.
Diese Mehrfachfaltung erhöht
die Sicherheit des Profils 5, da auch ein größerer eingeleiteter
Kraftstoß ohne
das Auftreten einer nicht vorher bestimmbaren Deformationskraft
abgefangen werden kann.
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Die
Anfaltnuten 17, 18, 21, 22 stellen
jeweils Wandabschnitte dar, längs
denen sich die Wandstärke
der zugehörigen
Querwand 8, 9 verringert. Diese Wandabschnitte
stellen, wie oben ausgeführt,
Anfalthilfen dar.
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Die
erfindungsgemäße Profilvariante
gemäß 4 entspricht
derjenigen der 3 mit der Ausnahme, dass die
Anfaltnuten 17, 18 beim Profil 5 nach 4 nicht
in den Innenwänden 15, 16 der Querwände 8, 9,
sondern in deren Außenwänden 35, 36 ausgeführt sind.
Ansonsten entsprechen der Aufbau sowie das Faltverhalten des Profils 5 gemäß 4 dem,
was schon unter Bezugnahme auf 3 ausgeführt wurde.
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Bei
weiteren Profilvarianten kann der Quersteg 10 weggelassen
werden.
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Die 5 und 6 zeigen
weitere nicht-erfindungsgemäße Varianten
von Stoßfänger-Komponenten.
Bauteile, die denjenigen entsprechen, die schon unter Bezugnahme
auf die 1 bis 4 beschrieben
wurden, tragen die gleichen Bezugszeichen und werden nicht nochmals
im Einzelnen erläutert.
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Bei
der nicht-erfindungsgemäßen Stoßstange 2,
die in der 5 gezeigt ist, fehlt neben dem Quersteg 10 auch
der Vertikalsteg 11. Dort ist in den Querwänden 8, 9 jeweils
eine Anfaltnut 17, 18 ausgeführt. Zum Kraftfahrzeug hin,
bei montierter Schutzvorrichtung also hinter der Stoßstange 2,
liegen zwei zusätzliche
Stoßfänger-Elemente 40 am
Zuggurt 6 der Stoßstange 2 an.
Die beiden Stoßfänger-Elemente 40 sind
den beiden End-Profilabschnitten der Stoßstange 2 zugeordnet.
Das Profil 5 der Stoßfänger-Elemente 40 weist
einen Vertikalsteg 11, aber keinen Quersteg 10 auf.
Ansonsten entspricht das Profil 5 der Stoßfänger-Elemente 40 dem
in 3 dargestellten Profil 5 mit jeweils
zwei Anfaltnuten 17, 21 sowie 18, 22 pro
Querwand 8, 9.
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Verglichen
mit der Stoßstange 2 sind
die Profile 5 der Stoßfänger-Elemente 40 kurz.
Sie haben eine Länge,
die mit den Querschnittsabmessungen der Stoßfänger-Elemente 40 vergleichbar
ist. Daher werden die Stoßfänger-Elemente 40 auch
als „Crash-Boxen" bezeichnet.
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Eine
die Stoßstange 2 und
die Stoßfänger-Elemente 40 umfassende
Stoßfänger-Komponente
ist über
die Stoßfänger-Elemente 40 an
der Halterung für
die Längsträger des
Kraftfahrzeugs befestigt. Bei einem Objektaufprall verhält sich
diese Stoßfänger-Komponente
folgendermaßen:
Abhängig von
der Größe des beim
Aufprall übertragenen
Kraftstoßes
wird zunächst
das Profil 5 der Stoßstange 2 über die
Anfaltnuten 17, 18 definiert gefaltet, wie oben
z. B. im Zusammenhang mit der 2 beschrieben.
Bei einem größeren, beim
Aufprall übertragenen
Kraftstoß faltet
sich zusätzlich
das Profil 5 der Stoßfänger-Elemente 40 definiert
im Bereich der Anfaltnuten 17, 18, 21, 22.
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Diese
Mehrfachfaltung einerseits der Stoßstange 2 und andererseits
der Stoßfänger-Elemente 40 erhöht die Sicherheit
der Stoßfänger-Komponente,
da auch ein größerer eingeleiteter
Kraftstoß ohne das
Auftreten einer nicht vorher bestimmbaren Deformationskraft abgefangen
werden kann.
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6 zeigt
eine weitere nicht-erfindungsgemäße Variante
einer Stoßfänger-Komponente mit einer
Stoßstange 2 und
Stoßfänger-Elementen 40.
Im Unterschied zur Stoßfänger-Komponente
der 5 weist die Stoßstange 2 bei der
Stoßfänger-Komponente
nach 6 keine Anfalthilfen auf.
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Bei
einem Objektaufprall verhält
sich die Stoßfänger-Komponente
nach 6 folgendermaßen:
Durch
den beim Aufprall übertragenen
Kraftstoß wird das
Profil 5 der Stoßfänger-Elemente 40 über die
Anfaltnuten 17, 18, 21, 22 definiert
gefaltet. Dieser Faltvorgang verläuft analog zu demjenigen, der
im Zusammenhang mit den 2 und 3 beschrieben wurde.
Das Profil 5 der Stoßstange 2 deformiert
sich unterhalb eines bestimmten beim Aufprall übertragenen Kraftstoßes nicht
oder nur wenig.