DE10329417B4 - Anpralldämpfer für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Anpralldämpfer für Kraftfahrzeuge, durch welche ein Querträger (2) eines Stoßfängers jeweils im Bereich seiner Enden (4) gegenüber Längsträgern (3) anprallweich gehaltert ist, mit wenigstens einem Knotenelement (9), das über an dem Knotenelement (9) schwenkbeweglich gelagerte Gelenkstreben (10) einerseits mit einer stoßfängerseitigen Lagerkonsole (5) und andererseits über die Gelenkstreben (10') oder unter Eingliederung weiterer Knotenelemente (7, 8) und diese miteinander verbindender Gelenkstreben (10, 10') mit einer längsträgerseitigen Anschlagkonsole (6) jeweils schwenkbeweglich gelagert verbunden ist, wobei jedes Knotenelement (7, 8, 9) an seinen Längsseiten (12, 13) Stützflächen (17, 18) aufweist, die an einer Anschlagfläche (19, 20) der Anschlagkonsole (6) und/oder der Lagerkonsole (5) sowie jeweils benachbarten Stützflächen (17, 18) eines weiteren Knotenelements (7, 8, 9) zur Anlage bringbar sind.

Description

• Die Erfindung betrifft Anpralldämpfer für Kraftfahrzeuge, durch welche ein Querträger eines Stoßfängers jeweils im Bereich seiner Enden gegenüber Längsträgern anprallweich gehaltert ist.
• Im Stand der Technik sind Anpralldämpfer in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Sie werden auch als Crashboxen bezeichnet. Gebräuchliche PKW-Vorderwagenstrukturen besitzen abschließend zum vorderen Fahrzeugende hin einen Querträger, der über Deformationselemente zum Beispiel aus Blech in Form von Stülprohren oder geprägten Strukturen lösbar an die Längsträger als steife tragende Strukturen angebunden ist. Die Charakteristik des an dem Längsträger befestigten Systems aus Anpralldämpfer und Querträger ist so abgestimmt, dass beim Aufprall von vorne oder seitlich von vorne sowohl der Querträger als auch die Anpralldämpfer die Aufprallenergie in Verformungsarbeit umwandeln und irreversibel deformiert werden, noch bevor die Längsträger eine plastische Verformung erfahren. Grundsätzlich gilt es, Verformungen der Längsträger für Aufprallgeschwindigkeiten bis 16 km/h auszuschließen bzw. soweit wie möglich zu minimieren.
• Die DE 39 19 031 C2 offenbart eine Stoßaufnahmeeinrichtung für Fahrzeuge mit mindestens einem Paar sich kreuzender Druckstäbe zwischen einer Stoßstange und den Fahrzeuglängsträgern und mit mindestens einem Kraftregler. Diese Stoßaufnahmeeinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass jedes Paar der Druckstäbe aus einem runden Druckstab und einem U-Profil-Druckstab besteht, die in der Mitte durch eine Welle gegeneinander drehbar verbunden sind, wobei an den Enden der Druckstäbe Reibungselemente drehbar mittels Zapfen befestigt sind, die auf Gleitflächen reiben, wobei die Gleitflächen an einem stoßstangenseitigen Führungsprofil und an einem fahrzeugseitigen Führungsprofil angeordnet sind, wobei die Reibungselemente in deren Längsrichtung zwangsgeführt werden. Ein Steuerseil ist in mehreren Windungen um den runden Druckstab gewickelt, wobei die Enden des Steuerseils mit dem U-Profil-Druckstab bzw. dem Kraftregler verbunden sind und wobei jedem Paar der Druckstäbe jeweils ein Kraftregler zugeordnet ist. Die offene Seite des U-Profil-Druckstabs ist zu beiden Seiten der Drehachse entgegengesetzt derart angeordnet, dass bei der aufprallbedingten gegenläufigen Drehung von rundem Druckstab und U-Profil-Druckstab um die Drehachse der U-Profil-Druckstab in der Endstellung den runden Druckstab einschließlich der Windungen des Steuerseils umschließt und dass nach Beendigung des Aufpralls und Entlastung der Stoßstange Rückstellfedern und mindestens eine Kraftregler-Feder in einer langsamen Bewegung bei niedrigem Kraftniveau eine Rückstellung bewirken, bis die Reibungselemente in der Ausgangsstellung an Anschlägen anliegen und in diesem Zustand erneut Aufprallenergie aufgenommen werden kann.
• Aus der DE 199 59 701 A1 ist eine Vorrichtung zur Stoßenergieaufnahme bei Kraftfahrzeugen bekannt, welche mit einem an wenigstens einem Karosseriebauteil befestigten Kastenprofil in Blechbauweise ausgeführt ist. Das Kastenprofil ist in Einleitungsrichtung einer aufzunehmenden Kraft mit einer derartigen konischen Erweiterung ausgebildet, dass sich bei einem Zusammendrücken und durch die aufzunehmende Kraft das deformierte Material im wesentlichen innerhalb des Querschnitts der verbleibenden Deformationslänge des Kastenprofils wenigstens annähernd faltenartig anhäuft.
• Durch die DE 196 27 061 A1 zählt ein Deformationselement zum Stand der Technik, welches einen aus Kohlenstofffasern und Aramidfasern bestehenden Rohrabschnitt umfasst, welcher zur Energieumwandlung nach dem Stülpprinzip vertormbar ist. Zur Einleitung des Umstülpvorgangs schließt sich an das freie Rohrende ein Bauteil mit einer konkaven, den äußeren Stülpradius bestimmtenden Hohlkehle an. Bevorzugt ist der Rand des Rohrabschnitts in Richtung zur Hohlkehle hin abgeschrägt, wodurch die anfängliche Umfangskraft beim Verformen des Rohrabschnitts reduziert wird.
• Abgesehen davon, dass die bekannten Crashboxen bei einem Anprall irreversibel verformt werden und nicht unerhebliche Reparaturkosten nach sich ziehen ist es nachteilig, dass die Steifigkeit der Anordnung durch die Crashboxen unveränderbar festgelegt ist.
• Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Anpralldämpfer für Kraftfahrzeuge aufzuzeigen, welche reversibel ausgestaltet sind und bei einem Anprall mit geringer Geschwindigkeit, d.h. bei nicht eingetretener plastischer Formung in ihre Ausgangslage zurückversetzt werden können.
• Diese Aufgabe ist bei einem Anpralldämpfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Der erfindungsgemäße Anpralldämpfer ist eine aus mehreren Bauteilen bestehende kinematische Kette, die in gestreckter Anordnung die Fähigkeit besitzt, Anprallenergie bis zu einem bestimmten Grad ohne plastische Verformung aufzunehmen. Hierbei wird die gestreckte Anordnung dieser kinematischen Kette ohne plastische Umformung zusammengefahren, bis einzelne Knotenelemente mit ihren einander benachbarten Stützflächen aneinander zur Anlage gelangen sowie an einer Anschlagfläche der Anschlagkonsole bzw. an einer Anschlagfläche der Lagerkonsole anliegen. In diesem Zustand liegt der Anpralldämpfer gewissermaßen auf Block, wobei eine weitere Verkürzung ohne plastische Verformung nicht möglich ist.
• Wesentlich bei der Erfindung ist, dass Anprallkräfte zunächst eine Verlagerung des Querträgers bewirken, ohne jedoch plastische Verformungen nach sich zu ziehen. Eine plastische Verformung setzt erst dann ein, wenn die Anprallkraft über die quer zur Kraftangriffsrichtung orientierten aneinander anliegenden Stützflächen eine Verformung der Stützfläche und damit des Anpralldämpfers herbeiführt. Die Knotenelemente und die Gelenkstreben sind dabei derart kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden, dass zunächst eine Verformung des Anpralldämpfers erfolgt und erst wenn die maximal mögliche Aufprallenergie von dem Anpralldämpfer absorbiert worden ist, eine signifikante Kraftbeaufschlagung des Längsträgers erfolgt.
• In dem Fall, dass die kinematische Kette des Anpralldämpfers lediglich reversibel verformt worden ist, kann nach dem Anprall der Stoßfänger bzw. der Längsträger wieder in seine vorgesehene Einbaulage verbracht werden, indem die kinematische Kette des Anpralldämpfers wieder in die gestreckte Anordnung überführt wird.
• Die Absorption von Aufprallenergie innerhalb des Anpralldämpfers erfolgt vorzugsweise durch Reibung innerhalb von wenigstens einem Schwenklager, über welche die Gelenkstreben, die Knotenbleche, die Lagerkonsole und die Anschlagkonsolen miteinander verbunden sind. Da diese jeweils relativ zueinander beweglichen Gelenkpartner in einer Ausführungsform des Erfindungsgedankens über Gelenkbolzen miteinander verbunden sind, ist es vorstellbar, dass die Gelenkbolzen als Schraubbolzen ausgeführt sind, über welche die Gelenkpartner mit einer vorbestimmten Anpresskraft gegeneinander verspannt sind. Die Gelenkbolzen können dabei von Hülsen umgeben sein, damit die Anpresskraft bei im Abstand zueinander angeordneten Gelenk paarungen auf beide Gelenkpaarungen wirkt. Die Gelenkpartner bilden in den Schwenklagern Reibpaarungen mit definierten Haftreibungs- und Gleitreibungswerten, wodurch die Energieaufnahme des Anpralldämpfers exakt festlegbar ist. Wichtig ist eine Relativbewegung der Gelenkpartner zueinander. Dies kann bei einem Schwenklager dadurch gegeben sein, dass die Gelenkbolzen verdrehfest gegenüber den Gelenkstreben lagefixiert sind, jedoch drehbar in den Knotenblechen gelagert sind. Eine Verdrehsicherung kann durch Kraft- und/oder Formschluss gegenüber den Gelenkstreben gegeben sein. Hierzu kann der Gelenkbolzen zumindest abschnittsweise einen unrunden, insbesondere mehreckigen Querschnitt besitzen und in eine gegengleich konfigurierte Aufnahme fassen und/oder mit der Gelenkstrebe verschweißt sein.
• Es ist insbesondere vorstellbar, dass diese kraftschlüssigen Verbindungen innerhalb einer ersten Reibpaarung weniger stark ist als in einer zweiten oder weiteren Reibpaarung, so dass auf diese Weise eine Federkennlinie, insbesondere eine progressive Federkennlinie einstellbar ist. Sollte es zu einer reversiblen Beanspruchung des Anpralldämpfers gekommen sein, ist es möglich, bei der Reparatur einzelne Schwenklager, insbesondere Schwenklager bildende Schraubbolzen zu lösen, den Anpralldämpfer neu auszurichten und nach Herstellervorgaben mit einem bestimmten Drehmoment anzuziehen, um auf diese Weise das gewünschte Absorptionsvermögen des Anpralldämpfers gezielt auf den jeweiligen Fahrzeugtyp einstellen zu können.
• Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, an zumindest einem Schwenklager Mittel zur gegenseitigen formschlüssigen Verriegelung aneinander gekoppelter Gelenkpartner vorzusehen, also zwischen Gelenkstreben und Knotenelementen sowie zwischen Gelenkstreben und der Lagerkonsole bzw. der Anschlagkonsole. Dies können beispielsweise Scherbolzen sein, die unter Beanspruchung abscheren. Auch mit Scherbolzen ist eine progressive, gestufte Federkennlinie einstellbar, bevor es zu einer plastischen Verformung des Anpralldämpfers kommt (Patentanspruch 2). Werden Mittel zur gegenseitigen formschlüssigen Verriegelung eingesetzt, ist es bei einer Reparatur lediglich erforderlich, diese Mittel auszutauschen, ohne den ganzen Anpralldämpfer ersetzen zu müssen.
• Als besonders vorteilhaft wird es im Rahmen der Erfindung angesehen, wenn die Lagerreibung, d.h. die Stärke der kraftschlüssigen Verbindung zwischen zwei Gelenkpartnern durch einen aktiv gesteuerten Manipulator einstellbar ist (Patentanspruch 3). Hierdurch ist es möglich, die Charakteristik einer Anprallsituation anzupassen, insbesondere in Abhängigkeit von dem Anprallobjekt, der Geschwindigkeit und dem Impuls, um eine angemessene Verzögerungskennlinie im Bereich des Anpralldämpfers zu generieren. Bei einer aktiv gesteuerten kraftschlüssigen Verbindung ist es möglich, stoßartige starke negative Beschleunigungen abzufangen, die bei bekannten Aufpralldämpfern über die Längsträger an die Fahrgastzelle übertragen werden und bei den Insassen zu starken kurzzeitigen negativen Beschleunigungen führen, die wiederum innere Verletzungen der Insassen nach sich ziehen können. Zudem würden diese starken, kurzzeitigen Beschleunigungen bei bekannten Energie absorbierenden Elementen, insbesondere Anpralldämpfern, unmittelbar zu plastischen Verformungen führen, die kostspielige Reparaturen erforderlich machen.
• Ein aktiv gesteuerter Manipulator ist mit einer Sensorik gekoppelt, z.B. einer Pre-Crashsensorik oder einer Kontaktsensorik. Es ist vorgesehen, dass diese Sensorik mit einer Steuereinheit gekoppelt ist, welche die von den Sensoren eingehenden Messdaten in Steuersignale für die Manipulatoren umsetzt. Für eine optimale Anpassung des Deformationsverhaltens eines Kraftfahrzeugs an die jeweilige Crashsituation ist der Steuereinheit eine Recheneinheit zugeordnet, welche in Abhängigkeit der von der Sensorik erfassten Daten an den zu erwartenden Impact angepasste Steuersignale zur Weiterleitung an die anzusteuernden Manipulatoren berechnet. Diese Steuersignale ergeben sich daher individuell aus den der Recheneinheit zufließenden Daten einer Pre-Crashsensorik und/oder Kontaktsensorik, wobei auch weitere Informationen beispielsweise aus einem Antiblockiersystem (ABS) oder aus elektronischen Stabilisierungsprogrammen (ESP) berücksichtigt werden können.
• Bei dieser Art der intelligenten Anpassung des Deformationsverhaltens des Anpralldämpfers spielt die der Steuereinheit zugeordnete Recheneinheit eine entscheidende Rolle. Anhand der dort implementierten Algorithmen wird bestimmt, welche Manipulatoren angesteuert werden sollen bzw. in welcher Form das Steifigkeitsverhalten an die zu erwartende Crashsituation adaptiert werden soll. Es ist beispielsweise möglich, dass besonders häufige bzw. typische Crashsituationen als Steuersignalmuster in der Recheneinheit abgelegt sind und bei einem Vergleich mit den durch die Sensorik erfassten Daten eine Zuordnung zu einem der Steuersignalmuster erfolgt. Dadurch kann ein abgestufter Deformationswiderstand innerhalb des Anpralldämpfers eingestellt werden, beispielsweise in den Kategorien ausgeprägter, mittlerer oder schwacher Deformationswiderstand.
• Im Rahmen der Erfindung ist es zudem möglich, dass nicht nur eine zuvor beschriebene Grenzwertbetrachtung der Steuersignalmuster stattfindet, sondern eine weitaus differenziertere Ansteuerung der Manipulatoren erfolgt. Zum Beispiel kann die Recheneinheit Daten von Pre-Crashsensoren und/oder Kontaktsensoren sowie einem ABS- oder ESP-System kontinuierlich auswerten, wobei möglichst in Echtzeit eine entsprechend des Auswertungsergebnisses stattfindende Ansteuerung der Manipulatoren erfolgt, so dass die kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung der Gelenkpartner kontinuierlich an die aktuelle Crashsituation angepasst ist. Zweckmäßigerweise sind Sicherheitsmechanismen vorgesehen, die bei einer z.B. durch einen Crash bedingten Fehlfunktion der Steuereinheit eine unvorhergesehene Schaltung oder Manipulatoren vermeidet. Diese Sicherheitsmechanismen können in Form eines Notfallszenarios programmtechnisch in die Recheneinheit und/oder die Steuereinheit implementiert sein oder aber in Form von Manipulatoren zugeordneten Mitteln realisiert sein, insbesondere in Form von mechanischen Mitteln, welche einzelne Gelenkpartner aus Sicherheitsgründen vollständig gegeneinander verriegeln.
• Gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 4 sind in die Schwenklager elektrisch angesteuerte Piezokeramikelemente eingebettet. Die Piezokeramikelemente stützen sich an einem Gelenkpartner ab und üben bei Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung eine Anpresskraft auf den zweiten Gelenkpartner aus, wodurch sich eine Reibpaarung ergibt, die eine kraftschlüssige Verbindung der Gelenkpartner ist. Die Ansteuerung der Piezokeramikelemente bestimmt sich nach dem gewünschten Deformationsverhalten, wobei es prinzipiell möglich ist, jedes Piezokeramikelement sowie jeden anderen geeigneten aktiv gesteuerten Manipulator einzeln anzusteuern mit dem Ziel, Verzögerungs-Peaks zu vermeiden und die Verzögerungscharakteristik möglichst zu glätten.
• Ist aufgrund der eigenen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs oder aufgrund anderer Parameter ein starker Anprall zu erwarten, ist es zweckmäßig, das maximal mögliche Absorptionsvermögen im Bereich der Anpralldämpfer einstellen zu können. Dies kann bei hinreichender Anpresskraft in den Reibpaarungen durch kraftschlüssige Verbindungen gewährleistet sein. Eine erhöhte Sicherheit können für diesen Fall jedoch formschlüssige Verbindungen der Gelenkpartner bieten. Daher ist nach den Merkmalen des Patentanspruchs 5 vorgesehen, dass ein Verriegelungskörper elektromechanisch angesteuert von einer Anfangslage in eine Verriegelungslage bringbar ist und somit zumindest ein Schwenklager, vorzugsweise aber alle Schwenklager über eine entsprechende Anzahl von Verriegelungskörpern blockiert sind. Der Verriegelungskörper kann beispielsweise ein Bolzen sein, der entweder in das Schwenklager bzw. in einen mit dem Schwenklager verbundenen Schwenkkörper eingreift oder die Gelenkpartner in anderen Oberflächenbereichen miteinander koppelt. Grundsätzlich ist die Orientierung des Verriegelungskörpers beliebig, wobei es als zweckmäßig angesehen wird, wenn sich der Verriegelungskörper parallel zur Schwenkachse der miteinander verbundenen Gelenkpartner erstreckt. Um die Gelenkpartner bei einem Anprall nicht zu überlasten, ist es möglich, den Verriegelungskörper als Scherbolzen zu konfigurieren, der bei Überschreiten eines Grenzwertes abschert. Die Lageveränderung des Verriegelungskörpers erfolgt vorzugsweise unter Einfluss einer elektrischen Spannung. Es ist denkbar, dass wenigstens ein Teil des Verriegelungskörpers aus einer Formgedächtnislegierung besteht, die unter Einfluss einer elektrischen Spannung eine geometrische Veränderung, insbesondere eine Längenänderung vollzieht. Beim Einsatz derartiger Formgedächtnislegierungen im Bereich eines Anpralldämpfers sind Schaltzeiten von weniger als 25 Millisekunden angestrebt.
• Grundsätzlich ist es möglich, jedes geeignete Stellelement mit hinreichend kurzen Stellzeiten einzusetzen, d.h. es können prinzipiell auch pneumatische oder hydraulische Manipulatoren zum Einsatz kommen, wie selbstverständlich auch Stellelemente die mit Magnetkraft arbeiten.
• Gegenstand des Patentanspruchs 6 ist, dass die Stützflächen der Knotenelemente parallel zueinander geführt sind. Die Parallelführung der Stützflächen stellt sicher, dass diese gezielt einander angenähert und zur Anlage bringbar sind. Anprallkräfte können über die gesamte Oberfläche einer Stützfläche, d.h. mit minimaler Flächenpressung in das jeweils angrenzende Bauteil, d.h. in ein weiteres Knotenelement oder in eine Anschlagkonsole, eingeleitet werden. Die Parallelführung lässt sich insbesondere durch auf jeder Längsseite eines Knotenelements parallel geführte Gelenkstangen realisieren, so dass an jedem Knotenelement vier Gelenkstreben gelagert sind, die jeweils paarweise zueinander parallel geführt sind (Patentanspruch 7). Hierdurch ergibt sich ein Zwanglauf einander benachbarter Knotenelemente, da alle beweglichen Glieder dieses Getriebes sich in ganz bestimmten Bahnen gegenüber einem Gestell, d.h. gegenüber den Knotenelementen bzw. den Anschlagplatten bewegen, sobald eines der Glieder, d.h. ein Knotenelement oder eine Gelenkstrebe in Bewegung versetzt wird.
• Zusätzlich ist nach den Merkmalen des Patentanspruchs 8 vorgesehen, dass jede Gelenkstrebe an mindestens einem Ende in formschlüssigen Eingriff mit einer weiteren Gelenkstrebe steht. Diese Konfiguration ist wichtig, wenn die kinematische Kette mehr als ein Knotenelement enthält. Dadurch ist sichergestellt, dass die Gelenkstreben insbesondere bei einem formschlüssigen Eingriff in Form einer Verzahnung eine gegenläufige Schwenkbewegung ausführen, so dass die kinematische Kette gleichmäßig zusammengeschoben wird und sich alle Knotenelemente bzw. deren Stützflächen gleichmäßig aneinander annähern. Durch die Übertragung der Schwenkbewegung auf weitere Knotenelemente ist zudem sichergestellt, dass in den weiteren Schwenklagern ebenfalls Aufprallenergie in Reibungsenergie umgewandelt werden kann, so dass auch bei Gelenkketten mit mehr als einem Koppelglied alle Schwenklager an der Umwandlung der Aufprallenergie beteiligt sind.
• Nach den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sind die Stützflächen eines Knotenelements im Winkel zueinander angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind die einzelnen Knotenelemente trapezförmig konfiguriert, wobei die Stützflächen gewissermaßen die Flanken des Trapezes bilden. Die keilförmige Gestaltung der Knotenelemente ermöglicht einen Energieabbau durch gegenseitiges Abgleiten. Die Gleitrichtung ist hierbei durch die Ausrichtung der Stützflächen bestimmt. Die Schwenkbewegung erhöht den Druck auf die Stützflächen und damit die Reibung.
• Das gegenseitige Abgleiten der Stützflächen führt zu einer plastischen Verformung des Anpralldämpfers, wobei die Steifigkeit des Anpralldämpfers nach den Merkmalen des Patentanspruchs 10 dadurch herabgesetzt ist, dass die Knotenelemente Sollbiegestellen in Form von Sicken aufweisen. Grundsätzlich ist jeder Verlauf und jede Anordnung von Sicken geeignet, die eine gezielte Verformung des Knotenelements ermöglicht. Die Sicken können in ihrem Verlauf durchgängig oder unterbrochen ausgeführt sein. Vorteilhaft sind die Sicken quer zur Anprallrichtung ausgerichtet und sind in ihrem Verlauf an die Orientierung der Längsseiten angepasst. Bei keilförmigen Knotenelementen können die Sicken fächerförmig angeordnet sein. D.h. die Längsrichtungen der Sicken schneiden sich in einem gemeinsamen Punkt, der nicht notwendigerweise innerhalb des Knotenelements liegen muss. Vorzugsweise sind die Sicken in allen zu Querseiten eines trapezförmigen Knotenelements parallel verlaufenden Querebenen im gleichen Abstand zueinander angeordnet. Insbesondere ist eine Mittelsicke vorgesehen, die entlang einer Symmetrieachse der trapezförmigen Knotenelemente verläuft.
• Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Knotenelemente im Querschnitt U-förmig konfiguriert sind und jeweils eine obere und untere Schenkelplatte aufweisen, die über einen Steg miteinander verbunden sind. Die Schenkelplatten sind parallel zueinander angeordnet und weisen an ihren Längsseiten jeweils Stützflächen auf. Entsprechend sind in den Schenkelplatten auch die zuvor genannten Sollbiegestellen angeordnet ebenso wie in den Schenkelplatten Gelenkbolzen gelagert sind, welche die Gelenkstreben durchsetzen. Während es grundsätzlich möglich ist, jeder einzelnen Schenkelplatte eine eigene Gelenkstrebe bzw. einer Parallelführung zwei Gelenkstreben je Längsseite zuzuordnen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Gelenkstreben zwischen Schenkelplatten greifen und von sich zwischen den Schenkelplatten erstreckenden Gelenkbolzen durchsetzt sind. Hierdurch ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau, insbesondere wenn auch die Gelenkstreben U-förmig konfiguriert sind, wobei die Schenkel dieses U-Profils jeweils von den Gelenkbolzen durchsetzt sind. Die Anzahl der erforderlichen Bauteile wird bei dieser Konfiguration minimiert, insbesondere ist es möglich, den Anpralldämpfer im wesentlichen aus fünf unterschiedlichen Bauteilen aufzubauen, nämlich einem Knotenelement, einer einzigen Ausführungsform einer Gelenkstrebe, der Lager- und Anschlagkonsole sowie den Gelenkbolzen. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, Gelenkstreben unterschiedlicher Querschnittskonfiguration und unterschiedlicher Länge zu verwenden, sofern dies getriebetechnisch realisierbar und technisch sinnvoll ist.
• Gegenstand des Patentanspruchs 12 sind Begrenzungslaschen, die an Längsseiten des die Schenkelplatten verbindenden Stegs vorgesehen sind. Diese Begrenzungslaschen dienen gewissermaßen als Anschlag bei maximaler Auslenkung der Gelenkstreben, so dass keine weiteren zusätzlichen Positionierhilfen erforderlich sind.
• Die Stützwände sind gemäß der Ausführungsform des Patentanspruchs 13 gegenüber einem Mittelabschnitt der Schenkelplatten abgewinkelt ausgeführt. Diese Abwinklung in Form einer Bördelkante stellt sicher, dass die einzelnen Knotenelemente eine genügend große Angriffsfläche für die Einleitung der Anprallkräfte besitzen und zudem, dass die einzelnen Stützflächen auch noch aneinander anliegen, wenn bereits eine plastische Verformung der Knotenelemente begonnen hat, d.h. nicht unerhebliche Kräfte zwischen den Stützflächen wirken.
• Die Knotenelemente ebenso wie die Gelenkstreben sind vorzugsweise aus Metallblechen gefertigt, wobei sich die Knotenelemente durch einfache Umformverfahren herstellen lassen. Insbesondere können die Gelenkbolzen in Durchzügen der Schenkelplatten gelagert sein, die gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 14 zusätzlich Manipulatoren, insbesondere piezokeramische Elemente aufnehmen können.
• Nach Patentanspruch 15 ist ein Elastomerbauteil vorgesehen, das der Annäherungsbewegung der Knotenelemente entgegenwirkt. Ein Elastomerbauteil im Sinne der Erfindung ist ein Bauteil aus einem polymeren Werkstoff mit hoher Elastizität wie z.B. Gummi. Das wenigstens eine Elastomerbauteil gewährleistet eine Mindeststeifigkeit des Anpralldämpfers in gestreckter Anordnung und ist in der Lage, die eingebrachte Energie zu speichern. Hierdurch besitzt der erfindungsgemäße Anpralldämpfer die zusätzliche Eigenschaft, sich bis zum gegenseitigen Kontakt der Stützflächen, d.h. bis zum Beginn der plastischen Verformung ausschließlich elastisch zu verhalten. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich der Anpralldämpfer in der elastischen Verformungsphase vollkommen reversibel verhält, ohne dass der Anpralldämpfer strukturelle Beschädigungen erleidet. Das Elastomerbauteil ist vorzugsweise unter leichter Vorspannung montiert, um den Anpralldämpfer in einer Ausgangsstellung zu fixieren. Bei einem Anprall wird Energie innerhalb des Elastomerbauteils durch Verformung gespeichert. Nach der Energieabsorption wird das gesamte Elastomerbauteil durch Energieabgabe wieder in seine Ausgangsposition zurückgefahren. Dieser Vorgang setzt voraus, dass die eingebrachte Energiemenge unterhalb der Energiemenge bleibt, die eine plastische Verformung der metallischen Bestandteile des Anpralldämpfers verursacht.
• Nach Anspruch 16 ist vorgesehen, dass das Elastomerbauteil zwischen den Schenkelplatten der Knotenbleche und den Gelenkstreben angeordnet ist. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um ein einziges, d.h. einstückig ausgebildetes Elastomerbauteil, das den gesamten Pralldämpfer durchsetzt und sich von der Lagerkonsole bis zu der Anschlagkonsole erstreckt. Die Integrierung des Elastomerbauteils in den von den Schenkelplatten und Gelenkstreben umschlossenen Raum hat den Vorteil, dass kein zusätzlicher Bauraum für das Elastomerbauteil außerhalb der Knotenelemente und Gelenkstreben erforderlich ist. Das Elastomerbauteil ist in seiner Längserstreckung an die Konfiguration und den Verlauf der einzelnen Knotenelemente und Gelenkstreben des Anpralldämpfers angepasst.
• Gemäß Patentanspruch 17 ist das Elastomerbauteil von den Gelenkbolzen mit Spiel durchsetzt. Hierzu können entweder randseitige Aussparungen an dem Elastomerbauteil vorgesehen sein oder auch Bohrungen, durch welche die Gelenkbolzen geführt sind. Wichtig für die plastische Verformbarkeit des Elastomerbauteils ist, dass ein hinreichender Verformungsraum zwischen den Schenkelplatten und Gelenkstreben zur Verfügung steht, so dass das Elastomerbauteil nicht bereits nach einmaliger Verformung Beschädigungen erleidet, sondern seine Funktion grundsätzlich auch nach mehrfacher elastischer Verformung beibehält. Hierzu durchsetzen die Gelenkbolzen Ausnhemungen oder Bohrungen des Elastomerbauteil mit einem Spiel, das so groß bemessen ist, dass das elastomere Material in die Ausnehmungen oder Bohrungen verpresst werden kann, wenn eine Annäherungsbewegung der Knotenelemente erfolgt. Das Spiel gewährleistet zudem eine ungehinderte Bewegung der Gelenkbolzen innerhalb des Elastomerbauteils bei geringen Anprallkräften.
• Während es grundsätzlich als vorteilhaft angesehen wird, den Anpralldämpfer reversibel auszugestalten, ist es prinzipiell auch möglich, Halteelemente vorzusehen, die nach einem Anprall ausgetauscht werden können.
• In der Ausführungsform des Patentanspruchs 18 ist vorgesehen, dass wenigstens eine Gelenkstrebe mittels eines Halteelements mit mindestens einer benachbarten Gelenkstrebe und/oder mindestens einem angrenzenden Knotenelement verbunden ist. Diese Halteelemente dienen dazu, den erfindungsgemäßen Anpralldämpfer in einer Ausgangsstellung zu fixieren für den Fall, dass die miteinander gekoppelten Gelenkpartner nicht durch gegenseitigen Formschluss oder Kraftschluss bewegungshindernd oder -hemmend miteinander verbunden sind. Die Halteelemente können aus einem Elastomer bestehen und unter Vorspannung montiert sein, so dass zum einen eine hinreichende Lagefixierung der Knotenlemente erfolgt und zum anderen Reversibilität gegeben ist. Selbstverständlich können auch Halteelemente zum Einsatz kommen, die nicht reversibel verformbar sind.
• In der Ausführungsform des Patentanspruchs 19 sind die Halteelemente z.B. Stützbleche, die sich zwischen den Enden einander benachbart angeordneter Gelenkstreben erstrecken. Die Stützbleche können lösbar oder unlösbar mit den Gelenkstreben verbunden sein, und zwar in einer Weise, dass eine gegenseitige Verlagerung der Gelenkstreben nur durch plastische Verformung der Halteelemente bzw. der Stützbleche möglich ist. Die Stützbleche sind so konfiguriert, dass bei einem Zusammenschieben des Anpralldämpfers eine definierte Verformung der Stützbleche stattfindet, ohne dabei die Kinematik des Anpralldämpfers zu beeinträchtigen.
• In der Ausführungsform des Patentanspruchs 20 ist vorgesehen, dass wenigstens ein Gelenkbolzen mit einem um dessen Gelenkachse verschwenkbaren Schwenkkörper verbunden ist, welcher mittels eines Verriegelungskörpers in einer Raststellung arretierbar ist. Die Arretierung zwischen dem Verriegelungskörper und dem Schwenkkörper erfolgt durch Formschluss. In einer ersten Ausführungsform ist es möglich, dass der Schwenkkörper eine Ausnehmung aufweist, in die der Verriegelungskörper eingreift. Der Verriegelungskörper führt hierbei vorzugsweise eine Linearbewegung in Richtung auf und im Winkel zur Gelenkachse aus. Hierzu kann der Verriegelungskörper in einer Führung gelagert sein, die an dem Knotenelement befestigt ist. Mit dem Verriegelungskörper ist ein Stellelement gekoppelt, das die lineare Stellbewegung des Verriegelungskörpers bewirkt. Die Lageveränderung des Verriegelungskörpers erfolgt vorzugsweise unter Einfluss einer elektrischen Spannung. Es ist denkbar, dass wenigstens ein Teil des Verriegelungskörpers aus einer Formgedächtnislegierung besteht, die unter Einfluss einer elektrischen Spannung eine geometrische Veränderung, insbesondere eine Längenänderung vollzieht. Grundsätzlich können auch pneumatische oder hydraulische Stellelemente zum Einsatz kommen, wie selbstverständlich auch mit Magnetkraft arbeitende Stellelemente.
• In einer zweiten Ausführungsform ist es denkbar, dass die Schwenkkörper in Aussparungen der Verriegelungskörper eingreifen, d.h. der Verriegelungskörper fungiert als Mutterstück und der Schwenkkörper als Vaterstück.
• Die Schwenklager sind vorzugsweise in einer Ausgangslage des Anpralldämpfers, d.h. in der gestreckten Anordnung mit den Verriegelungskörpern gekoppelt, d.h. sie stehen in Formschluss mit den Verriegelungskörpern. Bei einem leichten Anprall können gezielt einzelne oder aber auch alle Verriegelungskörper aus den Schwenkkörpern herausgezogen werden und dadurch die Bewegung des Anpralldämpfers freigegeben werden. Vorzugsweise sind jeweils die einander benachbarten Enden zweier Gelenkstreben mit Schwenkkörpern versehen, da für diesen Fall eine gemeinsame Führung für die ebenfalls einander benachbart angeordneten Verriegelungskörper verwendet werden kann. Da die Schwenkkörper beim Zusammenfahren des Anpralldämpfers eine gegensinnige Schwenkbewegung ausführen, können die Verriegelungskörper derart angeordnet sein, dass sich die Aussparungen der Schwenkkörper beim Verschwenken aufeinander zu bewegen und daher über die Verriegelungskörper eine Druckkraft auf die Führung ausgeübt wird, so dass selbst bei einem Lösen der Führung von dem Knotenelement ein sicherer Eingriff der Gelenkbolzen in die Schwenkkörper gegeben ist. Die Längsachsen der Verriegelungskörper stehen vorzugsweise senkrecht zu den Gelenkachsen.
• In der Ausführungsform des Patentanspruchs 21 ist der Verriegelungskörper selbst Bestandteil eines Schwenkkörpers. Bei dieser Konfiguration ist auch das zugehörige Stellelement an diesem Schwenkkörper angeordnet. Diese Konfiguration hat den Vorteil, dass das Gegenstück des Verriegelungskörpers der benachbart angeordnete Schwenkkörper sein kann, der beispielsweise eine Aussparung in Form einer Tasche aufweist, in die der Verriegelungskörper eingeführt werden kann. Bei dieser Anordnung sind keine zusätzlichen Führungen oder ähnliche Bauteile erforderlich, die an den Knotenelementen befestigt sind. Die gegenseitige Arretierung der Schwenkkörper erfolgt unmittelbar ohne Zwischenschaltung weiterer Bauteile. Hierdurch kann das Gesamtgewicht des erfindungsgemäßen Anpralldämpfers weiter reduziert werden.
• Die Erfindung hat gegenüber herkömmlichen Anordnungen von Deformationssystemen im PKW-Vorderwagen mehrere Vorteile. Zum einen ermöglicht sie eine kontrollierte, dem Aufprallgeschehen angepasste Energieabsorption und Verzögerungscharakteristik und trägt somit zur Reduzierung des Verletzungsrisikos von Insassen im Kollisionsfall bei. Des Weiteren gewährleistet der erfindungsgemäße Anpralldämpfer je nach Ausführungsform eine Reduzierung der Kosten für die Instandsetzung nach einer Kollision mit niedriger Geschwindigkeit. Ferner wird bei höheren Anprallgeschwindigkeiten ein Energieabbau durch Deformation in den Längsträgern bis zu einem gewissen Energieniveau vermieden.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
• 1 in der Draufsicht einen Anpralldämpfer für ein Kraftfahrzeug in gestreckter Anordnung;
• 2 in der Draufsicht den Anpralldämpfer der 1 in verkürzter Anordnung;
• 3 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt der 2; Figuren 4 und 5 perspektivische Darstellungen des Anpralldämpfers der 2 aus verschiedenen Blickrichtungen;
• 6 in der Draufsicht eine zweite Ausführungsform eines Anpralldämpfers in gestreckter Anordnung;
• 7 den Anpralldämpfer der 6 in perspektivischer Darstellung; Figuren 8 und 9 den Anpralldämpfer der 6 und 7 in verkürzter Anordnung;
• 10 eine perspektivische Darstellung des Anpralldämpfers der 6 und 7;
• 11 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Anpralldämpfers in gestreckter Anordnung und
• 12 den Anpralldämpfer der 11 in verkürzter Anordnung.
• 1 zeigt einen Anpralldämpfer 1, welcher zwischen einem Querträger 2 eines nicht näher dargestellten Stoßfängers und einem Längsträger 3 einer Vorderwagenstruktur eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Grundsätzlich ist vorgesehen, dass der Querträger 2 über einen weiteren nicht dargestellten Anpralldämpfer 1 mit einem weiteren Längsträger verbunden ist. Die Anpralldämpfer 1 sind jeweils im Bereich der Enden 4 des Querträgers 2 über eine dem Längsträger 3 zugewandte Lagerkonsole 5 mit dem Querträger 2 verbunden. Das dem Querträger 2 abgewandte Ende des Anpralldämpfers 1 ist über eine längsträgerseitige Anschlagkonsole 6 gelenkig mit dem Längsträger 3 verbunden.
• Der Anpralldämpfer weist in diesem Ausführungsbeispiel drei Knotenbleche 7, 8, 9 auf, die jeweils über identisch konfigurierte Gelenkstreben 10, 10' mit den benachbarten Knotenblechen 7, 8, 9 bzw. der Lagerkonsole 5 oder der Anschlagkonsole 6 verbunden sind. Die Knotenbleche 7, 8, 9 sind identisch konfiguriert, wobei das mittlere Knotenblech 8 umgekehrt angeordnet ist wie die benachbarten äußeren Knotenbleche 7. Die Knotenbleche 7, 8, 9 befinden sich in einem Abstand zueinander, der durch die Gelenkstreben 10, 10' bestimmt ist. An jedem Knotenelement 7, 8, 9 sind jeweils vier Gelenkstreben 10 in Schwenklagern gelagert, wobei je zwei Gelenkstreben 10, 10' über je eine Längsseite 12, 13 hinausragend mit weiteren Knotenelementen 7, 8, 9 bzw. der Lagerkonsole 5 oder Anschlagkonsole 6 schwenkbeweglich verbunden sind. Die paarweise angeordneten Gelenkstreben 10, 10' sind auf jeder Längsseite 12, 13 der Knotenelemente 7, 8, 9 parallel zueinander ausgerichtet, so dass sich insgesamt eine Parallelführung der Knotenelemente 7, 8, 9 gegenüber der Lagerkonsole 5 bzw. der Anschlagkonsole 6 ergibt. Wird bei einem Anprall des Kraftfahrzeugs an ein Hindernis eine Anprallkraft F über den Querträger 2 und die Lagerkonsole 5 in den Anpralldämpfer 1 eingeleitet, erfolgt ein Verschwenken der Gelenkstreben 10 um die Schwenklager 14 in der Lagerkonsole 5, so dass das dem Querträger 2 benachbarte Knotenelement 9 quer zur Fahrtrichtung in Richtung des Pfeils P1 nach außen verlagert wird. Dadurch, dass die miteinander korrespondierenden Gelenkstreben 10, 10' des ersten Knotenelements 9 an ihren einander zugewandten Enden 15, 16 formschlüssig miteinander in Eingriff stehen, wird die Schwenkbewegung der ersten Gelenkstrebe 10 in Richtung des Pfeils S1 in eine gegenläufige Schwenkbewegung der zweiten Gelenkstrebe 10' in Richtung des Pfeils S2 umgesetzt, so dass das mittlere Knotenelement 8 zur Fahrzeugmitte hin in Richtung des Pfeils P2 und damit gegenläufig zum ersten Knotenelement 9 verlagert wird. Die gleichen kinematischen Verhältnisse ergeben sich zwischen der Anschlagkonsole 6 und dem benachbarten Knotenelement 7 sowie dem daran über die Gelenkstreben 10, 10' angeschlossenen mittleren Knotenelement 8. Auf diese Weise wird der Anpralldämpfer 1 zusammengeschoben, bis sich die in 2 dargestellte Konfiguration ergibt. Es erfolgt eine parallel geführte Annäherung der Längsseiten 12, 13 der Knotenelemente 7, 8, 9 bis diese über ihre längsseitigen Stützflächen 17, 18 aneinander zur Anlage gelangen bzw. an einer Anschlagfläche 19 der Anschlagkonsole 6 bzw. einer Anschlagfläche 20 der Lagerkonsole 5 anliegen.
• 2 zeigt den Anpralldämpfer 1 wie er ohne plastische Verformung auf Block gelegt ist, d.h. dass die Anprallkraft F unmittelbar über die Stützflächen 17, 18 und Anschlagflächen 19, 20 in den Längsträger 3 eingeleitet wird. Wird eine bestimmte Anprallkraft überschritten, findet eine plastische Verformung des Anpralldämpfers 1 statt. Hierbei ist es wichtig, dass die Flächenpressung zwischen den einzelnen Stützflächen 17, 18 nicht zu groß wird und eine zuverlässige Kraftübertragung von der Lagerkonsole 5 in die Anschlagkonsole 6 möglich ist. Daher liegen die Stützflächen 17, 18 der Knotenelemente 7, 8, 9 in der Darstellung der 2 über ihre gesamte Längserstreckung vollflächig aneinander an. Wesentlich dabei ist, dass die Knotenelemente 7, 8, 9 einen Kraftübertragungsabschnitt 21 aufweisen, der keine Schwenklager 11 aufweist, sondern lediglich zur Weiterleitung der Anprallkraft F an jeweils benachbart anliegende Getriebeglieder ermöglicht. Dadurch sind die einzelnen Knotenelemente 7, 8, 9 deutlich größer als es für die Ausführung einer rein kinemati schen Kette erforderlich wäre. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Schwenklager 11 eines Knotenelements 7, 8, 9 in der Mittelachse des Knotenelements angeordnet, so dass bei der gestauchten Anordnung alle diese Schwenklager 11 auf einer gemeinsamen Achse A liegen. Diese Achse A schneidet auch die Schwenklager 14 in der Anschlagkonsole 6 bzw. der Lagerkonsole 5.
• Die weiteren Schwenklager 11 sind in gleichmäßigem Abstand von der Achse A angeordnet, wobei in der Darstellung der 2 die weiteren Schwenklager 11 der Knotenelemente 7, 9 auf der einem Kotflügel 22 zugewandten Seite des Anpralldämpfers 1 liegen, während die Schwenklager des mittleren Knotenelements 8 auf der dem Antriebsaggregat 23 zugewandten Seite liegen.
• In der Darstellung der 3 ist die Anschlagkonsole 6 und das mittlere Knotenelement 8 dargestellt sowie die zwischen dem Knotenelement 8 und der Anschlagkonsole 6 angeordneten Gelenkstreben 10, 10'. Zur besseren Verdeutlichung ist das in 1 dargestellte Knotenelement 7 nicht eingezeichnet. In 3 stehen die Enden 15, 16 der Gelenkstreben 10, 10' über eine im Detail nicht näher dargestellte Verzahnung formschlüssig in Eingriff, so dass sich eine Zwangsführung der Gelenkstreben 10, 10' ergibt. Es ist ferner zu erkennen, dass die Schwenklager 11, 14 jeweils drei gleichmäßig über den Umfang eines Gelenkbolzens 24 verteilte Piezokeramikelemente 25 aufweisen, die nachfolgend als Manipulator bezeichnet werden. Diese Manipulatoren 25 sind in Durchzügen 26 der Knotenbleche 7, 8, 9 bzw. in Durchzügen 27 der Anschlagkonsole 6 und Lagerkonsole 5 eingebettet (4). Die Piezokeramikelemente 25 bzw. Manipulatoren sind über nicht näher dargestellte elektrische Zuführungen einzeln oder in Gruppen aktiv steuerbar und dienen zur kraftschlüssigen Verriegelung jeweils miteinander gekoppelten Gelenkpartner, d.h. zur Verriegelung einer Gelenkstrebe 10, 10' mit einem angeschlossenen Knotenelement 7, 8, 9 sowie mit einer Lagerkonsole 5 und einer Anschlagkonsole 6.
• 4 zeigt, wie die Durchzüge 26 an den Knotenelementen 7, 8, 9 bzw. der Lagerkonsole 5 und der Anschlagkonsole 6 ausgebildet sind. Die Knotenelemente 7, 8, 9 sind jeweils U-förmig konfiguriert mit parallel zueinander angeordneten oberen Schenkelplatten 28 sowie unteren Schenkelplatten 29, die über einen Steg 30 miteinander verbunden sind. Die Schenkelplatten 28, 29 sind jeweils trapezförmig konfiguriert an ihrem in der Breite schmaleren Ende, d.h. an dem dem Kraftübertragungsabschnitt 21 abgewandten Ende über einen Steg 30 miteinander verbunden. Der Steg 30 steht senkrecht zu den Schenkelplatten 28, 29 und besitzt an seinen Längsseiten 31, 32 Begrenzungslaschen 33, an denen ein Quersteg 34 der Gelenkstreben 10, 10' anliegt. Die Durchzüge 26 sind an den Schenkelplatten 28, 29 nach außen weisend in einem Mittelabschnitt 35 der Schenkelplatten 28, 29 eingebracht und erstrecken sich damit in die gleiche Richtung wie an den Längsseiten 12, 13 vorgesehene, die Stützfläche 17, 18 bildende Stützwände 36.
• Der Mittelabschnitt 35 einer jeden Schenkelplatte 28, 29 weist drei in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnete Sicken 37, 38 auf, die nach innen, d.h. in Richtung der Gelenkstreben 10, 10' ausgeprägt sind. Die Sicken 37, 38 fungieren als Sollbiegestellen bei einer Krafteinleitung über die Stützflächen 17, 18 der Stützwände 36. Die mittlere Sicke 37 bildet dabei eine Symmetrieachse, die sich vom schmaleren, den Steg 30 tragenden Ende 39 in Richtung des verbreiterten Endes 40 der Schenkelplatten 28, 29 erstreckt. Die Sicken 37, 38 sind fächerförmig angeordnet, wobei die Sicken 37 Winkel halbierend zwischen der mittleren Sicke 38 und den Längsseiten 12, 13 platziert sind. Innerhalb der Längserstreckung der äußeren Sicken 37 sind die Durchzüge 26 nach außen ausgestellt.
• Zwischen den Schenkelplatten 28, 29 erstrecken sich die Gelenkbolzen 24 (5), welche Lagerschenkel 41, 42 der U-förmig konfigurierten Gelenkstreben 10, 10' in dafür vorgesehenen, jeweils endseitig eingebrachten Lageraugen durchsetzen. Die Lagerschenkel 41, 42 sind jeweils von einem sich im wesentlichen über die Höhe des Stegs 30 der Knotenelemente 7, 8, 9 erstreckenden Quersteg 34 verbunden. Sowohl die Knotenelemente 7, 8, 9 als auch die Gelenkstreben 10, 10' sind einstückig durch Umformung eines metallischen Blechbauteils hergestellt. Ebenso ist die Lagerkonsole 5 und Anschlagkonsole 6 ein Blechbauteil an dem ebenfalls jeweils nach außen bzw. oben und unten weisende Durchzüge 27 ausgebildet sind, sowie eine in gleicher Orientierung wie die Stützwand 36 der Knotenelemente 7, 8, 9 gerichtete abgewinkelte Bördelkante 43 vorgesehen sind, die jeweils die Anschlagflächen 19, 20 für die Stützflächen 17, 18 der Knotenelemente 7, 9 bilden.
• In der Darstellung der 5 wird ferner deutlich wie die Gelenkbolzen 24 die Lagerschenkel 41, 42 der Gelenkstreben 10, 10' durchsetzen und über die Lagerschenkel 41, 42 hinaus bis in die nicht näher dargestellten Durchzüge 27 der Lagerkonsole 5 greifen.
• Die Ausführungsform der 6 bis 10 unterscheidet sich von derjenigen der 1 bis 5 durch zusätzliche Komponenten, während im übrigen die bislang eingeführten Bezugszeichen weiter verwendet werden. Im Unterschied zu der vorherigen Ausführungsform sind zwischen den einander benachbarten Enden der Gelenkstreben 10, 10' jeweils Halteelemente 44 in Form von streifenförmigen Stützblechen angeordnet. Die Halteelemente 44 sind jeweils so platziert, dass sie beim Verschwenken der Gelenkstreben 10, 10' gestaucht werden. Die Halteelemente 44 sind daher jeweils wechselseitig an den Enden der Gelenkstreben 10. 10' befestigt. Aufgrund der U-förmigen Konfiguration der Gelenkstreben 10, 10' sind die Halteelemente 44 jeweils an einem Ende 15, 16 der Gelenkstreben 10, 10' an dem Quersteg 34 befestigt, vorzugsweise verschweißt, während sie an dem anderen Ende zwischen den sich gegenüberliegenden Lagerschenkeln 41, 42 befestigt sind. Die Halteelemente 44 besitzen jeweils einen gewölbten Mittelabschnitt 45, der bei einem Verschwenken der Gelenkstreben 10, 10' in Richtung des eingezeichneten Pfeils P4 verformt wird. In der zusammengefahrenen Stellung des Anpralldämpfers 2 haben die Halteelemente 44 eine im wesentlichen W-förmige Konfiguration (8).
• Ein weiterer Unterschied besteht in den mit den Gelenkbolzen 46 verbundenen Schwenkkörpern 47. Diese Schwenkkörper 47 sind zylinderförmig konfiguriert und besitzen eine Radialbohrung 48 (8 und 9), in die jeweils ein Verriegelungskörper 49 formschlüssig eingreift. Der Verriegelungskörper 49 ist linear verlagerbar in einer Führung 50 gehalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jeweils einander benachbarte Gelenkbolzen 46 mit jeweils einem Schwenkkörper 47 verbunden, wobei in der in den 6, 7 und 10 gezeigten gestreckten Anordnung die Radialbohrungen 48 die gleiche Orientierung besitzen, d.h. parallel zueinander angeordnet sind. In der Führung 50 sind zwei parallel zueinander geführte Verriegelungskörper 49 gehalten, die in diese Radialbohrungen 48 eingreifen. Die Führung 50 liegt in diesem Ausführungsbeispiel nicht flächig auf der gesickten oberen Schenkelplatte 28 des Knotenelements 7, 8, 9 auf (10), sondern ist über einzelne im Abstand zueinander verlaufende Schweißnähte mit der oberen Schenkelplatte 28 verschweißt. Das schematisch angedeutete Stellelement 51 ist dafür vorgesehen, den Verriegelungskörper 49 linear zu verschieben. Beispielsweise kann der eingezeichnete Zapfen der Kern einer Tauchspule sein, die bei Beaufschlagung mit elektrischem Strom zu einer Verlagerung des Kerns und damit des Verriegelungskörpers 49 führt.
• Ein weiterer Unterschied der Ausführungsform der 6 bis 10 gegenüber derjenigen der 1 bis 5 ist, dass die die Schwenkkörper 47 tragenden Gelenkbolzen 46 in ihrem mittleren Bereich als Vierkantprofil ausgebildet sind, welche mit den Gelenkstreben 10, 10' im Formschluss steht. Bei dieser Konfiguration kann zusätzlich eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Gelenkstreben 10, 10' und den Gelenkbolzen 46 vorgesehen sein. Grundsätzlich ist jedoch die formschlüssige Verbindung ausreichend, um das von den Gelenkstreben eingebrachte Drehmoment über die Gelenkbolzen 46 auf die Schwenkkörper 47 zu übertragen. Die übrigen nicht mit Schwenkkörpern 47 versehenen Gelenkbolzen 24 können als Rundbolzen konfiguriert sein (7).
• Aus 8 ist erkennbar, wie die Verriegelungskörper 49 in der zusammengefahrenen Anordnung des Anpralldämpfers 1 außerhalb der Radialbohrungen 48 der Schwenkkörper 47 angeordnet sind. In dieser Position liegen die Knotenelemente 7, 8, 9 an ihren Längsseiten 12, 13 aneinander an, wobei eine weitere Stauchung des Anpralldämpfers 1 durch plastische Verformung möglich ist. Die Verriegelungskörper 49 sind aufeinander zu verschwenkt worden.
• Die 10 zeigt, wie die Führungen 50 jeweils zwischen den Sicken 37, 38 die obere Schenkelplatte 28 berühren und in nicht näher dargestellter Weise mit dieser verschweißt sind. Die Führungen 50 besitzen an ihrer der Schenkelplatte 28 zugewandten Seite mehrere die Sicken 37, 38 übergreifende Aussparungen 52.
• Die Ausführungsform der 11 und 12 zeigt eine Variante eines Anpralldämpfers 53 zum einen in der gestreckten Anordnung (11) und zum anderen in der verkürzten Anordnung ohne plastische Verformung (12). Der wesentliche Unterschied gegenüber den vorhergehenden Ausführungen ist, dass ein langgestrecktes Elastomerbauteil 54 vorgesehen ist, das gewissermaßen innerhalb des Anpralldämpfers 53 verläuft. Das Elastomerbauteil 54 besteht aus einem elastischen Werkstoff wie beispielsweise Gummi und hält den Anpralldämpfer 53 in der in 11 dargestellten Ausgangsposition, wenn keine äußeren Kräfte angreifen. Das Elastomerbauteil 54 ist einstückig ausgebildet und im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig konfiguriert. In der entspannten Ausgangsposition kann das Elastomerbauteil 54 die Form eines Quaders haben. In der Darstellung der 11 ergibt sich der leicht wellenförmige Verlauf des Elastomerbauteils 54 nur dadurch, dass nicht alle Knotenelemente dargestellt sind, durch welche das Elastomerbauteil 54 in die dargestellten Position gedrückt wird. Da das Elastomerbauteil 54 grundsätzlich die langgestreckte und insbesondere auch ungekrümmte Ausgangslage anstrebt, befindet es sich durch den dargestellten wellenförmigen Verlauf unter einer Vorspannung, die dazu führt, dass die Gelenkstreben 10, 10' gegen die Begrenzungslaschen 33 des Stegs 30 des Knotenelements 9 gedrückt werden.
• Das Elastomerbauteil 54 besitzt eine Vielzahl von Bohrungen 55. Jede dieser Bohrungen 55 ist von einem Gelenkbolzen 24 mit großzügig bemessenem Spiel durchsetzt. Das heißt der Durchmesser der Bohrungen 55 ist größer als der Durchmesser der Gelenkbolzen 24. Aus 11 ist des Weiteren erkennbar, dass die einzelnen Gelenkbolzen 24 über Wellensicherungsringe 56 gesichert sind. Ein weiterer Unterschied gegenüber den vorhergehenden Ausführungsformen ist, dass die einander benachbarten Schwenkkörper 47, 57 eine gegenseitige Verriegelung ermöglichen. Im Unterschied zu dem in der 10 dargestellten Schwenkkörper 47 ist der Schwenkkörper 57 mit einem ausfahrbaren Riegel 58 und einem Stellelement 59 zum Ausfahren des Riegels 58 versehen. In der in 11 dargestellten Position des Anpralldämpfers ist der Riegel 58 ausgefahren und greift in eine Tasche 60 des korrespondierenden Schwenkkörpers 47. Sowohl der Schwenkkörper 47 als auch der den Riegel 58 tragende Schwenkkörper 57 sind verdrehfest mit den sie tragenden Gelenkbolzen verbunden. Wird bei einem Anprall mit nur sehr geringer Geschwindigkeit eine hinreichende Anpralldämpfung durch elastische Verformung des Elastomerbauteils 54 erwartet, kann die Arretierung zwischen den Schwenkkörpern 47, 57 durch Zurückziehen des Riegels 58 gelöst werden und der Anpralldämpfer 53 in die in 12 dargestellte Position geführt werden, ohne dass metallische Bauteile des Anpralldämpfers 53 plastisch verformt werden. Die gesamte Anprallenergie wird bis zur gegenseitigen Anlage der Knotenelemente durch die Verformung des Elastomerbauteils 54 aufgenommen und anschließend auch wieder abgegeben.

1

Anpralldämpfer

2

Querträger

3

Längsträger

4

Ende von 2

5

Lagerkonsole an 2

6

Anschlagkonsole an 3

7

Knotenelement

8

Knotenelement

9

Knotenelement

10

Gelenkstrebe

10'

Gelenkstrebe

11

Schwenklager

12

Längsseite von 7, 8, 9

13

Längsseite von 7, 8, 9

14

Schwenklager

15

Ende von 10

16

Ende von 10'

17

Stützfläche von 12

18

Stützfläche von 13

19

Anschlagfläche

20

Anschlagfläche

21

Kraftübertragungsabschnitt von 7, 8, 9

22

Kotflügel

23

Antriebsaggregat

24

Gelenkbolzen

25

Piezokeramikelement

26

Durchzug von 7, 8, 9

27

Durchzug von 5, 6

28

obere Schenkelplatte von 7, 8, 9

29

untere Schenkelplatte von 7, 8, 9

30

Steg von 7, 8, 9

31

Längsseite von 30

32

Längsseite von 30

33

Begrenzungslasche von 30

34

Quersteg von 10, 10'

35

Mittelabschnitt von 28, 29

36

Stützwand an 35

37

Sicke in 28, 29

38

Sicke in 28, 29

39

Ende von 28, 29

40

Ende von 28, 29

41

Lagerschenkel von 10, 10'

42

Lagerschenkel von 10, 10'

43

Halteelement zwischen 10, 10'

44

Bördelkante von 5, 6

45

Mittelabschnitt von 44

46

Gelenkbolzen

47

Schwenkkörper

48

Radialbohrung

49

Riegel

50

Führung

51

Stellelement

52

Aussparung in 50

53

Anpralldämpfer

54

Elastomerbauteil

55

Bohrung in 54

56

Wellensicherungsring

57

Schwenkkörper

58

Riegel

59

Stellelement

60

Tasche in 47

F

Anprallkraft

P1

Ausweichrichtung von 9

P2

Ausweichrichtung von 8

P3

Ausweichrichtung von 7

P4

Ausweichrichtung von 44

S1

Schwenkbewegung

S2

Schwenkbewegung

A

Achse

Claims (21)

1. Anpralldämpfer für Kraftfahrzeuge, durch welche ein Querträger (2) eines Stoßfängers jeweils im Bereich seiner Enden (4) gegenüber Längsträgern (3) anprallweich gehaltert ist, mit wenigstens einem Knotenelement (9), das über an dem Knotenelement (9) schwenkbeweglich gelagerte Gelenkstreben (10) einerseits mit einer stoßfängerseitigen Lagerkonsole (5) und andererseits über die Gelenkstreben (10') oder unter Eingliederung weiterer Knotenelemente (7, 8) und diese miteinander verbindender Gelenkstreben (10, 10') mit einer längsträgerseitigen Anschlagkonsole (6) jeweils schwenkbeweglich gelagert verbunden ist, wobei jedes Knotenelement (7, 8, 9) an seinen Längsseiten (12, 13) Stützflächen (17, 18) aufweist, die an einer Anschlagfläche (19, 20) der Anschlagkonsole (6) und/oder der Lagerkonsole (5) sowie jeweils benachbarten Stützflächen (17, 18) eines weiteren Knotenelements (7, 8, 9) zur Anlage bringbar sind.
2. Anpralldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkstreben (10, 10'), die Knotenbleche (7, 8, 9), die Lagerkonsole (5) und die Anschlagkonsole (6) über Schwenklager (11, 14) relativ beweglich miteinander verbunden sind, wobei die Lagerreibung innerhalb zumindest eines Schwenklagers (11, 14) einstellbar ist und/oder zumindest an einem Schwenklager (11, 14) Mittel zur gegenseitigen formschlüssigen Verriegelung miteinander gekoppelter Gelenkpartner (5, 6, 7, 8, 9, 10, 10') vorgesehen sind.
3. Anpralldämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerreibung von einem aktiv gesteuerten Manipulator (25) einstellbar ist.
4. Anpralldämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiv gesteuerten Manipulatoren in die Schwenklager (11, 14) eingebettete, elektrisch angesteuerte Piezokeramikelemente (25) sind.
5. Anpralldämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur gegenseitigen formschlüssigen Verriegelung ein elektromechanisch verlagerbarer Verriegelungskörper ist.
6. Anpralldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächen (17, 18) parallel zueinander geführt sind.
7. Anpralldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Knotenelement (7, 8, 9) vier Gelenkstreben (10, 10') gelagert sind, die an jeder Längsseite (12, 13) jeweils paarweise parallel geführt sind.
8. Anpralldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gelenkstrebe (10, 10') an mindestens einem ihrer Enden (15, 16) in formschlüssigen Eingriff mit einer weiteren Gelenkstrebe (10, 10') steht.
9. Anpralldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass die Stützflächen (17, 18) eines Knotenelements (7, 8, 9) im Winkel zueinander angeordnet sind.
10. Anpralldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Knotenelemente (7, 8, 9) Sollbiegestellen in Form von Sicken (37, 38) aufweisen.
11. Anpralldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet dass die Knotenelemente (7, 8, 9) im Querschnitt U-förmig konfiguriert sind, mit einer oberen Schenkelplatte (28), die über einen Steg (30) mit einer unteren Schenkelplatte (29) verbundenen ist, wobei in den Schenkelplatten (28, 29) die Gelenkstreben (10, 10') durchsetzende Gelenkbolzen (24) gelagert sind.
12. Anpralldämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (30) an einem sich in der Breite der Schenkelplatten (28, 29) verjüngenden Ende (39) vorgesehen ist und an seinen Längsseiten (31, 32) Begrenzungslaschen (33) aufweist.
13. Anpralldämpfer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächen (17, 18) an Stützwänden (36) vorgesehen sind, die gegenüber einem Mittelabschnitt (35) der Schenkelplatten (28, 29) abgewinkelt sind.
14. Anpralldämpfer nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulatoren (25) in die Gelenkbolzen (24) aufnehmenden Durchzügen (26, 27) der Schenkelplatten (28, 29) angeordnet sind.
15. Anpralldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend wenigstens ein der Annäherungsbewegung der Knotenelemente (7, 8, 9) entgegenwirkendes Elastomerbauteil (54).
16. Anpralldämpfer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerbauteil (54) zwischen den Schenkelplatten (28, 29) der Knotenbleche (7, 8, 9) und den Gelenkstreben (10, 10') angeordnet ist.
17. Anpralldämpfer nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerbauteil (54) von den Gelenkbolzen (24) mit Spiel durchsetzt ist.
18. Anpralldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Gelenkstrebe (10, 10') mittels eines Halteelements (44) mit mindestens einer benachbarten Gelenkstrebe (10, 10') und/oder mindestens einem angrenzenden Knotenelement verbunden ist.
19. Anpralldämpfer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (44) sich zwischen den Enden (15, 16) einander benachbart angeordneter Gelenkstreben (10, 10') erstreckende Stützbleche sind.
20. Anpralldämpfer nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gelenkbolzen (24) mit einem um dessen Gelenkachse verschwenkbaren Schwenkkörper (47) verdrehfest verbunden ist, welcher mittels eines Verriegelungskörpers (49) in einer Raststellung arretierbar ist.
21. Anpralldämpfer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungskörper (49) Bestandteil eines Schwenkkörpers (57) ist.