DE19610282A1 - Kniefängeranordnung als Sicherheitseinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kniefängeranordnung als Sicherheitseinrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine gattungsgemäße bekannte Kniefängeranordnung als Sicherheitsein­ richtung (DE 42 43 791 A1) besteht aus einer Kniefängerschale, die als in sich steifes Unterteil einer Instrumententafel im Bereich zwischen einer Türverkleidung und einer Mittelkonsole in Kniehöhe eines Insassen ange­ bracht ist. Die Kniefängerschale ist mit wenigstens einer Schwenkverbin­ dung in ihrem unteren Bereich mit der Karosserie verbunden. Dadurch ist die Kniefängerschale über einer bestimmten Knieaufprallkraft in Fahrtrich­ tung nach vorne verschwenkbar. Im Schwenkbereich ist wenigstens ein Deformationselement zwischen der Karosserie und der Kniefängerschale angeordnet.

Bei einem Frontal- oder Offsetcrash eines Fahrzeugs prallt ein Insasse mit den Knien auf die Kniefängerschale. In Folge dieser Krafteinleitung schwenkt die Kniefängerschale unabhängig von der Instrumententafel un­ ter Verformung der angebrachten Deformationselemente nach vorne, wobei Bewegungsenergie in diese Deformationelemente eingeleitet und abgebaut wird.

In der unbelasteten Ausgangsstellung ist die Lage der Kniefängerschale im unteren Bereich durch die Schwenkverbindung festgelegt. Die Lage des oberen Bereichs ist durch das wenigstens eine Deformationselement be­ stimmt, das mit der Karosserie und der Kniefängerschale fest verbunden ist. Dabei ist eine genau ausgerichtete Position zur Realisierung eines gleichmäßigen Spaltbildes der Außenhaut der Kniefängerschale zur In­ strumententafel erforderlich, was einen merklichen Justieraufwand bei der Montage erfordert.

Bei einer weiteren ähnlichen Anordnung einer verschwenkbaren Kniefän­ gerschale (JP 2-18 25 53 A) ist die genaue Lage zur Instrumententafel durch eine Hebelanordnung zwischen Karosserie und Kniefängerschale mit nachgeschalteten Deformationselementen bestimmt. Auch hier sind zur Realisierung der Hebeleinstellung in Verbindung mit einem gleichmäßigen Spaltbild wesentliche Justierarbeiten erforderlich.

Als Deformationselemente für eine feste Verbindung zwischen dem oberen Bereich einer verschwenkbaren Kniefängerschale und einem Karosserie­ querträger ist ein S-förmiges Trägerteil bekannt (JP 3-10 91 47 A). Bei einem Knieaufprall wird zum Abbau der Bewegungsenergie die S-Form ge­ staucht und verengt. Über dieses S-förmige Trägerteil ist keine unmittel­ bare Verbindung zur Instrumententafel hergestellt. Zudem darf dieses S- förmige Trägerteil als Deformationselement bei einem Knieaufprall nicht brechen oder abreißen. Der vorbeschriebene Justieraufwand zur Realisie­ rung eines gleichmäßigen Spaltbildes zwischen Kniefängerschale und In­ strumententafel ist auch hier erforderlich.

Es ist auch bekannt, eine Kniefängerschale an der Oberkante über Klam­ mern mit der Unterkante der Instrumententafel fest zu verbinden (JP 63-82 85 2 A). Dabei handelt es sich aber um eine Anordnung, bei der die Kniefängerschale bei einem Knieaufprall nicht verschwenkbar ist, son­ dern selbst als Deformationselement verformbar ist. Dadurch ist es erfor­ derlich, daß die Verbindung zwischen Kniefängerschale und Instrumenten­ tafel bei einem Knieaufprall zur Abstützung der deformierbaren Kniefän­ gerschale nicht abreißen darf. Die Halteklammern sind somit entsprechend stabil auszuführen.

Aufgabe der Erfindung ist es dem gegenüber, eine gattungsgemäße Knie­ fängeranordnung so weiterzubilden, daß bei unverminderter Sicherheits­ funktion eine dauerfeste Fixierung der Kniefängerschale in ihrer Ausgangs­ stellung gegenüber der Instrumententafel ohne zusätzlichen Justierauf­ wand möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 sind wenigstens ein einteiliger Haltewinkel, bevorzugt mehrere beabstandete Haltewinkel zwischen dem oberen Bereich der Knie­ fängerschale und dem angrenzenden unteren Bereich der Instrumententa­ fel angebracht.

Ein Haltewinkel weist zwei Befestigungslaschen auf, von denen eine erste untere Befestigungslasche mit dem oberen Bereich der Kniefängerschale und eine zweite obere Befestigungslasche mit dem unteren Bereich der In­ strumententafel verbunden ist.

Diese Befestigungslaschen sind über ein Mittelteil zu einer insgesamt etwa Z-förmigen Anordnung verbunden. Am Übergang der Befestigungslaschen zum Mittelteil sind Kerbstellen als Materialverdünnungen und als Soll­ bruchstellen angebracht.

Bei einer Verschwenkung der Kniefängerschale durch einen Knieaufprall wird die Z-Form verändert und ein Biegemoment in den Kerbstellen er­ zeugt. Bevorzugt erfolgt die Anordnung so, daß die Z-Form bei einem Knie­ aufprall gestreckt wird. Dabei bricht der Haltewinkel an wenigstens einer Kerbstelle bei Überschreitung einer bestimmten Biegebeanspruchung.

Durch die direkte Verbindung zwischen der Oberseite der Kniefängerschale mit der Unterseite der Instrumententafel über Haltewinkel ist eine einfache Montage möglich, wobei aufwendige Justierarbeiten nicht anfallen. Durch entsprechende Dimensionierung kann die Bruchkraft der Haltewinkel ein­ gestellt und vorbestimmt werden, so daß die Kniefängerschale bei einem Knieaufprall bei definierten Gegebenheiten für eine Verschwenkung freige­ geben wird. Diese Bruchkraft kann einfach durch Variation der geometri­ schen Parameter, insbesondere der Länge des Mittelteils als Hebelteil und der Gestaltung der Kerbstellen sowie durch Wahl entsprechender Werk­ stoffe eingestellt werden. Die Möglichkeit einer Feinabstimmung besteht durch Variation der Haltewinkelbreite unter Beibehaltung der Profilgestalt.

Durch die Z-förmige Gestalt des Haltewinkels in Verbindung mit den Kerb­ stellen und einem nicht sprödem Material treten beim Bruch keine Kraft­ spitzen auf.

Der Aufbau und die Herstellung der Haltewinkel sind einfach und preis­ wert.

Die vorstehenden Vorteile sind mit anderen möglichen und bekannten Ver­ bindungstechniken nicht erreichbar. Insbesondere treten diese Vorteile nicht bei Klemm- und Rastlösungen sowie bei brechenden Haltern, die zugbeansprucht bzw. aus Kunststoff gefertigt sind, auf.

Eine besonders günstige Herstellmöglichkeit wird mit den Merkmalen des Anspruchs 2 angegeben, wonach in einem Strangpreßverfahren ein Halte­ winkelprofil hergestellt wird, von dem die einzelnen Haltewinkel abge­ trennt werden.

Nach Anspruch 3 sind die Befestigungslaschen mit der Kniefängerschale und der Instrumententafel für eine einfache Montage verschraubt. Die kon­ krete Winkellage der Befestigungslaschen zueinander in der grundsätzli­ chen Z-Form ist durch die vorhandenen Befestigungsflächen an der Knie­ fängerschale und der Instrumententafel bestimmt. Zweckmäßig werden die Befestigungslaschen an den Innenseiten der Kniefängerschale und der In­ strumententafel verschraubt, damit sie vom Fahrgastraum her nicht sicht­ bar sind.

Die Lösung der festen Verbindung zwischen Kniefängerschale und Instru­ mententafel soll bei der Einleitung einer bestimmten, reproduzierbaren Knieaufprallkraft bei möglichst großer Unabhängigkeit von unterschiedli­ chen äußeren Bedingungen, wie Temperatur, Luftfeuchte, Vorhandensein anderer Medien mit Einfluß auf Reibwerte und Alterung erfolgen. Zudem soll die Auflösung der Verbindung ohne Kraftspitzen, wie sie etwa beim Zerreißen von spröden Werkstoffen auftreten, erfolgen.

Dies wird bevorzugt beim Einsatz von Materialien für die Haltewinkel er­ reicht, die zwar geringe plastische Verformungen zulassen, aber eine be­ grenzte Bruchdehnung im gesamten Temperaturbereich des Fahrzeugein­ satzes besitzen. Das Brechen des Halters erfolgt somit im Bereich der Kerb­ stellen in Folge einer Biegebeanspruchung und der daraus resultierenden plastischen Deformation bis über die Grenze der Bruchdehnung hinaus. Die Dimensionierung der Haltewinkel, insbesondere der Kerbformen wird so gewählt, daß die Belastungen im normalen Fahrbetrieb nicht zu einem vorzeitigen Bruch der Haltewinkel führen. Als Material zur Herstellung der Haltewinkel sind nach den Ansprüchen 4 und 5 besonders Aluminium oder Magnesium geeignet.

Geeignete Verhältnisse ergeben sich nach Anspruch 6 bei gleicher Länge der Befestigungslaschen und des Mittelteils. Die Kerbstellen werden zweckmäßig als in Profilrichtung verlaufende Einkerbungen an den Innen­ seiten der Z-Winkel gebildet.

Da der obere Bereich der Kniefängerschale durch die Haltewinkel fixiert und in seiner Stellung gegenüber der Unterkante der Instrumententafel festgelegt ist, soll gemäß Anspruch 7 keine unmittelbare Verbindung zu einem dahinterliegenden separaten Deformationselement hergestellt sein. Deformationselemente können daher mit großen Toleranzen hergestellt und mit großen Toleranzen gegenüber der Kniefängerschale montiert wer­ den. Die Deformationselemente werden bei einem Knieaufprall erst durch eine Anlageverbindung beim Verschwenken der Kniefängerschale belastet.

Damit eine solche Anlageverbindung nicht durch Querkräfte aufgelöst wird, sind gemäß Anspruch 8 vorteilhaft Eingriffelemente vorgesehen, die bei einer Anlageverbindung ineinander eingreifen. Dies kann beispielsweise ein Vorsprung an einem Deformationselement sein, der bei einer Anlage­ verbindung in eine zugeordnete, entsprechend geformte Vertiefung an der Innenseite der Kniefängerschale eingreift.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nä­ her erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Kniefängeranordnung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Haltewinkels,

Fig. 3-5 jeweils eine schematische Schnittdarstellung einer Kniefängeran­ ordnung bei einem Knieaufprall bis zum Bruch des Haltewinkels.

In Fig. 1 ist eine Kniefängeranordnung 1 dargestellt mit einer Kniefänger­ schale 2, die sich als in sich steifes separates Unterteil einer Instrumenten­ tafel 3 zwischen einer (nicht dargestellten) Türverkleidung und einer Mit­ telkonsole 4 in Kniehöhe eines Fahrzeuginsassen angebracht ist.

Die Kniefängerschale 2 ist an beidseitigen Schwenklagern 5, 6 am unteren Bereich an der Karosserie gehalten und in Fahrtrichtung über einer be­ stimmten Knieaufprallkraft (dargestellt mit Pfeilen 7, 8) in Fahrtrichtung verschwenkbar.

Der obere Bereich 9 der Kniefängerschale 2 ist über (strichliert angedeu­ tete) Haltewinkel 10, 11 mit dem unteren Bereich 12 der Instrumententafel 3 verbunden, wie dies genauer aus den Fig. 3 bis 5 hervorgeht.

Im Schwenkbereich der Kniefängerschale 2 sind zwei separate Deforma­ tionselemente 13, 14 fest an der Karosserie abgestützt. Die Deformations­ elemente 13, 14 haben in der dargestellten Ausgangsstellung keine direkte Verbindung (Spalt 15) mit dem oberen Bereich der Kniefängerschale 2. Die Kniefängerschale 2 weist eine Vertiefung 16 an der Innenseite in Schwen­ krichtung auf, in die jeweils eine Stütze 17 jedes Deformationselements 13, 14 bei einem Verschwenken zu einer Anlageverbindung eingreift.

In Fig. 2 ist der eine Haltewinkel 10 vergrößert dargestellt mit zwei Befesti­ gungslaschen 18, 19, mit Bohrungen 20, 21 und einem Mittelteil 22. Die Befestigungslaschen 18, 19 und das Mittelteil 22 bilden im wesentlichen ein Z-förmiges Profil, wobei die konkrete Winkellage der Befestigungslaschen 18, 19 zueinander durch die Befestigungsflächen an der Kniefänger­ schale 2 und der Instrumententafel 3 vorgegeben ist. In den Z-Winkeln, am Übergang der Befestigungslaschen 18 bzw. 19 zum Mittelteil 20 sind längsverlaufende Kerbstellen 23, 24 als Sollbruchstellen in das Profil einge­ formt.

Der Haltewinkel 10 ist durch Abtrennung von einem entsprechenden lan­ gen Strangpreßprofil und anschließender Anbringung der Bohrungen her­ gestellt. Er besteht entweder aus Aluminium oder aus Magnesium.

Fig. 3 stellt einen Längsschnitt durch die Kniefängeranordnung 1 dar mit der Kniefängerschale 2, der Instrumententafel 3, dem Schwenklager 5 und dem Haltewinkel 10. Der Haltewinkel 10 ist mit der Befestigungslasche 19 durch eine Verschraubung 25 mit dem oberen Bereich 9 der Kniefänger­ schale 2 und über die Befestigungslasche 18 und Verschraubung 26 mit dem unteren Bereich 12 der Instrumententafel 3 jeweils von der Innenseite her verbunden. Dadurch ist ein durchgehendes, gleichmäßiges Spaltbild 27 zwischen der Kniefängerschale 2 und der Instrumententafel 3 hergestellt.

Die Funktion der dargestellten Kniefängeranordnung 1 wird anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert:
In Fig. 3 ist die Ausgangsstellung dargestellt. Bei einem Knieaufprall (Belastungspfeil 7) im oberen Bereich 9 der Kniefängerschale 2 wird diese in Fahrtrichtung verschwenkt (Pfeil 28). Dabei wird die etwa Z-förmige Form des Haltewinkels 10 durch eine Biegebeanspruchung in den beiden Kerbstellen 23, 24 gestreckt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, bei einer wei­ teren Biegebeanspruchung über die Grenze der Bruchdehnung hinaus bricht der Haltewinkel 10 an den Kerbstellen 23, 24, wie dies in Fig. 5 dar­ gestellt ist. Damit ist die Verbindung über den Haltewinkel 10 zwischen der Kniefängerschale 2 und der Instrumententafel 3 gelöst. Die Kniefängerschale 2 schwenkt nach vorne zur Anlage der Vertiefung 16 an der Stütze 17 der jeweiligen Deformationselemente 13, 14, die dann Bewegungsener­ gie in Verformungsenergie umwandeln und die Bewegung des belasteten Kniefängers abbremsen.

Claims (8)

1. Kniefängeranordnung als Sicherheitseinrichtung für ein Kraftfahrzeug,
mit einer Kniefängerschale (2), die als in sich steifes Unterteil einer In­ strumententafel (3) im Bereich zwischen einer Türverkleidung und einer Mittelkonsole (4) in Kniehöhe eines Insassen angebracht ist,
mit wenigstens einer Schwenkverbindung (5, 6) zwischen einer Karos­ serie und dem unteren Bereich der Kniefängerschale (2) durch die die Kniefängerschale (2) über einer bestimmten Knieaufprallkraft in Fahrt­ richtung verschwenkbar ist,
mit wenigstens einem Deformationselement (13, 14) zwischen der Ka­ rosserie und der Kniefängerschale (2) in deren Schwenkbereich, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein einteiliger Haltewinkel (10) zwischen dem oberen Bereich (9) der Kniefängerschale (2) und dem angrenzenden unteren Bereich der Instrumententafel (3) angebracht ist,
daß der Haltewinkel (10) zwei Befestigungslaschen (18, 19) aufweist, von denen eine erste untere Befestigungslasche (19) mit dem oberen Bereich (9) der Kniefängerschale (2) und eine zweite obere Befesti­ gungslasche (18) mit dem unteren Bereich (12) der Instrumententafel (3) verbunden ist,
daß diese Befestigungslaschen (18, 19) über ein Mittelteil (22) in einer insgesamt etwa Z-förmigen Anordnung verbunden sind, mit Kerbstel­ len (23, 24) als Materialverdünnungen und als Sollbruchstellen am Übergang der Befestigungslaschen (18, 19) zum Mittelteil (22), so daß bei einer Verschwenkung der Kniefängerschale (2) durch einen Knie­ aufprall die Befestigungslaschen (18, 19) so zueinander verschoben werden, daß die Z-Form verändert wird und ein Biegemoment in den Kerbstellen erzeugt wird, wobei der Haltewinkel (10) über einer be­ stimmten Biegebeanspruchung an wenigstens einer Kerbstelle (23, 24) bricht und die Verbindung zwischen Kniefängerschale (2) und Instru­ mententafel (3) freigegeben wird.

2. Kniefängeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltewinkel (10) aus einem Strangprofil durch Abtrennen von Pro­ fillängsteilen und Einbringen von Befestigungsbohrungen (20, 21) her­ gestellt ist.

3. Kniefängeranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Befestigungslaschen (18, 19) mit der Kniefänger­ schale (2) und der Instrumententafel (3) verschraubt (25, 26) sind.

4. Kniefängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Haltewinkel (10) aus Aluminium hergestellt ist.

5. Kniefängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Haltewinkel (10) aus Magnesium hergestellt ist.

6. Kniefängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Befestigungslaschen (18, 19) und das Mittelteil (22) etwa gleich lang sind.

7. Kniefängeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das wenigstens eine Deformationselement (13, 14) in der Ausgangsstellung ohne direkte Verbindung in einem oberen Schwenkbereich mit einem geringen Abstand (Spalt 15) hinter der Kniefängerschale (2) angeordnet ist.

8. Kniefängeranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Deformationselement (13, 14) und an der Kniefängerschale (2) Ein­ griffelemente (16, 17) vorgesehen sind, die bei einer Anlageverbindung ineinander eingreifen.