DE19711647A1 - Energieverzehrendes Element, insbesondere zum Stoßenergieabbau in Kraftfahrzeugen - Google Patents
Energieverzehrendes Element, insbesondere zum Stoßenergieabbau in KraftfahrzeugenInfo
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- B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
- B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
- B60R19/24—Arrangements for mounting bumpers on vehicles
- B60R19/26—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means
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- F16F2226/00—Manufacturing; Treatments
Description
Die Erfindung betrifft ein im Gießverfahren aus Leichtmetall
oder Legierungen davon hergestelltes, energieverzehrendes
Element, insbesondere zum Stoßenergieabbau in Kraftfahrzeugen,
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem bekannten energieverzehrenden Element dieser Art für
eine Stoßstange eines Kraftfahrzeugs (AT 394 004 B) ist der
Hohlkörper als Zylinder ausgebildet. Die Rippen umschließen
jeweils den Zylinder und verlaufen in zu der Zylinderachse
rechtwinkligen, parallelen Ebenen. Der die angeformten Rippen
tragende Bereich des Zylinders ist an jedem Ende von einem
einstückig an den Zylinder angeformten Ringflansch begrenzt.
An dem äußeren Flansch ist die Stoßstange und an dem inneren
Flansch die Kraftfahrzeugkonsole befestigt. Im
Übergangsbereich zwischen dem Konsolenflansch und dem Zylinder
ist eine umlaufende Nut oder Kerbe eingearbeitet. Bei
Überschreiten der Auslegelast bricht der mit der Nut versehene
Konsolenflansch, und die am nächsten sich befindliche Rippe
wird gegen den Flansch gedrückt und abgeschert, wonach dann
die nächstfolgende Rippe gegen den Flansch gedrückt und
abgeschert wird. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jeder
weiteren Rippe. Dadurch wird Stoßenergie abgebaut und bei
nicht zu hoher Aufprallenergie werden Schäden an der
Fahrzeugkonsole vermieden.
Ein solches energieverzehrendes Element kann bei kompakter
Bauform mit geringer axialer Länge nur relativ wenig
Stoßenergie absorbieren, so daß es nur bei kleineren
Aufprallstößen mit geringer Fahrzeuggeschwindigkeit wirksam
ist. Zum vollständigen Kompensieren größerer Energiemengen muß
das Element sehr massiv, d. h. sowohl relativ lang als auch
relativ dick, ausgeführt werden, damit genügend hohe
Scherkräfte für den Energieabbau zur Verfügung gestellt werden
können. Dies führt zu einem extrem schwergewichtigen Element.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
energieverzehrendes Element der eingangs genannten Art so zu
verbessern, daß es bezogen auf sein Einbaugewicht eine sehr
viel höhere Stoßenergie ohne Schädigung der mit ihm in
Stoßrichtung nachfolgend verbundenen Teile vollständig
abzubauen vermag.
Die Aufgabe ist bei einem energieverzehrenden Element der im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Gattung
erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des
Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße energieverzehrende Element hat den
Vorteil, daß der Energieabbau nicht durch Abscheren von
Teilen, sondern durch plastische Deformation von Hohlkörper
und Längsrippen erfolgt, die sich verwinden und/oder ein- oder
ausbauchen, und damit durch entsprechende Ausbildung des
Hohlkörpers und der Längsrippen weitgehende
Gestaltungsmöglichkeiten zur Beeinflussung der
Absorptionskennlinie des Elements bestehen. Diese
Beeinflussungsmöglichkeiten für die gezielte Energieabbau sind
wesentlich universeller als bei Energieaufnahme durch
Scherung. Außerdem werden beim Crash keine Teile vom Element
abgelöst, so daß keine Maßnahmen, z. B. Umhüllungen mit einer
Schrumpffolie, getroffen werden müssen, um das unkontrollierte
Wegfliegen solcher Losteile zu verhindern. Die Energieaufnahme
pro Gewichtseinheit ist bei der plastischen Deformation des
gesamten Hohlkörpers und der daran angeformten Längsrippen
wesentlich größer als bei der Abscherung einzelner Rippen, so
daß das Leistungsgewicht des Elements deutlich niedriger
liegt.
Als Gießverfahren zur Herstellung des energieverzehrenden
Elements mit seinem hohen Dehnungsvermögen kommen Druckguß,
Feinguß, Sandguß, Vakuumguß oder Thixoguß in Betracht, aber
auch das bekannte Scueeze-Casting (H. Kaufmann, "Neue
Entwicklungen im Squeeze-Casting von Automobil-Gußteilen",
Gießerei-Praxis Nr. 17, 1995, Seite 305-308) kann eingesetzt
werden. Als Leichtmetall werden bevorzugt Magnesium oder
Aluminium oder Legierungen davon verwendet.
Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
energieverzehrenden Elements mit vorteilhaften Weiterbildungen
und Verbesserungen der Erfindung sind in den weiteren
Patentansprüchen angegeben.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es
zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
Fig. 1 ausschnittweise eine Draufsicht eines
energieverzehrenden Elements für ein
Kraftfahrzeug,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines modifizierten
energieverzehrenden Elements.
Das in Fig. 1 in Frontansicht und in Fig. 2 im Schnitt
dargestellte energieverzehrende Element bildet ein
Verbindungsstück zwischen der Stoßstange und einem Längsträger
eines Personenkraftwagens und dient zur Fernhaltung von
Schäden vom Längsträger bei Aufprallstößen mit niedriger
Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Element ist in einem
Gießverfahren aus Leichtmetall, wie Magnesium oder Aluminium,
oder Legierungen davon hergestellt und weist einen hier
pyramidenstumpfförmig ausgebildeten Hohlkörper 10 mit einer
Mehrzahl von außen angeformten Längsrippen 11 auf, die von den
Außenseiten der Wände radial abstehen und sich über die
gesamte Länge des Hohlkörpers 10 erstrecken. Die beiden
Stirn-, Basis- oder Grundseiten des Hohlkörpers 10 besitzen
Rechteckform mit unterschiedlich großem lichten Querschnitt,
wobei an der Stirnseite mit dem größeren lichten Querschnitt
einstückig eine Befestigungsplatte 12 mit vier
Durchstecklöchern 13 zum Durchstecken von Befestigungsmitteln
angeformt ist. Auf jeder der vier Wände 101-104 des
Hohlkörpers 10 sind außen vier Längsrippen 11 angeordnet, die
sich an ihrem einen Ende an der Befestigungsplatte 12
abstützen, vorzugsweise einstückig in diese übergehen. Die
vier auf den beiden Wänden 101, 102 mit der größeren Fläche
angeordneten Längsrippen 11 verlaufen dabei parallel
zueinander, während die vier auf den beiden Wänden 103, 104 mit
der kleineren Fläche vorhandenen Längsrippen 11 zueinander
angestellt sind, wobei die beiden äußeren Längsrippen 11
parallel zu den Längskanten 105, 106 des Pyramidenstumpfs
verlaufen. Der Verlauf der Längsrippen 11 kann auch deutlich
in der perspektivischen Darstellung gemäß Fig. 3 erkannt
werden. Dieses absorbierende Element ist nur insoweit
modifiziert, als die Stirn-, Basis- oder Grundseiten des
Pyramidenstumpfs nicht rechteckig sondern quadratisch
ausgeführt sind und auf jeder Außenseite des Pyramidenstumpfs
nur jeweils drei Längsrippen 11 vorhanden sind. In Fig. 3 sind
daher gleiche Bauteile des Elements mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Deutlich ist zu sehen, daß die drei Längsrippen 11
auf den beiden größeren Außenseiten 101, 102 des
pyramidenstumpfförmigen Hohlkörpers 10 parallel zueinander
verlaufen, während von den drei Längsrippen 11 auf den beiden
kleineren Außenseiten 103 und 104 des pyramidenstumpfförmigen
Hohlkörpers 10 jeweils die beiden äußeren Längsrippen 11
parallel zu den beiden die Außenseiten 103 bzw. 104
begrenzenden Längskanten 105 und 106 des Pyramidenstumpfs
verlaufen. Durch die Herstellung aus Leichtmetall mittels
Gießverfahren weist das energieverzehrende Element aus
Hohlkörper 10 und Längsrippen 11 ein hohes Dehnungsvermögen
auf, so daß bei Einleiten eines Stoßes in die Stirnseite des
Hohlkörpers 10 mit dem kleineren lichten Querschnitt unter
Abbau der Stoßenergie eine plastische Deformation von
Hohlkörper 10 und Längsrippen 11 einsetzt, die zu einer
Verwindung der Längsrippen 11 und einer Verwindung oder Ein-
oder Ausbauchung des Hohlkörpers 10 führt.
Zur Erhöhung des Energieabsorptionsvermögens sind in den
pyramidenstumpfförmigen Hohlkörper 10 noch zwei
Versteifungsstege 14, 15 eingesetzt, die sich im Innern des
Hohlkörpers 10 in dessen Längsrichtung erstrecken und an zwei
einander gegenüberliegenden Wänden des Pyramidenstumpfs sich
abstützen, vorzugsweise mit dem Pyramidenstumpf einstückig
sind. Bevorzugt werden dabei die einander gegenüberliegenden
Wände 101 und 102 mit den größeren Wandflächen benutzt. Die
beiden Versteifungsstege 14, 15 sind unter einem spitzen Winkel
zur Achse des Hohlkörpers 10 so angestellt, daß ihr
gegenseitiger Abstand von der querschnittskleineren Stirnseite
des pyramidenstumpfförmigen Hohlkörpers 10 zur
querschnittsgrößeren Basisfläche hin abnimmt, wie dies in
Fig. 2 illustriert ist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann der Hohlkörper auch
kegelstumpfförmig ausgebildet werden, wobei sich dann die
Längsrippen in Radialebene längs des Kegelstumpfes erstrecken
und sich wiederum endseitig an der Befestigungsplatte
abstützen. Die Zahl der Längsrippen kann je nach gewünschtem
Deformationsverhalten stark variiert werden. Die Wände des
pyramidenstumpf- oder kegelstumpfförmigen Hohlkörpers können
auch weitgehend ausgespart werden, so daß eine Art
Rippenkonstruktion entsteht. Der lichte Querschnitt des
Hohlkörpers muß auch nicht von der einen zur anderen
Stirnseite hin stetig zunehmen, vielmehr sind auch definierte,
sprunghafte Änderungen möglich, um das Deformationsverhalten
des Hohlkörpers gezielt zu beeinflussen. Tendenziell sollte
aber der lichte Querschnitt von der in Stoßrichtung vorderen
Stirnseite des Hohlkörpers zu der in Stoßrichtung weiter
zurückliegenden anderen Stirnseite des Hohlkörpers zunehmen.
Claims (9)
1. Im Gießverfahren aus Leichtmetall oder aus Legierungen
davon hergestelltes, energieverzehrendes Element, insbesondere
zum Stoßenergieabbau in Kraftfahrzeugen, mit einem Hohlkörper
und außen am Hohlkörper angeformten, radial abstehenden
Rippen,
gekennzeichnet durch
ein hohes Dehnungsvermögen des Gusses für eine plastische
Deformation von Hohlkörper (10) und Rippen (11) und dadurch,
daß die in Einbaulage sich etwa quer zur Stoßrichtung
erstreckenden beiden Stirnseiten des Hohlkörpers (10)
unterschiedlich große Querschnitte aufweisen und die Rippen
(11) in Längsrichtung des Hohlkörpers (10) verlaufen.
2. Element nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stirnseite des Hohlkörpers (10) mit dem kleineren
lichten Querschnitt der Stoßrichtung zugekehrt ist.
3. Element nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der lichte Querschnitt des Hohlkörpers (10) von der einen
zur anderen Stirnseite hin im wesentlichen stetig zunimmt.
4. Element nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnete,
daß der Hohlkörper (10) pyramidenstumpfförmig ausgebildet ist
und die Längsrippen (11) parallel zueinander und/oder zu den
Längskanten (105, 106) des Pyramidenstumpfs verlaufen.
5. Element nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnete,
daß im Hohlkörper (10) Versteifungsstege (14, 15) angeordnet
sind, die sich in Längsrichtung des Hohlkörpers (10)
erstrecken und an zwei einander gegenüberliegenden Wänden
(101, 102) des Hohlkörpers (10) abstützen, vorzugsweise mit den
Wänden (101, 102) einstückig sind.
6. Element nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnete,
daß die Versteifungsstege (14, 15) unter einem spitzen Winkel
zur Längsachse des Hohlkörpers (10) so angestellt sind, daß
ihr gegenseitiger Abstand von der querschnittskleineren
Stirnseite des Hohlkörpers (10) hin zur querschnittsgrößeren
Stirnseite des Hohlkörpers (10) abnimmt.
7. Element nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnete,
daß der Hohlkörper (10) kegelstumpfförmig ausgebildet ist und
die Längsrippen (11) in Radialebenen verlaufen.
8. Element nach einem der Ansprüche 1-7,
dadurch gekennzeichnete,
daß der Hohlkörper (10) auf mindestens einer Stirnseite mit
einer über die Stirnseite randseitig überstehenden
Befestigungsplatte (12) abgeschlossen ist und daß die
Befestigungsplatte (12) mit Befestigungsmitteln
(Durchstecklöcher 13) versehen ist.
9. Element nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsrippen (11) sich endseitig an der
Befestigungsplatte (12) abstützen.
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