DE19711647C2 - Energieverzehrendes Element, insbesondere zum Stoßenergieabbau in Kraftfahrzeugen - Google Patents

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.

Es ist bereits ein Energieabsorptionskörper zur Verbindung eines Stoßfängerträgers und eines Längsträgers an einer Fahrzeugkarosserie vorgestellt worden (EP 0 793 035 A1), der ein Hohlkörper ist, dessen pyramidenstumpfartige Form durch eine Innenhochdruckumformung eines Halbzeugs hergestellt ist. Der Hohlkörper hat einen ersten Anschlußquerschnitt für den Längsträger und einen kleineren zweiten Anschlußquerschnitt für den Stoßfänger sowie einen Übergangsabschnitt zwischen den beiden Anschlußquerschnitten, der mit zwei diametralen ausgewölbten Sicken versehen ist. Aufgrund der angewandten Innenhochdruckumformung können auf eine einfache Art relativ große Variationen in der Wandstärke durchgeführt werden und somit ein bestimmtes Kraftniveau und ein vorbestimmtes Beul- oder Knickverhalten eingestellt werden.

Ein durch plastische Verformung stoßabsorbierender hohler Körper (DE 27 57 421 B2) weist die Gestalt eines vielflächigen (z. B. vierflächigen) Kegelstumpfs auf, der durch Umformung einer einfachen Platte und Verschweißen der aneinanderstoßenden Längskanten der Platte hergestellt ist. In jeder Seitenwand des vielflächigen Kegelstumpfs sind voneinander beabstandete Ausschnitte untereinander eingebracht, und die zwischen den Ausschnitten liegenden Plattenbereiche sind unter einem bestimmten Winkel in Bezug auf die Ebene der Seitenwand abgebogen, so daß die oberen und unteren Kanten der Plattenbereiche nach innen bzw. nach außen abstehen. Die im wesentlichen in Längsrichtung des Körpers wirkende Stoßenergie wird im wesentlichen durch Verformung und durch teilweisen Bruch des Körpers absorbiert. Wirkt die Stoßkraft unter einem spitzen Winkel in Bezug auf die Längsachse des Körpers ein, so wirken die sich aufeinanderlegenden Plattenbereiche als Formänderungsführung und verhindern die Neigung des Körpers zum Ab- oder Ausbiegen.

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 durch die Merkmale 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 Squeeze-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 gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, 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, und mit den Wänden (101, 102) einstückig sind.

6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (10) kegelstumpfförmig ausgebildet ist und die Längsrippen (11) in Radialebenen verlaufen.

8. Element nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, 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.