DE19721608C2 - Energieabsorbierendes Element - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein unter Verwendung von Metallschaum, insbesondere Aluminiumschaum, hergestelltes, energieabsorbierendes Element für den Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten energieabsorbierenden Element (DE 195 02 307 A1), das bei einem einfachen Aufbau ein hohes Energieabsorptionsvermögen aufweist und schnell montier- und austauschbar ist, nimmt ein als Aluminiumstrangpreßprofil oder Aluminiumblechformteil ausgebildetes Gehäuse eine Füllung aus Aluminiumschaum auf. Die Aluminiumschaumfüllung dient als Energieabsorber, dessen Absorptionsverhalten noch zusätzlich durch die Unterteilung des Gehäuses in Kammern eingestellt werden kann. Eine Steuerung der Verformung des Deformationselements wird dadurch erreicht, dass die Konfiguration des Gehäuses der gewünschten Verformung angepaßt wird, z. B. durch Variation der Wanddicke des Gehäuses oder durch Ausbildung als Faltenbalg.

Ein bekanntes energieabsorbierendes Element zum Abbau der Stoßenergie bei einer Fahrzeugkollision (JP 0 727 713 A) ist aus einer Mehrzahl hintereinander in Stoßrichtung angeordneter Kernblöcke zusammengesetzt, die aus einem Leichtmetallschaumkörper geformt sind und die Stoßenergie durch Kollabieren bis zu einer gewünschten Deformationsdruckgröße absorbieren. Die Kernblöcke sind in Länge und Breite so dimensioniert, dass sie beim Zusammendrücken nicht seitlich ausknicken oder auswölben.

Bei einem bekannten Stoßverzehrkörper für Kraftfahrzeuge, der zwischen Stoßstange und Trägersystem angeordnet ist, (AT 394 004 B) ist zur Erzielung eines über den Verformungsweg konstanten Verformungswiderstands ein zylindrischer, in Stoßrichtung liegender Grundkörper in einem Bereich mit radial umlaufenden Rippen versehen, wobei dieser Bereich an einem Ende durch das Stoßstangenlager und am anderen Ende durch einen vom Grundkörper radial abstehenden Ringflansch begrenzt ist. Beim Überschreiten der Auslegelast des Stoßverzehrkörpers bricht der mit einer Nut versehene Flansch im Übergangsbereich zum Grundkörper, und die am nächsten befindliche Rippe wird gegen den Flansch gedrückt und ebenfalls abgeschert. Der Vorgang wiederholt sich bei jeder weiteren darüber befindlichen Rippe. Der vom Grundkörper wegstehende Ringflansch dient gleichzeitig zur Festlegung des Stoßverzehrkörpers an dem Trägersystem, während für die Befestigung am Stoßstangenlager ein weiterer Befestigungsflansch am Grundkörper einstückig angeformt ist.

Ein bekannter Aufpralldämpfer aus Aluminiumlegierung, der zwischen einem als Hohlprofil ausgebildeten Querträger einer Stoßstange und einem Längsträger der Bodenbaugruppe des Kraftfahrzeugs angeordnet ist (DE 195 33 366 A1) weist eine die Eigenschaften des Aufpralldämpfers beim Aufprall bestimmende Kammer mit zwei diagonalen Versteifungsrippen, eine der Befestigung des Aufpralldämpfers an dem Querträger dienende U-förmige Kammer sowie einen an der von der U- förmigen Kammer abgekehrten Stirnseite angeordneten Flansch zur Befestigung am Längssträger auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energieabsorbierendes Element der eingangs genannten Art mit verbesserten Absorptionseigenschaften zu schaffen, bei dem das gewünschte Absorptionsverhalten durch einfache Maßnahmen gezielt beeinflußt werden kann.

Die Aufgabe ist bei einem energieabsorbierenden Element der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße energieabsorbierende Element hat den Vorteil, dass durch die pulvermetallurgische Herstellung der unmittelbaren Struktur des Formkörpers das Energieabsorptionsverhalten des Elements sehr gezielt und sehr genau beeinflußt werden kann. Diese Struktur kann dem speziellen Einsatzfall, z. B. durch ein bestimmtes Voll- oder Hohlprofil- oder eine Fachwerkkonstruktion mit längs-, quer- oder diagonalverlaufenden Rippen sehr genau angepaßt werden. Die Oberfläche des Formkörpers wird dabei im Schäumungsprozeß bereits geschlossenporig angeliefert. Im Gegensatz zu dem bekannten energieabsorbierenden Element mit Formschaumfüllung wird das Absorptionsverhalten des erfindungsgemäßen Elements nicht nur durch die Dichte des Metallschaums, sondern auch durch die Struktur des Metallschaum-Formkörpers eingestellt. Der Fertigungsaufwand ist relativ gering, da der Formkörper im Herstellungsprozeß bereits endgefertigt wird. Das energieabsorbierende Element ist leicht zu montieren und kann damit nach Defekt schnell und kostengünstig ausgetauscht werden.

Zweckmäßige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen energieabsorbierenden Elements mit vorteilhaften Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Anbindungselemente zur Befestigung in der Fahrzeugstruktur einstückig an den Formkörper angeschäumt, was gleichzeitig im Herstellungsprozeß des Formkörpers erfolgt. Die Oberfläche des kompletten, mit den Anbindungselementen versehenen Formkörpers wird dabei bereits geschlossenporig erhalten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der aufgeschäumte Formkörper noch mit einer zusätzlichen Ummantelung versehen. Diese Ummantelung kann dabei als Blechumkleidung oder als Profil ausgeführt werden. Durch Wahl der Dicke der Ummantelung kann das Energieaufnahmepotential des Elements zusäztlich beeinflußt werden.

Wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Ummantelung aus dem gleichen Metall, insbesondere Aluminium, hergestellt, ist das Recycling ohne Trennung von Formkörper und Ummantelung kostensparend möglich.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 bis 10 jeweils eine perspektivische Darstellung eines energieabsorbierenden Elements gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele.

Das in Fig. 1-10 in verschiedenen Ausführungsbeispielen perspektivisch dargestellte energieabsorbierende Element ist ein aus Aluminiumschaum im Schäumungsprozeß hergestellter Formkörper 10, dessen Form auf das für einen speziellen Einsatzfall gewünschte Energieabsorptionsverhalten des Elements abgestimmt ist. Die Außenhaut des Formkörpers 10 wird durch eine geeignete Prozeßführung im Schäumungsprozeß bereits geschlossenporig angeliefert. Durch eine geeignete, dem geforderten Einsatzfall angepaßte Konstruktion kann das Energieabsorptionsverhalten des Aluminiumschaum-Formkörpers beeinflußt werden.

In Fig. 1 und 2 ist der Formkörper 10 als Vollkörper ausgebildet, der in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 einen über seine Längsachse konstanten Querschnitt und in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 einen in Richtung seiner Längsachse ansteigenden Querschnitt aufweist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wächst die in Einbaulage vertikale Abmessung des Formkörpers 10 mit zunehmender Länge an, was im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 dadurch bewirkt ist, dass die Oberseite 101 des Formkörpers 10 eben und die gegenüberliegende Unterseite 102 des Formkörpers 10 konkav gekrümmt ausgeführt ist. In beiden Ausführungsbeispielen ist der Formkörper 10 als Quader ausgebildet. Seine Ausbildung als Zylinder ist ebenfalls möglich.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist der Formkörper 10 als Hohlkörper ausgebildet, hier als hohles Vierkantprisma oder als Hohlquader. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist der Hohlkörper innen durch längsverlaufende Diagonalrippen oder -streben 11, 12, die sich in Achsmitte kreuzen, ausgesteift.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 5 und 6 ist der Formkörper 10 ebenfalls als mit Streben ausgesteifter Hohlkörper ausgeführt. Die Achse der Höhlung 14 bzw. 14' verläuft aber nicht wie in den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 in Richtung der Längsachse des Formkörpers 10, sondern quer dazu. Die Höhlung 14 des Formkörpers 10 in Fig. 5 ist wiederum mit längsdurchgehenden Diagonalstreben 15 und 16 ausgesteift, die sich längs der Achse der Höhlung 14 kreuzen. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 ist die Höhlung 14' durch eine Querstrebe 17 ausgesteift, so dass zwei längsdurchgehende, in Achsrichtung hintereinanderliegende Höhlungsabschnitte 14'a und 14'b entstehen. Zusätzlich ist der lichte Querschnitt des hinteren Höhlungsabschnittes 14'b trapezförmig ausgeführt, wobei die verbleibende Seitenwandbreite des Formkörpers 10 in der vom Höhlungsabschnitt 14'a abgekehrten Richtung stetig zunimmt.

Alle in Fig. 1-6 dargestellten energiesabsorbierenden Elemente weisen Anbindungselemente 18 zur Befestigung in der Fahrzeugstruktur aus, die einstückig an den Formkörper 10 angeformt sind und bei der Herstellung des Formkörpers 10 im Schäumungsprozeß gleich mit angeschäumt werden, so dass der Formkörper 10 im Schäumungsprozeß mit geschlossener Außenhaut bereits endgefertigt wird. In allen Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1-6 sind die Anbindungselemente 18 als Stirnflansche 19, 20 ausgeführt, die auf gegenüberliegenden Seiten des Formkörpers 10 über diesen vorstehen und im Vorstehbereich jeweils zwei Durchgangslöcher 21 zum Durchstecken von Befestigungsschrauben aufweisen. Mit den beiden Stirnflanschen 19, 20 wird Formkörper 10 in einem beispielhaften Anwendungsfall einerseits an der Stoßstange und andererseits an einem Längsträger des Karosserieunterbaus befestigt.

Bei den in Fig. 7-10 dargestellten Ausführungsbeispielen des energieabsorbierenden Elements ist der aus Aluminiumschaum in verschiedenen, dem geforderten Einsatzfall angepaßten Formstrukturen aufgeschäumte Formkörper 10 zusätzlich mit einer Ummantelung 22 versehen. Diese Ummantelung 22 ist im Ausführungsbeispiel aus Blech, vorzugsweise aus Aluminiumblech, hergestellt. Sie kann aber ebensogut als Profil gefertigt werden. Die ebenfalls an den energieabsorbierenden Elementen vorhandenen Anbindungselemente 18 zur Befestigung an der Fahrzeugstruktur sind nicht an den Formkörper 10 angeformt, sondern einstückig aus der Ummantelung 22 abgebogen. Diese Anbindungselemente 18 stehen als Befestigungslaschen 23 an jeder Stirnseite der Ummantelung 22 von den voneinander abgekehrten Seitenflächen der Ummantelung 22 rechtwinklig nach außen ab und tragen jeweils zwei Durchgangslöcher 21 zum Durchstecken von Befestigungsschrauben. Mit den insgesamt vier Befestigungslaschen 23 wird das energieabsorbierende Element stirnseitig in der Fahrwerkstruktur verschraubt.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 und der Fig. 8 ist der Formkörper 10 in gleicher Weise wie bei den Ausführungsbeispielen in Fig. 1 und 2 als Vollkörper aus Aluminiumschaum ausgeführt. Die beiden Ausführungsbeispiele in Fig. 7 und in Fig. 8 unterscheiden sich von den Ausführungsbeispielen in Fig. 1 und 2 nur dadurch, dass die zusätzliche Ummantelung 22 vorgesehen ist und die Anbindungselemente 18 von aus der Ummantelung 22 abgebogenen Befestigungslaschen 23 gebildet werden.

Bei den beiden Ausführungsbeispielen in Fig. 9 und 10 ist der Formkörper 10 bei unveränderter Ausbildung der Ummantelung 22 nicht als Vollkörper ausgebildet, sondern als Hohlkörper mit innenliegender Fachwerkstruktur aus Längs- und Diagonalstreben. Dabei ist eine mit der Formköperachse koaxiale Längsstrebe 24 über insgesamt vier kleinere, längsdurchgehende Diagonalstreben 25 mit dem Hohlkörper verbunden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So können zur Herstellung des Formkörpers neben Aluminiumschaum auch andere Metallschäume, insbesondere Leichtmetallschaum, oder Schäume aus deren Legierungen verwendet werden.

Claims (9)

1. Unter Verwendung von Metallschaum, insbesondere Aluminiumschaum, hergestelltes, energieabsorbierendes Element für den Einsatz in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit Anbindungselementen zur Befestigung an der Fahrzeugstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass das Element als ein auf das in einem speziellen Einsatzfall gewünschte Energieabsorptionsverhalten abgestimmter Formkörper (10) im Schäumungsprozeß mit geschlossener Außenhaut gefertigt ist.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (10) im Schäumungsprozeß mit geschlossener Außenhaut endgefertigt wird.

3. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (10) nach dem Schäumungsprozeß endgefertigt wird.

4. Element nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungselemente (18) einstückig an dem Formkörper (10) angeschäumt sind.

5. Element nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (10) mit einer zusätzlichen Ummantelung (22) versehen ist.

6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungselemente (18) an der Ummantelung (22) mit dieser einstückig ausgebildet sind.

7. Element nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (22) als Blechmantel oder Profil ausgeführt ist.

8. Element nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (22) aus dem gleichen Metall wie der Formkörper (10), vorzugsweise aus Aluminium, hergestellt ist.

9. Element nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet dass der Formkörper (10) eine Fachwerkstruktur mit Längs- und/oder Quer- und/oder Diagonalrippen oder -streben (11, 12; 15-17; 24, 25) aufweist.