DE19809112A1

DE19809112A1 - Fahrzeug mit Stoßstange und Deformationselement

Info

Publication number: DE19809112A1
Application number: DE19809112A
Authority: DE
Inventors: Simon Dipl Ing Frank; Werner Dipl Ing Graf
Original assignee: Alusuisse Lonza Services Ltd; Alusuisse Technology and Management Ltd
Current assignee: Constellium Switzerland AG
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 1998-09-24
Also published as: FR2760708A1; US6003930A; CH691731A5; FR2760708B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit an diesem über wenig stens ein Deformationselement quer zur Fahrzeuglängsrich tung festgelegter Stoßstange, wobei das Deformationsele ment als im wesentlichen rohrförmiges Profilstück aus Leichtmetall mit in Fahrzeuglängsrichtung liegender Profil längsachse ausgestaltet ist.

Zur Befestigung von Stoßstangen an einem Fahrzeug ist eine Vielzahl von Halterungen bekannt. Zur Erhöhung des Kompen sationsvermögens für die bei einem Aufprall auf die Stoß stange auftreffende Verformungsenergie ist es auch bekannt, Stoßstangen über Deformationselemente am Fahrzeuglängs träger festzulegen.

Ein bekanntes Deformationselement besteht aus einem ge stülpten Stahlrohr, das über Befestigungsplatten am Fahr zeuglängsträger und an der Stoßstange festgelegt ist. Die ses Deformationselement zeichnet sich durch eine praktisch über den gesamten Verformungsweg gleichbleibende Deforma tionskraft aus. Diese an sich wünschenswerte Eigenschaft bleibt allerdings nur erhalten, solange die Richtung der Deformationskraft mit der Rohrachse zusammenfällt. Schon bei verhältnismäßig kleiner Abweichung tritt der Stülpvor gang nicht ein und das Rohr wird statt dessen ohne die er wünschte Aufnahme von Verformungsenergie zur Seite ge krümmt. Bei einem Aufprall auf ein weiches Hindernis dringt das Rohr zudem in das Hindernis ein und kann damit nicht sein volles Kompensationsvermögen für die auftreffende Verfor mungsenergie entfalten. Ein weiterer Nachteil der gestülp ten Rohre sind deren hohe Gestehungskosten.

Es sind schon Anstrengungen unternommen worden, Hohlprofile aus Aluminiumlegierungen als Deformationselemente einzu setzen. Durch eine verhältnismäßig grobe Faltenbildung beim Stauchvorgang wird jedoch das Kompensationsvermögen für die auftreffende Verformungsenergie stark vermindert. Es wurde auch schon versucht, eine bessere Faltenbildung durch gezielte Einformungen zu erzwingen, jedoch konnten damit die Verformungseigenschaften nur unwesentlich ver bessert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Deforma tionselement für ein Fahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine möglichst konstante Deformations kraft über den gesamten Deformationsweg aufrechterhalten werden kann und das auch bei größeren Abweichungen der Ver formungskraft von der Längsachse des Deformationselementes noch voll wirksam bleibt. Zudem soll das Deformationselement kostengünstig herstellbar sein und auch bei einem Aufprall auf weiche Hindernisse seine volle Wirkung entfalten.

Zur erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe führt, daß das Profilstück durch wenigstens einen längslaufenden Innensteg in wenigstens zwei längslaufende Profilkammern unterteilt ist.

Mit der erfindungsgemäßen Aufteilung des Profilstücks in mehrere Profilkammern ergibt sich eine regelmäßige Falten bildung mit geringer Faltenhöhe und damit ein ausgezeichne tes Kompensationsvermögen für die auftreffende Verformungs energie.

Das Profilstück kann eine beliebige Querschnittsform auf weisen und auch mit beliebig vielen Innenstegen in beliebi ger Anordnung versehen sein. Bevorzugt wird jedoch ein Pro filstück mit einem im wesentlichen rechteckigen Quer schnitt, das wenigstens zwei quer zueinander angeordnete Innenstege aufweist.

Zweckmäßigerweise ist die Breite des Profilstücks größer als die Breite der Stoßstange. Zusätzlich kann die Breite des Profilstücks durch längslaufende Zusatzkammern lokal vergrößert sein.

Das der Stoßstange benachbarte Ende des Profilstücks ist bevorzugt so ausgestaltet, daß bei einer in Fahrzeuglängs richtung auf das Profilstück auftreffenden Deformations kraft die Deformation des Profilstücks kontinuierlich ein setzt. Hierzu kann das Profilstück mit einer Ausnehmung ver sehen sein. Bei einer alternativen Ausführungsform ist eine Anschrägung des Profilstücks in einem von 90° zur Profil längsachse abweichenden Winkel vorgesehen.

Das Deformationselement ist mit der Stoßstange üblicher weise verschraubt oder vernietet, jedoch können auch andere Verbindungsarten eingesetzt werden. Zur Verbindung mit dem Fahrzeuglängsträger kann am Profilstück eine Befestigungs platte angeschweißt sein, die ihrerseits mit dem Fahrzeug längsträger verschweißt oder verschraubt ist.

Bei einer einfachen und kostengünstigen Herstellungsart des Profilstücks ist dieses aus einem aus einer Aluminiumlegie rung stranggepreßten Profil hergestellt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt schematisch in

Fig. 1 die Draufsicht auf eine Stoßstange;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Stoßstange von Fig. 1 nach deren Linie I-I;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Deformationsele ment;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine gestauchte An ordnung einer Stoßstange mit einem Deforma tionselement;

Fig. 5a-c eine Seitenansicht einer Stoßstange mit De formationselement in verschiedenen Stadien der Deformation;

Fig. 6 eine Schrägsicht auf eine weitere Ausgestal tung eines Deformationselementes;

Fig. 7 ein Kraft-Weg-Diagramm zu Belastungsversuchen an Deformationselementen.

Eine in Fig. 1 dargestellte Stoßstange 10 eines aus Gründen der besseren Übersicht nicht wiedergegebenen Personen kraftwagens ist über Deformationselemente 28 an Fahrzeug längsträgern 30 befestigt. Die Stoßstange 10 ist als Alu miniumprofil stranggepreßt und gegenüber einer gedachten Frontlinie F des Personenkraftwagens mittig um eine Maß t ausgebaucht.

Die Stoßstange 10 weist gemäß Fig. 1 und 2 zwei in Abstand 1 zueinander stehende Profilwände 12, 14 auf, die durch Quer wände 16, 18 zu einem kastenförmigen Hohlprofil ergänzt sind. In Einbaulage entspricht die vom Fahrzeug wegweisende Profilwand 12 dem einen Stoß aufnehmenden Außengurt bzw. Druckgurt, die gegen das Fahrzeug gerichtete Profilwand 14 dem Innengurt bzw. Zuggurt.

Mittig zwischen den beiden Querwänden 16, 18 ist ein die Pro filwände 12, 14 verbindender Quersteg 20 angeordnet, der unter Bildung einer Knotenlinie 24 von einem die Querwände 16, 18 miteinander verbindenden Vertikalsteg 22 geschnitten wird. Das kastenförmige Hohlprofil der Stoßstange 10 wird durch den mittigen Quersteg 20 und den Vertikalsteg 22 in Kammern 26 unterteilt. Diese Kammern bilden Verformungstei le, die bei Einwirkung einer frontalen Kraft P auf die Stoß stange 10 verformt werden und damit einen ersten Teil der Aufprallenergie vernichten.

Das in Fig. 1 gezeigte Deformationselement 28 weist ein Pro filstück 32 auf, an dessen einem Ende eine Befestigungsplat te 33 zur Befestigung des Deformationselementes 28 am Fahr zeuglängsträger 30 angeschweißt ist. Das Profilstück 32 ist aus einem aus einer Aluminiumlegierung stranggepreßten Profil gefertigt, die Befestigungsplatte 33 besteht eben falls aus einem Aluminiumwerkstoff. An dem der Stoßstange 10 zugewandten Ende ist das Profilstück 32 angeschrägt und bildet mit der gedachten Frontlinie F, die senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung x verläuft, einen Winkel w von bei spielsweise 10°. Die angeschrägte Stirnfläche des Profil stücks 32 liegt hierbei dem Innengurt 14 der Stoßstange 10 an. Die Befestigung des Profilstücks 32 bzw. des Deforma tionselementes 28 an der Stoßstange 10 kann beispielsweise über eine Niet oder eine Schraubverbindung erfolgen. Hierzu kann am Profilstück 32 beispielsweise auch eine in der Zeich nung nicht wiedergegebene Befestigungsplatte angeschweißt sein.

Das in Fig. 3 gezeigte Profilstück 32 eines Deformationsele mentes weist äußere Profilwände 34 auf, die ein im wesentli chen rechteckiges kastenförmiges Hohlprofil bilden. Mittig zwischen je zwei einander gegenüberstehenden äußeren Pro filwänden 34 sind die Profilwände 34 verbindende Innenstege 36, 38 angeordnet, die einander unter Bildung einer Knoten linie 40 schneiden.

Das Profilstück 32 wird durch die Innenstege 36, 38 in vier längslaufende Profilkammern 42 unterteilt. Als Option sind in Fig. 3 Zusatzkammern 44 angedeutet.

Die Breite b des Profilstücks 32 weist gegenüber der Breite a des als Auflagefläche dienenden Innengurtes 14 der Stoß stange 10 ein Übermaß auf. Dies Übermaß wird durch die größere Breite c im Bereich der Zusatzkammer 44 noch ver größert.

Die Bedeutung der in Fig. 3 gezeigten Übermaße des Profil stücks 32 gegenüber der Stoßstange 10 bzw. deren Innengurt 14 ergibt sich aus der Betrachtung von Fig. 4. Unter Einwir kung einer frontalen Deformationskraft P werden die Stoß stange 10 und das Profilstück 32 des Deformationselementes 28 in Richtung der Profillängsachse M, die parallel zur Fahr zeuglängsrichtung x liegt, zusammengestaucht. Bei diesem Stauchvorgang verformt sich das Profilstück 32 unter Ausbil dung von Wulsten 46 klammerartig um die Stoßstange 10. Aus der teilweisen Umschließung der Stoßstange 10 durch das sich verformende Profilstück 32 resultiert eine Stabilität, die dem Abkippen der Stoßstange 10 entgegenwirkt, deren Formhaltigkeit erhöht und insgesamt das Kompensationsvermö gen für die auftreffende Verformungsenergie verbessert.

Fig. 4 zeigt auch die beim Stauchvorgang des Deformations elementes 28 am Profilstück 32 auftretende Bildung von Fal ten 48 einer Höhe h, die maßgebend von der Aufteilung des Profilstücks 32 in mehrere Profilkammern 42 beeinflußt wird.

Bei der Einwirkung einer frontalen Kraft P auf die Stoßstan ge 10 wird diese zunächst in einer ersten Stufe der Verfor mung gerade gerichtet, d. h. es erfolgt eine Drehung um eine Achse im Bereich A des höchsten Punktes der Anschrägung des Profilstücks 32 (Fig. 5a), wodurch sich der Zuggurt 14 von der angeschrägten Stirnseite des Profilstücks 32 abhebt. Der Bereich A bildet nunmehr die alleinige Auflagefläche für die Stoßstange 10. Im nachfolgenden, in Fig. 5b dargestellten zweiten Verformungsschritt erfolgt - gleichzeitig oder nach der Verformung der Stoßstange 10 - die Verformung des Profilstücks 32 im Bereich A. Dadurch wird die Verformung des Profilstücks 32 kontinuierlich eingeleitet und wirkt sich erst nach einem ersten Verformungsweg auf den gesamten Quer schnitt des Profilstücks 32 aus. Eine weitere Möglichkeit einer stetigen Zunahme des Verformungsgrades am Profilstück 32 ergibt sich aus der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform. Das Profilstück 32 ist an seinem der Stoßstange 10 zugewand ten Ende mit einer die Stoßstange 10 teilweise aufnehmenden Ausnehmung 50 versehen, wobei stehengelassene Profilwand teile 54 Bohrungen 52 zur Befestigung der Stoßstange 10 auf weisen. Bei dieser Variante tritt zunächst eine Verformung der Profilwandteile 54 auf. Die anschließende Verformung über den gesamten Querschnitt des Profilstücks 32 erfolgt stetig und ohne überhöhte Lastaufnahme.

Das Kraft-Weg-Diagramm nach Fig. 7 zeigt die Abhängigkeit der Druckkraft P vom Stauchungsweg s bei einem Belastungs test eines Profilstücks durch Einwirkung der Kraft P in Rich tung der Profillängsachse M. Die Kurve 1 ist typisch für ein Hohlprofil nach dem Stand der Technik ohne Innenstege. Die grobe und ungleichmäßige Faltenbildung führt zu extremen Schwankungen in der Deformationskraft. Aus der Kurve 1 ist zudem ein Bereich 1a ersichtlich, der dem ersten Anstieg der Deformationskraft bis zur beginnenden Verformung ent spricht. Diese gegenüber einer mittleren Deformationskraft P_m überhöhte Kraft ist eine Folge der unmittelbaren Kraft einwirkung auf den vollen Querschnitt des Profilstücks.

Die Kurve 2 zeigt den Kraftverlauf während der Deformation eines erfindungsgemäß ausgestalteten Profilstücks 32. Durch die Anordnung von Innenstegen 36, 38 mit der entspre chenden Unterteilung in mehrere längslaufende Profilkammern 42 ergibt sich eine regelmäßige Faltenbildung mit einer geringen Faltenhöhe h, die zu einer im wesentlichen gleich bleibenden mittleren Verformungskraft P_m führt. Da die Flä che unter der Kraft-Weg-Kurve der Verformungsenergie ent spricht, ist aus Fig. 7 ohne weiteres verständlich, daß die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Profilstücks 32 gegen über einem herkömmlichen Profilstück ohne Innenstege ein stark verbessertes Kompensationsvermögen für die auftref fende Verformungsenergie aufweist.

Claims

1. Fahrzeug mit an diesem über wenigstens ein Deforma tionselement (28) quer zur Fahrzeuglängsrichtung (x) festgelegter Stoßstange (10), wobei das Deformations element (28) als im wesentlichen rohrförmiges Profil stück (32) aus Leichtmetall mit in Fahrzeuglängsrich tung (x) liegender Profillängsachse (M) ausgestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilstück (32) durch wenigstens einen längs laufenden Innensteg (36, 38) in wenigstens zwei längs laufende Profilkammern (42) unterteilt ist.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilstück (32) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Profilstück (32) wenigstens zwei quer zu einander angeordnete Innenstege (36, 38) aufweist.

4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Breite (b) des Profilstücks (32) größer ist als die Breite (a) der Stoßstange (10).

5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Breite (b) des Profilstücks (32) durch längslaufende Zusatzkammern (44) zumindest ab schnittsweise zu einer größeren Breite (c) erweitert ist.

6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeich net durch eine Ausgestaltung des der Stoßstange (10) benachbarten Endes des Profilstücks (32) derart, daß bei einer in Fahrzeuglängsrichtung (x) auf das Profil stück (32) auftreffenden Deformationskraft (P) die De formation des Profilstücks (32) kontinuierlich auslös bar ist.

7. Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilstück (32) mit zumindest einer Ausnehmung (50) versehen ist.

8. Fahrzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich net, daß das Profilstück (32) an seinem der Stoßstange (10) zugewandten Ende mit einer die Stoßstange (10) teilweise aufnehmenden Ausnehmung (50) versehen ist.

9. Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilstück (32) in einem um 90∘ zur Profillängs achse (M) abweichenden Winkel (w) angeschrägt ist.

10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß das Deformationselement (28) mit der Stoßstange (10) verschraubt oder vernietet ist.

11. Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationselement (28) über eine am Profilstück (32) angeschweißte Befe stigungsplatte (33) mit einem Fahrzeuglängsträger (30) verschweißt oder verschraubt ist.

12. Fahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilstück (32) ein aus einer Aluminiumlegierung hergestelltes Strangpreß profil ist.