DE19860249C1 - Energieabsorbierende Aufpralleinheit - Google Patents

Abstract

Aus dem Stand der Technik ist es zwecks Erzielung eines bestimmten Verformungsverhaltens bekannt, einen Hohlträger eines Pralldämpfers in Abhängigkeit von einer Aufprallverzögerung durch die Trägheit einer Masse in seinem Querschnitt zu verändern. DOLLAR A Erfindungsgemäß steht das Deformationsrohr wenigstens über einen Teil seiner Länge koaxial kraftschlüssig mit einer aus einem Formerinnerungswerkstoff hergestellten Spannhülse in Verbindung, die rohbauseitig festgelegt ist und die derart gestaltet ist, daß sie bei einer Erhitzung ab einem definierten Wert eine Durchmesseränderung erfährt, die eine erhöhte Reibung zwischen Spannhülse und Deformationsrohr bewirkt. DOLLAR A Einsatz für Stoßfängersysteme von Personenkraftwagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine energieabsorbierende Aufprallein­ heit für ein Stoßfängersystem eines Kraftfahrzeugs mit energieabsorbierenden Prallmitteln für niedrige Aufprallge­ schwindigkeiten sowie mit einer energieabsorbierenden Prallanordnung für höhere Aufprallgeschwindigkeiten, wobei die energieabsorbierenden Prallmittel für niedrige Aufprallge­ schwindigkeiten ein in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtetes und rohbauseitig plastisch verformbares Deformationsrohr aufweisen.

Eine solche energieabsorbierende Aufpralleinheit ist aus der DE 40 37 101 A1 bekannt. Dabei ist für eine Stoßfängeranordnung eines Kraftfahrzeugs ein Pralldämpfer vorgesehen, der einen in seinem Querschnitt veränderbaren Hohlträger aufweist. Dem Hohl­ träger ist eine träge Masse zugeordnet, die in Abhängigkeit von der jeweils unterschiedlichen Aufprallverzögerung aufgrund un­ terschiedlicher Aufprallgeschwindigkeiten den Querschnitt des Hohlträgers unterschiedlich verändert. Dadurch ergeben sich für den Hohlträger unterschiedliche Steifigkeiten, so daß eine ent­ sprechende plastische Verformung des Hohlträgers auf unterschiedlich hohen Kraftniveaus erfolgt.

In der EP 04 09 887 B1 ist eine Stellvorrichtung mit Memoryme­ tall und ein mit dieser Vorrichtung ausgestatteter Stoßdämpfer offenbart.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine energieabsorbierende Aufprall­ einheit der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einfa­ chen Mitteln sowohl bei niedrigen Aufprallgeschwindigkeiten als auch bei hohen Aufprallgeschwindigkeiten eine hohe Energieab­ sorption ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Deformationsrohr we­ nigstens über einen Teil seiner Länge koaxial kraftschlüssig mit einer aus einem Formerinnerungswerkstoff hergestellten Spannhül­ se in Verbindung steht, die rohbauseitig festgelegt ist und die derart gestaltet ist, daß sie bei einer Erhitzung ab einem defi­ nierten Wert eine Durchmesseränderung erfährt, die eine erhöhte Reibung zwischen Spannhülse und Deformationsrohr bewirkt. Da­ durch ist es möglich, unterschiedliche Energieabsorptionsverhal­ ten bei verschiedenen Kraftniveaus abhängig von entsprechenden Aufprallgeschwindigkeiten zu erzielen. So ist es bei niedrigen Aufprallgeschwindigkeiten, vorzugsweise zwischen 4 km/h und 15 km/h ausreichend, die entsprechende Aufprallenergie durch die Deformation des Deformationsrohres aufzufangen. Die Verbindung zwischen Spannhülse und Deformationsrohr weist in diesem Ge­ schwindigkeitsbereich einen relativ geringen Kraftschluß auf, so daß die Spannhülse die Verformung des Deformationsrohres nicht behindert. Bei entsprechend höheren Geschwindigkeiten, vorzugs­ weise bei Geschwindigkeiten größer 50 km/h, erfolgt hingegen ei­ ne Erhitzung der Spannhülse, wodurch diese ihre Struktur ändert und einen entsprechend größeren oder geringeren Durchmesser ein­ nimmt. Die Durchmesseränderung ist davon abhängig, ob die Spann­ hülse das Deformationsrohr außen umschließt oder innen gegen die Innenwandung des Deformationsrohres gepreßt ist. Vorzugsweise sind sowohl das Deformationsrohr als auch die Spannhülse zylin­ drisch gestaltet. Besonders vorteilhaft ist die Gestaltung der Spannhülse aus einem Formerinnerungsmetall, bei dem ab einer be­ stimmten Wärmemenge eine Phasenumwandlung von Martensit zu Austenit erfolgt. Die durch die erhöhte Reibung erfolgende zu­ sätzliche Klemmung zwischen dem Deformationsrohr und der Spann­ hülse ermöglicht aufgrund der rohbauseitigen starren Festlegung der Spannhülse bereits zu einem früheren Deformationszeitpunkt eine Weiterleitung der auftretenden hohen Aufprallkräfte in die Rohbaustruktur, wodurch die Rohbaustruktur zusätzlich zur Ener­ gieabsorption herangezogen werden kann. Die bezüglich der Ener­ gieabsorption bei hohen Aufprallgeschwindigkeiten wirksame Länge der Rohbaustruktur, vorzugsweise der Vorbaustruktur eine Kraft­ fahrzeugs, wird durch die erfindungsgemäße Lösung erhöht.

In Ausgestaltung der Erfindung steht die Spannhülse mit dem De­ formationsrohr mit einem derartigen Reibwert in Verbindung, daß bei einer Relativbewegung zwischen Spannhülse und Deformations­ rohr aufgrund einer Aufprallgeschwindigkeit von größer als 50 km/h eine zur Durchmesseränderung der Spannhülse führende Erhit­ zung der Spannhülse aufgrund der auftretenden Reibung erfolgt. Die aufgrund der gegenüber geringen Aufprallgeschwindigkeiten wesentlich erhöhte Relativbewegung zwischen Spannhülse und De­ formationsrohr bewirkt somit eine wesentlich erhöhte Reibung, die eine entsprechende Erhitzung der Spannhülse erzielt, die wiederum zu einer entsprechenden Strukturänderung des Formerin­ nerungswerkstoffes führt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Spannhülse eine Heizeinrichtung zugeordnet, mittels derer die Durchmesserände­ rung der Spannhülse erzwingbar ist. Dadurch wird die Strukturän­ derung der Spannhülse nicht durch entsprechende Reibung, sondern durch von außen zugeführte Wärmeenergie erreicht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Heizeinrichtung durch eine an einen Fahrgeschwindigkeitsmesser angeschlossene Steuereinheit ab einer Fahrgeschwindigkeit von größer als 50 km/h aktivierbar. Dadurch wird gewährleistet, daß bei entspre­ chend hohen Fahrgeschwindigkeiten automatisch ein entsprechend verstärkter Kraftschluß zwischen Spannhülse und Deformationsrohr erzielt wird, so daß die vorteilhafte Einbeziehung der Roh­ baustruktur in die Energieabsorption bei einem etwaigen Aufprall gewährleistet ist. Durch den Anschluß an den Fahrgeschwindig­ keitsmesser kann die Steuereinheit eine entsprechend automati­ sche Ein- oder Ausschaltung der Heizeinrichtung erreichen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen mit einem Stoßfängersystem versehenen Vorbaubereich eines Perso­ nenkraftwagens, wobei das Stoßfängersystem mit zwei energieabsorbierenden Aufpralleinheiten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung versehen ist,

Fig. 2 in vergrößerter Schnittdarstellung längs einer Schnittlinie II-II in Fig. 1 die energieabsorbierende Aufpralleinheit für das Stoßfängersystem nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform einer energieabsorbieren­ den Aufpralleinheit in einer Schnittdarstellung ähnlich Fig. 2.

Ein Vorbaubereich 1 für einen Personenkraftwagen weist in grund­ sätzlich bekannter Weise einen Stoßfängerbiegeträger 2 auf, der über zwei energieabsorbierende Aufpralleinheiten 4, die auch als Crashboxen bezeichnet werden, an zwei Vorbaulängsträger 3 ange­ bunden ist.

Jede Aufpralleinheit 4 ist gemäß der Darstellung nach Fig. 2 ausgestaltet. Die Aufpralleinheit 4 weist ein plastisch verform­ bares Deformationsrohr 5 auf, das über Befestigungsflansche 6 kraftübertragend mit einem Trägerprofil des Stoßfängerbiegeträ­ gers 2 verbunden ist. Das Deformationsrohr 5 weist eine Länge von mehr als 100 mm auf, so daß ein Deformationsweg in Form ei­ ner Relativbewegung zwischen Stoßfängerbiegeträger 2 und einer Stirnseite des zugeordneten Vorbaulängsträgers 3 von wenigstens etwa 100 mm vorhanden ist. Das Deformationsrohr 5 ist an seinem rückseitigen Endbereich mit einem sich konisch verjüngenden De­ formationsabschnitt 7 versehen, der in eine entsprechend konisch verjüngte, starre Formdüse 8 hineinragt. Die starre Formdüse 8 ist kraftübertragend mit dem Vorbaulängsträger 3 und damit mit der Rohbaustruktur verbunden, wobei die Formdüse 8 im Inneren des Hohlprofiles des Vorbaulängsträgers 3 positioniert ist und auch die Deformationshülse 5 mit ihrem Deformationsabschnitt 7 in das Innere dieses Hohlprofiles hineinragt. Die Formdüse 8 ist über Schweißnähte 9 mit der Innenwandung des Rohbaulängsträgers 3 kraftübertragend verbunden.

Dem Außenumfang des Deformationsrohres 5 ist zudem eine zylin­ drische Spannhülse 10 zugeordnet, die das Deformationsrohr 5 auf dem Außenmantel über einen Teil seiner Länge koaxial umschließt. Die Spannhülse 10 ist in ihrem Außenbereich durch entsprechende Schweißnähte 11 kraftübertragend mit dem Vorbaulängsträger 3 verbunden.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ruhezustand umschließt die Spann­ hülse 10 den Außenmantel des Deformationsrohres 5 mit einem ge­ wissen Reibwert kraftschlüssig, der bei geringen Relativge­ schwindigkeiten zwischen Stoßfängerbiegeträger 2 und Vorbau­ längsträger 3 aufgrund eines entspechenden Fahrzeugaufpralls bei einer geringen Fahrgeschwindigkeit zwischen 4 km/h und 15 km/h eine Relativverschiebung zwischen Spannhülse 10 und Deforma­ tionsrohr 5 ohne größere Erwärmung aufgrund entsprechender Rei­ bung zuläßt. Bei solchen Geschwindigkeiten kann das Deforma­ tionsrohr 5 somit im wesentlichen ungestört im Bereich der Form­ düse 8 deformiert werden, so daß die auftretenden Aufprallbela­ stungen aufgenommen werden, ohne daß die Vorbaustruktur 1 selbst plastisch verformt wird.

Bei höheren Relativgeschwindigkeiten zwischen Stoßfängerbiege­ träger 2 und Vorbaulängsträger 3, die bei einem Auftreffen des Kraftfahrzeugs mit einer Geschwindigkeit größer 50 km/h auf ein Hindernis auftreten, erfolgt indessen eine so schnelle Relativ­ bewegung zwischen Deformationsrohr 5 und Spannhülse 10, daß sich eine erhebliche Reibung an den Berührungsflächen zwischen Spann­ hülse 10 und Deformationsrohr 5 einstellt. Diese erhebliche Rei­ bung führt zu einer starken Erhitzung der Spannhülse 10. Die Spannhülse 10 besteht aus einem Formerinnerungswerkstoff, vor­ zugsweise aus einem Formerinnerungsmetall, das bei Entstehen ei­ ner definierten Wärmemenge eine Phasenumwandlung von Martensit zu Austenit erfährt. Durch diese Strukturänderung des Formerin­ nerungswerkstoffes aufgrund der Erhitzung reduziert die Spann­ hülse 10 ihren Durchmesser, wodurch sich die starke Verklemmung auf dem Deformationsrohr 5 ergibt. Dadurch wird ein relativ gro­ ßer Kraftanteil der auftretenden Aufprallkräfte direkt über die Spannhülse 10 in den Vorbaulängsträger 3 eingeleitet, so daß be­ reits vor einer vollständigen Deformation des Deformationsrohres 5 eine zusätzliche plastische Verformung der Vorbaustruktur 1 erfolgt. So kann bereits nach etwa 15 mm bis 30 mm Deformation des Deformationsrohres 5 eine Weiterleitung von Aufprallenergie über die Spannhülse 10 zu dem entsprechenden Vorbaulängsträger 3 erfolgen. Der im Ruhezustand vorhandene Reibschluß zwischen Spannhülse 10 und Deformationsrohr 5 ist so ausgelegt, daß bei entsprechend hohen Relativgeschwindigkeiten die zur Phasenum­ wandlung oder zur Strukturänderung benötigte Wärmemenge für die Erhitzung der Spannhülse 10 erzielt wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist im wesentlichen der gleiche Aufbau einer energieabsorbierenden Aufpralleinheit 4 ge­ wählt, wie dies beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 der Fall ist. Aus diesem Grunde sind auch die gleichen Bezugs­ zeichen gewählt worden. Zur Erläuterung der Aufpralleinheit 4 nach Fig. 3 wird daher auf die Beschreibung zur Fig. 2 verwie­ sen. Nachfolgend wird lediglich auf die Unterschiede der Auf­ pralleinheit nach Fig. 2 eingegangen. Einziger Unterschied bei der Aufpralleinheit 4 nach Fig. 3 ist es, daß die Erhitzung der Spannhülse 10, die die gewünschte Strukturänderung bewirken soll, nicht durch die auftretenden Reibkräfte, sondern durch ei­ ne separate Reibeinrichtung 12 erzielt wird, die die Spannhülse 10 umschließt. Die Heizeinrichtung 12 ist vorzugsweise eine elektrische Heizeinrichtung, die durch eine mit einer entspre­ chenden Energiequelle in Verbindung stehende elektronische Steuer­ einheit 13 angesteuert wird. Die elektronische Steuereinheit 13 wiederum wertet entsprechende Fahrgeschwindigkeitssignale eines Fahrgeschwindigkeitmessers 14 aus, indem sie eine Aktivierung der Heizeinrichtung 12 vornimmt, sobald das Kraftfahrzeug eine Fahrgeschwindigkeit von größer als 50 km/h erreicht hat. Ab hö­ heren Fahrgeschwindigkeiten von über 50 km/h wird somit automa­ tisch die Einschaltung der Heizeinrichtung 12 erzielt, die wie­ derum die notwendige Wärmemenge zur Strukturänderung der Spann­ hülse 10 bereitstellt. Dadurch verringert die Spannhülse 10 ih­ ren Durchmesser, was zur gewünschten drastischen Erhöhung des Kraftschlusses zwischen dem Außenmantel des Deformationsrohres 5 und dem Innenumfang der Spannhülse 10 führt. Somit kann die ent­ sprechend frühe Einbindung der Rohbaustruktur in die Energieab­ sorption bei einem Aufprall auf ein Hindernis erfolgen.

Funktionsgünstig kann die Spannhülse 10 als Spirale 10', und da­ bei auch mit beabstandeten Windungen ausgebildet werden. Die Spirale 10' könnte durch einen Formgedächtnisdraht gebildet sein.

Claims (6)

1. Energieabsorbierende Aufpralleinheit für ein Stoßfängersy­ stem eines Kraftfahrzeugs mit energieabsorbierenden Prallmitteln für niedrige Aufprallgeschwindigkeiten sowie mit einer energie­ absorbierenden Prallanordnung für höhere Aufprallgeschwindigkei­ ten, wobei die energieabsorbierenden Prallmittel für niedrige Aufprallgeschwindigkeiten ein in Fahrzeuglängsrichtung ausge­ richtetes und rohbauseitig plastisch verformbares Deformations­ rohr aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationsrohr (5) wenigstens über einen Teil seiner Länge koaxial kraftschlüssig mit einer aus einem Formerinnerungswerk­ stoff hergestellten Spannhülse (10) in Verbindung steht, die rohbauseitig festgelegt ist und die derart gestaltet ist, daß sie bei einer Erhitzung ab einem definierten Wert eine Durchmes­ seränderung erfährt, die eine erhöhte Reibung zwischen Spannhül­ se (10) und Deformationsrohr (5) bewirkt.

2. Aufpralleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannhülse (10) mit dem Deformationsrohr (5) mit einem der­ artigen Reibwert in Verbindung steht, daß bei einer Relativbewe­ gung zwischen Spannhülse (10) und Deformationsrohr (5) aufgrund einer Aufprallgeschwindigkeit von größer 50 km/h eine zur Durch­ messeränderung der Spannhülse (10) führende Erhitzung der Spann­ hülse (10) aufgrund der auftretenden Reibung erfolgt.

3. Aufpralleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannhülse (10) eine Heizeinrichtung (12) zugeordnet ist, mittels derer die Durchmesseränderung der Spannhülse (10) er­ zwingbar ist.

4. Aufpralleinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (12) durch eine an einen Fahrgeschwindig­ keitsmesser (14) angeschlossene Steuereinheit (13) ab einer Fahrgeschwindigkeit größer als 50 km/h aktivierbar ist.

5. Aufpralleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Spannhülse (10) als Spirale (10') ausgebildet ist.

6. Aufpralleinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Spirale (10') durch einen Formgedächtnisdraht gebildet ist.