DE19910978B4

DE19910978B4 - Energieabsorptionsvorrichtung mit wenigstens einem Deformationselement

Info

Publication number: DE19910978B4
Application number: DE19910978A
Authority: DE
Inventors: Enno Dipl.-Ing. Hecker; Karl-Heinz Dipl.-Ing. Haberer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2019-03-13
Also published as: DE19910978A1

Abstract

Energieabsorptionsvorrichtung mit wenigstens einem Deformationselement als Typschadenelement zwischen einem Stoßfänger und einer karosseriefesten Lagerung, wobei
das Deformationselement einen Verformungstopf und ein Trägerrohr umfaßt, das einerseits mit dem Stoßfänger an einem ersten Anbindungspunkt verbunden und andererseits in den Verformungstopf in einem zweiten Anbindungspunkt eingesteckt und bei einem Fahrzeugaufprall in Fahrzeuglängsrichtung weiter einschiebbar ist, wobei mittels einer Verformungseinrichtung Bewegungsenergie in Verformungsarbeit umsetzbar ist, und
der Verformungstopf zumindest teilweise mit einem deformierbaren Füllmaterial gefüllt ist, in das das Trägerrohr am zweiten Anbindungspunkt eingesteckt ist, dergestalt, daß bei einem Fahrzeugaufprall mit einer zusätzlich zur Längskraftkomponente vorliegenden Querkraftkomponente das Trägerrohr im deformierbaren Füllmaterial in Richtung der Querkraftkomponente nachgebend und durch Deformation des Füllmaterials energieabsorbierend gehalten ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Verformungstopf (4; 16) an einem karosserieseitigen, freien Längsträgerende (2; 17; 28; 37) angebracht ist,
daß das deformierbare Füllmaterial (11; 23; 31; 44) ein plastisch verformbarer Leichtmetallschaum ist,
dass der...

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieabsorptionsvorrichtung mit wenigstens einem Deformationselement als Typschadenelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte Energieabsorptionsvorrichtung ( DE-OS 21 20 479 ) mit einem Deformationselement als Typschadenelement zwischen einem Stoßfänger und einem karosseriefesten Längsträger weist einen am freien Längsträgerende angebrachten Verformungstopf, ein Trägerrohr und dafür eine Verformungseinrichtung auf. Das Trägerrohr ist einerseits mit dem Stoßfänger an einem ersten Anbindungspunkt verbunden und andererseits in den Verformungstopf mit wenigstens einem zweiten Anbindungspunkt eingesteckt. Bei einem Fahrzeugaufprall mit einer relativ zur Karosserie erfolgenden Längsverschiebung des Stoßfängers ist das Trägerrohr in den Verformungstopf einschiebbar. Dort ist als Verformungseinrichtung ein stabiler Querbolzen angebracht, der das Trägerrohr teilt und durchpflügt, wodurch Bewegungsenergie zur Energieabsorption in Verformungsarbeit umgesetzt wird.

Eine Querabstützung und Querführung des Trägerrohrs erfolgt hier unmittelbar an den stabilen Wänden des Verformungstopfs, so daß Querkraftkomponenten mit großen Hebelwirkungen unmittelbar sowohl in das Trägerrohr, den Verformungstopf und ggf. in den Längsträger eingeleitet wer den. Dadurch neigen solche Anordnungen insbesondere bei einem schrägen Fahrzeugaufprall mit Querkraftkomponenten zu einem sicherheitstechnisch ungünstigen Ausknicken, wobei die Energieabsorptionswirkung stark verringert wird und auftretende Kraftspitzen zu ungünstigen, unkontrollierbaren Verformungen am Fahrzeugrahmen führen können.

Weiter ist es bekannt ( DE-OS 21 27 258 ), einen Stoßfänger an einem Fahrzeug über wenigstens zwei teleskopartig verkürzbare Stoßdämpfer zu befestigen, die sowohl am Stoßfänger als auch an der Karosserie mit Gelenken mit vertikalen Achsen angelenkt sind und die etwa in Fahrzeuglängsrichtung verlaufen. Zudem sind die Stoßdämpfer in Fahrzeugquerrichtung zwischen gummielastischen Elementen gehalten. Diese gummielastische Halterung der Stoßdämpfer soll diese in ihrer Normallage exakt sichern und zudem eine Anregung von Eigenschwingungen des Stoßfängers weitgehend verhindern. Eine sicherheitstechnisch günstige Energieabsorption bei einer Querkraftkomponente wird durch eine solche gummielastische Lagerung nicht erreicht, wobei durch die Rückstellkraft der gummielastischen Lagerung zudem ggf. ein sicherheitstechnisch ungünstiger Rückprall hinzunehmen ist.

Weiter sind in einer bekannten Stoßverzehrvorrichtung ( DE 42 39 460 A1 ) Anordnungen von plastisch verformbaren Elementen gezeigt ohne eine Trägerrohrverbindung und eine Trägerrohrführung beim Auftreten von Querkraft- und/oder Längskraftkomponenten.

Zudem ist eine gattungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung ( DE-OS 21 22 379 ) mit wenigstens einem Deformationselement als Typschadenelement zwischen einem Stoßfänger und einer karosseriefesten Lagerung bekannt, wobei das Deformationselement einen Verformungstopf und ein Trägerrohr umfasst, das einerseits mit dem Stoßfänger an einem ersten Anbindungspunkt verbunden und andererseits in den Verformungstopf in einem zweiten Anbindungspunkt eingesteckt und bei einem Fahrzeugaufprall in Fahrzeuglängsrichtung weiter einschiebbar ist. Dabei wird mittels einer Verformungseinrichtung Bewegungsenergie in Verformungsarbeit umsetzbar. Der Verformungstopf ist zumindest teilweise mit einem deformierbaren Füllmaterial gefüllt, in das das Trägerrohr am zweiten Anbindungspunkt eingesteckt ist dergestalt, dass bei einem Fahrzeugaufprall mit einer zusätzlich zur Längskraftkomponente vorliegenden Querkraftkomponente das Trägerrohr im deformierbaren Füllmaterial in Richtung der Querkraftkomponente nachgebend und durch Deformation des Füllmaterials energieabsorbierend gehalten ist.

Das deformierbare Füllmaterial besteht hier aus einem sog. gebremsten Schaumstoff, der sich unter Energieaufnahme komprimieren lässt und nach Aufhebung der Kompressionskraft langsam wieder sein ursprüngliches Volumen einnehmen soll. Eine solche Anordnung ist nur für relativ geringe Aufprallenergien verwendbar. Zudem sind in der gezeigten Anordnung die Verformungstöpfe großvolumige, dreieckige Bauteile, die einen großen Platzbedarf haben und die durch deren Anbringung an einem Karosserieblech ebenfalls nur geringe Aufprallkräfte abstützen können. Die Trägerrohre sind starr mit dem Stoßfänger verbunden und beim Auftreten von Querkraftkomponenten ist es daher erforderlich, die karosserieseitigen, dreieckförmigen Endteile der Trägerrohre insgesamt mittels einer schwimmenden Lagerung im jeweiligen Verformungstopf zu verschieben. Das Deformationsverhalten hinsichtlich der Querkraftkomponenten und Längskraftkomponenten ist somit unmittelbar miteinander gekoppelt und nur durch die verwendeten Winkelgeometrien der Verformungstöpfe und der Trägerrohrendteile beeinflussbar. Damit sind Dimensionierungs- und Anpassungsfreiräume an unterschiedliche, fahrzeugspezifische Gegebenheiten sowie getrennt nach Querkraft- und Längskraftkomponenten stark eingeschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung so weiterzubilden, dass sie bei platzsparender Anbringung für höhere Aufprallenergien geeignet ist und zudem Freiräume für eine unabhängigere Dimensionierung des Absorptionsverhaltens hinsichtlich Längskraftkomponenten und Querkraftkomponenten bei einem Aufprall eröffnet.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist der Verformungstopf an einem karosserieseitigen freien Längsträgerende angebracht. Zudem ist das deformierbare Füllmaterial ein plastisch verformbarer Leichtmetallschaum. Der Verformungstopf weist eine stirnseitige Wand mit einer Einstecköffnung auf, deren Durchmesser als in Fahrzeugquerrichtung verlaufender Querschlitz größer als der Trägerrohrdurchmesser ist. Zudem weist der Verformungstopf einen rückwärtig versetzten Drehpunkt für das Trägerrohr auf. In zwei beabstandeten Längsträgern ist je ein Typschadenelement verwendet und das jeweilige Trägerrohr ist mit dem Stoßfänger um eine Vertikalachse drehbar verbunden.

Damit wird über die drehbare Anbindung der Trägerrohre am Stoßfänger und die jeweiligen Drehpunkte für die Trägerrohre in den zugeordneten Verformungstöpfen eine Viergelenkanordnung als Parallelogrammanordnung beim Auftreten von Querkraftkomponenten ausgebildet. Die Haltekraft für diese Viergelenkanordnung in der Grundstellung wird durch die formschlüssige Aufnahme des Trägerrohrs im Füllmaterial bereitgestellt. Die Querkraftauslenkung bei einem Fahrzeugaufprall bewirkt jeweils ein Verschwenken des Trägerrohrs um den zugeordneten Drehpunkt gegen das abstützende Füllmaterial und eine energieabsorbierende Verformung des Füllmaterials. Dabei kann sich für einen besonders einfachen Aufbau das Trägerrohr im Verformungstopf durch Verschieben im Füllmaterial in Längsrichtung verlagern, wobei durch den im Verformungstopf ausgebildeten, ortsfesten Drehpunkt hindurch eine definiert gerichtete Längsverlagerung erzielt wird. Für die wesentliche Absorption von Bewegungsenergie bezüglich der Längsverlagerung ist eine dafür zugeordnete Verformungseinrichtung vorgesehen.

Der rückwärtig versetzte Drehpunkt im Verformungstopf kann mit unterschiedlichen Maßnahmen erreicht werden:
Nach Anspruch 2 wird dieser durch eine formschlüssige Durchstecköffnung für das Trägerrohr in der Rückwand gebildet, wobei nach Anspruch 3 ggf. bei einer Zwischenwand im Verformungstopf dort eine entsprechend größere Durchstecköffnung erforderlich ist, um eine Querbewegung des Trägerrohrs im Falle eines Aufpralls mit einer Querkraftkomponente zuzulassen.

In einer alternativen Ausführung nach Anspruch 4 wird der rückwärtig versetzte Drehpunkt und zugleich die Verformungseinrichtung für Längskraftkomponenten aus einem schwenkbar im Verformungstopf gehaltenen Querbolzen mit einer keilförmigen Schneide gebildet.

In einer weiteren alternativen Ausführung nach Anspruch 5 ist der rückwärtig versetzte Drehpunkt mittels einer Kugelführung realisiert. Diese Kugelführung kann nach Anspruch 6 mittels einer aufweitbaren Einsteckbuchse auch als Verformungseinrichtung insbesondere bezüglich einer Längskraftkomponente verwendet werden.

Nach Anspruch 7 wird der Verformungstopf vorteilhaft als Abschnitt eines Strangpressprofils hergestellt oder gegebenenfalls aus Einzelplatten zusammengeschweißt.

Eine besonders günstige Anordnung hinsichtlich der Kraftverläufe, der Montage und des Platzbedarfs wird mit den Merkmalen des Anspruchs 8 erreicht, in dem der Verformungstopf auf dem Längsträger endseitig aufgesetzt ist und das Trägerrohr bei einem Aufprall in den Längsträger einschiebbar ist.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf eine Energieabsorptionsvorrichtung mit einem Verformungstopf und einem Trägerrohr an einem Fahrzeuglängsträger,
2 eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung,
3 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Verformungstopfes einer Energieabsorptionsvorrichtung,
4 eine als Querbolzen ausgebildete Verformungseinrichtung mit einer keilförmigen Schneide,
5 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 4,
6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung,
7 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der 6,
8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung mit einer Einsteckbuchse, und
In der 1 ist schematisch eine Draufsicht auf eine Energieabsorptionsvorrichtung 1 dargestellt. Bei dieser Energieabsorptionsvorrichtung 1 ist an einem freien Längsträgerende 3 eines Längsträgers 2 ein Verformungstopf 4 befestigt.
Dieser Verformungstopf 4 weist eine stirnseitige Wand 5 mit einer Einstecköffnung 6 auf, wobei der Durchmesser dieser Einstecköffnung 6 in Form eines in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Querschlitzes ausgebildet ist. Weiter umfaßt dieser Verformungstopf 4 eine Zwischenwand 7 mit einer Durchstecköffnung 8 sowie eine Rückwand 9 mit einer rückwärtigen Durchstecköffnung 10.
Der Verformungstopf 4 ist mit einem deformierbaren Füllmaterial 11, z. B. einem plastisch verformbaren Aluminiumschaum, gefüllt. In diesen mit Füllmaterial 11 gefüllten Verformungstopf 4 ist in Fahrzeuglängsrichtung ein Trägerrohr 12 eingesteckt. Das Trägerrohr ist dabei durch die Einstecköffnung 6 der stirnseitigen Wand 5, die Durchstecköffnung 8 in der Zwischenwand 7, die jeweils einen größeren Durchmesser als den Trägerrohrdurchmesser aufweisen, sowie durch die rückwärtige Durchstecköffnung 10 der Rückwand 9, in der das Trägerrohr 12 formschlüssig gehalten ist, durchgesteckt.
Wie dies aus der 1 weiter ersichtlich ist, ist im Bereich der Rückwand 9 ein Querbolzen 13 als Verformungseinrichtung im Verformungstopf 4 gehalten. Dieser Querbolzen 13 ist in der Darstellung der 4 in einer Draufsicht und in der Darstellung der 5 im Querschnitt mit einer keilförmigen Schneide 14 gezeigt. Diese keilförmige Schneide 14 ist im in der 1 dargestellten, in den Verformungstopf 4 eingesetzten Zustand in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne zu einem hier nicht dargestellten Stoßfänger hin ausgerichtet.
Mit dieser Energieabsorptionsvorrichtung 1 wird bei einem Fahrzeugaufprall mit einer zusätzlich zu einer Längskraftkomponente vorliegenden Querkraftkomponente das Trägerrohr 12 im deformierbaren Füllmaterial 11 in Richtung der Querkraftkomponente als Drehpunkt nachgebend und durch Deformation des Füllmaterials 11 gehalten. Damit wird erreicht, daß durch Deformation des Füllmaterials auch in Richtung der Querkraftkomponente Aufprallenergie absorbiert wird. Durch die Längskraftkomponente wird das Trägerrohr 12 in Fahrzeuglängsrichtung weiter in den Längsträger 2 unter Energieabsorption eingeschoben, wobei der Querbolzen 13 das Trägerrohr 12 durch die keilförmige Schneide 14 unter Energieabsorption zerteilt und aufgepflügt.
In der 2 ist eine zweite Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung 15 dargestellt, bei dem ein Verformungstopf 16 ebenfalls endseitig auf einen Längsträger 17 aufgesetzt ist. Dieser Verformungstopf 16 weist eine Stirnwand 18 mit einer konvex kugelförmigen Außenfläche auf, wie dies insbesondere auch aus der 3 ersichtlich ist, die eine vergrößerte, schematische Darstellung des Verformungstopfes 16 zeigt.
Wie dies aus der 3 weiter ersichtlich ist, ist in der konvex kugelförmig ausgebildeten Stirnwand 18 eine Einstecköffnung 19 für ein Trägerrohr 20 sowie an einer Seitenwand 22 eine Einstecköffnung 21 für eine Querbolzen vorgesehen. Der Verformungstopf 16 ist wiederum mit einem deformierbaren Füllmaterial 23 gefüllt. Aus 2 ist ersichtlich, daß das Trägerrohr 20 durch den Verformungstopf 16 durchgesteckt und an einem vorderen, freien Ende 24 mit einem Stoßfänger 25 verbunden ist. Die Energieabsorptionsvorrichtung 15 verhält sich bei einem Fahrzeugaufprall entsprechend der in der 1 dargestellten Ausführungsform, insbesondere wird auch hier wiederum durch Deformation des Füllmaterials auch in Richtung der Querkraftkomponente Aufprallenergie absorbiert.
In der 6 ist eine weitere Energieabsorptionsvorrichtung 26 dargestellt. Bei dieser Energieabsorptionsvorrichtung 26 ist ein Verformungstopf 27 endseitig in einen Längsträger 28 eingesetzt, wobei sich der Verformungstopf 27 mit einem Randflansch 29 an einem Stirnrand 30 des Längsträgers 28 abstützt. Der Verformungstopf 27 ist mit einem deformierbaren Füllmaterial 31 gefüllt, durch das ein Trägerrohr 32 durchgesteckt ist. Dieses Trägerrohr 32 ist an einem vorderen freien Ende mit einem Stoßfänger 33 verbunden und ragt mit einem hinteren freien Ende aus dem Verformungstopf 27. In der 7 ist eine Ansicht entlang der Linie B-B der 6 dargestellt, aus der die schlitzförmige Geometrie einer Einstecköffnung 34 ersichtlich ist. Auch hier erfolgt die Energieabsorption bei Vorliegen von Längskraft- und Querkraftkomponenten in der in der 1 beschriebenen Weise.
In der 8 ist eine weitere Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung 35 dargestellt, bei der ein Verformungstopf 36 wiederum endseitig in einen Längsträger 37 eingesetzt ist und sich mit einem Randflansch 38 an einem Stirnrand 39 des Längsträgers 37 abstützt. Die Stirnwand des Verformungstopfes 36 weist im Randbereich einer Einstecköffnung 40 eine konvex kugelförmige Außenfläche auf.
Weiter ist in den Verformungstopf 36 eine Einsteckbuchse 41 eingesetzt, die mit einem Randflansch 42 mit entsprechend konkav geformter Anlagefläche am Randbereich der Einstecköffnung 40 anliegt. Die Einsteckbuchse 41 verengt sich nach hinten in den Längsträger 37 hinein, wobei in dieser sich nach hinten verengenden Einsteckbuchse 41 ein Trägerrohr 43 formschlüssig gehalten ist. Der Verformungstopf 36 ist wiederum mit einem deformierbaren Füllmaterial 44 gefüllt. Bei einem Fahrzeugaufprall wird ein im Durchmesser größerer Bereich 45 unter Materialverformung und Ener gieabsorption durch den engen Bereich der Einsteckbuchse 41 durchgeschoben. Eine Energieabsorption in Richtung einer Querkraftkomponente erfolgt auch hier wieder über das deformierbare Füllmaterial 44.

Claims

Energieabsorptionsvorrichtung mit wenigstens einem Deformationselement als Typschadenelement zwischen einem Stoßfänger und einer karosseriefesten Lagerung, wobei das Deformationselement einen Verformungstopf und ein Trägerrohr umfaßt, das einerseits mit dem Stoßfänger an einem ersten Anbindungspunkt verbunden und andererseits in den Verformungstopf in einem zweiten Anbindungspunkt eingesteckt und bei einem Fahrzeugaufprall in Fahrzeuglängsrichtung weiter einschiebbar ist, wobei mittels einer Verformungseinrichtung Bewegungsenergie in Verformungsarbeit umsetzbar ist, und der Verformungstopf zumindest teilweise mit einem deformierbaren Füllmaterial gefüllt ist, in das das Trägerrohr am zweiten Anbindungspunkt eingesteckt ist, dergestalt, daß bei einem Fahrzeugaufprall mit einer zusätzlich zur Längskraftkomponente vorliegenden Querkraftkomponente das Trägerrohr im deformierbaren Füllmaterial in Richtung der Querkraftkomponente nachgebend und durch Deformation des Füllmaterials energieabsorbierend gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verformungstopf (4; 16) an einem karosserieseitigen, freien Längsträgerende (2; 17; 28; 37) angebracht ist, daß das deformierbare Füllmaterial (11; 23; 31; 44) ein plastisch verformbarer Leichtmetallschaum ist, dass der Verformungstopf (4; 16) eine stirnseitige Wand (5; 18) mit einer Einstecköffnung (6; 19) aufweist, deren Durchmesser als in Fahrzeugquerrichtung verlaufender Querschlitz größer als der Trägerrohrdurchmesser ist und einen rückwärtig versetzten Drehpunkt zur Längsführung des Trägerrohrs aufweist, und dass in zwei beabstandeten Längsträgern je ein Typschadenelement verwendet ist und das jeweilige Trägerrohr (12; 20; 32; 43) mit dem Stoßfänger (25; 33) um eine Vertikalachse drehbar verbunden ist.
Energieabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rückwärtig versetzte Drehpunkt über eine Durchstecköffnung (10) in einer Rückwand (9) gebildet ist, durch die hindurch das Trägerrohr (12; 20) in der Grundstellung formschlüssig gehalten ist.
Energieabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine dazwischenliegende Zwischenwand (7) mit angepasster, eine Querbewegung des Trägerrohrs (12; 20) zulassende Durchstecköffnung (8) angebracht ist.
Energieabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rückwärtig versetzte Drehpunkt und die Verformungseinrichtung aus einem schwenkbar im Verformungstopf (4; 16) gehaltenen Querbolzen (13) mit einer keilförmigen Schneide (14) besteht, wobei das in den Verformungstopf (4; 16) bei einem Fahrzeugaufprall einschiebbare Trägerrohr (12; 20) unter Energieabsorption zerteilbar und aufpflügbar ist.
Energieabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des rückwärtig versetzten Drehpunkts an der Stelle eines Kugelmittelpunkts eine Kugelführung verwendet ist, dergestalt dass die Stirnwand des Verformungstopfs (36) im Randbereich der Einstecköffnung (40) eine konvex kugelförmige Außenfläche als Anlagefläche aufweist, dass in den Verformungstopf (36) eine Einsteckbuchse (41) eingesetzt ist, in die das Trägerrohr (43) eingesteckt ist und die mit einem Randflansch (42) mit konkav geformter Anlagefläche am Randbereich der Einstecköffnung (40) anliegt.
Energieabsorptionsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Einsteckbuchse (41) in ihrem nach innen weisenden Verlauf verengt und darin formschlüssig das Trägerrohr (43) gehalten ist dergestalt, dass in der Art einer Verformungseinrichtung bei einem Fahrzeugaufprall der im Durchmesser größere Bereich (45) des Trägerrohrs (43) unter Materialverformung und Energieabsorption durch den engeren Bereich der Einsteckbuchse (41) durchschiebbar ist.
Energieabsorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungstopf (4; 16; 37; 36) als Abschnitt eines Strangpressprofils hergestellt oder aus Einzelplatten zusammengeschweißt ist.
Energieabsorptionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verformungstopf (4; 16) auf den Längs träger (2; 17) endseitig aufgesetzt ist und das Trägerrohr (12, 20) bei einem Aufprall in den Längsträger einschiebbar ist.