DE19938474A1 - Vorrichtung zur Umwandlung von Aufprallenergie, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Vorrichtung zur Umwandlung von Aufprallenergie, insbesondere für Kraftfahrzeuge

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Abstract

Technisches Problem der Erfindung DOLLAR A Um zum Stillstand zu kommen, muß die kinetische Energie einer bewegten Masse durch Umwandlung dieser Energie bei Reibung und Materialdeformation abgebaut werden. Je mehr geeignetes "Deformationsvolumen" zur Verfügung steht, um so größer der verzögerungsfreie Energieabbau. DOLLAR A Lösung der Aufgabe DOLLAR A Diese Aufgabe wird durch die im Patentantrag aufgeführten Merkmale der Erfindung so gelöst, daß innerhalb des bewegten Körpers ein System installiert wird, das bei einem Aufprall nicht nur im Aufprallbereich Energie unter Deformation aufnimmt. Das System besteht aus deformierbaren Prallkörpern, die durch ein Transportsystem untereinander verbunden sind und mit Flüssigkeit und deformierbaren Festkörpern gefüllt sind. Der beim Aufprall entstehende Druck im Prallkörper wird über das Leitungssystem an weitere Körper unter deren Deformation und unter Energieverbrauch weitergeleitet. DOLLAR A Anwendungsgebiet DOLLAR A Verbesserung der passiven Sicherheit bei Kraftfahrzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von Aufprallenergie, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Aufgabe
Wenn beim Zusammenprall zweier Körper die Körper anschließend zum Stillstand kommen, so muß die zunächst die durch Masse und Geschwindigkeit vorhandene kinetische Energie verändert werden und in irgendeiner Form auf die Körper übertragen werden.
Neben einer durch innere und äußere Reibung geringfügig entstehenden Temperaturerhöhung ist es überwiegend eine Energieübertragung als Schwingung mit einer möglichen Deformation der Körper.
Als Beispiel mag der Zusammenprall zweier Autos angeführt werden, bei denen primär durch Verformung von Karosseriebereichen die kinetische Energie beim Aufprall transformiert wird. Diese Transformation findet überwiegend im direkten Aufprallbereich und seinen angrenzenden Zonen statt. Sogenannte Knautschzonen werden kontrolliert eingeplant, um die Aufprallenergie aufzunehmen und abzubauen. Durch die Begrenzung des Deformationsbereichs um den Bereich der Aufprallstelle, wird die Energieumwandlung räumlich und somit auch in ihrer Größe begrenzt. Wenn es gelingt, diesen Deformationsbereich auszuweiten, könnte auch das Ausmaß der hier gewünschten "Energievernichtung" vergrößert werden.
Lösung
Diese Aufgabe löst die im Patentanspruch genannte Erfindung dadurch, daß die örtlich auftretende Energie durch ein Transportsystem zu anderen Bereichen, in denen die Energie durch weitere Deformationen transformiert werden kann, weitergeleitet wird. Dieser Transport könnte durch ein mechanisches System aber auch durch ein Röhrensystem vorgenommen werden. Die Röhren sind dann ein in sich geschlossenes System, in dem eine Druckänderung an einer Stelle sich über das ganze System ausbreitet.
Vorteilhaft können dem Transportsystem sogenannte Druckaufnahmebereiche ("Prallkörper") (1) vorgelagert werden, die in ihrer Größe und Aufbau für eine solche Stoßaufnahme geeignet, in ihrer Lage durch eine Stützkonstruktion (6) fixiert sind und die zusammen mit den Röhren als Gesamtsystem bezeichnet werden sollen. Der Druckaufbau im System entsteht durch eine durch äußere Einwirkung hervorgerufene Verformung der Prallkörper. Ist jetzt das Gesamtsystem mit einer praktisch inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt, wird im Gesamtsystem ein Überdruck in Abhängigkeit von der Prallstärke aufgebaut.
Möglichkeiten der Auswirkung eines solchen Druckaufbaus für das Gesamtsystem
  • 1. Die Wandungen des Systems nehmen den Druck auf und beginnen sich bei Überschreiten eines materialspezifischen Wertes zu weiten. Diese Deformation ist mit einer Energieaufnahme verbunden, deren Größe proportional zur Oberfläche des Systems ist. Zusätzlich zu den materialspezifischen Werten kann durch Variation der Wandstärke und Materialart eine unterschiedliche Dehnungsfähigkeit in gewünschten Bereichen hergestellt werden, oder, falls vorteilhaft, auch nahezu ganz unterbunden werden.
  • 2. Im Gesamsystem oder in Teilen (3) davon sind kompressible Festkörper (7-14) eingebracht sind. Die Druckweiterleitung wie auch eine mit dem Druckaufbau eintretende Strömung wird durch Räume zwischen den Festkörpern gewährleistet. Ein. Druckaufbau im Röhrensystem bewirkt unter Energieaufnahme eine Deformation dieser Festkörper zusätzlich zu dem unter 1. beschriebenen Effekt. Das Ausmaß des Energieverbrauchs ist bei einem Energieüberschuß direkt proportional der Anzahl der deformierbaren Körper und deren Energieverbrauch bei der Deformation. Die Fähigkeit zur energieverzehrenden Deformation der eingebrachten Körper kann durch Form (geometrische Gestaltung, Ausbildung eines inneren Hohlkörpers mit wählbarer Wandstärke oder auch von geschäumter Struktur) und Material (Stahl, Leichtmetalle, Kunststoffe) den gewünschten Anforderungen angepaßt werden. Für ein Ansprechen bei Stößen minderer Stärke ist dann eine leichtere Kompressibilität zu wählen, für hohe Belastungen eine geringere Kompressibilität. Auch eine Mischung dieser Eigenschaften durch Einbringen verschiedenartiger Körper (7, 7a; 8, 8a) oder von Körpern mit in sich verschiedenen Eigenschaften (9) kann vorteilhaft sein.
Das Material der Vorrichtung kann der Verwendung entsprechend gewählt werden. Zunächst sind Metalle, ihre Kombination und ihre Legierungen mit notwendigen Festigkeits- und/oder Dehnungseigenschaften geeignete Werkstoffe. Durch Wahl ihrer Wandstärken können die Eigenschaften dem Zweck entsprechend verändert werden. Auch Kunststoffe mit ausreichender Stabilität oder eine Kombination Metall/Kunststoff können verwendet werden.
Zwei Ausführungsbeispiele werden im folgenden näher beschrieben:
Abb. 1 zeigt den Grundriß eines PKWs, in dessen äußeren Bereich an vier Stellen Prallkörper (1) eingebaut sind. Als Installationsbereiche könnten Positionen gewählt werden, die nach gegebenen Erfahrungen häufig in Kollisionen einbezogen sind.
Ein weiterer Druckaufnahmekörper, hier zentral angeordnet (4), dient als zusätzlicher Deformationsbereich. Die Prallkörper sind durch druckstabile Leitungen miteinander verbunden (2). Das Gesamtsystem ist mit Flüssigkeit gefüllt. Die Druckweiterleitung und der einsetzende Strömungsprozess finden darüber statt. Die räumliche Verlegung der Leitungen sollte zur Sicherstellung der Druckweiterleitung möglichst geschützt vorgenommen werden Zusätzliche Querverbindungen (5) könnten diese Druckweiterleitung zusätzlich sichern. Um sicherzustellen, daß durch den Aufprall Druck im Inneren der Prallkörper aufgebaut und übertragen wird, müssen die Prallkörper so angebracht sein, daß sie beim Aufprall nicht wesentlich ausweichen können.
Die Prallkörper wie auch das Röhrensystem können vollständig oder auch teilweise mit komprimierbaren Festkörpern (Druckaufnahmekörper) gefüllt sein. In der Fig. 1 sind die Prallkörper mit Druckaufnahmekörpern dargestellt (3). Beispielhaft sind in Fig. 3 einige Formen für die Druckaufnahmekörper dargestellt, mit skizzierten Varianten in den Wandstärken.
Die Materialwandstärken der Prallkörper können so gewählt werden, daß eine Verformung möglich ist, eine Stabilität aber in ausreichendem Maße gewährleistet bleibt.
Eine weiteres Beispiel für eine Anwendung ist in Fig. 2 dargestellt.:
Hier sind die Prallkörper umlaufend angebracht werden, zum Beispiel im Front- und Heckbereich des Kraftfahrzeuges in den Stoßstangen, in den Seitenbereichen in den Türschwellern. Die Aufprallwahrscheinlichkeit in einem der so vorbereiteten Aufprallbereich wird damit sehr groß. Das Röhrenverbindungssystem ist auch hier mit mehrfachen Verzweigungen (5) ausgebildet, um die Druckübertragung auch bei einem aufprallbedingten Verschluß einer Röhre aufrecht zu erhalten.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Umwandlung von Aufprallenergie, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen in den Aufprallbereichen angebrachte Prallkörper (1) sowie ein Transportsystem, durch welches kinetische Energie von einem an einer Aufprallstelle liegendem Prallkörper auf außerhalb der Aufprallstelle liegende Bereiche übertragbar ist, umfaßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallkörper so angebracht sind (3), daß sie einem aufprallenden Stoß als ganzes nicht ausweichen können.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Prallkörper einer Druckbelastung unter Volumenminderung nachgibt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, daß das Transportsystem aus einem Röhrensystem (2) aufgebaut wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrensystem mit den Prallkörpern verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Röhrensystem aus druckstabilern Material besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Gesamtsystems mit Flüssigkeit gefüllt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Gesamtsystems ganz oder in Teilbereichen (Prallkörper) (3) mit komprimierbaren Festkörpern gefüllt ist.
10. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper im Innern einen oder mehrere Hohlräume aufweisen.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörper von unterschiedlicher Kompressibilität sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der hohlen Festkörper unterschiedliche Wandstärken aufweisen kann (7. 8. 9).
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Festkörper in einer Wabenstruktur miteinander flächig verbunden sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Prallkörper, des Röhrensystems und der Restkörper aus Metall, Metallegierungen oder Kunststoffen oder einer Kombination davon besteht.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Gesamtsystems in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Wandstärken aufweisen kann.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallkörper durch ein Röhrensystem mehrfach miteinander verbunden sind (5).
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch außerhalb der eigentlichen Aufprallbereiche ein oder mehrere Druckaufnahmekörper angebracht sind (4).
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