DE2254299A1

DE2254299A1 - Rahmeneinheit zum absorbieren von aufprallenergie

Info

Publication number: DE2254299A1
Application number: DE2254299A
Authority: DE
Inventors: Ichiro Suzuki; Hiroyuki Watanabe
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1971-12-08
Filing date: 1972-11-06
Publication date: 1973-06-20
Also published as: US3827712A; JPS5029209B2; GB1400568A; JPS4864619A; DE2254299B2

Description

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha, Toyota-Shi / Japan -

Rahmeneinheit zum Absorbieren von
Aufprallenergie

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rahmeneinheit zum Absorbieren von Aufprallenergie mit Rahmenteilen aus Metall mit rechteckigem, geschlossenem Querschnitt.

Sie bezieht sich insbesondere auf eine Verbesserung einer Rahmeneinheit, z.B. eines Seitenteiles eines Rahmens für ein Kraftfahrzeug.

Es wurde vorgeschlagen, bei einer Rahmeneinheit, z.B. einem Fahr-

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zeugrahmen oder einem Seitenteil, einen Abschnitt desselben zu biegen, um die Aufprallenergie zu absorbieren. Weil jedoch solch ein Rahmen eine zu schnelle Abnahme der Belastbarkeit bei einem verformenden Stoß und eine zu geringe Absorptionswirksamkeit hat, muß die Gesamtdicke der Rahmeneinheit zum Ausgleich dafür vergrößert werden, was zu unnötig großen und schweren Bauteilen führt, um die erforderliche Wirksamkeit der Absorption der Energie zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirksamkeit der Absorption der Aufprallenergie nach einem Zusammenstoß oder dergleichen zu steigern und eine kleine und leichtgewichtige Rahmeneinheit zu schaffen, während ausreichende Zuverlässigkeit und Sicherheit aufrechterhalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Abschnitt jedes Rahmenteils in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Rahmenteile gebogen ist, und Energie absorbierende, aus Metall hergestellte Teile, welche schalenförmige Vorsprünge aufweisen, an einander gegenüberliegenden Innenflächen der Rahmenteile befestigt sind, welche der Biegerichtung gegenüber liegen, wobei die schalenförmigen Vorsprünge gegeneinanderstoßen können.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Eg zeigen:

Pig. 1 einen Teil einer Draufsicht eines Fahrzeugrahmens gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Pig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Energie absorbierenden Teils,

Fig. 3 eine Draufsicht eines gekrümmten Abschnitts einer Rahmeneinheit, wobei ein Teil weggebrochen ist,

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_ 3 —

Pig. 4 eine Vorderansicht der Eahmeneinheit der J¹Xg. 3, wobei ein Teil weggekrochen ist,

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V der Fig. 3>

Pig. 6 eine Querschnittsansicht eines gekrümmten EahmenabSchnitts mit einem daran befestigten Energie absorbierenden Teil von der Seite, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Pig. 7 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Energie absorbierenden Teils,

ig. 8 A, B, C verformte Zustände der erfindungsgemäßen Rahmeneinheit,

Pig. 9 A, B, C verformte Zustände einer herkömmlichen Eahmeneinheit, und

Pig. 10 die charakteristischen Kurven axialer Belastung der Eahmeneinheiten im Verlauf eines Stoßes.

In der Zeichnung ist Pig. 1 eine Draufsicht, welche einen vorderen Abschnitt von Eahmenteilen 1 und 2 zeigt, welche die seitlichen Holme eines Wagens bilden, an dem die Erfindung angewendet ist. Die Eahmenteile 1 und 2 bestehen aus Stahl und bilden im Querschnitt eine geschlossene rechteckige Porm wie in Pig. 5 dargestellt ist. Sie sind mit rechtwinklig zu ihren entsprechenden Längsrichtungen gekrümmten Abschnitten 3 bzw. 4 versehen. Diese Abschnitte dienen als Energie absorbierende Abschnitte.

Verschiedene Paare Energie absorbierender Teile 5 und 6 sind in den gekrümmten Abschnitten 3 und 4 angeordnet, wie in den Pig. bis 5 dargestellt ist.

Jedes Energie absorbierende Teil besteht aus Stahl oder dergleichen und hat einen schalenförmigen Vorsprung 7a, 7b am Boden, wie in

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Pig. 2 und 3 dargestellt ist, sowie Plansche 8 und 9 zum Befestigen an gegenüberliegenden Seiten einer Öffnung und ist so geformt, daß es an die Rahmenteile 1 und 2 angepaßt ist.

Wie in den Pig. 1,3 und 5 dargestellt ist, sind die Energie absorbierenden Teile 5 und 6 mit den Planschen 8 und 9 mittels Schweißen oder dergleichen so befestigt, daß die schalenförmigen Vorsprünge 7a und 7b einander gegenüber an den zwei Innenseiten 10 und 11 der Innenseite der Rahmenteile 1 und 2 angeordnet sind und in der Krümmung liegen, wobei die Yorsprünge aneinanderstoßen können.

Während drei Paare Energie absorbierender Teile in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt sind, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Auch wenn die Energie absorbierenden Teile 5 und 6 so gekrümmt sind, daß die Plansche 12 und 13 zwischen den Planschen 8 und 9 ein wenig von den Innenseiten 10 und 11 der Rahmenteile 1 und 2 entfernt angeordnet sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen speziellen Aufbau beschränkt.

Fig. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel von energieabsorbierenden Teilen, bei welchen der schalenförmige Vorsprung jedes Energie absorbierenden Teils einen Doppelaufbau mit einem Innenteil14 und einem Außenteil 15 aufweist. Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei welchem der in Pig. 2 gezeigte schalenförmige Vorsprung 7a durch einen flachen Vorsprung 16 ersetzt ist, in welchem Sicken 17 und 18 ausgebildet sind. Gegenüberliegende Seiten des flachen Vorsprungs 16 sind zu einer schachtel-¹ ähnlichen Befestigung mit Seitenwänden 19 und 20 sowie Böden 21 und 22 ausgebildet, wobei die letzteren an den Innenflächen der Rahmenteile befestigt werden können.

Die Wirkung der Absorption von Aufprallenargie bei dem so gemäß der Erfindung aufgebauten Rahmenteil wird im folgenden im Vergleich mit einem herkömmlich aufgebauten Rahmenteil beschrieben. Wenn die Rahmenteile als Seitenholme verwendet werden, welche

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BAD ORIGINAL

einen Fahrzeugrahmen bilden, so wird der gekrümmte Abschnitt wie oben beschrieben ausgebildet, um die feste Steifigkeit während des Betriebes- sicherzustellen und Aufprallenergie zu absorbieren. Der gekrümmte Abschnitt 3 nimmt einen Anteil des Biegemoments entsprechend dem Betrag an Exzentrizität H, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist auf. Bei einem Zusammenstoß wird dieser Abschnitt gebogen, um. die Aufprallenergie zu absorbieren.

Ein herkömmliches Rahmenteil 23, wie es in Fig. % während der ersten Stufe des Aufpralls gezeigt ist, d.h. wenn die axiale Belastung F aufgebracht wird, verformt sich, wie in Fig. 9B durch 24 dargestellt ist, und der Rahmenquerschnitt beginnt einzubrechen, bevor die volle plastische Bruchlast des Rahmenteils 23 erreicht ist.

Wenn das Rahmenteil weiterverformt wird, wird die Querschnittsform im wesentlichen einbrechen, wie in Fig. 9C dargestellt ist, bis es dem Biegemoment nicht mehr widersteht·. So hat die charakteristische Kurve der Axialbeanspruchung im Verla uf eines Stoßes in diesem Fall, wie in Fig. 10 mit strichpunktierter Linie dargestellt ist, eine Spitze der Axialbeanspruchung F bei einem Punkt 9B, welcher dem Zustand der Fig. 9B entspricht und fällt danach schnell ab, worauf beim Punkt 9C entsprechend dem Zustand der Fig. 90 der Stoß ohne wesentlichen Widerstand fortschreitet.

Im Gegensatz dazu ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Rahmenteil 25, wie es in Fig. 8A dargestellt ist, folgendes: In dem Moment, wenn die Axialbeanspruchung F aufgebracht wird, werden die schalenförmigen Vorsprünge 28 und 29 der paarweise angeordneten Energie absorbierenden Teile 26 und 27, welche in dem gekrümmten Abschnitt befestigt sind, gegeneinander gestoßen und beginnen sich plastisch zu verformen. Aufgrund des Widerstandes dieser plastischen Verformung wird die Querschnittsform des Rahmente.ils 25 im wesentlichen in ihrer Ausgangslage gehalten, so daß sie der Beanspruch-ung widerstehen kann, bis die volle plastische Einbruchsbeanspruchung des Rahmenteils 25 erreicht ist. Wenn der Stoß der Belastung weiter anwächst, schreitet die plastische Verformung der Energie absorbie-

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BAD Öfa

τ enden Teile 26 und 27 fort, wie in Pig. 8C dargestellt ist, und die Querschnittsform des Rahmenteils 25 wird entsprechend dem Betrag der Verformung deformiert, so daßkein plötzlicher .Abfall des Biegemoments stattfindet.

Demzufolge fällt in der charakteristischen Kurve der Axialbeanspruchung im Verlauf eines Stoßes in diesem Fall die Axialbeanspruchung P nicht nach dem Passieren des Punktes 8B entsprechend dem Zustand der Pig. 8B, wie in Pig. 10 mit ausgezogener Linie dargestellt ist, ab und erreicht den Punkt 8C entsprechend dem Zustand der Pig. 8C und zeigt sogar danach noch keinen plötzlichen Abfall.

Diese Tatsache zeigt deutlich, daß das erfindungegemäße Rahmenteil eine wünschenswerte Charakteristik bei der Absorption von Aufprallenergie aufweist.

Wie gezeigt und beschrieben wurde, kann die Wirksamkeit der Absorption von Aufprallenergie nach einem Zusammenstoß gemäß der Erfindung gesteigert werden und demzufolge können kleinere und leichtere Rahmenteile zum Absorbieren einer gegebenen Aufprallenergie geschaffen werden. Durch zweckmäßiges Einstellen und/oder Auswahl der Plattendicke des Rahmenteils, der Querschnittsform, des Material des Ausmaßes der Exzentrizität des gekrümmten Abschnitts, oder der Form des Energie absorbierenden Teils, der Dicke und dessen Material, können die Axialbeanspruchung oder Verzögerung bis zu irgendeinem gewünschten Wert gesteuert werden. Weil das Rahmenteil eine Absorption und Entspannung der Aufprallenergie herbeiführt, welche notwendig und für das Rahmenteil ausreichend sind, bietet es darüberhinaus Zuverlässigkeit und Sicherheit und stellt außerdem die Sicherheit der Insassen sicher, wenn es bei einem Fahrzeugrahmen oder dergleichen verwendet wird.

3 ; 9 8 2 5/07 ■; 8

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Claims

— ι —

Patent ansprü c h e

■ 1. / "~ Rahmeneinheit zum Absorbieren von Aufprallenergie mit 'Rahm ent eil en aus Metall mit rechteckigem, geschlossenem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt (3,A) jedes Eahmenteils (1,2) in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Rahmenteile (1,2) gebogen ist, und Energie absorbierende, aus Metall hergestellte Teile (5,6), welche schalenf örmige Vorsprünge (7a) aufweisen, an einander gegenüberliegenden Innenflächen der Rahmenteile (1,2) befestigt sind, welche der Biegerichtung gegenüber liegen, wobei die schalenförmigen Vorsprünge (7a,7b) gegeneinanderstoßen können.
2. Rahmeneinheit nach Anspruch 1, dadurch g ek e η η zeichnet, daß das Energie absorbierende Teil (5,6) den schalenförmigen Vorsprung (7a) an seinem Boden und !Flansche (8,9) zum Befestigen an gegenüberliegenden Seiten seiner Öffnung aufweist.
3. Rahmeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Energie absorbierende Teil (5,6) einen doppelwandigen, schalenförmigen Vorsprung bestehend aus einem Innen-(14) und einem Außenteil (15) aufweist, und Plansche zum Befestigen an gegenüberliegenden Seiten der Öffnung angebracht sind.
4. Rahmeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Energie absorbierende Teil einen flachen Vorsprung (16) an seinem Boden aufweist, Sicken (17,18) in dem flachen Vorsprung (16) ausgebildet sind, eine schachtelähnliche Befestigung mit Seitenwänden (19,20) an gegenüberliegenden Seiten des flachen Vorsprungs (16) ausgebildet sind und ein Boden (21,22) zur Befestigung an gegenüberliegenden seitlichen Enden der Öffnung angebracht ist.

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