DE2254299B2

DE2254299B2 - Rahmeneinheit eines kraftfahrzeuges zum absorbieren von aufprallenergie

Info

Publication number: DE2254299B2
Application number: DE19722254299
Authority: DE
Inventors: Ichiro; Watanabe Hiroyuki; Toyota Aichi Suzuki (Japan)
Original assignee: Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1971-12-08
Filing date: 1972-11-06
Publication date: 1977-01-27
Also published as: GB1400568A; US3827712A; JPS5029209B2; DE2254299A1; JPS4864619A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rahmeneinheit eines Kraftfahrzeuges zum Absorbieren von Aufprallenergie, bei der je ein Abschnitt der einen geschlossenen Rechteckquerschnitt aufweisenden und aus Metall bestehenden, versteifenden Rahmenlängsträger in bezug auf die Längsrichtung nach innen gekrümmt ist und Energie absorbierende Teile in den gekrümmten Abschnitten angeordnet sind.

Es ist bereits bekannt, einen Abschnitt der Rahmenlängsträger dergestalt zu biegen, daß hierdurch Aufprallenergie absorbiert werden kann. Da jedoch ein derartig gebogener Rahmenlängsträger zu einer ra sehen Abnahme seiner Belastbarkeit bei einem verformenden Aufprallstoß und damit eine zu geringe Absorptionswirksamkeit hat, mußte, um die Stoßenergie im gewünschten Umfang absorbieren zu können, die Gesamtdicke der Rahmenlängsträger vergrößert werden, was zu großen und schweren Bauteilen führt.

Aus der britischen Patentschrift 11 83 920 ist es weiter bekannt, die Rahmenlängsträger bei einer Rahmeneinheit für ein Kraftfahrzeug nach innen zu krümmen und einem Einbrechen der Rahmenträger durch Ausschäumen der vorgegebenen Knickstellen mit einer elastischen oder metallförmigen Masse entgegenzuwirken. Das Vorsehen solcher ausgeschlämmter Bereiche führt jedoch zu Schwierigkeiten bei der Herstellung und Abdichtung gegenüber den übrigen Abschnitten der Längsträger, da die ausgeschäumten Bereiche der Rahmenlängsträger genau festgelegt werden müssen, um den gewünschten Erfolg zu erzielen, d.h. jeder ausgeschäumte Bereich muß durch mindestens zwei, quer zur Längsrichtung des Trägers eingeschweißte Bleche abgetrennt werden. Erst danach kann das Ausschäumen erfolgen. Hierdurch wird die Herstellung der Rahmenlängsträger wesentlich erschwert, insbesondere dann, wenn längere Abschnitte der Rahmenlängsträger gleichmäßig ausgeschäumt werden sollen. Außerdem verändert der zum Ausschäumen verwendete Kunststoffschaum bei niedrigen Temperaturen seine mechanischen Eigenschaften und absorbiert unter Umständen Wasser, was zu Korrosion an den tragenden Bauteilen führen kann. Des weiteren können durch das Ausschäumen in der Regel an den Rahmenlängsträgern vorgesehene Befestigungslöcher sowie Anschraubbolzen verstopft werden, was zu Schwierigkeiten bei der späteren Weiterverwendung der gebildeten Rahmeneinheit führt. Zur Änderung der Energie absorbierenden Charakteristik des gebildeten Längsträgers muß weiter der Schaumstoff selbst und damit unter Umständen auch sein Einl/ringungsverfahren geändert werden. Darüber hinaus ist das nachträgliche Anschweißen von Werkstücken an den ausgeschäumten Bereichen solcher Längsträger kaum möglich, da der Schaumstoff die auftretenden Schweißtemperaturen nicht aushält bzw. solche Schweißarbeiten behindert.

Demgegenüber soll durch die Erfindung eine Energie absorbierende Rahmeneinheit für Kraftfahrzeuge der eingangs erwähnten Gattung geschaffen werden, bei der hohe Belastbarkeit der Längsträger mit gutem Absorptionsvermögen vereint sind, und die hinsichtlich ihrer Wirkungsweise keine Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, insbesondere von niederen Temperaturen, zeigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Energie absorbierenden Teile aus Metall hergestellt sind, schalenförmige Vorsprünge aufweisen und an in Biegerichtung einander gegenüberliegenden Innenflächen jedes Rahmenlängsträgcrs befestigt sind, wodurch die schalenförmigen Vorsprünge bei einer Verformung in Biegerichtung gegeneinander stoßen können.

Durch das Vorsehen der metallischen Energie absorbierenden Teile an den Innenflächen der Rahmenlängsträger läßt sich die Aufprallenergie bei einem Zusammenstoß in wirksamer Weise aufnehmen, wobei mit kleineren und leichteren Rahmenlängsträgern diese Eigenschaft erzielt werden kann. Durch eine zweckmäßige Auswahl der Blechdicke für die Rahmenlängsträger, deren Querschnittsgestalt und des Ausmaßes der - 55 Krümmung der Längsträger sowie der Gestaltdicke und Materialien für die absorbierenden Teile nach der Erfindung, kann die Axialbelastbarkeit und Verformungsverzögerung bei einem Aufprallunfall auf jeden beliebigen, gewünschten Wert eingestellt bzw, erhöht werden. Da die absorbierenden Teile aus Metall bestehen, wird die Absorptionswirkung bei den praktisch vorkommenden Temperaturen im wesentlichen nicht verändert, so daß sowohl bei hohen als auch niedrigen Umgebungstemperaturen, anders als bei Vorsehen von Schaumstoffen, im wesentlichen gleiche Funktionseigenschaften gewährleistet sind. Des weiteren beeinträchtigt das Vorsehen der absorbierenden Teile in den Rahmenlängsträgern weder die spätere

Anbringung von anderen Fahrzeugbauteilen mittels Schraubverbindungen noch irgendwelche Schweißarbeiten, die gegebenenfalls im Laufe des weiteren Fertigungsprozesses notwendig werd ?n.
;, Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das Energie absorbierende Teil den schalenförmigen Vorsprung an seinem Boden und Flansche zum Befestigen an gegenüberliegenden Seiten meiner öffnung aufweist.

Um eine noch verstärkte absorbierende Wirkung zu erzielen, kann gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung das Energie absorbierende Teil einen doppelwandigen schalenförmigen Vorsprung, bestehend aus einem Innen- und einem Außenteil aufweisen und können Flansche zum Befestigen an gegenüberliegenden Seiten der Öffnung angebracht sein. Eine andere Ausbildung des Energie absorbierenden Teils zeichnet sich dadurch aus, daß dieses einen flachen Vorsprung an seinem Boden aufweist. Sicken in dem flachen Vorsprung ausgebildet sind, eine kastenähnliche Befestigungsanordnung mit Seitenwänden an gegenüberliegenden Seiten des flachen Vorsprunges ausgebildet ist und einen Boden zur Befestigung an gegenüberliegenden seitlichen Enden der Öffnung vorgesehen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf einen Teil eines Kraftfahrzeugrahmens gemäß einem bevorzugten Ausfühungsbeispiel der Erfindung,

Fig.2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Energie absorbierenden Teiles,

F i g. 3 eine teilweise weggebrochene Draufsicht auf einen gekrümmten Abschnitt einer Rahmeneinheit nach der Erfindung,

F i g. 4 eine teilweise weggebrochene Vorderansicht der Rahmeneinheit nach F i g. 3,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 3,

F i g. 6 eine geschnittene Ansicht von einem anderen Ausführungsbeispiel von einem gekrümmten Rahmenabschnitt, mit daran befestigten Energie absorbierenden Teilen,

Fig.7 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform von einem Energie absorbierenden Teil,

F i g. 8A, B. C verschiedene Verformungszustände der erfindungsgemäßen Rahmeneinheit,

Fig.9A, B, C verschiedene Verformungszustände einer herkömmlichen Rahmeneinheit, und

Fig. 10 die charakteristischen Kurven bezüglich des Verlaufes der Axialbelastung der Rahmeneinheiten nach F i g. 8 und 9 während eines Aufprallunfalles.

In der Draufsicht nach F i g. 1 ist ein vorderer Abschnitt von Rahmenlängsträgern 1 und 2 gezeigt, welche die Seitenholme eines Kraftfahrzeuges bilden. Die Längsträger 1 und 2 bestehen aus Stahl und bilden im Querschnitt eine geschlossene rechteckige Form, gemäß F i g. 5. Sie sind mit rechtwinklig zu ihren entsprechenden Längsrichtungen gekrümmten Abschnitten 3 bzw. 4 versehen, die Energie absorbierend wirken.

Verschiedene Paare Energie absorbierender Teile 5 und 6 sind in den gekrümmten Abschnitten 3 und 4 angeordnet, wie in den F i g. 2 bis 5 dargestellt ist.

Jedes Energie absorbierende Teil besteht aus Stahl od. dgl. und hat einen schalenförmigen Vorsprung Ta, Tb am Boden, wie in Fig.2 und 3 dargestellt, sowie Flansche 8 und 9 zum Befestigen an gegenüberliegenden Seiten einer öffnung. Jedes Teil ist weiter so geformt.

daß es sich den Längsträgern 1 und 2 anpaßt

Wie in den F i g. 1,3 und 5 dargestellt, sind die Energie absorbierenden Teile 5 und 6 mittels der Flansche 8 und 9 so angeschweißt oder anderswie befestigt, daß die schalenförmigen Vorsprünge 7a und Tb einander gegenüberliegend an den beiden Innenseiten 10 und 11 der Längsträger 1 und 2 in der Krümmung zu liegen kommen, so daß die Vorsprünge aufeinander stoßen können.

Während drei Paare Energie absorbierender Teile in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt sind, versteht es sich, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Energie absorbierenden Teile 5 und 6 so gekrümmt daß die Flansche 12 und 13 zwischen den Flanschen 8 und 9 ein wenig im Abstand von den Innenseiten 10 und 11 der Längsträger 1 und 2 stehen. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung ebenfalls nicht auf diese spezielle Ausbildung beschränkt ist.

F i g. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel von Energie absorbierenden Teilen, bei welchen der schalenförmige Vorsprung von jedem absorbierenden Teil einen Doppelaufbau, bestehend aus einem innenteil 14 und einem Außenteil 15, aufweist. Fig. 7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei welchem der in F i g. 2 gezeigte schalenförmige Vorsprung Ta durch einen flachen Vorsprung 16 ersetzt ist, in dem Sicken 17 und 18 ausgebildet sind. Gegenüberliegende Seiten des flachen Vorsprunges 16 sind zu einer kastenartigen Befestigungsanordnung mit Seitenwänden 19 und 20 sowie Böden 21 und 22 ausgebildet, wobei letztere an den Innenflächen der Längsträger befestigt werden können.

Die Wirkung der erfindungsgemäß aufgebauten Rahmeneinheit wird nachfolgend im Vergleich zu einer herkömmlichen Rahmeneinheit beschrieben. Werden die Rahmenlängsträger als Seitenholme verwendet, so wird der gekrümmte Abschnitt, wie oben beschrieben, ausgebildet, um die nötige Steifigkeit während des Betriebes sicherzustellen und andererseits die Aufprallenergie absorbieren zu können. Der gekrümmte Abschnitt 3 nimmt einen Teil des Biegemomentes entsprechend der Exzentrizität H. vlg. Fig. 1, auf. Bei einem Zusammenstoß wird dieser Abschnitt verbogen, um die Aufprallenergie zu absorbieren.

Ein herkömmlicher Rahmenlängsträger 23, der in Fig.9A im Zustand der ersten Aufprallphase gezeigt ist, d. h. der axialen Belastung F ausgesetzt wird, verformt sich gemäß, wie bei Fig.9B durch 24 dargestellt. Der Rahmenquerschnitt beginnt dann einzubrechen, bevor die volle Bruchlast des Längsträgers 23 erreicht ist.

Wird der Längsträger weiterverformt, so kollabiert die Querschnittsform im wesentlichen gemäß in F i g. 9C. bis kein Biegewiderstand mehr vorliegt. Die charakteristische Kurve der Axialbeanspruchung im Verlauf eines Stoßes zeigt in diesem Fall, wie in Fig. 10 strichpunktiert wiedergegeben, einen Spitzenwert bei dnem Punkt 95, welcher dem Zustand gemäß F i g. 9B entspricht. Die Kurve fällt danach rasch ab, worauf beim Punkt 9C entsprechend dem Zustand gemäß Fig.9C der Stoß ohne wesentlichen Widerstand weitergeleitet wird.

Im Gegensatz dazu ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Rahmenlängsträger 25, gemäß Fig.8A, folgendes: In dem Moment, in dem die Axialkraft Feinwirkt, 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 gegenüber der plastischen Verformung, wird die Querschnittform des Rahmenläiigsträgers 25 im wesentlichen im Ausgangszustand gehalten, so daß der •Beanspruchung solange voller Widerstand entgegengesetzt werden kann, bis die plastische Bruchlast des Rahmenlängsträgers 25 erreicht ist. Wenn der Belastungsstoß weiter anwächst, schreitet die plastische Verformung der Energie absorbierenden Teile 26 und 27 fort, wie in Fig.8C dargestellt ist, und di( Querschnittsform des Längsträgers 25 wird entspre chend dem Verformungsumfang deformiert, so daß keir plötzlicher Abfall des Biegemomentes stattfindet.

Demzufolge fällt im Verlauf eines Stoßes in diesen Fall die Axialkraft F nicht hinter dem Punkt 8£ entsprechend dem Zustand nach F i g. 8B, ab, vgl. ii Fig. 10 ausgezogene Kurve, sondern verläuft in de; dargestellten Weise zum Punkt SC entsprechend den

ίο Zustand nach Fig.8C. Auch danach ist noch keil plötzlicher Abfall der Kurve festzustellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rahmeneinheit eines Kraftfahrzeuges zum Absorbieren von Aufprallenergie, bei der je ein Abschnitt der einen geschlossenen Rechteckquerschnitt aufweisenden und aus Metall bestehenden versteifenden Rahmenlängsträger in bezug auf die Längsrichtung nach innen gekrümmt ist und Energie absorbierende Teile in den gekrümmten Abschnitten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie absorbierenden Teile (5, 6) aus Metall hergestellt sind, schalenförmige Vorsprünge (7a) aufweisen und an in Biegerichtung einander gegenüberliegenden Innenflächen jedes Rahmen-Tängsträgers (1, 2) befestigt sind, wodurch die schalenförmigen Vorsprünge bei einer Verformung in Biegerichtung gegeneinander stoßen können.

2. Rahmeneinheit nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, 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 Flansche 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 kastenähnliche Befestigungsanordnung mit Seitenwänden (19, 20) an gegenüberliegenden Seiten des flachen Vorsprunges (16) ausgebildet sind und ein Boden (21, 22) zur Befestigung an gegenüberliegenden seitlichen Enden der öffnung angebracht ist.