DE2254299C3

DE2254299C3 -

Info

Publication number: DE2254299C3
Application number: DE19722254299
Authority: DE
Priority date: 1971-12-08
Filing date: 1972-11-06
Publication date: 1977-09-15

Description

Die Erfindung betrifft eine Rahmeneinheit eines Kraftfahrzeuges zum Absorbieren von Aufprallenergie, bei der je ein Abschnitt der einen geschlossenen Rechteckquei schnitt 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 rasehen 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 Ausschaumen der vorgegebenen Knickstellen mit einer elastischen oder metaliförmigen Masse entgegenzuwirken. Das Vorsehen solcher ausgeschäumter Bereiche führt jedoch zu Schwierigkeiten bei der Herstellung um Abdichtung gegenüber den übrigen Abschnitten de Längsträger, da die ausgeschäumten Bereiche de Rahmenlängsträger genau festgelegt werden müssen um den gewünschten Erfolg zu erzielen, d.h. jede ansgeschäumte Bereich muß durch mindestens zwei qjier zur Längsrichtung des Trägers eingeschweißt* Bleche abgetrennt werden. Erst danach kann da; Ausschäumen erfolgen. Hierdurch wird die Herstelluni der Rahmenlängsträger wesentlich erschwert, insbeson dere dann, wenn längere Abschnitte der Rahmcnlängs träger gleichmäßig ausgeschäumt werden sollen. Außer dem verändert der zum Ausschäumen verwendete Kunststoffschaum bei niedrigen Temperaturen seini mechanischen Eigenschaften und absorbiert untei Umständen Wasser, was zu Korrosion an den tragender Bauteilen führen kann. Des weiteren können durch da; Ausschäumen in der Regel an den Rahmenlängsträgerr vorgesehene Befesügungslöchsr sowie Anschraubbol zen verstopft werden, was zu Schwierigkeiten bei dei späteren Weiterverwendung der gebildeten Rahmen einheit führt. Zur Änderung der Energie absorbierender Charakteristik des gebildeten Längsträgers muß wcitei der Schaumstoff selbst und damit unter Umständen auch sein Einbringungsverfahren geändert werden. Darübei 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 dei 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 Rahmenlängsträgers 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 Krümmung der Längsträger sowie der Gestaltdicke und Materialien für die absorbierenden Teile nach der Erfindung, kann die Axialbelastbarkeit und Verformungsverzögerung bei einem Aufprallunfall auf jeder beliebigen, gewünschten Wert eingestellt bzw. erhöhl werden. Da die absorbierenden Teile aus Metal bestehen, wird die Absorptionswirkung bei der praktisch vorkommenden Temperaturen im wesentli chen nicht verändert, so daß sowohl bei hohen als auch niedrigen Umgebungstemperaturen, anders als be Vorsehen von Schaumstoffen, im wesentlichen gleiche Funktionseigenschaiien gewährleistet sind. Des weiteren beeinträchtigt das Vorsehen der absorbierender Teile in den Rahmenlängsträgern weder die später«

Anbringung von anderen Fahrzeiigbautcilcn mittel!, Schraubverbindungen noch irgendweiche Schweißarbeiten, die gegebenenfalls im Laufe des weiteren Fertigungsprozesses notwendig werden.

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 Seilen seiner Öffnung aufweist.

Um eine noch verstärkte absorbierende Wirkung zu erzielen, kann gemäß einer anderen Weiterbildung der ErHndung das Energie absorbierende Teil einen doppelwandigen schalenförmigen Vorsprung, bestehend aus einem Innen- und einem Außentcil 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 :>ind, eine kastenähnliche Befestigungsanordnung mit Seitenwänden an gegenüberliegenden Seilen 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 Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Energie absorbierenden Teile·,;.

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

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

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

Fig.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. 8 A, B, C verschiedene Verformungszuslände der erfindungsgemäßen Rahmeneinheit,

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

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

In der Draufsicht nach Fig. t 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 7<), Tb am Boden, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, sowie Flansche 8 und 9 zum Befestigen an gegenüberliegenden Seiten einer öffnung. ]edes Teil ist weiter so geformt, daß es sich den Längsträger!! 1 und 2 anpaßt.

Wie in den Fig. 1,3 und 5dargestellt,sind die Energie absorbierenden Teile υ und 6 mittels der Flansche 8 und 9 so angeschweißt oder anderswie befestigt, daß die schalenförmigen Vorsprünge Ta und 75 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.

Fig. 6 zeigt ein anderes Austührungsbeispiel 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. F i g. 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 Aufpraüphase 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 F i g. 10 strichpunktiert wiedergegeben, einen Spitzenwert bei einem Punkt 9ß, 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 ,rfindungsgemäßen Rahmenlängsträger 25, gemäß F i g. 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, weiche 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 Rahmenlängsträgers 25 im wcsentlichen im Ausgangszustand gehalten, so daß der Beanspruchung solange voller Widerstand entgegengesetzt werden kann, bis die plastische Bruchlast des Rahmenlängslrägers 25 erreicht ist. Wenn der BcIastungsstoß weiter anwächst, schreitet die plastische Verformung der Energie absorbierenden Teile 26 und

27 fort, wie in Fig.8C dargestellt ist, und die Querschnittsform des Längsträgers 25 wird entsprechend dem Verformungsumfang deformiert, so daß kein plötzlicher Abfall des Biegemomentes stattfindet.

Demzufolge fällt im Verlauf eines Stoßes in diesem Fall die Axialkrafi Γ nicht hinter dem Punkt 8ß. entsprechend dem Zustand nach Fig.8B. ab, vgl. in Fig. 10 ausgezogene Kurve, sondern verläuft in der dargestellten Weise zum Punkt 8C, entsprechend dem Zustand nach F i g. 8C. Auch danach ist noch kein 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 Rahmenlängsträger (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 I, 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.