DE2520594A1 - Energieabsorbierende stossfaengeranordnung - Google Patents

Description

TOLKSWAGEKVEEE
Aktiengesellschaft
5180 Wolfsburg

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Energieabsorbierende Stoßfängeranordnung

Die Erfindung betrifft eine energieabsorbierende Stoßfängeranordnung für einen zu schützenden Gegenstand, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem aus einem Elastomer bestehenden Stoßfänger, der ein in Richtung auf den Gegenstand durch einen Träger geschlossenes Querschnittsprofil mit einem dem Träger gegenüberstehenden Grundbereich und sich zwischen diesem und dem Träger erstreckenden Schenkelbereichen besitzt. Ein derartiger Stoßfänger ist aus der US-Patentschrift 3 638 985 in der Weise bekannt geworden, daß der Querschnitt die Form etwa eines Halbkreises besitzt, also der Grundbereich und die Schenkelbereichs gleichsam ineinander übergehen, wobei die Wandstärken d^ar Schenkelbereiche mit zunehmendem Abstand von dem Träger abnahmen. Zur Erzeugung eines bestimmten Verlaufs der Kraft~Weg-K ..cvj ist der bekannte Stoßfänger an seinem Grundbereich mit Rippen in wabenähnlicher Anordnung versehen, die sich erst bei einem stärkeren Stoß auf der zugekehrten ebenen Fläche des Trägers abstützen.

Bsi Elastomeren, wie sie zur Herstellung von Stoßfängern Einsatz finden, macht sich hinsichtlich der bei einem Stoß aufiretendon maximalen Verformungskräfte die Temperaturabhängigkeib der Elastizität des Materials nachteilig bemerkbar. In

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ORIGINAL INSPECT!:*?

ist über der Temperatur T das Verhältnis von Verzögerungskraft P und Fahrzeugmasse G aufgetragen, und zwar in Kurve a für einen Polyurethanreaktionsguß und in Kurve b für ein Äthylenpropylendienmonomer (EPDM). Man erkennt, daß bei etwa unterhalb Raumtemperatur liegenden Temperaturen eine erhebliche Zunahme derjenigen Verformungskraft zu beobachten ist, die zur Erzielung der gewünschten Verzögerung erforderlich ist. Damit ergibt sich auch ein unterschiedlicher Verlauf der Verformungskraft F über dem Verformungsweg s in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur, wie dies Figur 2 veranschaulicht: Man erkennt, daß bei Raumtemperatur RT sich in diesem Diagramm gleichsam ein "liegender" Bereich ergibt, der die vernichtete bzw. umgesetzte Energie darstellt, während bei -5° C das Material so viel steifer geworden ist, daß der Deformationsweg S kleiner und die maximal auftretende Kraft F erheblich größer geworden sind. Bei -10° C ergibt sich gleichsam ein stehender Bereich mit annähernder Verdopplung der maximalen Kraft F, und bei sehr tiefen Temperaturen entartet der die Energieaufnahme wiedergebende Bereich gleichsam zu einer Linie oder Kurve c. ·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine energieabsorbierende Stoßfängeranordnung der oben bezeichneten Art so auszubilden, daß der Einfluß der Temperaturabhängigkeit des zur Herstellung des Stoßfängers verwendeten Elastomers auf die für den Energieverzehr wesentlichen Eigenschaften des Stoßfängers zumindest gemildert ist. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von dem Träger zumindest eine erste und eine zweite Stoßfängerzone aufeinanderfolgen, die durch in dieser Richtung im Hinblick auf das Temperaturverhalten des Elastomers derart zunehmende Wandstärken definiert.sind, daß die Energieabsorption bei in der Größenordnung der Raumtemperatur und daüber liegenden Temperaturwerten zumindest überwiegend bei Verformung der zweiten Stoßfängerzone,, dagegen bei tieferen Temperaturen zumindest überwiegend durch Verformung der

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ersten Stoßfängerzone erfolgt.

Anschaulich und einfach laßt sich die Erfindung etwa dahingehend beschreiben, daß der Stoßfänger in zwei Stoßfängerzonen unterschiedlicher Wandstärke unterteilt ist, die so ausgelegt sind, daß die dem Träger nächste Stoßfängerzone infolge ihrer Nachgiebigkeit bei im Bereich der Raumtemperatur und darüber liegenden Temperaturen kaum zum Energie verzehr beiträgt, sie also sehr leicht verformt werden kann, während bei diesen Temperaturen der Energieverzehr durch die entsprechend stärker ausgelegte zweite Stoßfängerzone erzeugt wird. Bei niedrigen Temperaturen dagegen wird das Material, wie anhand Figur 1 erläutert, erheblich steifer, so daß schließlich die stärker ausgelegte zweite Stoßfängerzone kaum noch deformiert wird. Da aber die erste Zone, wie dargelegt, nachgiebiger ausgebildet ist, erfolgt jetzt eine Deformation dieser ersten Zone, so äaß diese nunmehr im wesentlichen den Energieverzehr bewirkt. Ye rständlicherweise läßt sich in der Hegel durch Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre nicht eine Identität des Verhaltens des Stoßfängers bei den verschiedenen Temperaturen erzielen, zumal natürlich bei den höheren Temperaturen der Yerformungsweg s erheblich großer ist als bei niedrigeren Temperaturen, bei denen im wesentlichen nur der erste Stoßfängerbereich deformiert wird. Wie Versuche gezeigt haben, läßt sich die erfindurvjsgemäße Anordnung durch entsprechende Wahl der WandstärVai, die weitgehend empirisch bestimmt werden müssen, so auslegea, daß die sich bei verschiedenen Temperaturen einstellenden Maximalwerte der Verformungskräfte in Säherung gleich groß sind.

Zur Veransehaulichung dienen die Kurven I und II in Figur 2. Gemäß Kurve I, die für eine Ausführung der erfindungsgemaßen Stoßfängeranordnung bei einer Temperatur von +60 C gilt, wir! sowohl der Verformungsweg s als auch die maximale

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kraft F gegenüber einer Stoßfängeranordnung ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen etwas vergrößert. Kurve II gilt für die Erfindung hei -20° C- Gegenüber einer nicht gemäß der Erfindung ausgestalteten Stoßfängeranordnung ist der Bereich des Snergieverzehrs also im Uhrzeigersinn erheblieh geschwenkt, wobei gleichzeitig die Differenz zwischen den bei 6ö C und -20 G auftretenden maximalen Kräften JP so weit verringert ist, daß man von einer weitgehenden Annäherung sprechen kann.

Was die konstruktive Ausgestaltung der Erfindung betrifft, so wird man die Wandstärken an den Grenzen der Stoßfängerzonen sprunghaft zunehmen lassen; innerhalb der Zonen können die Wandstärken konstant sein oder aber sich auch mit zunehmendem Abstand von dem Träger vergrößern. Bas schließt jedoch eine Ausbildung nicht aus, bei der die Wandstärken stets kontinuierlich zunehmen.

Zur Unterstützung der Bildung von Stoßfängerzonen, die in nennenswertem Maße teils nur bei Saumtemperatur und darüber, teils nur bei niedrigen !Temperaturen zum Energieverzehr beitragen, kann der Stoßfänger von dem Grundbereich ausgehende, sich unterschiedlich weit in Sichtung auf den Träger erstreckende Hippen besitzen. Biese Sippen können sich in Längsrichtung öder in Querrichtung des Stoßfängers erstrecken. Ihre Wandstärken können in Sichtung auf den Träger abnehmen. Biese Sippen trafen also in zunehmendem Maße zum Energieverzehr erst bei Erreichen eines bestimmten Beformationsweges bei. Man kann dafür sorgen, daß zunächst keine der Sippen zur Auflage auf dem Träger gelangt, so daß eine erste Stoßfängerzone gebildet wird, bei der allein der - kleine - Materialquerschnitt der Schenkelbereiche verformt werden muß, woraufhin sieh in zunehmender Anzahl Sippan auf dem Träger abstützen, so daß ein zunehmend größerer Terformungswiderstand auftritt. Ba auch die Sippen aus dem Elastomer

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"bestehen, versteifen sie die Stoßfängeranordnung insbesondere bei tiefen Temperaturen, so daß dann der Energieverzehr praktisch ausschließlich durch Verformung der ersten Stoßfängerzone bewirkt wird.

Ehe die Erfindung anhand von zwei figürlich dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert wird, sei darauf hingewiesen, daß der Begriff der Raumtemperatur, so wie er im Rahmen der Erfindung Verwendung findet, natürlich nicht auf einen exakten Temperaturwert von 18 oder 20° G beschränkt ist. Es geht tatsächlich darum, den in seiner Temperatürlage von dem jeweiligen Material abhängigen Knick in dem in Figur 1 veranschaulichten Temperaturverhalten durch den Übergang von der Deformation der zweiten Stoßfängerzone zu der alleinigen Deformation der ersten Stoßfängerzone zu kompensieren. Dabei kann statt nur einer ersten und nur einer zweiten Stoßfängerzone natürlich jeweils eine größere Anzahl von Zonen vorgesehen sein. Geht man von den in Figur 1 zugrundegelegten Materialien aus, so dürfte also der Begriff der Raumtemperatur je nach dem Material etwa zwischen 20 C und -5 C zu verstehen sein.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stoßfängeranordnung mit senkrecht zur Quer-Echnittsebena verlaufenden Rippen, während sich die Figuren 4 und 5 - Figur 5 stellt die in Figur 4 mit V-V bezeichnete SchrJ.ttansicht dar - auf ein Ausführungsbeispiel mit parallel zu der Querschnittsebene verlaufenden Rippen beziehen. Gemeinsam ist beiden Ausführungsformen ein etwa U-förmiges Querschnitt sprofil.

Betrachtet man zunächst Figur 3» so setzt sich das Querschnit';.:■.-profil einstückig aus dem Grundbereich 1 und den beiden Sch:nkelbereichen 2 und 3 zusammen. Dieses in Richtung auf den nicht

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dargestellten zu schützenden Gegenstand offene Profil aus einem Elastomer wird geschlossen durch den Träger 4, der beispielsweise einen Bestandteil eines Kraftfahrzeugs darstellt.

Wesentlich für die Erfindung ist die Tatsache, daß die beiden Schenkelbereiche 2 und 3 in diesem Ausführungsbeispiel zwei Sprungstellen 5 und 6 bzw. 7 ^un(i 8 ihrer Wandstärke aufweisen, wobei sich diese Sprungstellen paarweise gegenüberliegen. Von dem Träger 4 aus betrachtet nehmen also an diesen Stellen die Wandstärken zu. Das bedeutet, daß bei einer Deformation zunächst der erste Stoßfängerbereich 9 deformiert wird, der sich zwischen dem Träger 4 einerseits und den Sprungstellen 5 und 7 andererseits erstreckt. Erst dann erfolgt sukzessive Deformation der beiden zweiten Stoßfängerbereiche 10 und 11, die sich zwischen den Sprungstellen bzw. zwischen der vordersten Sprungstelle 6, 8 einerseits und dem Grundbereich 1 andererseits erstrecken.

Die Wandstärke der ersten Zone 9 ist relativ schwach bemessen, so daß bei normalen Temperaturen, also bei Raumtemperatur oder darüberliegenden Temperaturen, dieser Bereich bei seiner Verformung kaum zum Energieverzehr beiträgt. Der Energiaverzehr erfolgt im wesentlichen erst durch Verformung der zweiten Stoßfängerzone 10 und 11. Bei niedrigen Temperaturen dagegen, die gemäß Figur 1 zu einer erheblichen Verringerung der Elastizität des Materials führen, erfolgt schon durch die Verformung der dann härteren ersten Stoß fänger ζ one 9 d-S^r erforderliche Energieverzehr, während die zweiten Stoßfängerzonen 10 und 11 infolge ihrer stärkeren Ausbildung und des Machlassens der Elastizität des verwendeten Elastomers so hart sind, daß sie kaum Energieverzehr beitragen.

Diese Definition von Stoßfängerzonen wird unterstützt durch in dem Ausführungsböispiel nach Figur 3 sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckende Rippen 12 bis 16, die einstückig mit äan Ka-

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terial des Querschnittsprofils 1,2, 3 sind. Wie ersichtlich, liegen die freien Endkanten der Sippen 12 Ms 16 auf einer Kurve 17j so daß sie unterschiedliche Abstände von dem Träger 4 aufweisen. Weiterhin nimmt die Wandstärke der Hippen, ausgehend von einem Maximalwert nahe dem Grundbereich 1, mit zunehmender Annäherung an den Träger 4 ^b. Alle diese Maßnahmen bewirken, daß die zur Verformung erforderliche Kraft mit zunehmendem Verformungsweg größer wird, was nicht nur hinsichtlich der Erzielung einer bestimmten Kennlinie bei Eaumtemperatur, sondern auch zur Erzielung der gewünschten erfindungsgemäßen Wirkung bei tieferen Temperaturen, also dem Übergang des Energieverzehrs im wesentlichen nur auf den ersten Bereich 9, von Vorteil ist.

Entsprechendes gilt für die parallel zur Querschnittsebene angeordneten Sippen 20, 21, 22 usw. in dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 4 ¹¹¹^d 5· Kürzere und längere Sippen können in periodischer Folge angeordnet sein. Wie Figur 5 zeigt, weist auch hier das Querschnittsprofil 23 im Bereich seiner Schenkelbereiche 24 und 25 aprunghafte Änderungen der Wandstärke in Ebenen 26 und 27 auf, die hier zusammenfallen mit der Lage der freien Endkanten von Sippen. So werden auch hier Stoßfängerzonen 28, 29 und 30 gebildet, deren Wandstärken mit zunehmendem Abstand von dem Träger 3I ebenfalls zunehmen.

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Claims (1)

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   2ο Anordnung nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärken derart dimensioniert sind, daß die sich bei verschiedenen Temperaturen einstellenden Maximalwerte der Verformungskräfte in Baherung gleich groß sind.

   J. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärken an den Grenzen der Stoßfangerzonen (9» 10,11) sprunghaft zunehmen.

   4· Anordnung nach einem dor Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßfänger ein zumindest ungefähr U-förmiges Querschnittsprofil (1,2,3) besitzt.

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   5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4₅ dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßfänger (1,2,3) von dein Grundbereich (1) ausgehende, sich unterschiedlich weit in Richtung auf der: Träger (4) erstreckende Hippen (12-16) zur Unterstützung der Bildung der Stoßfängerzonen (9» ΊΟ* 1"O "besitzt,

   6, Anordnung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärken der Rippen (12-16) in. Richtung auf den Träger abnehmen.

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