DE4004725A1

DE4004725A1 - DEVICE FOR CONNECTING A BUMPER TO A VEHICLE LENGTH SUPPORT

Info

Publication number: DE4004725A1
Application number: DE19904004725
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Schuermann; Herbert Dipl Ing Woltron
Original assignee: Elastogran Kunststoff Technik GmbH
Current assignee: BASF Polyurethanes GmbH
Priority date: 1990-02-15
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1991-08-22
Also published as: WO1991012156A1; JPH05504117A; EP0515457A1

Abstract

A device for elastically connecting a bumper support to a longitudinal member of a vehicle consists essentially of a spring body supported between the longitudinal member of the vehicle and the bumper support. The spring body is formed from two or three fibre-reinforced plastic leaf springs (1, 2, 3). Two leaf springs are joined at the end regions by a fibre winding (4 and 5) made of fibres embedded in a polymer matrix. An intermediate structural element (7) is fastened to the longitudinal member of the vehicle between the leaf springs (1 and 2). The free end (8) of the intermediate structural element (7) is shaped like an expanded wedge and extends into the path of the third leaf spring (3).

Description

Bei Straßenfahrzeugen aller Art, insbesondere aber bei Kraftfahrzeugen sind zur Sicherung gegen unmittelbare Beschädigungen der Fahrzeugaufbauten an deren Vorder- und Rückseite stoßaufnehmende Vorrichtungen angebracht. Diese vorwiegend aus Stahlblech oder Kunststoff bestehenden sogenannten Stoßfängerträger erstrecken sich im wesentlichen quer zum Fahrzeug und sind häufig zwecks weiterer Stoßsicherung zusätzlich mit energieabsorbie renden Befestigungseinrichtungen, beispielsweise mit hydraulischen Dämp fern oder Gummi-Elementen versehen. Bei diesen bekannten Ausführungen läßt sich zwar infolge der Austauschbarkeit der hydraulischen Dämpfer bzw. der Gummi-Elemente eine Anpassung des Federungskörpers an die verschiedenen Belastungsverhältnisse und Unterbringungsmöglichkeiten erzielen, jedoch sind die Befestigungseinrichtungen baulich und herstellungsmäßig sehr auf wendig. Darüber hinaus wird durch den hohen Anteil von metallischen Bau teilen das Gesamtgewicht solcher Einrichtungen unnötig erhöht.For all types of road vehicles, but especially for motor vehicles are to protect against direct damage to the vehicle bodies shock-absorbing devices attached to the front and rear. These consist mainly of sheet steel or plastic Bumper beams extend substantially across the vehicle and are often also with energy absorption for further shock protection Renden fastening devices, for example with hydraulic damper fern or rubber elements. In these known designs lets due to the interchangeability of the hydraulic dampers or Rubber elements adapt the suspension body to the different Achieve stressful conditions and accommodation options, however the fasteners are structurally and manufacturing very on agile. In addition, due to the high proportion of metallic construction share the total weight of such facilities unnecessarily increased.

Mit der Erfindung soll eine Einrichtung zur elastischen Anbindung eines Stoßfängerträgers an einen Fahrzeuglängsträger geschaffen werden, welche von den geschilderten Nachteilen frei ist.With the invention, a device for the elastic connection of a Bumper beam to be created on a vehicle side member, which is free from the disadvantages described.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung mit einem sich zwischen Fahrzeug längsträger und Stoßfängerträger abstützenden Federkörper dadurch gelöst, daß der Federkörper aus drei Blattfedern aus faserverstärkten Kunststoffen besteht, von denen jeweils zwei Blattfedern an ihren Endbereichen mitein ander verbunden sind, und daß zwei Blattfedern an dem Fahrzeuglängsträger und die dritte Blattfeder an dem Stoßfängerträger befestigt sind bzw. ist.This task is done with an inter-vehicle setup the longitudinal member and the bumper member supporting spring body are released, that the spring body made of three leaf springs made of fiber-reinforced plastics consists of two leaf springs each at their end regions are connected, and that two leaf springs on the vehicle side member and the third leaf spring is attached to the bumper beam.

Hierdurch wird ein Teil der auf den Stoßfängerträger einwirkenden Energie, beispielsweise entsprechend einer Aufprallgeschwindigkeit von 4 km/h, ela stisch aufgenommen, d. h. der Federkörper wird reversibel verformt. Hohe Kraftspitzen und daraus resultierende große Beschleunigungen zu Beginn der Stoßbelastung werden vermieden. Die Blattfedern sind leicht, korrosionsbe ständig und lassen sich in kostengünstigen Herstellverfahren fertigen. Sie können in sehr weiten Bereichen auf die zu absorbierende Energie abge stimmt werden, indem die Federrate, d. h. beispielsweise die Dicke der ein zelnen Blattfedern variiert wird. Höhere Energiebeträge führen zur Zerstö rung der Blattfedern bzw. der Blattfederverbindungen, die nach einem wei teren Merkmal der Erfindung aus einer Faserwicklung, insbesondere aus in einer polymeren Matrix eingebetteten Fasern besteht. Dabei zerreißen die Umfangswicklungen der Fasern nacheinander. Die Faserwicklung wirkt als ein Element, welches irreversibel Energie verzehrt.As a result, part of the energy acting on the bumper beam, for example, corresponding to an impact speed of 4 km / h, ela recorded, d. H. the spring body is reversibly deformed. Height Force peaks and resulting large accelerations at the beginning of the Shock loads are avoided. The leaf springs are light, corrosion-proof constantly and can be manufactured in inexpensive manufacturing processes. they can depend on the energy to be absorbed in very wide areas be corrected by the spring rate, i. H. for example the thickness of a individual leaf springs is varied. Higher amounts of energy lead to destruction tion of the leaf springs or leaf spring connections, which after a white ter feature of the invention from a fiber winding, in particular in a polymeric matrix of embedded fibers. The tear apart Circumferential windings of the fibers one after the other. The fiber winding acts as one Element that consumes irreversible energy.

Durch die Wahl geeigneter Fasern, eines geeigneten Wickelwinkels sowie des Dickenverlaufs der Blattfederumwicklung läßt sich das Kraft/Verformungs- Verhalten der Anbindung und die Höhe der absorbierbaren Energie einstel len. So ist es denkbar, auch Fasern mit niedriger Festigkeit, z. B. σ_B≈500 N/mm², zu verwenden, so daß die irreversible Energieaufnahme der Faserwicklung schon bei niedriger Aufprallkraft einsetzt. weiterhin ist es vorstellbar, die Wanddicke der Faserwicklung zum Fahrzeuglängsträger hin zunehmen zu lassen. Dies bewirkt, daß mit zunehmendem Verformungsweg höhe re Kräfte und damit zunehmende Energiebeträge aufgenommen werden können.The force / deformation behavior of the connection and the amount of absorbable energy can be set by selecting suitable fibers, a suitable winding angle and the thickness profile of the leaf spring wrapping. So it is conceivable to use fibers with low strength, e.g. B. σ _B ≈500 N / mm ² , so that the irreversible energy consumption of the fiber winding begins even at low impact forces. it is also conceivable to increase the wall thickness of the fiber winding towards the vehicle side member. This causes higher forces and thus increasing amounts of energy to be absorbed as the deformation path increases.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung schließen die am Fahrzeuglängsträger befestigten Blattfedern zwischen sich ein Zwischenbauelement ein, dessen freies Ende keilförmig erweitert ist und in den Federweg der dritten Blattfeder hineinreicht. Auf diese Weise läßt sich der Übergang vom elastischen zum irreversiblen Kenn linienverlauf des Federkörpers exakt festlegen.In a particularly advantageous embodiment of the invention Device close the leaf springs attached to the vehicle side member an intermediate component between them, the free end of which is wedge-shaped is extended and extends into the travel of the third leaf spring. On in this way the transition from elastic to irreversible characteristic can be made Define the line shape of the spring body exactly.

Für die Herstellung des Federkörpers ist im allgemeinen nur ein Formwerk zeug erforderlich, da jeweils immer nur die einzelnen Blattfedern geformt zu werden brauchen, die dann miteinander verbunden werden. Die Blattfedern können als Dreieck-, Trapez-, Parabel-, Hyperbel- oder Keilfeder gestaltet sein. Zur Erzielung einer haltbaren Verbindung zwischen den einzelnen Blattfedern werden jeweils zwei Blattfedern an den Federenden miteinander verspannt, vorzugsweise umwickelt.For the manufacture of the spring body is generally only a molding Stuff required because only the individual leaf springs are formed need to be, which are then connected to each other. The leaf springs can be designed as triangular, trapezoidal, parabolic, hyperbolic or wedge springs be. To achieve a lasting connection between the individual Leaf springs become two leaf springs at the spring ends with each other tense, preferably wrapped.

Erfindungsgemäß bestehen die Blattfedern aus faserverstärkten Kunststoffen und die Faserwicklungen aus in Kunststoffen - in einer Matrix - eingebet teten Fasern oder Faserbündeln. Geeignete Kunststoffe sind sowohl Durome re, wie Epoxidharze, Vinylesterharze oder ungesättigte Polyesterharze als auch Thermoplaste, beispielsweise Olefinpolymerisate, wie Polyethylen oder Polypropylen; Styrolpolymerisate, wie Polystyrol oder Copolymere des Styrols, Chlor enthaltende Polymerisate, wie Polyvinylchlorid oder chlorierte Polyolefine, Polyamide, Polycarbonate, Polymethylmethacrylate sowie Mischungen dieser Polymerisate. Diese Kunststoffe können die üblichen Zusatzstoffe, wie Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe usw. enthalten.According to the invention, the leaf springs consist of fiber-reinforced plastics and the fiber windings embedded in plastics - in a matrix fibers or fiber bundles. Suitable plastics are both Durome re, such as epoxy resins, vinyl ester resins or unsaturated polyester resins also thermoplastics, for example olefin polymers, such as polyethylene or Polypropylene; Styrene polymers, such as polystyrene or copolymers of Styrene, chlorine-containing polymers, such as polyvinyl chloride or chlorinated polyolefins, polyamides, polycarbonates, polymethyl methacrylates and mixtures of these polymers. These plastics can usual additives, such as fillers, pigments, dyes, etc. contain.

Als Faserverstärkung kommt insbesondere Fasermaterial in Form von unidi rektionalen Strängen, die sich längs der Blattfeder erstrecken, in Be tracht. Diese Stränge bestehen im allgemeinen aus Glas-, Kohlenstoff- oder Kunststoffasern. Besonders bevorzugt sind faserige Stränge aus Glasfasern. In particular, fiber material in the form of unidi comes as fiber reinforcement rectional strands, which extend along the leaf spring, in Be dress. These strands are generally made of glass, carbon or Plastic fibers. Fibrous strands of glass fibers are particularly preferred.

Der Fasergehalt einer Blattfeder kann in weiten Grenzen variieren und liegt zweckmäßig zwischen 30 und 80 Gew.-%.The fiber content of a leaf spring can vary within wide limits is suitably between 30 and 80 wt .-%.

Für das Zwischenbauelement eignen sich Profilstäbe, die aus Polypropylen, Polyamid, ABS spritzgegossen werden.Profile rods made of polypropylene, Polyamide, ABS are injection molded.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is described below with reference to the drawings of an embodiment explained in more detail.

Im wesentlichen besteht die Einrichtung zur elastischen Anbindung eines Stoßfängerträgers an einen Fahrzeuglängsträger aus einem Federkörper, wel cher aus drei Blattfedern (1, 2, 3) mit gekrümmtem Mittelbereich und zu mindest annähernd gerade verlaufenden Endbereichen zusammengesetzt ist. Jeweils zwei Blattfedern sind an ihren Endbereichen durch eine Faserwick lung (4, 5) miteinander verbunden. Die an dem Fahrzeuglängsträger (in den Zeichnungen nicht dargestellt) befestigten Blattfedern (1) und (2) sind mit einem Schaft (6) verlängert und schließen zwischen sich ein Zwischen bauelement (7). An seinem gegenüberliegenden Ende (8) ist das Zwischenbau element keilförmig erweitert.Essentially, the device for the elastic connection of a bumper beam to a vehicle side member consists of a spring body, which is composed of three leaf springs ( 1 , 2 , 3 ) with a curved central region and at least approximately straight end regions. Two leaf springs are connected to each other at their end regions by a fiber winding ( 4 , 5 ). The leaf springs ( 1 ) and ( 2 ) attached to the vehicle side member (not shown in the drawings) are extended with a shaft ( 6 ) and close an intermediate component ( 7 ) between them. At its opposite end ( 8 ) the intermediate element is wedge-shaped.

Dieses freie Ende (8) ist so bemessen, daß es in den Federweg der dritten Blattfeder (3) hineinreicht, welche mit dem Stoßfängerträger (9) ver schraubt ist.This free end ( 8 ) is dimensioned so that it extends into the spring travel of the third leaf spring ( 3 ), which is screwed to the bumper beam ( 9 ).

Während die Fig. 1 und 2 den Federkörper in unbelastetem Zustand zei gen, läßt sich aus Fig. 3 entnehmen, wie die Blattfedern (1, 2, 3) zur elastischen Energieaufnahme bei Stoßbelastung herangezogen werden. Im Kraft-Weg-Diagramm (Fig. 4) ist die elastische, reversible Energiespei cherung als lineare Kurve dargestellt. Die Fig. 5 und 6 zeigen den Zu stand der Federkörpers, bei dem das Zwischenbauelement (7) mit der Blatt feder (3) in Eingriff gekommen ist und die die Blattfedern (1) und (2) verbindende Faserwicklung (4) auf vorgewähltem Lastniveau zerstört wird.While FIGS. 1 and 2, the spring body in the unloaded state zei gene, can be determined from Fig. 3 shows how the leaf springs (1, 2, 3) are used for the elastic energy absorption under impact loading. In the force-displacement diagram ( Fig. 4), the elastic, reversible energy storage is shown as a linear curve. FIGS. 5 and 6, the to state of the spring body, in which the intermediate component (7) has come into engagement with the leaf spring (3) and the leaf springs (1) and (2) connecting fiber coil (4) to a preselected load level gets destroyed.

Claims

1. Device for the elastic connection of a bumper beam to a vehicle side member with a spring body supported between the vehicle side member and the bumper member, characterized in that the spring body consists of three leaf springs ( 1 , 2 , 3 ) made of fiber-reinforced plastics, each of which has two leaf springs at its end areas are connected to each other, and that two leaf springs ( 1 , 2 ) are attached to the vehicle side member and the third leaf spring ( 3 ) to the bumper member ( 9 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the leaf springs ( 1 , 2 , 3 ) by a fiber winding ( 4 ) or ( 5 ) are interconnected.

3. Device according to claim 2, characterized in that the fiber winding ( 4 , 5 ) consists of fibers embedded in a polymeric matrix.

4. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the leaf springs attached to the vehicle side member ( 1 ) and ( 2 ) include an intermediate component ( 7 ) between them, the free end ( 8 ) of which is wedge-shaped and expanded into the spring travel into the third leaf spring ( 3 ).