DE4016044A1

DE4016044A1 - Aufprallschutzvorrichtung insbesondere fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE4016044A1
Application number: DE19904016044
Authority: DE
Inventors: Robert Spiess
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1991-11-21

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufprallschutzvor richtung insbesondere für Fahrzeuge zum zumindest teilweisen Abbau der bei einem Aufprall vorhandenen kinetischen Energie in Formänderungsenergie, wobei die Aufprallschutzvorrichtung im Bereich zwischen der äußeren Kontur einer Konstruktion und deren tragenden Teilen angeordnet ist. Derartige Vorrichtun gen werden häufig im Automobilbau eingesetzt. Sie dienen da zu, die Karosserie eines Fahrzeugs bei kleineren Aufprallvor gängen vor Deformation zu schützen, dadurch, daß die beim Aufprallen vorhandene kinetische Energie des Fahrzeuges voll ständig innerhalb der Aufprallschutzvorrichtung in Formände rungsarbeit umgewandelt wird. Des weiteren haben sie die Auf gabe auch bei größeren Aufprallkräften die kinetische Energie soweit zu verringern, daß die Deformation der tragenden Teile z. B. des Fahrzeugrahmens bzw. des Knautschzone eines Fahr zeugs möglichst gering gehalten wird.

STAND DER TECHNIK

Aus dem Eisenbahnbau sind seit langem Aufprallschutzvorrich tungen in Form von Puffern bekannt, die die beim Zusammenstoß zwischen zwei Wagons oder einem Waggon mit einem Prellbock auftretenden Kräfte aufnehmen. Bei diesen Puffern wird die vorhandene kinetische Energie durch Zusammendrücken einer in Aufprallrichtung vorhandenen Spiralfeder in Federenergie um gewandelt, wobei die Zusammendrückung der Feder derart be grenzt ist, daß keine plastische Verformungen innerhalb der Feder auftreten. Dadurch kann sich die Feder nach dem Auf prallvorgang wieder entspannen und der Puffer ist erneut ein satzfähig.

Im Automobilbau ist es bekannt, zur Vermeidung von Beschädi gungen der Stoßstange eines Kraftfahrzeuges bei kleinen Auf prällen, die beispielsweise beim Ein- oder Ausparken häufig vorkommen, die Stoßstange mittels Federn, die in Aufprall richtung wirken, elastisch am Fahrzeugrahmen oder sonstigen tragenden Teilen des Fahrzeugs zu lagern. Hierbei stehen je doch nur relativ kleine Wegstrecken zur Verfügung, innerhalb derer sich die Federn zusammendrücken können und somit kine tische Energie in Federenergie umwandeln können, so daß der Ab solutbetrag an Energie, der durch derartige Vorrichtungen in Federenergie umgewandelt wird - bedingt durch den kurzen Ver formungsweg der Federn - relativ gering ist.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufprall schutzvorrichtung anzugeben, die einfach aufgebaut ist, die raumsparend einzubauen ist und die Formänderungseigenschaften bekannter Aufprallschutzvorrichtungen verbessert.

Die erfindungsgemäße Aufprallschutzvorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben. Diese Erfindung zeichnet sich dementsprechend dadurch aus, daß eine Formänderungsvor richtung vorhanden ist, die quer zur Aufprallrichtung wirkt. Mit dieser Maßnahme ist es in vorteilhafter Weise möglich, den relativ kurzen möglichen Verformungsweg in Aufprallrich tung dadurch praktisch zu verlängern, daß eine Formänderungs vorrichtung vorhanden ist die eine Verschiebung quer zur Auf prallrichtung ausnützt, um kinetische Energie in Formände rungsenergie umzuwandeln, wobei der quer zum Aufprall vorhan dene relativ große mögliche Verformungsweg ausgenutzt wird.

Bevorzugt ist die Formänderungsvorrichtung zwischen der äuße ren Kontur der vor den Wirkungen eines Aufpralls zu schützen den Konstruktion und den tragenden Teilen der Konstruktion kontinuierlich verteilt angeordnet. Durch diese kontinuierli che Verteilung kann ein erhöhter Energiebetrag erzielt wer den, um den die kinetische Energie vermindert wird. Dadurch wirken, nachdem die Formänderungsvorrichtung ihren Maximalbe trag an aufnehmbarer Energie erreicht hat, noch relativ klei ne Kräfte auf die tragenden Teile welche beispielsweise für ein Fahrzeug der Fahrzeugrahmen oder eine hinter der Auf prallschutzvorrichtung vorhandenen Knautschzone (Blechteile der Karosserie) sein kann.

Oftmals wird bei Fahrzeugen die Stoßstange nur an bestimmten Stellen an den Fahrzeugrahmen angeschlossen. In einer vor teilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils eine Form änderungsvorrichtung punktuell an den Stellen zwischen der Stoßstange des Fahrzeugs und den tragenden Teilen des Fahr zeugs angeordnet. Mit dieser kostengünstig durchzuführenden Maßnahme werden hinsichtlich der Aufpralleigenschaften auch sehr gute Ergebnisse erzielt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Formände rungsvorrichtung Mittel zum Umwandeln von kinetischer Energie in Federenergie und/oder Reibungsenergie auf. Hierbei können die Mittel zum Umwandeln der kinetischen Energie in Feder energie elastische oder elastisch plastische Kennwerte auf weisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein in Aufprallrichtung verschiebbares keilförmiges Element vorhan den. Die Formänderungsvorrichtung weist an den Flanken des zumindest einen keilförmigen Elements angeordnete Aufnahmee lemente auf, die zumindest Bereichsweise eine der Flankennei gung des keilförmigen Elements angepaßte Querschnittskontur aufweisen. Weiterhin werden die Aufnahmeelemente von Gurtele menten umspannt, die jeweils in einer Ebene quer zur Ver schiebungsrichtung des keilförmigen Elements angeordnet sind, wobei bei Verschiebung des keilförmigen Elements die Aufnah meelemente Verschiebungskomponenten quer zur Aufprallrichtung erfahren, so daß die Gurtelemente vornehmlich auf Dehnung be ansprucht werden. Mit dieser einfach und präzise herstellba ren Formänderungsvorrichtung, die eine günstige Baugröße auf weist, lassen sich günstige Ergebnisse im Hinblick auf die Aufpralleigenschaften erzielen.

Um die Verschiebung der Aufnahmeelemente quer zur Aufprall richtung bei in die Aufnahmeelemente eindringendem keilförmi gen Element steuern zu können, und somit die aufnehmbare Formänderungsenergie und Reibungsenergie größenmäßig festle gen zu können hat es sich als günstig herausgestellt einzelne Gurtelemente mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen bzw. mit unterschiedlichen Materialkennwerten zu verwenden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Gurtele mente aus Kevlar. Weiterhin können die keilförmigen Elemente als Pyramiden- oder Kegelstumpf ausgebildet sein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit zwei punktuell angeordneten Aufprallschutzvorrichtungen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit kon tinuierlich verteilter Aufprallschutzvorrichtung und

Fig. 3 bis 5 schematische Darstellung der bei einem Aufprall erfol genden Verschiebung der Aufprallschutzvorrichtung mit einem keilförmigen Element, Aufnahmeelementen und Gurtelementen.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Das in einer Untersicht schematisch dargestellte Fahrzeug 10 weist eine gestrichelt umrandet dargestellte tragende Kon struktion 12 auf, die durch einen Fahrzeugrahmen 14 gebildet wird. Im vorderen Bereich des Fahrzeuges 10 ist eine Stoß stange 16 angeordnet, die an zwei Stellen 17, 18 mit dem Fahrzeug 10 verbunden ist. Zwischen den Verbindungsstellen 17, 18 und dem Fahrzeugrahmen 14 ist jeweils eine Aufprall schutzvorrichtung 20 angeordnet. Diese Aufprallschutzvorrich tung 20 hat die Aufgabe, die bei einem Anprall auf die Stoß stange 16 wirkenden Kräfte abzubauen, wobei die kinetische Energie des Fahrzeuges durch Nachgeben der Aufprallschutzvor richtung in Formänderungsenergie zumindest teilweise umgewan delt wird.

Im Unterschied zu Fig. 1 ist in Fig. 2 schematisch ein Fahr zeug in Untersicht dargestellt, das eine kontinuierlich über die vordere Breite des Fahrzeugs verlaufende Aufprallschutz vorrichtung 22 aufweist. Hierbei wirken die beim Aufprall entstehenden Kräfte direkt auf die Aufprallschutzvorrichtung 22 ein. Diese gibt die Kräfte nach zumindest teilweisem Abbau durch Umwandlung von kinetischer Energie in Formänderungs energie an einen dahinter angeordneten Fahrzeugrahmen 24 ab, der die kragende Konstruktion 26 eines Fahrzeugs 28 dar stellt.

Bei dem in den Fig. 3 bis 5 im Schnitt schematisch darge stellten Ausführungsbeispiel einerAufprallschutzvorrichtung 31 ist ein keilförmiges Element 30 vorhanden auf das die zu nächst in Aufprallrichtung (F) entstehenden Kräfte wirken.

Diesem keilförmigen Element kann eine in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Stoßstange 32 vorgeschaltet sein. Das keilförmi ge Element ragt bereichsweise in eine Formänderungsvorrich tung 33 hinein, die ein oberes Aufnahmeelement 34 und ein un teres Aufnahmeelement 36 besitzt. Das obere Aufnahmeelement 34 und das untere Aufnahmeelement 36 weisen einen trapezför migen Querschnitt mit jeweils einer schrägen Seite 38 auf. Die Neigung dieser schrägen Seite 38 entspricht der Neigung der Flanken 40 des keilförmigen Elementes 30. Die Flanken 40 des keilförmigen Elementes liegen dabei an der schrägen Seite 38 des oberen Aufnahmeelementes 34 und des unteren Aufnahme elementes 36 an. Beide Aufnahmeelemente stützen sich auf ei nen schematisch dargestellten Fahrzeugrahmen 42 ab.

Das obere Aufnahmeelement 34 und das untere Aufnahmeelement 36 ist umspannt mit einem Gurtpaket bestehend aus einzelnen umlaufenden Gurten 44.

Beim Aufprall wird nun zunächst das keilförmige Element 30 in Aufprallrichtung F verschoben. Hierbei gleiten die Flanken 40 des keilförmigen Elementes 30 auf den schrägen Seiten 38 der Aufnahmeelemente, wodurch bereits ein Teil der kinetischen Energie in Reibungsenergie umgewandelt wird. Gleichzeitig werden das obere Aufnahmeelement 34 und das untere Aufnahmee lement 36 quer zur Aufprallrichtung F auseinandergedrückt. Je nach gewählten Querschnittsabmessungen der Gurte bzw. Materi alwerten der Gurte 44 werden die Aufnahmeelemente parallel quer zur Aufprallrichtung verschoben oder werden gegeneinan der verdreht (in Fig. 4 gestrichelt dargestellt), wobei Ver schiebungskomponenten quer zur Aufprallrichtung F auftreten, oder werden sowohl parallel zueinander verschoben als auch verdreht.

Dadurch werden die Gurte 44 gedehnt, wodurch ein Teil der ki netischen Energie in Formänderungsenergie umgewandelt wird. Die Dehnung der Gurte 44 erfolgt so lange, bis das keilförmige Element den maximal zulässigen Verformungsweg s erreicht hat und am Fahrzeugrahmen 42 anschlägt (Fig. 5). In diesem Zu stand ist es möglich, daß bereits einige Gurte 40, die bevor zugt aus Kevlar bestehen, gerissen sind.

In vorteilhafter Weise kann auch die oben beschriebene Aus führungsform mit einer Federeinrichtung kombiniert werden, die in Aufprallrichtung F wirkt, d. h. kinetische Energie in Formänderungsenergie durch Zusammendrückung der Federelemente in Richtung der Aufprallrichtung F umwandelt.

Auch ist es möglich, daß umgekehrt das keilförmige Element am Fahrzeugrahmen angeschlossen ist und die davor angeordneten Aufnahmeelemente, auf die in diesem Fall zunächst die beim Aufprall entstehende Kraft einwirkt, sich in Aufprallrichtung bewegen und somit die kinetische Energie in Formänderungse nergie/Reibungsenergie gewandelt wird.

Die erfindungsgemäße Aufprallvorrichtung ist nicht nur im Vorderbereich von Fahrzeugen einsetzbar, sondern überhaupt am ganzen Fahrzeug, d. h. an jeder Stelle an der wirksam ein Aufprall erfolgen könnte. Darüber hinaus läßt sich die erfin dungsgemäße Aufprallschutzvorrichtung für jede Konstruktion verwenden, die vor Aufprallkräften zu schützen ist, um mögli che Deformationen empfindlicher Teile zu verhindern oder zu mindest zu dämpfen.

Claims

1. Aufprallschutzvorrichtung (20, 22, 31) insbesondere für Fahrzeuge zum zumindest teilweisen Abbau der bei einem Aufprall vorhandenen kinetischen Energie in Formände rungsenergie, wobei die Aufprallschutzvorrichtung (20, 22, 31) im Bereich zwischen der äußeren Kontur und den tragenden Teilen (12, 26) einer Konstruktion angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Formänderungsvorrichtung (33) vorhanden ist, die quer zur Aufprallrichtung (F) wirkt.

2. Aufprallschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formänderungsvorrichtung (22) zwischen der äußeren Kontur der Konstruktion und den tragenden Teilen (12) der Konstruktion kontinuierlich verteilt angeordnet ist.

3. Aufprallschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Formänderungsvorrichtung (20) punktuell an Stellen zwischen der äußeren Kontur der Konstruktion und den tra genden Teilen (12) der Konstruktion angeordnet ist, wobei der Formänderungsvorrichtungeine Kraftverteilvorrichtung (16) vorgeschaltet ist.

4. Aufprallschutzvorrichtung nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formänderungsvorrichtung (33) Mittel zum Umwandeln von kinetischer Energie in Federenergie und/oder Rei bungsenergie aufweist.

5. Aufprallschutzvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Umwandeln der kinetischen Energie in Fe derenergie elastische oder elastisch-plastische Kennwerte aufweist.

6. Aufprallschutzvorrichtung nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- zumindest ein in Aufprallrichtung (F) verschiebbares keilförmiges Element (30) vorhanden ist,
- die Formänderungsvorrichtung (33) an den Flanken (40) des zumindest einen keilförmigen Elements (30) angeord nete Aufnahmeelemente (34, 36) aufweist, die zumindest bereichsweise in eine der Flankenneigung des keilförmi gen Elements (30) angepaßte Querschnittskontur (38) aufweisen, und
- die Formänderungsvorrichtung (33) Gurtelemente (44), die die Aufnahmeelemente (34, 36) umspannen, aufweist und die jeweils in einer Ebene quer zur Verschiebungs richtung (F) des keilförmigen Elements angeordnet sind, wobei bei Verschiebung des keilförmigen Elements (30) in Aufprallrichtung (F) die Aufnahmeelemente (34, 36) Verschiebungskomponenten quer zur Aufprallrichtung (F) erfahren, so daß die Gurtelemente (44) vornehmlich auf Dehnung beansprucht werden.

7. Aufprallschutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtelemente unterschiedliche Querschnittsabmessungen aufweisen.

8. Aufprallschutzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtelemente unterschiedliche Materialkennwerte auf weisen.

9. Aufprallschutzvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtelemente (44) aus Kevlar sind.

10. Aufprallschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das keilförmige Element als Pyramiden- oder Kegelstumpf ausgebildet ist.

11. Aufprallschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Formänderungsvorrichtung vorhanden ist, die in Aufprallrichtung (F) wirkt.