DE4016670A1 - Vorrichtung zum erhoehen der passiven sicherheit in einem fahrzeug und deren verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erhöhen der passiven Sicherheit in einem Fahrzeug mit einem Trägerrohr für Kniepolster.

Trägerrohre mit Kniepolster sind geeignet, mit einem Zweipunktgurt gesicherte Fahrzeuginsassen bei starkem Bremsen oder bei einer Kollission zusätzlich zu schützen; diese würden beim Aufprall unter dem Gurt hindurchgleiten und sich verletzen. Das Kniepolster ersetzt funktionell den Beckengurt eines Dreipunktgurtes.

Es sind in Fahrzeuge, insbesondere auch in Personenkraftwagen, eingebaute Trägerrohre für Kniepolster bekannt. Diese an stabilen Teilen des Fahrzeugaufbaus angeschweißten Trägerrohre bestehen im wesentlichen aus einem inneren, im Querschnitt kreisförmigen Innenrohr und einem darübergeschobenen im Querschnitt beidseits halbkreisförmig abgerundeten Außenrohr mit zwei parallelen Längsseiten. Innen- und Außenrohr sind aus Stahl hergestellt und miteinander verschweißt. In Richtung der Fahrersitze kann das mit einem Halter für Kniepolster ausgestattete Trägerrohr mit einem Verstärkungsblech versehen sein.

Die bekannten Trägerrohre für Kniepolster weisen insbesondere folgende Nachteile auf:

• - Bei zwei ineinandergeschobenen Rohren nimmt die Kraftaufnahme mit der bleibenden Verformung ab. Der Rohrquerschnitt knickt zu Beginn der plastischen Verformung ein. Abgesehen von der dadurch vergrößerten Distanz der Knie bis zum schützenden Trägerrohr mit Kniepolster ist der entgegengesetzte Widerstand nach der Knickung zu klein, das Trägerrohr wird weiter deformiert.
• - Die Herstellung ist aufwendig, zwei ineinandergeschobene Rohre, verschiedene Halter und Flansche müssen zusammengeschweißt werden.
• - Durch die Verwendung des Werkstoffs Stahl und die Ausbildung von Doppelungen ist das Trägerrohr verhältnismäßig schwer.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Trägerrohr im plastischen Verformungsbereich eine weitgehend unveränderte Kraftaufnahme erlaubt, einfach herzustellen und zu befestigen ist sowie ein geringes Gewicht aufweist.

In bezug auf die Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das knickfest ausgebildete Trägerrohr für das/die Kniepolster aus einem einstückig stranggepreßten - keine Doppelungen aufweisenden, rund, oval oder abgerundet ausgebildeten - Rohrstück für die Kraftaufnahme besteht und wenigstens einen innenliegenden Quersteg hat.

Das Trägerrohr ist vorzugsweise im Querschnitt länglich ausgebildet, wobei zwei Längsseiten parallel verlaufen und anschließend im wesentlichen halbkreisförmige Bogenstücke ausgebildet sind.

Bei einem solchen, in bezug auf den Querschnitt länglich ausge­ bildeten Trägerrohr sind zweckmäßig zwei parallel zueinander verlaufende Längsstege ausgebildet.

Das Trägerrohr weist zweckmäßig drei einstückig angeformte, innenliegende Schraubkanäle für die Befestigung stirnseitiger, stoßfester Aufhängeflansche auf.

Für die Herstellung eines solchen Trägerrohrs sind alle preß- oder spritzbaren Materialien geeignet, welche eine hinreichende mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen, insbesondere aber Aluminium-Preßlegierungen mit den erwähnten Eigenschaften; aus Aluminium-Preßlegierungen können problemlos Trägerrohre kompliziertesten Profilquerschnitts hergestellt werden.

Die erfindungsgemäße Verwendung der Vorrichtung erfolgt als beidends über eine Schraub- oder Steckverbindung befestigtes Trägerrohr für ein Kniepolster in einem PKW, wobei der/die Längssteg/e etwa in Richtung der zu erwartenden Krafteinwirkung verlaufen. Dadurch ist die Kraftaufnahme optimal, der/die Quersteg/e verhindert/verhindern eine Knickung des Außenrohrs im plastischen Verformungsbereich.

Bevorzugt wird das Trägerrohr nicht nur stirnseitig stoßsicher aufgehängt, sondern auch in der Längsmitte abgestützt. Da in der Längsmitte des Trägerrohrs und damit auch in der Fahrzeugmitte entsprechende Konsolen zur Abstützung vorhanden sind kann die Wirkung dank dieser Maßgabe mit einfachen Mitteln bedeutend erhöht werden.

Einige der so erzielbaren Vorteile gegenüber dem bekannten Stand der Technik sind:

• - Die Herstellung des Trägerrohrs mittels Strangpressens ist einfacher und kostengünstiger.
• - Die Werkzeugkosten sind niedrig, weil nur Strangpreßwerkzeuge benötigt werden; andere spezielle Fertigungseinrichtungen sind nicht notwendig.
• - Das Gewicht ist gering, weil keine ineinandergeschobenen Rohre, d. h. Doppelungen, verwendet werden und als Werkstoff bevorzugt eine Aluminiumlegierung eingesetzt wird.
• - Die Kraftaufnahme ist auch im plastischen Verformungsbereich hoch, weil das Trägerrohr knickfrei deformierbar ausgebildet ist.
• - Die Montage kann ohne thermische Verbindung, insbesondere ohne Schweißen, durch Stecken oder Schrauben erfolgen.
• - Bei der bevorzugten Verwendung von Aluminium-Preßlegierungen ist kein Oberflächenschutz notwendig.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine skizzenhafte Seitenansicht eines PKW-Sitzes mit einem zugeordneten, geschnitten wiedergegebenen Knieschutz an einem Trägerrohr;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch das Trägerrohr;

Fig. 3 Kraft-Weg-Diagramme zu verschiedenen Trägerrohren.

In Fig. 1 ist nahe den Knien eines auf einem Sessel 10 vor dem Steuerrad 12 eines nicht weiter dargestellten Personenkraftwagens angedeuteten Fahrers 14 ein Kniepolster 18 zu erkennen. Dieses verhindert, daß der Fahrer 14 beispielsweise bei einem starken Bremsvorgang oder einem Aufprall in den Fußraum des PKW-Innenraumes gleitet und sich schwer verletzt; schon nach einem kurzen Weg stoßen die Knie des Fahrers 14 gegen das an einem Trägerrohr 16 befestigte Kniepolster 18. Ein deformierbares Knautschrohr 20 zwischen Trägerrohr 16 und Kniepolster 18 dämpft den Aufprall der Knie, bevor diese auf dem durch drei Querstege 22 verstärkten Trägerrohr 16 aufschlagen. Diese etwa in der Stoßrichtung der Knie angeordneten Querstege 22 verhindern ein Knicken des Trägerrohrs 16.

Das Trägerrohr 16 der Fig. 2 ist als Strangpreßprofil aus einer Aluminiumlegierung geformt. Seine Außenwandung 24 ist im Querschnitt ein gestrecktes Oval bzw. als Rechteck mit abgerundeten Ecken ausgebildet; Längsseiten 26 gehen in Bogenstücke 46 über, wobei jeweils zwei Viertelkreise mit kurzen Schmalseiten 28 verbunden sind. Die an jene Längsseiten 26 an­ schließenden Bogenstücke 46 sind im wesentlichen halbkreisförmig, die Längsseiten 26 und die Schmalseiten 28 verlaufen je innerhalb strichpunktierter Hilfslinienpaare zueinander parallel.

Jeweils am Übergang der Längsseiten 26 in ein Bogenstück 46 ist ein innenliegender Quersteg 22 angeordnet. Diese beiden Querstege 22 stehen rechtwinklig zu den Längsseiten 26 und sind folglich auch untereinander parallel. Die plattenförmigen Querstege 22 haben eine regelmäßige Dicke i, die etwa jener der Außenwandung 24 entspricht.

Beide Längsseiten 26 bilden mit den Querstegen 22 einen Kastenprofilabschnitt, innerhalb dessen an den durch den höher liegenden Quersteg 22 begrenzten Ecken jeweils ein hinterschnittener Schraubkanal 36 vorgesehen ist. Ein weiterer Schraubkanal 36 _e befindet sich an der Innenseite des unteren Bogenstücks 46 nahe der Schmalseite 28 im Bereich des erwähnten Viertelkreises. Diesem Schraubkanal 36 liegt an der Außenseite des Viertelkreises eine von diesem ausgehende Außenrippe 32 gegenüber, die - nahezu tangential zu ihm - vom Bogenstück 46 in einem Winkel f von beispielsweise 60° abragt.

Am gegenüberliegenden Bogenstück 46 ist ebenfalls in einem spitzen Winkel ein Flansch 30 angeformt, der nahe der anderen Seitenwand 26 ansetzt und nahezu parallel zur Außenrippe 32 steht. Dieser obenliegende Flansch 30 weist ein zylinderförmiges Kopfstück 34 auf, das in eine - nicht dargestellte - hinterschnittene Aufhängung für das Kniepolster 18 eingesetzt wird. An der Außenrippe 32 wird das Kniepolster 18 mittels einer Schraube befestigt.

Die beschriebenen einstückig angeformten innenliegenden Schraubkanäle 36, 36 _e dienen der Befestigung stirnseitiger, stoß­ fester Aufhängeflansche, welche in bekannter Bauweise ausgeführt und daher nicht wiedergegeben sind.

Die Querstege 22 sind durch die auf sie einwirkende Last der aufschlagenden Knie/e des Fahrers 14 nicht einknickbar. Diese Verstärkungswirkung der Querstege 22 ist umso größer, je mehr sich ihr Winkel r zu den Längsseiten 26 einem rechten Winkel nähert.

In Fig. 3 ist die Kraft F - beispielsweise in kN (Kilonewton) - über dem Weg s - beispielsweise in Millimetern - in bezug auf verschiedene Trägerrohre aufgetragen.

Kurve 38 zeigt den Verlauf der Kraftanwendung in der Mitte eines 1290 mm langen Trägerrohrs aus zwei ineinandergeschobenen Stahlrohren nach dem Stande der Technik. Die anzuwendende Kraft F steigt zuerst an, überschreitet einen Kulminationspunkt und fällt dann ab. Im Kulminationspunkt beginnt die plastische Verformung, die ineinandergeschobenen Stahlrohre werden geknickt, die Kraftaufnahme nimmt mit zunehmender plastischer Verformung ab.

Kurve 40 gehört zu einem erfindungsgemäßen ebenfalls 1290 mm langen Trägerrohr 16 gemäß Fig. 2; die Kraftanwendung erfolgt - wie bei der Ermittlung der Meßwerte zu Diagramm 38 - in der Längsmitte des Trägerrohrs 16. Der Querschnitt der die Kurven 38 und 40 betreffenden Trägerrohre ist etwa gleich, ebenso die Wanddicke.

Bei der Kurve 40 steigt die Kraftaufnahme im Bereich elastischer Verformung kontinuierlich an und verflacht dann zu einem etwa horizontal verlaufenden Kurvenabschnitt, der die plastische Verformung darstellt.

Kurve 42 zeigt die Kraftanwendung auf ein in der Längsmitte abgestütztes, insgesamt ebenfalls 1290 mm langes Trägerrohr entsprechend jenem der Kurve 38 aus zwei ineinanderliegenden Stahlrohren. Die Kraftanwendung erfolgt in einem Viertel der Länge des Trägerrohrs. Kurve 42 verläuft im wesentlichen entsprechend zu Diagramm 38, jedoch auf einem höheren Belastungsniveau, da die freie Länge des belasteten Trägerrohrs nur die Hälfte des Trägerrohrs zu Kurve 38 beträgt.

Kurve 44 stellt die Kraftanwendung auf ein in der Mitte abgestütztes, erfindungsgemäßes Trägerrohr 16 nach Fig. 2 dar. Im plastischen Verformungsbereich ist wie nach Kurve 40 kein Rückgang der Kraftaufnahmefähigkeit festzustellen, da keine Knickung der Querstege 22 erfolgt.

Die Diagrammkurven 38, 40, 42, 44 zeigen eindrücklich den höheren Wirkungsgrad der Vorrichtung nach vorliegender Erfindung. Dank der innenliegenden Querstege 22 - anstelle eines zweiten innenliegenden Rohrs - kann ein Rohrknicken vermieden und damit eine drastische Verkleinerung der Kraftaufnahme im plastischen Verformungsbereich erreicht werden.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Erhöhen der passiven Sicherheit in einem Fahrzeug mit einem Trägerrohr für Kniepolster, dadurch gekennzeichnet, daß das knickfest ausgebildete Trägerrohr (16) für das/die Kniepolster (18) aus einem einstückig stranggepreßten Rohrstück besteht und wenigstens einen innenliegenden Quersteg (22) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerrohr (16) im Querschnitt etwa oval mit zwei parallelen Längsseiten (26) und anschließenden, im wesentlichen teilkreisförmigen Bogenstücken (46) als Außenwandung (24) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Trägerrohr (16) zwei parallel zueinander verlaufende angeformte Querstege (22) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Querstege (22) etwa im rechten Winkel (r) zu den Längsseiten (26) verlaufen und mit diesen ein Kastenprofil bilden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querstege (22) plattenförmig ausgebildet sind und ihre Dicke (z) der Dicke der Außenwandung (24) entspricht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch angeformte, vorzugsweise in spitzem Winkel (f) abkragende Anformungen (30, 32) zur Aufnahme bzw. Befestigung von Kniepolstern (18).

7. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anformung (30, 32) etwa tangential zu einem kreisförmigen Bogenstück (46) verläuft.

8. Vorrichtungen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerrohr (16) wenigstens drei einstückig angeformte, vorzugsweise innenliegende Schraubkanäle (36) für die Befestigung stirnseitiger, stoßfester Aufhängeflansche aufweist.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerrohr (16) aus einer korrosionsfesten Aluminium-Preßlegierung stranggepreßt ist.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerrohr (16) in seiner Längsmitte abgestützt ist.

11. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit beidends über eine Schraub- oder Steckverbindung befestigtem Trägerrohr (16) für Kniepolster (18) in einem Kraftwagen, wobei der/die Quersteg/e (22) etwa in Richtung der zu erwartenden Krafteinwirkung verläuft/verlaufen.