DE4239460C2 - Stoßverzehrvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stoßverzehrvorrichtung zum Aufnehmen von Stoßenergie zwischen zwei Bauteilen, insbesondere zwischen dem Stoßfänger und dem Rahmen eines Fahrzeugs nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 25 48 020 A1 bekannt.

Aus der US 48 29 979 ist eine weitere Stoßverzehrvorrichtung bekannt, bei der ein langestrecktes energieabsorbierendes Bauelement vorgesehen ist, das sich bei einem anliegenden Stoß in seiner Abmessung längs seiner Achse verkürzt und dadurch Stoßenergie absorbiert. Es ist weiterhin eine biegbare Platte zwischen den Bauteilen angeordnet, zwischen denen Stoßenergie verzehrt werden soll, die bei einem Stoß mit einer Richtung im Winkel zur Achse des langgestreckten Bauteiles in einer im wesentlichen zur Achse des langgestreckten Bauteils senkrechten Richtung ausbiegt und dadurch weitere Stoßenergie absorbiert.

Stoßverzehrvorrichtungen dienen insbesondere bei Kraft­ fahrzeugen dazu, die bei einer Kollision entstehenden Auf­ prall- oder Stoßenergien aufzunehmen und zu absorbieren, um eine Verformung des Fahrzeugrahmens zu vermeiden oder so gering wie möglich zu halten und dadurch die Insassen des Fahrzeuges nicht zu gefährden. Dazu ist es bei Fahrzeugen üblich, eine Stoßverzehrvorrichtung zwischen dem Stoßfänger und dem Fahrzeugrahmen anzuordnen.

Da es während eines Unfalls notwendig ist, daß das Fahrzeug seine Geschwindigkeit über die gesamte Kollisions­ abfolge vermindert, um die Insassen möglichst wenig zu bela­ sten, müssen die Festigkeitsreserven der Rahmenkonstruktion des Fahrzeuges voll ausgenutzt werden. Das bedeutet, daß der Verformungswiderstand am Anfang der Kollision möglichst hoch sein soll, um eine bestmögliche Verformungsarbeit zu lei­ sten. Es sollte daher eine möglichst konstante Kraft über den Kollisionsverlauf gegeben sein.

Aus der DE 24 60 598 A1 ist bereits eine Stoßverzehr­ vorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, die ein Außen­ rohr, das am Kraftfahrzeugrahmen angebracht ist, und ein Innenrohr aufweist, das am Stoßfänger des Kraftfahrzeuges angebracht ist, wobei das Innen- und das Außenrohr wenig­ stens an radial aufgeweiteten oder verengten Abschnitten ineinander angeordnet sind. Im Kollisionsfall wird bei die­ ser bekannten Stoßverzehrvorrichtung die Stoßenergie dadurch absorbiert, daß das Außenrohr vom Innenrohr aufgeweitet oder das Innenrohr vom Außenrohr verengt wird, wenn in Folge eines Stoßes das Innen- und das Außenrohr mit ihren aufge­ weiteten oder verengten Abschnitten ineinander geschoben werden. Dabei ist ein gut konstanter Kraftverlauf über den Verformungsweg gewährleistet.

Aus der DE 27 38 965 A1 ist eine weitere Stoßverzehr­ vorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Außenprofilteil, an dem der aufzufangende Stoß liegt, und einem Innenprofil­ teil bekannt, das mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist, wobei ein Zugbandprofilteil, das im Außenprofilteil angeord­ net ist und an seinem in Stoßrichtung vorderen Ende fest mit dem Außenprofilteil verbunden ist, an seinem in Stoßrichtung hinteren Ende um das Innenprofilteil herumgeführt ist.

Bei dieser bekannten Stoßverzehrvorrichtung wird die Stoßenergie dadurch absorbiert, daß das Zugband im Kolli­ sionsfall gedehnt wird. Wenn das Zugband genügend lang ist und aus einem Material besteht, bei dem hauptsächlich eine plastische Verformung auftritt, so ist auch bei dieser Stoß­ verzehrvorrichtung ein konstanter Kraft-Weg-Verlauf erreich­ bar.

Die Kraft-Weg-Kennlinie der aus der DE 25 48 020 A1 bekannten Stoßverzehrvorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 hat einen Verlauf, der zunächst stark ansteigt, sich dann verflacht und nach einem Maximum auf ein langgedehntes horizontales Platteau absinkt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, die Kraft-Weg-Kennlinie dieser bekannten Stoßverzehrvorrichtung in Richtung auf einen möglichst konstanten Kraftverlauf über den Verformungsweg zu optimieren.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die in Patentanspruch 1 angegeben ist.

Da bei der erfindungsgemäßen Stoßverzehrvorrichtung ein weiteres stoßenergieverzehrendes Bauelement vorgesehen ist, dessen Wirkung erst dann einsetzt, wenn der Hohlkörper aus einem plastisch verformbaren Material bereits eine gewisse Verformung erfahren hat, ergibt sich eine Kraft-Weg-Kennlinie, die nach einem Maximum keinen Abfall mehr zeigt, sondern nach Erreichen des Maximums auf einem konstanten hohen Niveau verläuft.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Stoßenergieverzehrvorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 14.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung in einer Schnittansicht,

Fig. 2 noch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung in einer Schnittansicht,

Fig. 3 noch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung in einer Schnittansicht,

Fig. 4 das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel im Längsschnitt und in Axialschnitten, wobei mehrere Aus­ bildungsformen jeweils dargestellt sind und

Fig. 5 das Kraft-Weg-Diagramm bei dem in Fig. 1 darge­ stellten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Stoßverzehrvorrichtung zum Aufnehmen von Stoß­ energie zwischen dem Stoßfänger 3 und dem Rahmen 4 eines Kraftfahrzeuges.

Das Ausführungsbeispiel der er­ findungsgemäßen Stoßverzehrvorrichtung besteht aus Hohlkörperteilen 10, die aus zwei Halbschalen 11 jeweils gebildet sind.

Die Kraft-Weg-Kennlinie steigt gemäß Fig. 5 zunächst stark an, verflacht sich dann, bildet ein Maximum, sinkt ab und bildet dann ein langgedehntes horizontales Plateau. Dieser Kurvenverlauf kann in Richtung auf ein konstantes Niveau durch eine optimale Dimensionierung (Verhältnis Höhe zu Breite, Krümmungsradius) und durch eine Kombination mit zusätzlichen Elementen optimiert werden, deren Wirkung erst dann einsetzt, wenn der Verformungshohlkörper bereits eine gewisse Verformung erfahren hat.

In Fig. 5 zeigt die untere gestrichelte Linie die Kenn­ linie eines derartigen Elementes, die zu der ausgezogenen Kennlinie des ursprünglichen Elementes addiert die obere gestrichelte Kennlinie ergibt, die nach dem Maximum keinen Abfall zeigt, was den optimalen Verlauf darstellt.

Gemäß Fig. 1 sind in den einzelnen Hohlkörperteilen 10 weitere Stoßenergie aufnehmende Elemente 13 vorgesehen, die aus leicht vorgestauchten Rohren bestehen können, deren Länge geringer als die axiale Abmessung, d. h. die Abmessung in Stoßrichtung des Hohlraumes der Hohlkörperteile 10 ist. Diese Ausbildung hat zur Folge, daß die Elemente 13 erst dann Stoßenergie aufnehmen, wenn die Hohlkörperteile 10, die sie umgeben, bereits in einem gewissen Maße verformt sind.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß auch ein Ausführungsbeispiel möglich ist, das in der Zeichnung nicht darge­ stellt ist und bei dem mehrere Hohlkörperteile mit immer kleineren Abmessungen ineinander geschachtelt sind. Durch eine ent­ sprechende Wahl der ineinander geschachtelten Hohlkörper­ teile können innerhalb gewisser Grenzen beliebige Kraft-Weg- Kurvenverläufe realisiert werden, die nicht nur möglichst rechteckig sind, wie es im vorhergehenden angegeben wurde.

Es ist auch möglich, im Inneren eines rohrförmigen Hohlkörpers ein weiteres kleineres und eventuell kürzeres vorgestauchtes Rohr oder einen anderen passenden kleineren Stoßenergie aufnehmenden Körper vorzuse­ hen, der im Hohlkörper angeordnet und an einer gemeinsamen Grundplatte befestigt ist, um der Kraft-Weg-Kennlinie des Hohlkörpers eine weitere Kennlinie zu überlagern und damit zu dem gewünschten Summenkennlinienverlauf zu gelan­ gen.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Hohlkörper ganz oder teilweise ausgeschäumt, d. h. mit einem Material gefüllt, daß eine flache Kraft-Weg-Kenn­ linie hat. Auch dadurch kann sich ein günstiger überlagerter Kraft-Weg-Kennlinienverlauf ergeben. Für den Schaum kann ein organisches Material verwandt werden, das jedoch beim Zu­ sammenbau des Hohlkörpers durch Verschweißen einzelner Hohl­ körperteile aufgrund der dabei entstehenden hohen Temperatu­ ren problematisch ist. Es ist daher bevorzugt, den Hohlkör­ per mit einem Metallschaum auszuschäumen oder im Hohlkörper ein Stück eines Metallschaums, vorzugsweise eines Aluminium­ schaums vorzusehen.

Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, in der ein Ausfüh­ rungsbeispiel gezeigt ist, bei dem der Hohl­ körper aus Hohlkörperteilen 10 ist, ist das Schaumstück 14 insbesondere so dimensioniert, daß es beim Zusammenbau der Halbschalen 11 der Hohlkörperteile 10 etwas zusammengedrückt wird und daher kraft- und formschlüssig, d. h. insbesondere klapperfrei in den Hohlkörperteilen 10 gehalten ist.

Es ist auch möglich ein aufschäumbares metallisches Vormaterial in die Hohlkörperteile 10 einzubringen und dort durch Erhöhen der Temperatur aufzuschäumen. Das ist dann gut möglich, wenn die Aufschäumtemperatur niedriger als die Schmelztemperatur des Materials der Hohlkörperteile 10 ist. Wenn diese somit aus Reinaluminium, d. h. einem Material mit sehr weitem Fließbereich bestehen, sollte das aufschäumbare Material eine Aluminiumlegierung mit deutlich niedrigerem Schmelzpunkt beispielsweise eine eutektische Aluminiumlegie­ rung mit einem anderen Element sein.

Es ist in gleicher Weise möglich, einen rohrförmigen Hohlkörper im Inneren bei­ spielsweise mit Aluminiumschaum auszuschäumen, um seine Kraft-Weg-Kennlinie zu verbessern.

Bei der Ausschäumung des Hohlraumes der Hohlkörper der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ist es vorteilhaft die Hohlräume beispielsweise mit Aluminium so stark auszuschäumen, daß an der Oberfläche des sich ergebenden Schaumkörpers eine dichte Metallschicht gebildet wird. Das ist dadurch möglich, daß mehr aufschäumbares Material in den Hohlräumen angeordnet wird, als zum Füllen der Hohlräume mit Schaum erforderlich wäre. Bei einer genügend langen Aufschäumzeit bilden sich an den Formwänden Schaumblasen zurück, so daß eine massive Metallschicht entsteht.

Es ist weiterhin möglich, einen mit Schaum gefüllten Stoßverzehrkörper dadurch zu bilden, daß in einer entspre­ chenden Form der gesamte Körper mit einer außen liegenden massiven Metallschicht aufgeschäumt wird.

Mit einem gewissen Vorstauchen ergibt sich bei einem rohrförmigen Hohlkörper in Verbindung mit dem Schaumkörper ein stoßenergieverzehrender Körper mit ausgezeichneten Ei­ genschaften, der insbesondere einfach aufgebaut ist.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das aus Hohlkörperteilen 10 aus Halbschalen jeweils aufgebaut ist.

In den Hohlkörperteilen 10 ist zwischen den beiden Halbschalen ein in axialer Richtung, d. h. in Stoßrichtung durchgebogenes Bauteil 15 angeordnet, das im Querschnitt gemäß Fig. 3 topfförmig ist.

Wie es in Fig. 4 im einzelnen dargestellt ist, muß die­ ses Bauteil 15 jedoch nicht rotationssymmetrisch sein.

Die Fig. 4A, 4B und 4C zeigen mögliche Ausführungs­ formen des Bauteils 15.

Fig. 4A zeigt eine kreisförmige Ausbildung des Bauteils 15 so daß dieses topfförmig gebildet ist, Fig. 4B zeigt eine sternförmige Ausbildung und Fig. 4C zeigt eine streifen- oder rechteckförmige Ausbildung. Es sind andere geometrische Formen gleichfalls möglich.

Wenn im Kollisionsfall der Hohlkörper aus den Hohlkör­ perteilen 10 in Fig. 3 gestaucht wird, so wird zunächst die Durchbiegung des Bauteils 15 ausgebogen, d. h. aufgehoben, wozu eine verhältnismäßig geringe Kraft erforderlich ist. Anschließend wird das Bauteil 15 gedehnt, wodurch es einen Beitrag zur Erhöhung des Kraftniveaus des die Stoßenergie verzehrenden Hohlkörpers leistet.

Der Grund dafür, daß das Bauteil 15 insbesondere in Gegenrichtung zur Stoßrichtung durchgebogen ist, besteht darin, daß es erst nach einiger Verformung der Hohlkörper­ teile 10, d. h. der äußeren Schalen, die diese Hohlkörper­ teile 10 bilden, einen Beitrag zur Erhöhung der notwendigen Verformungskraft leisten soll.

Es versteht sich, daß der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Hohlkörper so ausgelegt ist, daß er beispielsweise beim Einbau zwischen dem Fahrzeuglängsträger und dem Stoßfänger eines Kraftfahrzeuges schwächer als der Fahrzeuglängsträger ist, damit er sich verformt und dadurch die Stoßenergie aufnimmt, bevor der Fahrzeuglängsträger verformt wird. Das Material des Hohlkörpers ist demgemäß ein plastisch verformbares Material insbesondere ein Aluminium­ material wobei sowohl Reinaluminium als auch Aluminiumlegie­ rungen mit den entsprechenden Eigenschaften in Frage kommen.

Claims (14)

1. Stoßverzehrvorrichtung zum Aufnehmen von Stoßenergie zwischen zwei Bauteilen, insbesondere zwischen dem Stoßfänger und dem Rahmen eines Fahrzeuges, aus wenigstens einem Hohlkörper aus einem plastisch verformbaren Material, der zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist und aus zwei schalenförmigen Bauelementen gebildet ist, deren Schalenränder miteinander verbunden und die mit ihrer Symmetrieachse in Stoßrichtung angeordnet sind, gekennzeichnet durch ein weiteres stoßenergieverzehrendes Bauelement (13, 14, 15), das im Inneren des Hohlkörpers (10) angeordnet ist und so ausgebildet ist, daß sich beim Anliegen eines Stoßes zunächst der Hohlkörper (10) und dann das weitere stoßenergieverzehrende Element (13, 14, 15) verformt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das weitere Bauelement ein in Längsrichtung vor­ gestauchtes Hohlrohr (13) ist, das mit seiner Längsachse in Stoßrichtung angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Hohlrohr (13) eine Länge hat, die kleiner als die Länge des Hohlkörpers (8, 10) in Stoßrichtung ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mehrere Hohlkörper (8, 10) mit immer kleiner wer­ denden Abmessungen ineinander geschachtelt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das weitere Bauelement ein Schaumkörper (14) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Innenraum des Hohlkörpers (8, 10) ausgeschäumt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schaumkörper (14) aus einem Metall­ schaum besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Metallschaum Aluminiumschaum ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schaumkörper (14) unter Druck im Hohlkörper angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schaumkörper an seiner Außenseite eine dicke Metallschicht aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein in Stoßrichtung durchgebogenes Zwischenteil (15), das zwischen den schalenförmigen Teilen (11) der Hohlkörperteile (10) jeweils angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das Zwischenteil (15) topfförmig ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß das Zwischenteil (15) sternförmig ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zwischenteil (15) streifenförmig ist.