DE4330106A1 - Vorrichtung zum Aufnehmen von Stoßenenergie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen von Stoßenergie, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer derartigen Vorrichtung, die aus der DE 37 11 692 A1 bekannt ist, ist das Kraftaufnahmeteil in Form eines während des Stoßes Zug- als auch Druckkräfte aufneh­ menden Bauteils ausgebildet, das unter der Wirkung der vom Druckkörper übertragenen Stoßkraft umgestülpt wird. Dazu ist der Druckkörper mit dem Kraftaufnahmeteil über eine im Druckkörper ausgebildete ringförmige Ausnehmung, in die der benachbarte Bereich des Kraftaufnahmeteils eingedrückt ist, verbunden.

Das Kraftaufnahmeteil ist dabei als ein Bauteil mit einer Form ausgebildet, die einem teilweise nach innen umge­ stülpten Rohrstück entspricht, das an einem Ende flansch­ artig nach außen gebogen ist und dort mit dem zu schützenden Bauteil verbunden ist. In dem nach innen gestülpten Rohrteil sitzt der Druckkörper. Beim Anliegen eines Stoßes übt der Druckkörper eine Kraft auf den nach innen gestülpten Teil des Rohrstückes aus, derart, daß dieses weiter in Stoßrich­ tung umgestülpt wird, wobei dabei die anliegende Stoßenergie in die zu den dabei notwendigen Umstülp- und Biegevorgängen notwendige Energie umgesetzt und damit verbraucht wird.

Bei Konstruktionen, bei denen gegenseitig belastete Bauteile miteinander verbunden sind, erfolgt diese Verbin­ dung in der Regel nicht durch Verschweißen dieser Bauteile, da Schweißnähte üblicherweise nur dort vorgesehen werden, wo sie kaum belastet werden. Der Grund dafür besteht darin, daß bei Schweißvorgängen, d. h. durch die dabei auftretende Wär­ mebeeinflussung, das Gefüge des Materials der sich daran anschließenden Bereiche der Bauteile verändert, d. h. weich bzw. am Rand der Wärmeeinflußzone spröde wird, so daß die Schweißnähte bei einer entsprechenden Belastung nicht mehr halten. Wenn es allerdings unumgänglich ist, belastete Schweißnähte vorzusehen, dann werden an diesen in der Regel größere Materialstärken vorgesehen, was im Hinblick auf das dadurch bedingte Gewicht und das Verhältnis zwischen dem Gewicht und der Belastbarkeit ungünstig ist.

Dementsprechend sind bei der aus der DE 37 11 692 A1 bekannten Vorrichtung Schweißverbindungen lediglich dort vorgesehen, wo die entsprechenden Schweißnähte kaum belastet werden.

Aufgrund der Form des Kraftaufnahmeteils und der ge­ wählten ohne belastete Schweißnähte auskommenden Art der Verbindung der einzelnen Bauteile miteinander hat die be­ kannte Vorrichtung jedoch den Nachteil, daß sie konstruktiv aufwendig und in ihrer Herstellung mit hohen Kosten verbun­ den ist.

Aus der US 3694019 ist eine weitere Vorrichtung zum Aufnehmen von Stoßenergie bekannt, bei der das Kraftaufnah­ meteil als Kraftaufnahmeband aus Fäden oder Schnuren ausge­ bildet ist, das ringförmig geschlossen um zwei Stifte ge­ führt ist, die an dem vor dem Stoß zu schützenden Bauteil einerseits und einem Druckkörper andererseits nach außen vorstehend angebracht sind.

Eine derartige Vorrichtung ist insofern nachteilig, als ihr Ein- und Ausbau, insbesondere von der Seite, an der der Stoß liegt, mit Schwierigkeiten verbunden ist, da das Kraft­ aufnahmeband seitlich über die beiden Stifte gezogen werden muß, die in Stoßrichtung hintereinander angeordnet sind, und darüber hinaus die vorstehenden Stifte und das daran ange­ brachte Kraftaufnahmeband einen gewissen Platzbedarf in einer Richtung quer zur Stoßrichtung haben, was insbesondere bei Fahrzeugen problematisch ist, bei denen eine derartige Vorrichtung in einem Fahrzeuglängsträger angeordnet werden soll.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, bei einer derartigen Vorrichtung das Kraftaufnahmeteil in Form eines Kraftaufnahmebandes auszubilden, das im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist und mit seinen Enden an dem zu schützenden Bauteil befestigt ist, wobei der Druckkörper in diesem Kraftaufnahmeband angeordnet ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, die Vorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß sie einen einfa­ chen Aufbau hat und kostengünstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Aus­ bildung gelöst, die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht das Kraftaufnahmeteil aus einem sehr einfach und unter geringen Kosten herstellbaren Bauteil, bei dem ein Blech oder ein Rohr oder ein einfaches Hohlprofil als Ausgangsmaterial dienen kann und nur einfache Schneid-, Stanz- oder ggfs. Biegevorgänge erforderlich sind. Die Ausbildung des Kraft­ aufnahmeteils als auf Zug beanspruchtes Dehnungsteil hat weiterhin den Vorteil, daß viel Energie pro Gewicht des Kraftaufnahmeteils verbraucht werden kann, da dieses gleich­ mäßig insgesamt gedehnt wird. Bei einer Krümmung eines Kraftaufnahmeteils gibt es an der neutrale Phase einen Bereich, in welchem kaum Energie auf genommen wird. Bei einem Umstülpvorgang wird beispielsweise nur die äußere Schicht an der Stelle, an der der Umstülpvorgang stattfindet, bis nahe an seine Zugfestigkeit belastet, d. h. wird dort bis nahe an die maximale Dehnbarkeit verformt. Alle anderen Bereiche werden kaum belastet, so daß die Energieaufnahme pro Gewicht des Kraftaufnahmeteils gering ist. Weiterhin ist das Dehnen gegenüber einem Stauchen insofern vorteilhaft, da ein gleichmäßiges Dehnen einfacher als ein gleichmäßiges Stau­ chen zu erreichen ist, bei dem leicht ein Knicken oder Aus­ beulen auftritt.

Diese sehr effektive, einfache und kostengünstige Kon­ struktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dadurch möglich, daß das Kraftaufnahmeteil aus einem Material be­ steht, das durch bei Schweißvorgängen auftretende Wärme­ einflüsse nicht geschwächt wird, da bei der Verwendung eines derartigen Materials das Kraftaufnahmeteil mit dem vor dem Stoß zu schützenden Bauteil sowie mit dem Druckkörper ver­ schweißt, d. h. über belastete Schweißnähte miteinander ver­ bunden werden kann, die Stoßkräfte aufnehmen und übertragen. Da eine Schwächung des Materials beim Schweißvorgang nicht zu befürchten ist, sind diese Schweißnähte hoch belastbar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich somit durch ein Kraftaufnahmeteil mit einfacher Geometrie aus kostengünstigen Ausgangsmaterialien aus und ist einfach zu fertigen. Da dieses beim Anliegen eines Stoßes im überwie­ genden Teil seines Volumens bis an seine Streckgrenze ge­ dehnt wird, hat es verglichen mit den bekannten Konstruktio­ nen ein erheblich besseres Verhältnis von Energieaufnahmefä­ higkeit zu seinem Gewicht.

Neben dem einfachen Aufbau, der kostengünstigen Ferti­ gung und der Möglichkeit, die Vorrichtung von der Stoßseite problemlos ein- und auszubauen, hat die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere gegenüber der bereits vorgeschlage­ nen Lösung mit U-förmigem Kraftaufnahmeband den Vorteil eines hohen Arbeitshubes, eines geringen notwendigen Bau­ raums, so daß beim Einbau in ein Fahrzeug ein kleiner Durch­ bruch im Längsträger ausreicht, der freien Wahl der Lage der Montagebohrungen, der geringen Anzahl der Bauteile und des geringen Verschnittes bei der Herstellung des Kraftaufnahme­ teils. Das macht sich in Form eines geringeren Gewichtes und in Form geringerer Herstellungskosten bemerkbar.

Besonders bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltun­ gen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 8.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Teilseiten- und Teilschnittansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie B-B in Fig. 2, und

Fig. 4 eine Teilseiten- und Teilschnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 1 nach der Verformung.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist bei einem Kraftfahr­ zeug zwischen dem Stoßfänger 1 und einem Längsträger 4 der Fahrzeugkarosserie vorgesehen, der ein vor einem Stoß zu schützendes Bauteil darstellt.

An der Rückseite des Stoßfängers 1 in Stoßrichtung ist ein Druckkörper 2 angeordnet, der in Form eines Rohres aus­ gebildet sein kann. Der Druckkörper 2 erstreckt sich in den Längsträger 4 des Fahrzeuges und weist an seiner Außenseite ein Kraftaufnahmeteil 3 auf, das mit dem Längsträger 4 bei­ spielsweise über eine damit über Schrauben 7 verbundene Montageplatte 8 fest verbunden ist, wie es in Fig. 2 und 3 im einzelnen dargestellt ist. Das Kraftaufnahmeteil 3 ist als ein flächiges, geradlinig parallel zur Stoßrichtung ver­ laufendes Bauteil aus einem plastisch verformbaren Material ausgebildet und als auf Zug beanspruchtes Dehnungsteil an­ geordnet. Das heißt, daß das Kraftaufnahmeteil 3 eine Flä­ che, beispielsweise eine Zylinderfläche bildet, deren Man­ tellinie geradlinig parallel zur Stoßrichtung verläuft. Es besteht aus einem Material, das durch bei Schweißvorgängen auftretende Wärmeeinflüsse nicht geschwächt wird, vorzugs­ weise aus Weicheisen, Reinaluminium und Eisen und Alumini­ umlegierungen, die im Ausgangszustand weich sind. Das Kraft­ aufnahmeteil 3 ist an der Außenseite des Druckkörpers 2 angeordnet und im Bereich seines in Stoßrichtung vorderen Endes mit dem Druckkörper 2 über eine Schweißnaht 5 ver­ schweißt. Am anderen Ende ist das Kraftaufnahmeteil 3 über eine Schweißnaht 6 mit der Montageplatte 8 und damit mit dem Längsträger 4 fest verbunden.

Das Kraftaufnahmeteil 3 besteht somit aus einem in Stoßrichtung langgestreckten Bauteil, das rohrförmig ausge­ bildet sein kann, so daß es den rohrförmigen Druckkörper 2 wenigstens teilweise umgibt. Es kann in der in der Zeichnung dargestellten Weise auch aus einem oder mehreren Bauteilen mit kreissegmentförmigem Querschnitt bestehen, zwischen denen Lücken bestehen, wobei dann, wenn mehrere derartige Bauteile vorgesehen sind, diese an ihren Enden jeweils mit­ einander so verbunden sind, daß sich ein Aufbau in einem Stück ergibt. Das Kraftaufnahmeteil kann auch aus mehreren Blechstreifen bestehen, die an ihren Enden miteinander ver­ bunden sind.

Im übrigen ist die Querschnittsform des Druckkörpers 2 und des Kraftaufnahmeteils 3 beliebig, eine kreisrunde Aus­ bildung ist nicht erforderlich.

Bei dieser Ausbildung werden die Schweißnähte 5 und 6 im Einsatzfall voll belastet, ohne daß die Gefahr besteht, daß sie nicht halten. Das gilt auch bei sehr schmalen Aus­ nehmungen 9, da das Kraftaufnahmeteil 3 aus einem relativ weichen Material mit einer großen Streckgrenze besteht, das in der Wärmeeinflußzone beim Ausbilden der Schweißnähte 5, 6 nicht geschwächt wird. Durch die Anordnung von Schweißnähten 5 und 6 ist es möglich, ein Kraftaufnahmeteil 3 mit der erwähnten einfachen Form zu verwenden, wobei ein sehr gün­ stiges Verhältnis von Gewicht zu aufnehmender Stoßenergie erreicht wird.

Wenn in dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Zustand ein Stoß an dem Stoßfänger 1 liegt, dann wird dieser über den Druckkörper 2 und die Schweißnaht 5 auf das Kraftauf­ nahmeteil 3 übertragen, das mit dem Druckkörper 2 ver­ schweißt ist. Da das Kraftaufnahmeteil 3 gleichfalls mit dem zu schützenden Bauteil, d. h. dem Längsträger 4 des Fahrzeu­ ges, über die Schweißnaht 6 verbunden ist, wird es durch die über den Druckkörper 2 anliegende Kraft in Stoßrichtung, d. h. in Längsrichtung, gedehnt, wobei die kinetische Energie des Stoßes in Verformungsenergie umgewandelt wird. Die dabei auftretende Belastung liegt an den Schweißnähten 5 und 6. Aufgrund der Ausbildung von Lücken, Ausnehmungen oder Quer­ schnittsschwächungen 9 im Mittelbereich des Kraftaufnahme­ teils 3 ist ein definierter Verformungsbereich gebildet.

Die Lastansprechschwelle, d. h. die Kraft, bei der die Verformung beginnt, kann dabei dadurch gewählt werden, daß eine weitere Schweißnaht 10, die zwischen dem in Stoßrich­ tung hinteren Ende des Kraftaufnahmeteils 3 und dem Druck­ körper 2 vorgesehen ist, nicht durchgehend, sondern unter­ brochen, beispielsweise nur zur Hälfte ausgebildet ist. Die Einstellung der Lastansprechschwelle ist aber auch über ein Vorrecken des Kraftaufnahmeteils 3 in Belastungsrichtung sowie dadurch möglich, daß Abscherbolzen vorgesehen sind.

Die Schweißnähte 5, 6 und 10 verlaufen vorzugsweise am Außenumfang des Druckkörpers 2 bzw. des Kraftaufnahmeteils 3 in einer Ebene quer zur Stoßrichtung.

Fig. 4 zeigt in einer Schnittansicht die Vorrichtung nach der Verformung. In Fig. 4 ist erkennbar, daß das Kraft­ aufnahmeteil 3 in Stoßrichtung, d. h. in Längsrichtung ge­ dehnt worden ist, was zu einer entsprechenden Verminderung seiner Querschnittsfläche geführt hat. Die Bruchstelle des Kraftaufnahmeteils 3 kann dabei auf die maximal gewünschte Stoßaufnahmeenergie eingestellt sein.

Da bei einer derartigen Vorrichtung das Kraftaufnahme­ teil aus Blechstreifen, Blechhalbschalen oder ähnlichen Bauteilen ausgebildet sein kann, ergibt sich ein einfacher kostengünstiger Aufbau, dessen Herstellung und Zusammenbau automatisiert werden können.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Aufnehmen von Stoßenergie, insbeson­ dere für ein Kraftfahrzeug zum Schützen eines Bauteils, insbesondere der Kraftfahrzeugkarosserie, vor einem Stoß mit einem Kraftaufnahmeteil aus einem plastisch verformbaren Material, das zwischen dem zu schützenden Bauteil und einem Druckkörper angeordnet ist, an dem der Stoß liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftaufnahmeteil (3) als ein flä­ chiges, geradlinig parallel zur Stoßrichtung verlaufendes und auf Zug beanspruchtes Dehnungsteil ausgebildet und an­ geordnet ist und das Kraftaufnahmeteil (3) aus einem Materi­ al besteht, das durch bei Schweißvorgängen auftretende Wär­ meeinflüsse nicht geschwächt wird, und an seinem in Stoß­ richtung vorderen Ende mit dem Druckkörper (2) und an seinem anderen Ende mit dem zu schützenden Bauteil (4) über die Stoßkräfte aufnehmende und übertragende Schweißnähte (5, 6) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftaufnahmeteil (3) an der Außenseite des Druck­ körpers (2) angeordnet ist, die Schweißnaht (5) zwischen dem Kraftaufnahmeteil (3) und dem Druckkörper (2) in einer Ebene quer zur Stoßrichtung am Außenumfang des Druckkörpers (2) verläuft und die Schweißnaht (6) zwischen dem Kraftaufnahme­ teil (3) und dem zu schützenden Bauteil (4) in einer Ebene quer zur Stoßrichtung am Außenumfang des Kraftaufnahmeteils (3) verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kraftaufnahmeteil (3) aus einem Material besteht, daß aus einer Gruppe gewählt ist, die Weicheisen, Reinaluminium und im Ausgangszustand weiche Eisen- und Alu­ miniumlegierungen umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kraftaufnahmeteil (3) rohrförmig aus­ gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kraftaufnahmeteil (3) aus wenigstens einem Bauteil mit kreissegmentförmigem Querschnitt besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Kraftaufnahmeteil (3) aus wenigstens einem Blechstreifen besteht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkörper (2) rohrförmig ausgebildet ist und vom Kraftaufnahmeteil (3) an seiner Außenseite wenigstens teilweise umschlossen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftaufnahmeteil (3) und der Druckkörper (2) am in Stoßrichtung hinteren Ende über eine unterbrochene Schweißnaht (10) miteinander verschweißt sind.