DE4340349A1 - Kraftfahrzeug mit Deformationselementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit Deformationselementen gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Deformationselemente im Frontbereich von Kraftfahrzeu­ gen finden zunehmend Verwendung. Sie können beispiels­ weise durch sog. Pralldämpfer gebildet sein, die eine Kolben-Zylinder-Einheit umfassen und reversibel wirken. Darüber hinaus gibt es Systeme, bei denen Bleche oder Profile umgeformt werden, um dadurch die Aufprallener­ gie umzuwandeln.

Schließlich ist aus der DE-C-29 17 687 ein Stoßpolster mit einem energieabsorbierenden Kern bekannt. Der Kern besteht aus einer Schüttung aus mineralischem Partikel­ schaum, dessen Zwischenvolumen von einem Schaumkunst­ stoff ausgefüllt ist.

Zum Schutz der Insassen werden an exponierten Stellen im Fahrgastraum ebenfalls Deformationselemente einge­ setzt. Diese können beispielsweise durch gewellte Blechkonstruktionen gebildet sein. Vielfach werden auch in Form von sog. Stoßpolstern Kunststoffschäume als energieabsorbierende Bauteile eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Energieabsorption mit hohem Aufnahmevermögen bei günstigem Kraft-Weg-Verlauf zum Einsatz in Kraftfahr­ zeugen aufzuzeigen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge­ löst.

Durch die gezielte Anordnung keramischer Hohlkörper in den Verformungszonen der Fahrzeugkarosserie und im Fahrgastraum läßt sich ein genau definierter Kraft-Weg- Verlauf und ein höheres Energieabsorptionsvermögen bei gegebenem Weg erreichen. Die Anordnung der keramischen Hohlkörper nutzt die Tatsache, daß solche mit einer großen Wandstärke ein hohes Kraftaufnahmevermögen er­ möglichen, während ein großer Durchmesser bzw. eine ge­ ringe Wandstärke gleichbedeutend mit einem höheren Weg ist. Dementsprechend werden im Front- und/oder Heckbe­ reich des Fahrzeuges keramische Hohlkörper mit einem hohen Kraftaufnahmevermögen eingesetzt, während im Fahrgastraum solche Hohlkörper Verwendung finden, die einen größeren Weg bei niedrigerem Kraftniveau gewähr­ leisten.

Bei einem Frontaufprall eines Fahrzeuges nehmen die In­ sassen etwa während der ersten 20 bis 40 ms noch nicht an der Verzögerung des Fahrzeuges teil. In dieser Zeit können im Frontbereich des Fahrzeuges angeordnete De­ formationselemente mit auf ein sehr hohes Kraftniveau eingestellten keramischen Hohlkörpern relativ viel Auf­ prallenergie umwandeln. Die sich an die vordersten De­ formationselemente in Kraftrichtung nach hinten an­ schließenden Deformationselemente werden dann durch die Wahl der keramischen Hohlkörper so abgestimmt, daß eine bestimmte Verzögerung nicht überschritten wird. Dieser Verzögerungswert (beispielsweise 15 g) ist auf das von den Insassen für sehr kurze Zeit ohne größere Schäden erträgliche Maß abgestimmt.

Durch die Zonen mit den abgestimmten keramischen Hohl­ körpern kann die gewünschte Kennlinie - im Gegensatz zu den bekannten Lösungen - ohne weiteres erreicht werden. Dadurch ist bei dem gegebenen Verformungsweg ein Maxi­ mum an Energieumwandlung möglich. Entscheidend ist, daß während der ersten Verformungsphase, in der die Insas­ sen noch nicht an der Verzögerung teilnehmen, bereits auf kurzem Weg durch die mögliche hohe Kraftaufnahme viel Energie umgewandelt wird.

Besonders vorteilhaft ist, wenn eines oder mehrere Deformationselemente mindestens zwei, in Kraftrichtung nacheinander angeordnete Lagen unterschiedlich großer Hohlkörper und/oder verschiedene Wandstärken aufweisen­ de Hohlkörper umfassen. Es ist also nicht nur möglich, nacheinander mit verschiedenen Hohlkörpern gefüllte Deformationselemente anzuordnen, sondern auch in jedem Deformationselement in Kraftrichtung nacheinander ange­ ordnete Lagen unterschiedlicher keramischer Hohlkörper einzusetzen. Solche Deformationselemente können bei­ spielsweise in den Längsträgern angeordnet werden.

Da es meist nicht ohne weiteres möglich ist, in einem Deformationselement in loser Schüttung mehrere Lagen verschiedener keramischer Hohlkörper unterzubringen, ist es vorteilhaft, wenn die Hohlkörper in einer oder mehreren vorgeformten Packungen zusammengefaßt sind. Eine solche Packung kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß die Hohlkörper in einer PE-Folie vakuumver­ schweißt sind. Die Packung läßt sich auch durch einen mit den Hohlkörpern gefüllten Kunststoff- oder Leicht­ metall-Formkörper bilden. Bewährt hat sich auch, wenn die Hohlkörper mittels Epoxidharz zu einer Packung zu­ sammengefügt sind. Schließlich können die keramischen Hohlkörper in einer Kunststoff-Schaummatrix oder in einer Matrix auf Leichtmetall eingebettet sein.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die vorstehend genann­ ten Packungen mit der Hülle - beispielsweise einem Längsträger - durch Klebung verbunden sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die weiter oben angesprochene Packung einen Über­ zug aus reißfestem Material aufweisen, welcher bei einer örtlichen Kraftbeaufschlagung auf Zug belastet wird und darüber von der Krafteinleitungsstelle ent­ fernte Hohlkörper zur Energieumwandlung mitheranzieht. Wird beispielsweise die Packung auf der Außenseite einer hohlen Blechkonstruktion angeordnet, dann um­ schließt der Überzug das komplette, aus Blechkonstruk­ tion und Hohlkörpern zusammengesetzte Deformationsele­ ment. Es ist natürlich auch möglich, die Packung im Hohlraum der Blechkonstruktion anzuordnen. Der Überzug aus reißfestem Material würde sich dann zwischen den Hohlkörpern und der Innenwandung der Blechkonstruktion erstrecken.

Für die keramischen Hohlkörper werden bevorzugt Alumi­ niumoxid-Hohlkugeln eingesetzt. Diese Hohlkugeln lassen sich bei hoher Gleichförmigkeit kostengünstig durch an sich bekannte Verfahren herstellen.

Die Zeichnung zeigt schematisch ein Deformationsele­ ment, welches mit keramischen Hohlkörpern gefüllt ist, die sich im Durchmesser und in der Wandstärke unter­ scheiden.

Während im Bereich der Krafteinleitung (angedeutet durch einen Pfeil 1) relativ kleine Hohlkörper 3 mit relativ großer Wandstärke angeordnet sind, schließen sich in Kraftrichtung nach hinten größere keramische Hohlkörper 5 mit geringerer Wandstärke an.

Unter der Darstellung des Deformationselements ist ein Kraft-Weg-Diagramm aufgetragen, so wie es sich typi­ scherweise bei Belastung des Deformationselementes ergibt. Das Diagramm zeigt anfangs einen starken Kraft­ anstieg, der erst dann umgekehrt wird, wenn die ersten Hohlkörper 3 brechen. Auf einem dann insgesamt niedri­ geren Niveau bleibt die Kraft etwa gleich. Während dieser Phase werden die gebrochenen Hohlkörper 3 weiter zerkleinert und verdichtet. Eine zweite Kraftspitze ergibt sich mit Beginn der Zerstörung der größeren Hohlkörper 5. Der weitere Kraftverlauf entspricht in der Tendenz der ersten Phase.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die kleineren, dickwandigeren Hohlkörper 3 ein höheres Kraftniveau bei kürzerem Weg (s1) und die größeren, dünnwandigeren Hohlkörper 5 ein niedrigeres Kraftniveau bei größerem Weg (s2) sicherstellen.

Claims (6)

1. Kraftfahrzeug mit im Front- und/oder Heckbereich sowie zum Schutz der Insassen im Fahrgastraum ange­ ordneten Deformationselementen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Deformationselemente jeweils durch eine Vielzahl von in einer Hülle aufgenommenen kerami­ schen Hohlkörpern gebildet sind, und daß die Hohl­ körper in den Deformationselementen im Front- und/oder Heckbereich kleiner sind und/oder eine größere Wandstärke aufweisen als die Hohlkörper in den Deformationselementen im Fahrgastraum.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eines oder mehrere Deformationselemente mindestens zwei, in Kraftrichtung nacheinander ange­ ordnete Lagen unterschiedlich großer Hohlkörper und/oder verschiedene Wandstärken aufweisende Hohl­ körper umfassen.

3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hohlkörper in einer oder meh­ reren vorgeformten Packungen zusammengefaßt sind.

4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Packung mit der Hülle durch Klebung verbunden ist.

5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Packung einen Überzug aus reißfestem Material aufweist, welcher bei einer örtlichen Kraftbeaufschlagung auf Zug belastet wird und darüber von der Krafteinleitungsstelle entfernte Hohlkörper zur Energieumwandlung mitheranzieht.

6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die keramischen Hohlkörper Aluminiumoxid-Hohlkugeln sind.