DE4404569A1 - Nach dem Stülpprinzip arbeitendes Deformationselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein nach dem Stülpprinzip arbeitendes Deformationselement nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Derartige Deformationselemente werden beispielsweise zwischen Stoßstangen und Rahmen eines Kraftfahrzeugs zur Umsetzung von bei einem Aufprall auftretender kinetischer Energie in Ver­ formungsarbeit eingesetzt.

Bei einem aus der US-PS 3 428 150, F16D 63/00, bekannten gat­ tungsgemäßen Deformationselement trägt das Stülpwerkzeug zu­ sätzliche Schneiden, wodurch bereits bei Beginn des Stülpvor­ gangs parallel zur Achse des Deformationsrohres verlaufende Schnitte in diesem hervorgerufen werden, so daß während des eigentlichen Stülpvorgangs das Deformationsrohr gleichsam in Stege zerteilt oder unterteilt ist; diese Stege werden dann rückgestülpt.

Diese Konstruktion bietet gegenüber einem Deformationselement mit ausschließlicher Rückstülpung eines Bereichs des Deforma­ tionsrohres den Vorteil, daß infolge der "Auffächerung" des rückgestülpten Rohrbereichs eine größere Deformationslänge des Rohres zur Verfügung steht. Auch ist dieses bekannte Deforma­ tionselement weniger empfindlich gegen Biegebeanspruchung. Von Nachteil ist jedoch die Tatsache, daß der Energieumsetzungsgrad infolge des Schneidvorgangs erheblich verringert wird.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein gattungs­ gemäßes Deformationselement unter Wahrung seiner vorteilhaften Eigenschaften so auszubilden, daß der Energieumsetzungsgrad gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik vergrößert und der Aufwand für das Deformationselement verringert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Aus­ bildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Bei der Erfindung wird die angestrebte Zerteilung oder Untertei­ lung des Deformationsrohres also unter Verzicht auf Schneiden am Stülpwerkzeug und damit unter Vereinfachung des Stülpwerkzeugs dadurch erzielt, daß das Deformationsrohr (das nicht notwen­ digerweise einen kreisförmigen Querschnitt haben muß) an seinem stülpwerkzeugseitigen Rand bereits im Ausgangszustand mit Ein­ schnitten bzw. Kerben versehen ist, die während des Stülpvor­ gangs bei der dann erfolgenden Aufweitung des Deformationsrohres den Ausgang für Risse in diesem bilden, die die angestrebte Zerteilung oder Unterteilung des Deformationsrohres zur Folge haben. Da die Rißausbildung eine Folge der beim Aufweiten in Umfangsrichtung in dem Deformationsrohr auftretenden Kräfte bzw. Spannungen ist, erfolgt diese Rißbildung unter Umsetzung von kinetischer Energie in Verformungsarbeit und nicht, wie bei dem diskutierten Stand der Technik, durch einen praktisch keine Energieumsetzung beinhaltenden Schneidvorgang. Wie sich gezeigt hat, tritt eine einwandfreie Rißbildung bereits bei Vorhanden­ sein von 5 bis 8 Kerben bzw. Einschnitten in möglichst gleich­ mäßiger Verteilung über den Umfang des Randes des Deformations­ rohres ein.

Wie Untersuchungen ferner ergeben haben, ist bei dem "angekerb­ ten" Deformationsrohr mit einer Anhebung der Verformungskraft (Stülpkraft) mit zunehmender Verformungsgeschwindigkeit zu rechnen. Damit werden zusätzliche Einrichtungen, wie Flüssig­ keitsdämpfer, zur Erzielung einer erwünschten Geschwindigkeits­ abhängigkeit überflüssig.

Die Maßnahmen nach den Ansprüchen 3 und 4 stellen eine dreistufige Energieumsetzung sicher, nämlich durch "Glätten" des Deforma­ tionsrohres unter Beseitigung der Ecken in seinem Querschnitt, Rückstülpen und Reißen. Die Glättung hat zur Folge, daß eine Trennung des Deformationsrohres vom Stülpwerkzeug durch Zurück­ ziehen nur unter Energieaufwand möglich ist.

Zwar ist aus der DE-OS 23 41 463, F16F 7/12, ein Stoßdämpfer mit einem Deformationsrohr bekannt, das an zumindest einem seiner Enden längs seiner Umfangsrichtung eine die Festigkeit vermin­ dernde Schwächungsbehandlung erfahren hat, beispielsweise in der Weise, daß in der Metallwand des Rohres an Stellen nahe seinen Enden örtlich Löcher oder Einschnitte ausgebildet sind.

Dabei geht es jedoch um letztlich etwas vom Rand des Deforma­ tionsrohres entfernte, nicht achsparallele, sondern in Umfangs­ richtung verlaufende Einschnitte oder dergleichen, und aus dem weiteren Inhalt dieser Schrift folgt, daß diese geschwächten Zonen zur Einleitung einer faltenbalgartigen Verformung des Deformationsrohres vorgesehen sind. Sie bilden also nicht, wie die Einschnitte oder Kerben bei der Erfindung, den Ausgang für eine während eines Stülpvorgangs einsetzende Rißbildung im Deformationsrohr.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 eine Seitenansicht des Deformationselements wie­ dergibt, während Fig. 2 den Verlauf der Deformationskraft F über dem Deformationsweg s zeigt.

Das Deformationselement besteht aus den beiden Hauptbestand­ teilen Deformationsrohr 1 und Stülpwerkzeug 2. In diesem Aus­ führungsbeispiel ist angenommen, daß ein Endbereich 3 des Deformationsrohres 1 eine größere Härte besitzt als ein sich anschließender Rohrbereich 4.

Wesentlich für die Wirkungsweise des Deformationselements bei einem Crash sind die am Rand 6 des Deformationsrohres 1 vorge­ sehenen kerbenförmigen Einschnitte 7, die, wie Fig. 1 zeigt, bereits im Ausgangszustand des Deformationselements vorhanden sind, also bei der Rohrfertigung oder danach mittels eines Werk­ zeugs erzeugt sind. Sobald ein zur Verformung des Deformations­ elements führender Stoß in Achsrichtung oder im wesentlichen in Achsrichtung des Deformationsrohrs 1 erfolgt, bewegt sich der Rand 6 des Deformationsrohres 1 über das Stülpprofil 5 und wird dabei radial aufgeweitet. Bereits diese radiale Aufweitung führt gemäß dem Kurvenverlauf der Fig. 2 zu einer Umsetzung von kine­ tischer Energie in Verformungsarbeit. Dabei werden in dem Mate­ rial des Deformationsrohres 1 in Umfangsrichtung Kräfte bzw. Spannungen hervorgerufen, die schließlich dazu führen, daß sich, ausgehend von den Kerben 7, etwa linear verlaufende Reißzonen bilden, wodurch die angestrebte Zerteilung oder Unterteilung des rückgestülpten Rohrbereichs erreicht wird.

Wie bereits erläutert, ist der Rohrbereich 3 härter als der Rohrbereich 4. Das bedeutet, daß der Rohrbereich 3 bereits bei niedrigerer Kraft F zur Rißbildung neigt, als der anschließende Rohrbereich 4. Damit ist also die Einstellung einer "stufen­ förmigen" Verformungskennlinie möglich.

Durch das beschriebene Aufreißen des Deformationsrohres während des Stülpvorgangs werden Störungen durch aufgeschweißte Bleche oder kleine Bohrungen im Deformationsrohr hinsichtlich des Ver­ formungsprozesses zumindest erheblich verringert.

Weiterhin zeigt sich, daß der Bereich der anwendbaren Verhält­ nisse von Wandstärke und Durchmesser des Deformationsrohres durch die Rißbildung erheblich vergrößert ist.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßes Deformations­ element geschaffen, das bei Verringerung des Aufwandes (Vermei­ dung von Schneiden am Stülpwerkzeug) einen größeren Energieum­ setzungsgrad besitzt als der Stand der Technik.

Claims (4)

1. Nach dem Stülpprinzip arbeitendes Deformationselement mit einem Deformationsrohr und einem im Ausgangszustand einem Rand desselben gegenüberstehenden Stülpwerkzeug, wobei Maßnahmen zur achsparallelen Zerteilung des Deformations­ rohres beim Stülpvorgang getroffen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rand (6) des Deformationsrohres (1) bereits im Ausgangszustand mit achsparallelen, vorzugsweise kerb­ förmigen Einschnitten (7) versehen ist, die während der beim Stülpvorgang am Stülpwerkzeug (2) erfolgenden Aufweitung des Deformationsrohres (1) den Ausgang für linienförmige Reiß­ zonen in diesem bilden.

2. Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationsrohr (1) in einem randseitigen Endbereich (3) aus härterem Material als in einem anschließenden Bereich (4) besteht.

3. Deformationselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Deformationsrohr (1) einen eckigen, vor­ zugsweise polygonalen, Querschnitt aufweist.

4. Deformationselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stülpwerkzeug (2) einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, so daß dem Stülpvorgang ein Glättungsvorgang des Querschnitts des Deformationsrohres (1) unter Energieum­ setzung vorgeschaltet ist.