DE69715365T2

DE69715365T2 - Energieabsorbierende Struktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE69715365T2
Application number: DE69715365T
Authority: DE
Inventors: Saeed David Barbat; Guy Allen Breckenridge; Rasik N. Patel
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-12-31
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2018-01-01
Also published as: US5725271A; EP0855313A1; JPH10203277A; EP0855313B1; DE69715365D1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich allgemein mit einer Fahrzeugaufbaustruktur für ein Kraftfahrzeug und insbesondere mit der Konstruktion einer Fahrzeugaufbaustruktur, die eine Energietilgung ermöglicht.
Verkleidungskomponenten werden in Kraftfahrzeug-Anwendungen eingesetzt, um ein ästhetisch angenehmes Erscheinungsbild des Fahrzeuginnenraumes zu gewährleisten, Konturen zu glätten und lasttragende Strukturkomponenten des Fahrzeuges abzudecken. So werden Verkleidungsteile zu diesem Zweck z. B. in Verbindung mit den A-, B-, C- und D-Säulen im Fahrzeug verwendet, oder mit den Seitenholmen und den Dachspriegeln, oder in Verbindung mit der vorderen und hinteren Kopfleiste.
Bei der Konstruktion von modernen Kraftfahrzeugen ist eines der Ziele, Aufbaustrukturen zu schaffen, welche die Absorption von Energie beim Auftreten von Frontalaufprallasten bewerkstelligen. In jüngerer Zeit hat sich die technische Tätigkeit der Fahrzeugaufbaukonstruktion auf die Tilgung von Energie konzentriert, der der Fahrgastraum des Fahrzeuges unterworfen wird, wenn die Seiten des Fahrzeuges belastet werden, und wenn Lasten innerhalb des Fahrgastraumes auftreten.
So müssen diese Aufbaustrukturen zusätzlich zu den Lastaufnahmefunktionen solcher Strukturkomponenten des Fahrzeuges manchmal auch Energie tilgen, die durch Kräfte vom Inneren des Fahrzeuges bei einem Aufprall oder einer Kollision erzeugt wird. Es hat sich gezeigt, daß in der Technik ein Bedarf an lastaufnehmenden Strukturkomponenten wie z. B. Säulen, Seitenholmen, Dachspriegeln und vorderen und hinteren Kopfleisten besteht, die erhöhte Energieabsorptionsfähigkeiten aufweisen und auch die oben beschriebenen Konstruktionsansprüche erfüllen, ohne dabei verfügbaren Innenraum im Fahrzeug zu opfern.
US-Patentschrift 3779595 offenbart eine Aufbaustruktur für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, die ein Strukturteil 1 aufweist, das ein lastaufnehmendes Teil eines Fahrzeuges bildet, sowie eine an besagtem Strukturteil 1 angebrachte Verkleidungskomponente 8 sowie mehrere energieabsorbierende Elemente 13, 16, die an besagtem Verkleidungsteil angebaut sind und entlang einer Strecke in Längsrichtung des besagten Verkleidungsteiles sowie in Querrichtung über die Breite des besagten Verkleidungsteiles im Abstand von einander liegen (wobei jedes Stoßdämpferteil von zwei energieschluckenden Elementen gebildet wird), wobei jedes der energieschluckenden Elemente eine Serpentinenform aufweist und von besagter Verkleidungskomponente zu besagtem Strukturteil reicht, so daß ein fernes Ende der besagten energieabsorbierenden Elemente in einem Abstand von, jedoch in unmittelbarer Nähe des besagten Strukturteiles in einer berührungslosen Relation zu diesem liegt, wobei besagte energieabsorbierende Mittel in Reaktion auf eine Kraft verformt werden, die bewirkt, daß besagtes fernes Ende der besagten Elemente in Anlage an besagtes Strukturteil gelangt, so daß die durch die Kraft erzeugte Energie getilgt und abgeleitet wird.
Der vorliegenden Erfindung zufolge wird eine Fahrzeugaufbaustruktur für ein Kraftfahrzeug geschaffen, die folgendes aufweist: eine eine lastaufnehmende Struktur in einem Fahrzeug bildende Säule, wobei besagte Säule eine Außenwand und eine Innenwand beinhaltet, wobei besagte Wände fest miteinander verbunden sind, so daß sie besagte lastaufnehmende Säule bilden, eine an besagter Innenwand der besagten Säule befestigte Verkleidungskomponente; mehrere energieschluckende Elemente, die an besagter Verkleidungskomponente angebracht sind und in einer Längsrichtung der besagten Verkleidungskomponente über die Länge derselben sowie in Querrichtung über die Breite der besagten Verkleidungskomponente im Abstand von einander angebracht sind, wobei besagte energieschluckende Elemente eine Serpentinenform aufweisen und von besagtem Verkleidungsteil zu besagter Innenwand reichen, wobei besagte energieschluckende Elemente verformbar sind, wenn sie in Reaktion auf eine Kraft an besagter Innenwand zur Anlage gelangen, die bewirkt, daß sich besagtes Element zusammenfaltet und damit die durch diese Kraft erzeugte Energie absorbiert und ableitet; dadurch gekennzeichnet, daß besagte Innenwand mehrere Öffnungen aufweist, mehrere Befestigungsclips mit je einem Teil, der durch eine besagte Öffnung hindurchreicht und jeden besagten Clip fest mit besagter Innenwand verbindet; wobei besagte energieschluckende Elemente von besagten mehreren Montageclips gehalten werden.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß sie in Verbindung mit allen lastaufnehmenden Strukturelementen in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann, an welchen Verkleidungskomponenten befestigt werden, und daß sie besonders geeignet ist für den Einsatz in Verbindung mit oberen Strukturkomponenten wie z. B. A-, B-, C- und D-Säulen. Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß sie durch die Aufprallkräfte erzeugte Energie effektiv absorbiert und ableitet, ohne dabei Raum im Inneren des Fahrzeuges zu opfern. Noch ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß sie sich leicht in der Produktion anwenden läßt und einfach und kostengünstig in der Herstellung ist.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden, dabei zeigt:
Fig. 1: eine perspektivische Darstellung des Strukturteiles nach der vorliegenden Erfindung, mit einem Querschnitt durch das Teil;
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung eines Strukturteiles nach Fig. 1, welche die Energieabsorptionsmerkmale derselben bei einem Aufprall veranschaulicht;
Fig. 3: eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Strukturteiles der vorliegenden Erfindung mit einem Querschnitt durch das Teil;
Fig. 4: eine perspektivische Darstellung des Strukturteils aus Fig. 3, welche die Energieabsorptionsmerkmale desselben veranschaulicht;
Fig. 5: eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform des Strukturteiles der vorliegenden Erfindung, mit einem Querschnitt durch dieses Teil;
Fig. 6: eine perspektivische Darstellung des Strukturteiles aus Fig. 5, welche die energieschluckenden Merkmale desselben bei einem Aufprall veranschaulicht;
Fig. 7: eine quergeschnittene Seitenansicht des energieschluckenden Elementes der vorliegenden Erfindung, das an der Innenwand der Säule des Strukturteiles befestigt ist; und
Fig. 8 zeigt eine quergeschnittene Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des energieschluckenden Elementes der vorliegenden Erfindung, das an der Innenwand des Strukturteiles befestigt ist.
Die Fig. 1 bis 6 dienen zur Erläuterung der Erfindung im allgemeinen. Die Fig. 7 und 8 dagegen beziehen sich spezifisch auf die nachstehend beanspruchte Erfindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein energieschluckendes Fahrzeugaufbauteil in einem Kraftfahrzeug, das in allen Abbildungen allgemein mit 10 bezeichnet ist. In Kraftfahrzeugen werden oft Verkleidungskomponenten 12 in Verbindung mit den Strukturkomponenten 10 verwendet. Die oft mit Innenauskleidungskomponenten eingesetzten Strukturkomponenten 10 können A-, B-, C- und D-Säulen beinhalten, ebenso wie Seitenholme und Dachspriegel. Es ist jedoch selbstverständlich, daß das Strukturteil 10 mit einer daran befestigten Verkleidungskomponente 12 nach der vorliegenden Erfindung an vielen Stellen in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden kann, wo es ein ästhetisch angenehmes Erscheinungsbild im Innenraum des Fahrzeuges bietet.
Wie in den Figuren dargestellt ist, ist das Strukturteil hier eine Säule 10, welche ein lastaufnehmendes Strukturteil an dem (nicht dargestellten) Fahrzeug bildet. Die Säule 10 beinhaltet eine Innenwand 14 und eine Außenwand 16. Die Wände 14 und 16 sind an ihren Seitenrändern jeweils fest miteinander verbunden, z. B. durch Schweißen, so daß sie die lastaufnehmende Säule bilden. Wie die Figuren zeigen, ist die Außenwand 14 allgemein in vertikaler Richtung angeordnet, so daß sie eine nach außen konvexe Außenfläche 15 des Fahrzeuges bildet. In ähnlicher Weise ist die Innenwand 16 in Längsrichtung fluchtend mit der Außenwand 14 angeordnet und bildet eine Oberfläche 17, die konvex in bezug auf den Innenraum des Fahrzeuges ist. Wie die Fig. 3-7 zeigen, kann die Säule 10 wenigstens eine oder mehrere Verstärkungswand/-wände 18 aufweisen, die zwischen der Innen- und der Außenwand 14 bzw. 16 angeordnet ist/sind.
Eine Verkleidungskomponente 12 ist an der Säule 10 angebracht. Die Verkleidungskomponente 12 besteht im typischen Falle aus Kunststoff und weist eine Oberfläche der Klasse A im Fahrzeuginnenraum auf. Wie Fig. 1 zeigt, kann die Verkleidungskomponente ein Kunststoffsubstrat 20 aufweisen, das mit einem ästhetisch angenehmen Material wie z. B. Gewebe, Leder oder Kunstleder 22 überzogen ist. Das Verkleidungsteil 12 ist mittels in der Technik bekannter herkömmlicher Befestigungsteile befestigt.
Mehrere energieschluckende Elemente, die allgemein mit 24 bezeichnet sind, sind an der Verkleidungskomponente 12 befestigt und entlang der Längsachse des Verkleidungsteiles 12 von einander beabstandet. Wie die Fig. 1-6 zeigen, werden die energieschluckenden Elemente 24 bei 27 mit dem Verkleidungsteil verschweißt und sind in Abständen von etwa 4 Zoll von einander über die Länge des Teiles ins Längsrichtung verteilt. Außerdem können die energieschluckenden Elemente 24, wie die Fig. 5-6 zeigen, in seitlicher Richtung über die allgemein konkave Oberfläche 25 in der Breite der Verkleidungskomponente 12 von einander beabstandet sein.
Die energieabsorbierenden Elemente 24 haben eine serpentinenartige Gestalt und reichen von der inneren Oberfläche 25 des Verkleidungsteiles 12 zur konvexen Oberfläche 17 der Innenwand 16 der Säule 10, so daß die fernen Enden 26 der Elemente 24 im Abstand von der Innenwand 16, jedoch in unmittelbarer Nähe derselben in berührungsloser Relation dazu liegen. Auf diese Weise besteht ein gewisses Spiel zwischen dem Blech der Innenwand 16 und den energieabsorbierenden Elementen 24, so daß die Gefahr von Quietschen, Klappern oder anderen Variationen bei der Montage verringert wird.
Die energieschluckenden Elemente 24 sind aus flachem energieschluckendem Material hergestellt, das in eine serpentinenartige Form gefaltet wird, in der sich das energieschluckende Material zusammenfalten kann, wenn eine Kraft aufgebracht wird, die bewirkt, daß die fernen Enden 26 desselben jeweils an der Innenwand 16 der Säule 10 zur Anlage gelangen. Dementsprechend können die energieschluckenden Elemente 24 aus Edelstahl, Federstahl, Kunststoff oder einem beliebigen anderen Werkstoff hergestellt werden.
In den Fig. 7-8 weist die Innenwand 16 eine Öffnung 28 auf. Mehrere Befestigungsclips sind allgemein mit 30 bezeichnet. Jeder der Befestigungsclips 30 weist einen Teil 32 auf, der durch die Öffnung 28 reicht und die Befestigungsclips 30 sicher an der Innenwand 16 fixiert. Die energieabsorbierenden Elemente 24 aus den Fig. 7-8 werden von mehreren Befestigungsclips 30 gehalten, die an der Innenwand 16 befestigt sind, so daß sie entlang der Länge der Innenwand 16 der Säule in Längsrichtung derselben relativ zueinander beabstandet sind. Zusätzlich sind die in den Fig. 7 und 8 dargestellten energieschluckenden Elemente auch quer zueinander beabstandet, über die Breite der allgemein konvexen Oberfläche 17 der Innenwand 16 der Säule 10. Das andere Ende der energieschluckenden Elemente 24 kann bei 34 mit dem Verkleidungsteil 12 verschweißt werden, wie es Fig. 7 andeutet. Wahlweise kann das Verkleidungsteil auch eine Erhebung 36 mit einer Öffnung aufweisen, die das distale Ende 26 des energieschluckenden Elementes 24 aufnimmt.
Die energieschluckenden Elemente 24 sind verformbar, wenn eine Kraft daran aufgebracht wird, die die distalen Enden 26, 26' der Elemente in Anlage an die Innenwand 16 bringt oder in anderer Weise die von der Kraft erzeugte Energie absorbiert und ableitet. Im einzelnen biegt sich die Verkleidungskomponente 12 bei einem Aufprall durch und beginnt, Aufprallenergie zu absorbieren. Mit der Durchbiegung der Verkleidungskomponente 12 beginnen die energieabsorbierenden Elemente 24, sich zusammenzudrücken und damit mehr Aufprallenergie zu absorbieren, so daß die Aufprallgeschwindigkeit gesenkt wird, bevor die Berührung mit der Innenwand 16 der Säule 10 zustande kommt. Außerdem können die energieabsorbierenden Elemente 24 so angeordnet werden, daß sie die Energieabsorption in der voraussichtlichen Richtung der Kraft optimieren, die im Falle eines Aufpralles auf die Säule 10 einwirkt. Der Fachmann wird dabei erkennen, daß die energieschluckenden Elemente 24 in jeder beliebigen Weise angeordnet sein können, und daß ihre exakte Position durch eine Reihe von Konstruktions- und/oder Baukriterien bestimmt wird. Außerdem kann die Steifigkeit der energieschluckenden Elemente auf ein gewünschtes Maß eingerichtet werden.
Auf diese Weise reagiert das energieschluckende Element 24 der vorliegenden Erfindung auf die auf es einwirkenden Kräfte derart, daß es die von diesen Kräften erzeugte Energie absorbiert und ableitet. Außerdem werden diese Ziele und Vorteile in Verbindung mit einer ästhetisch angenehmen Verkleidungkomponente 12 erzielt, die die Strukturkomponente abdeckt, ohne dabei wertvollen Innenraum des Fahrzeuges zu opfern. Zudem werden diese Ziele und Vorteile mit der vorliegenden Erfindung erreicht, die auch in der Herstellung einfach und kostengünstig ist.

Claims

1. Fahrzeugaufbaustruktur für ein Kraftfahrzeug, folgendes aufweisend:

eine Säule (10), welche eine lastaufnehmende Struktur in einem Fahrzeug bildet, wobei besagte Säule (10) eine Innenwand (14) und eine Außenwand (16) aufweist, wobei besagte Innenwände (14, 16) fest miteinander verbunden sind, so daß sie besagte lastaufnehmende Säule (10) bilden, sowie eine an besagter Innenwand (16) der besagten Säule (10) angebrachte Verkleidungskomponente (12);

mehrere energieschluckende Elemente (24), welche an besagter Verkleidungskomponente (12) befestigt sind und in Längsrichtung der besagten Verkleidungskomponente (12) entlang der Länge derselben sowie in Querrichtung über die Breite der besagten. Verkleidungskomponente (12) im Abstand von einander angeordnet sind, wobei besagte energieschluckende Elemente (24) eine serpentinenartige Form haben und von besagter Verkleidungskomponente (12) zu besagter Innenwand (16) reichen, wobei besagte energieschluckende Elemente (24) verformbar sind, wenn sie in Reaktion auf eine Kraft an der Innenwand (16) zur Anlage gelangen, die bewirkt, daß sich besagtes Element (24) zusammenfaltet und damit die durch diese Kraft erzeugte Energie absorbiert und ableitet;

dadurch gekennzeichnet, daß besagte Innenwand (16) mehrere Öffnungen (28) aufweist, mehrere Befestigungsclips (30), die alle einen Teil aufweisen, der durch eine besagte Öffnung reicht und jeden der besagten Clips (30) sicher an besagter Innenwand (16) fixiert; wobei die energieschluckenden Elemente (24) von besagten mehreren Befestigungsclips (30) gehalten werden.

2. Fahrzeugaufbaustruktur für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, worin besagte energieschluckende Elemente (24) seitlich um die Oberfläche der besagten Innenwand (16) herum im relativen Abstand von einander angeordnet sind.

3. Fahrzeugaufbaustruktur für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, worin besagte energieschluckende Elemente (24) aus einem flachen energieabsorbierenden Material hergestellt sind, das so gebogen ist, daß es eine serpentinenartige Form bildet, in der sich das energieabsorbierende Material zusammenfalten kann, wenn eine Kraft angelegt wird, die bewirkt, daß das distale Ende (26) desselben in Anlage an besagtes Strukturteil gelangt.