DE69904042T2 - Energieabsorbierende vorrichtung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine energieabsorbierende Vorrichtung und insbesondere eine in einem Stoßstangensystem eines (Kraft-) Fahrzeugs angewandte energieabsorbierende Vorrichtung zur Absorption von Aufprallenergie bei einem Autounfall.
• Herkömmlicherweise bestehen mehrere unterschiedliche Anforderungen und Vorgaben für optimal funktionierende Stoßstangensysteme für Fahrzeuge. Gegenwärtig arbeiten die Fahrzeughersteller mit drei Aufprallniveaus - niedrig bis zu 4-8 km/h, mittel von 4-8 bis 16 km/h und schließlich Aufprallvorgänge mit einer Geschwindigkeit über 16 km/h.
• Normalerweise können das Stoßstangenelement selbst und ein reversibles oder nicht reversibles Absorptionselement, das gewöhnlich zwischen dem Stoßstangenelement angeordnet ist und bis zu dem oder in das Längselement des Fahrzeugs verläuft, einen Aufprall bei niedriger und mittlerer Geschwindigkeit abfangen.
• Die Aufprallenergie bei einer Kollision mit einer Geschwindigkeit über 16 km/h wird schließlich im wesentlichen durch die Verformung eines oder mehrerer Elemente an der Vorderseite oder der Rückseite des Fahrzeugrahmens absorbiert.
• Die energieabsorbierenden Elemente können dünnwandige Faltelemente sein, die mit Schaum oder einem anderen elastischen Material gefüllt sein können, wobei ein Nachteil die nicht vollständige Komprimierbarkeit ist, die durch den festen Block bedingt ist, der bei dem Zusammenpressen entsteht. Ein weiterer Nachteil ist die im Verlauf der Verschiebung variierende Kraft auf Grund des variierenden Widerstands bei der Erzeugung von Falten.
• Weitere allgemein verwendete Konstruktionsprinzipien sind:
• - Energieabsorption durch Umkehren einer Rohrwand.
• - Energieabsorption durch Pressen eines Rohres durch eine Verengung, wobei der Rohrdurchmesser verringert wird.
• - Pressen einer Flüssigkeit oder eines Wachses durch Öffnungen in einem Zylinder oder einem Kolben, typischerweise in einem reversiblen System.
• - Aufweiten des Durchmessers eines Rohres, indem zwangsweise ein im wesentlichen massives Element durch das Rohr geschoben wird.
• Diese Lösungen haben oftmals den Nachteil, dass ein Flansch zur Befestigung an dem Seitenelement vorgesehen werden muss.
• Es ist bekannt, dass diese Elemente, die gewöhnlich auf Rohren mit relativ kleinem Durchmesser basieren, instabil sein können und dazu neigen, sich zu verbiegen, wenn sie einer Aufpralllast ausgesetzt sind, die nicht koaxial zu dem Element ist oder in einem Winkel zu dem Element auftritt. Dies ist wesentlich, da bekannt ist, dass ein großer Anteil von Fahrzeuganprallvorgängen in einem Winkel zur Längsachse des Fahrzeugs auftritt und somit zu nicht axialen Lasten führt.
• Ferner ist bekannt, dass viele dieser Elemente sich fest verriegeln, wenn sie einer nicht axialen Last oder einer in einem Winkel zu dem Element auftretenden Last ausgesetzt sind.
• Ferner ist aus der JP 60 121 147 bekannt. Aufprallenergie durch eine besondere Konstruktion eines Stoßstangenbefestigungselements zu absorbieren, die durch mehrere Langlöcher gegeben ist, deren Breite kleiner als der Durchmesser von Befestigungselementen (Bolzen) ist, die durch die Löcher verlaufen. Bei einem Zusammenstoß des Fahrzeugs mit mäßiger Geschwindigkeit wird die erhaltene Aufprallkraft über die Befestigungsbolzen in die Ränder der Löcher übertragen und die Aufprallenergie wird durch Erweiterung der Löcher auf Grund der sukzessiven Bewegung der Bolzen entlang der Löcher absorbiert.
• Die FR-A-2,729,198 zeigt eine energieabsorbierende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 auf.
• Der Nachteil dieser Lösung ist offensichtlich das begrenzte Ausmaß an Energie, das durch eine einfache Verformung/Erweiterung der Löcher absorbiert werden kann. Eine mögliche Kompensation dieses Nachteils erfordert eine beträchtliche Erhöhung der Wandstärke des Befestigungselements und somit eine Erhöhung des Gewichts und der Kosten der Vorrichtung, was sich sowohl auf die Leistung als auch den Preis des Fahrzeugs nachteilig auswirkt.
• Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue energieabsorbierende Vorrichtung mit geringem Gewicht zu schaffen, die eine wesentlich verbesserte Absorption von Aufprallenergie zeigt.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine leicht zu montierende, kostengünstige energieabsorbierende Vorrichtung zu schaffen.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine energieabsorbierende Vorrichtung zu schaffen, bei der keine Einschränkung hinsichtlich des angewandten Materials zur Verbesserung der gesamten Festigkeit des Stoßstangenträgers (-systems) besteht.
• Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch das Schaffen einer neuen energieabsorbierenden Vorrichtung gemäß der Beschreibung und Definition in dem beigefügten Patentanspruch 1 und die bevorzugten Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Offenbarung in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 6 gelöst.
• Nachfolgend wird die Erfindung im Detail anhand von Beispielen von bevorzugten Ausführungsformen der energieabsorbierenden Vorrichtung unter Bezug auf Fig. 1 bis 4 der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Teilansicht der zusammengebauten energieabsorbierenden Vorrichtung.
• Fig. 2 ist eine perspektivische schematische Ansicht der Befestigungsenergie absorbierenden Vorrichtung vor der Montage.
• Fig. 3 zeigte die Befestigungsenergie absorbierende Vorrichtung aus Fig. 2 nach der Absorption von Aufprallenergie in gemäßigtem Ausmaß.
• Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform/Konstruktion der energieabsorbierenden Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung.
• Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer bevorzugten Ausführungsform der energieabsorbierenden Vorrichtung, die gemäß vorliegender Erfindung verwendbar ist. Ein Befestigungsträger 1, der als geschlossene Form (Kammer) mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt 11 gezeigt ist, umfasst zwei im wesentlichen parallel verlaufende energieabsorbierende Wände 11, die durch (ein Paar) Seitenwände 13 verbunden sind, die zu den energieabsorbierenden Wänden 11 verlaufen und dadurch eine geschlossene Kammer in Trägerform bilden, die vorzugsweise aus einer geeigneten Al-Legierung stranggepresst wird. Der Befestigungsträger ist teilweise innerhalb eines typischen Seitenelements 4 eines Fahrzeugrahmens untergebracht.
• Der vordere Teil oder in Abhängigkeit von der Ausrichtung/Anordnung des Trägers 1 der hintere Teil wird weiter in eine geeignete funktionelle Konfiguration umgeformt, die eine einfache stabile Befestigung 1 sicherstellt, welche den quer verlaufenden Stoßstangenträger 2 haltert. Das Seitenelement 4 selbst wird durch eine beliebige, herkömmlich angewandte Einrichtung in den Rahmen- oder Karosserieaufbau 5 des Fahrzeugs integriert.
• Fig. 2 zeigt schematisch eine detaillierte Ausführungsform des Befestigungsträgers 1, der die energieabsorbierenden Wände 11 und das Paar von senkrecht verlaufenden Seitenwänden 13 enthält, welche die geschlossene Kammer des Trägers 11 bilden.
• Die energieabsorbierenden Wände 11 sind mit Öffnungen 12 versehen, die ein Paar von Bolzen 3 aufnehmen, die vertikal durch die Öffnungen verlaufen, welche in den jeweiligen parallelen Wänden 11 angeordnet sind. Ein weiteres Paar von Öffnungen 14' ist an dem vorderen Ende des Trägerkörpers angeordnet und zeigt eine weitere spezielle/mögliche Konfiguration in Form einer Gabel, um die Verbindung/Befestigung mit dem Stoßstangenträger 2 (in der Figur nicht dargestellt) zu vereinfachen, indem ein Teil der Verbindungsseitenwände 13 teilweise entfernt/ausgeschnitten wird.
• Fig. 3 zeigte Veränderungen in den energieabsorbierenden Wänden 11 in dem Befestigungsträger 1 gegenüber Fig. 2. Wie aus der Figur ersichtlich ist, werden die ursprünglich kreisförmigen Öffnungen 14, nachdem sie der von dem Stoßstangenträger (in der Figur nicht gezeigt) mittels der Befestigungs-/Scherbolzen 3 in den Träger 1 übertragenen Aufpralllast ausgesetzt wurden, durch Abscheren von Wandmaterial in längliche Öffnungen 14 umgeformt, was dazu führt, dass Streifen 17 aus dem Wandmaterial getrennt und sukzessive in Längsrichtung entlang den (vertikalen) Verbindungsseitenwänden 13 eingerollt/angeordnet werden. Eine entsprechende Lastübertragung mit einer ähnlichen Veränderung der Form/Konfiguration der Öffnung beziehungsweise Öffnungen könnte bei der vorderen Öffnung 14' in Abhängigkeit von den Dimensionen und der Gesamtkonstruktion des vorderen Befestigungsteils des Trägers auftreten.
• Eine bevorzugte/optimale Konfiguration des Befestigungsträgers 1 gemäß vorliegender Erfindung ist in Fig. 4 gezeigt. Mehrere Adaptionen der Konstruktion/Gestaltung sind in einer der vertikalen Verbindungswände 13, nämlich der den Öffnungen 14 zur Aufnahme der kombinierten Befestigungs-/Scherbolzen (in der Figur nicht dargestellt) benachbarten Wand vorgesehen. Wie die Figur zeigt, sind drei Arten von Vertiefungen 18, 19 und 20 in die (stranggepresste) Wand 13 des Trägers eingepresst, die verschiedene vorteilhafte Auswirkungen auf die kontrollierte Energieabsorption haben.
• Zunächst stellt das Umformen der Wand 13 in der Nähe der Öffnungen 14 in die wellenähnliche Konfiguration (Rillen) 19 sicher, dass ein größerer Abschnitt der Wand 13 die nicht dargestellten Befestigungsbolzen 3 umgibt/unterstützt, wodurch die axiale Last der Bolzen reduziert wird.
• Die zweite Vertiefung, die als im wesentlichen rechteckige Ausnehmung 18 in der Seitenwand 13 gezeigt ist, dient hauptsächlich als Führungseinrichtung für das Wandmaterial gegen den nächstgelegenen Bolzen während des Schervorgangs.
• Die dritten Vertiefungen 20 sind kanalartig und bestimmen den von den Bolzen zu scherenden Weg und wirken als Führungseinrichtung für die Bolzen während des Schervorgangs, wobei sie auch die abgescherten Materialstreifen zur Innenseite der Trägerwand führen.
• Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt, die als praktische Ausführungsformen der energieabsorbierenden Vorrichtung beschrieben wurden. Die Bolzen können abgesehen von dem dargestellten kreisförmigen Querschnitt tatsächlich beispielsweise eine ovale oder rechteckige Form (Konfiguration) haben, ohne den Schutzumfang der Patentansprüche zu verlassen. Es ist jedoch wichtig, dass der tatsächlich angewandte Bolzen eine Konfiguration (Geometrie) hat, die das Abscheren von Material sicherstellt und nicht ein einfaches Durchschneiden, was in einer wesentlich geringeren Energieabsorption resultiert.
• Ferner stellt die vorstehend beschriebene Verwendung der stranggepressten Hohlformen aus Aluminiumlegierung, die ein Basiselement zur Herstellung der Befestigungsträger bilden, nur eine optimale Lösung hinsichtlich Gewicht/Kosten dar. Anderes Material, beispielsweise Stahl, und Herstellungs-/Formungstechniken könnten innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
• Die gegenseitige Ausrichtung der energieabsorbierenden und der (vertikalen) Verbindungswände des Befestigungsträgers könnte jeweils an die tatsächlichen Bedürfnisse/Raumerfordernisse angepasst werden, so dass die energieabsorbierenden Wände vertikal oder in jedem anderen Winkel verlaufen können.

Claims (6)

1. Energieabsorbierende Vorrichtung in einem Fahrzeug zum Absorbieren von Aufprallenergie, enthaltend einen Befestigungsträger (1) für ein Stoßstangenelement (2) an dem Fahrzeugrahmen, welcher Träger (1) mindestens zwei in Längsrichtung verlaufende Wände (11) hat, die mit einer oder mehreren Öffnungen (12) versehen sind, um einen oder mehrere durchgehende Bolzen (3) aufzunehmen, wobei die Bolzen (3) bei einem Kollisionsaufprall oder einem Fahrzeugzusammenstoß relativ zu den jeweiligen energieabsorbierenden Wänden des Trägers (1, 11) und/oder des Fahrzeugrahmens (4) und/oder der Stoßstange (2) entlang vorbestimmten Linien bewegt werden, um die Öffnungen (12) unter Bildung von Streifen (17) zu vergrößern, dadurch gekennzeichnet, daß die Bolzen (3) so ausgelegt sind, daß sie das Wandmaterial abscheren, um die Öffnungen (12) in der energieabsorbierenden Wand zu vergrößern, indem sie verlängert werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Träger (1) die Konfiguration einer geschlossenen Kammer hat, die von einem Paar von die energieabsorbierenden Wände (11) verbindenen Seitenwänden (13) begrenzt ist, und bei welcher die Trägerverbindungswände (13) vorzugsweise ferner mit Vertiefungen (18) versehen sind, die als Führungseinrichtung für die Bolzen wirken und die kontrollierte Scherverformung der energie absorbierenden Trägerwände (11) durch Steuerung des Scherweges der Bolzen (3) sicherstellen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Öffnungen (12) in den Trägerwänden (11) an den Seitenverbindungswänden (13) des Befestigungsträgers angeordnet sind, so daß die Wand als ein Auflager genutzt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welcher die Seitenwand (13) des Trägers (1) im wesentlichen parallel zum Bolzenverlauf Vertiefungen (19) aufweist, so daß ein größerer Abschnitt der Seitenwand (13) in die Nähe des Bolzens gebracht wird und eine wirksamere Stützfunktion für die Axialbelastung des Bolzens sichergestellt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, bei welcher die Führungsvertiefungen (20) in den Trägerwänden (11), die als Führungseinrichtung für die Bolzen (3) während des Schervorgangs wirken, ferner sicherstellen, daß das abgescherte Material entlang der Trägerwand (13) nach innen befördert wird.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, bei welcher der Befestigungsträger (1) die Konfiguration einer geschlossenen Kammer hat, wobei sein an dem Stoßstangenelement (2) befestigter Endteil eine angepaßte Querschnittskonfiguration auf weist.