EP1332070A1 - Stossfängersystem für fahrzeuge - Google Patents

Stossfängersystem für fahrzeuge

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Publication number
EP1332070A1
EP1332070A1 EP01992488A EP01992488A EP1332070A1 EP 1332070 A1 EP1332070 A1 EP 1332070A1 EP 01992488 A EP01992488 A EP 01992488A EP 01992488 A EP01992488 A EP 01992488A EP 1332070 A1 EP1332070 A1 EP 1332070A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy absorber
absorber element
ribs
metal sheets
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01992488A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Boris Koch
Roland Brambrink
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lanxess Deutschland GmbH
Original Assignee
Bayer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayer AG filed Critical Bayer AG
Publication of EP1332070A1 publication Critical patent/EP1332070A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/12—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members
    • F16F7/123—Deformation involving a bending action, e.g. strap moving through multiple rollers, folding of members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/04—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects formed from more than one section in a side-by-side arrangement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/24—Arrangements for mounting bumpers on vehicles
    • B60R19/26—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means
    • B60R19/34—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means destroyed upon impact, e.g. one-shot type

Definitions

  • the invention relates to an energy absorber element and a bumper system for vehicles based on the energy absorber element, which serves for the transmission and absorption of kinetic energy, e.g. in the event of motor vehicle accidents.
  • the energy absorber element is particularly suitable in bumper systems of vehicles, but can also serve as part of another vehicle structure and other safety elements with a comparable requirement profile.
  • Energy-transmitting and converting systems are known and are used successfully. There are widespread bumper systems that survive minor accidents (with an impact speed of up to about 8 km h) without damage due to energy-absorbing elements. In order to achieve favorable risk ratings for vehicle insurers, many vehicle manufacturers are striving for shock-absorbing systems that can withstand loads well above a crash speed of 10 km / h (bumper systems with a damage-free crash speed of up to 8 km / h are generally used in the USA). Is the energy introduced into the system even greater, e.g. With the AZT crash at a speed of 15 km / h, the energy is absorbed by special energy absorber elements.
  • the available installation space for the known systems mentioned is generally small.
  • the high kinetic energy of a damage event to be implemented requires a high efficiency of the system, ie an energy absorber with ideal force-deformation characteristics.
  • This ideal characteristic is characterized by the fact that after an initially steep increase in force with progressive energy absorption, a horizontal plateau with the same force occurs.
  • the work absorbed is defined as the area under the force-displacement curve and should have the greatest possible content.
  • Reversible systems include, for example, those with hydraulic dampers (gas pressure springs). These systems are very powerful and convert the energy efficiently.
  • a disadvantage of the hydraulic damping systems is the complex and very expensive production, which prevents the widespread use of this system.
  • Non-reversible systems are e.g. Support systems made of steel or aluminum with plastically deformable steel or aluminum elements for energy absorption. With lower energies to be converted, quasi-reversible systems can be used (foam blocks made of energy absorption (EA) foam or aluminum foam). If the energy to be absorbed is large, deformable sheet metal profiles are mostly used.
  • EA energy absorption
  • the invention is based on the object of developing an energy transmission and absorption system which converts the kinetic energy of moving vehicle masses into the smallest possible space by plastic deformation of a material (mostly into heat).
  • This system should be easy to use and allow positioning (tolerance compensation) in all three spatial directions, especially when it is attached to a vehicle. Furthermore, it should show absolutely reproducible behavior over the entire period of use, be inexpensive to produce and be light.
  • the system should be able to transfer the forces acting on the outside from a damage event to the adjacent ones Distribute structures and stabilize the body or frame structure of vehicles.
  • An energy absorption element was found which fulfills the above-mentioned requirements with regard to ease of manufacture, lightness and energy absorption behavior.
  • a bumper system has been found which, due to the specific arrangement of a cross member and energy absorption elements and their special shape, is able to absorb the energy offered on a given deformation path with very high efficiency.
  • this system offers a much larger route for energy conversion than conventional systems with rear energy absorbers arranged behind a cross member have.
  • the subject matter of the invention is an energy absorber element consisting of at least two metal sheets arranged opposite one another, which have a large number of predetermined bends, which enable the sheets to be folded together in the longitudinal direction (x direction), and connecting ribs, in particular made of thermoplastic or thermosetting plastic, which connect the metal sheets opposite one another connect.
  • the ribs are preferably made of thermoplastic, in particular polyamide, polypropylene, polyester, which, e.g. attached by means of injection molding, which connects the preformed metal sheets with each other.
  • a special embodiment of the energy absorber element is particularly preferred, in which the ribs are connected to the sheets at discrete anchoring points, in particular at knobs, openings or at the edges of the metal sheets by overmolding. This increases the mechanical stability of the energy absorber element transversely to the direction of energy absorption.
  • the kinks of the metal sheets are particularly preferably formed by corrugated, trapezoidal or sawtooth profiling of the metal sheets.
  • the transverse stability of the energy absorber element can be increased in a preferred form in that the ribs connect opposing kinks of the metal sheets to one another.
  • An energy absorber element is particularly preferred, in which the ribs connect mutually opposite depressions or elevations in the metal sheets.
  • the metal sheets are placed so that the depressions on one sheet face the depressions on the other sheet.
  • Another preferred variant of the energy absorber element is characterized in that the ribs have additional foot bridges at the connection points to the metal sheets.
  • the energy absorber element is connected to a base plate at one end of the energy absorber element.
  • the base plate is e.g. arranged transversely to the x-direction and has holes for mounting on vehicle parts.
  • Another object of the invention is a bumper system for vehicles, which has at least one energy absorber element according to the invention.
  • a bumper system for vehicles is preferred in which the bumper system consists of at least one cross member and at least one energy absorber element attached to the two ends of the cross member.
  • the cross member is releasably attached to the side of the energy absorber elements.
  • the energy absorber elements are attached in particular by means of a flange connection, the flanges on the cross member having elongated holes which have their main orientation in the x direction, i.e. have in the direction of the force absorption of the energy absorber.
  • the energy absorption element consists of two metal sheets arranged opposite one another, which have a large number of predetermined bending points, which enable the sheets to be folded in the longitudinal direction (x-direction).
  • the metal sheets can be designed in a wave, trapezoidal or sawtooth shape.
  • Connecting ribs in particular made of thermoplastic or thermosetting plastic, establish the connection between the opposing metal sheets.
  • the connection of the plastic ribs to the metal sheet is e.g. realized as a positive connection.
  • the ribs are connected to the sheets at discrete anchoring points, in particular by knobs, breakthroughs (injections) or by extrusion coating on the edges of the metal sheets.
  • each rib connects opposing depressions or elevations in the metal sheets.
  • the plastic ribs can have additional footbridges. These webs create a non-positive connection between metal sheets and plastic ribs.
  • the opposite sheets of the energy absorption element can be attached to a base plate (welding).
  • the base plate serves that Connection of the energy absorption element to a structure behind it (in the vehicle, for example, this is the side member).
  • the two main parts of the bumper system, energy absorber and cross member are preferably non-positively and / or positively connected to one another in such a way that the connection can be loosened and restored several times.
  • This special form of connection is realized by means of screws and elongated holes in a flange on the cross member in order to allow dimensional adjustment of the cross member in the x direction.
  • the adjustability in the y and z direction is e.g. through oversized holes in the base plate of the energy absorption element.
  • the system can be positioned on the vehicle in all three spatial directions without additional elements and is therefore a very cost-effective system.
  • the energy absorption efficiency is very high due to the targeted influence on the wrinkle bulging process.
  • the structure of the energy absorption element according to the invention defines the exact number of folds. For this reason, the energy consumption or the force-deformation characteristic is very reproducible.
  • the force-deformation characteristic curve can also be designed progressively and / or degressively by different division of the 'wave structure', which was not possible with conventional elements.
  • the plastic dictates how the metal is deformed due to its connection to the metal sheets.
  • the production of the energy absorption elements and thus the connection between sheet metal and plastic is realized inexpensively and simply by the plastic injection molding process. An additional assembly of the individual parts is not necessary. in the As part of the injection molding process, other components can also be integrated into the bumper system. Add-on parts in the immediate vicinity are positioned or fastened with dimensional accuracy.
  • the plastic-metal connections are e.g. realized in such a way that the metal structure is inserted into a plastic injection molding tool and the plastic melt is injected into the closed tool.
  • the sheet metal element can be protected against corrosion by painting, phosphating, galvanizing, etc.
  • Thermoplastics such as PA 6, PA 66, PBT or PA 6 GF, PA 66 GF, PBT GF etc. or other plastics such as thermosets are particularly suitable as plastics.
  • connection of the energy absorption element and the cross member allows the system to be adjustable in the x direction and, due to the base plate of the energy absorption element, also allows a y, z adjustability. In conventional systems, variable adjustment in all three spatial directions is only possible using additional elements.
  • Fig. 1 The perspective view of a bumper system
  • Fig. 2 shows a cross section through an energy absorber element according to the invention
  • the perspective view of the bumper system can be seen. It consists of a cross member 1 and two energy absorption elements 2, 2 'attached to the ends of the cross member 1.
  • Each energy absorption element 2, 2 ' consists of two metal sheets 7, 8 arranged opposite one another, which have a plurality of predetermined bending points 11.
  • the metal sheets 7, 8 are formed in a sawtooth shape.
  • the bending points 11 described enable the structure of the energy absorption elements 2, 2 'to be folded in a very defined manner in the longitudinal direction (x direction) after a certain critical load has been exceeded.
  • At the two ends of the cross member 1 there are shaped flanges 3 which have elongated holes 4.
  • the two energy absorber elements 2, 2 ' are screwed in such a way that the cross member 1 can be ideally positioned in the x direction. Dimensional tolerances in the vehicle's longitudinal directions can thus be compensated for without additional spacers.
  • the connecting ribs 9 consist of thermoplastic (glass fiber reinforced polyamide 6) and establish the connection to the opposing metal sheets 7, 8.
  • the connection of the plastic ribs 9 to the metal sheet 7 or 8 is realized as a positive connection.
  • the ribs 9 are particularly connected to the sheets 7, 8 at discrete anchoring points 10 in the metal sheets 7, 8.
  • the metal sheets have 10 holes 16 at the desired anchoring points. Since the entire energy absorber 2 or 2 'is produced in one work step in the plastic injection molding process, the plastic melt can penetrate through the holes 16 of the metal sheet 7 or 8 and there a button or rivet-like connection between the plastic ribs 9 and the metal create sheets 7 and 8.
  • the opposing sheets 7 and 8 of the energy absorption element 2 are attached to a base plate 6 by welding.
  • the base plate 6 has fastening bores 4 and is used to connect the energy absorption element 2 to a structure located behind it (in the vehicle, for example, this is the side member).
  • FIG. 3a Various possibilities for connecting plastic ribs 9 to the metal sheet 7 or 8 can be seen in FIG. 3a.
  • This injection 10 can be compared to a riveted joint.
  • the lower picture in FIG. 3b shows a possible support of the plastic ribs 9 on the metal sheet 7, 8 by so-called foot bridges 15.
  • FIGS. 4a and 4b show the basic behavior of an energy absorber 2 which is subjected to high longitudinal forces.
  • the energy absorber 2 folds in the manner predetermined by the wave structure and absorbs the energy introduced almost ideally even with a very simple geometry.
  • the associated force-displacement curve is shown in FIG. 5. The force increases to the maximum level within a very short period of time. If the energy absorber is deformed further, the force curve remains approximately constant on average. This force-deformation characteristic comes very close to that of an ideal energy absorber.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Vibration Dampers (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

Es wird ein Energieabsorberelement und ein Stossfängersystem für Fahrzeuge auf Basis des Energieabsorberelementes beschrieben. Das Energieabsorberelement besteht wenigstens aus zwei gegenüberliegend angeordneten Metallblechen (7,8), die eine Vielzahl von Sollknickstellen (11) aufweisen, welche ein Zusammenfalten der Bleche (7,8) in Längsrichtung (x-Richtung) ermöglichen und Verbindungsrippen (9), die die gegenüberliegenden Metallbleche (7,8) miteinander verbinden.

Description

Stoßfängersystem für Fahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein Energieabsorberelement und ein Stoßfängersystem für Fahrzeuge auf Basis des Energieabsorberelementes, welches zur Übertragung und Absorption kinetischer Energie dient, die z.B. bei Unfällen von Kraftfahrzeugen frei wird. Das Energieabsorberelement ist insbesondere in Stoßfängersystemen von Fahrzeugen geeignet, kann aber ebenso auch als Teil einer anderen Fahrzeugstruktur und anderen Sicherheitselementen, mit vergleichbarem Anforderungsprofil, dienen.
Energieübertragende und umwandelnde Systeme, besonders für den Einsatz im Stoßfängerbereich von Fahrzeugen sind bekannt und werden erfolgreich eingesetzt. Es sind Stoßfängersysteme weit verbreitet, die durch energieabsorbierende Elemente Bagatelleunfälle (bei einer Aufprallgeschwindigkeit bis etwa 8 km h) schadenfrei überstehen. Um günstige Risikoeinstufungen bei den Fahrzeugversicherern zu erzielen, werden von vielen Fahrzeugherstellern stoßabsorbierende Systeme angestrebt, die deutlich über eine Crashgeschwindigkeit von 10 km/h belastbar sind (In den USA werden generell Stoßfängersysteme mit einer schadenfreien Crashgeschwindigkeit von bis zu 8 km/h eingesetzt). Ist die in das System eingeleitete Energie noch größer, z.B. beim AZT Crash mit einer Geschwindigkeit von 15 km/h, wird die Energie durch spezielle Energieabsorberelemente aufgenommen.
Der zur Verfügung stehende Einbauraum für die genannten bekannten Systeme ist in der Regel klein. Die hohe umzusetzende kinetische Energie eines Schadensereignisses erfordert eine hohe Effizienz des Systems, d.h. einen Energieabsorber mit möglichst idealer Kraft-Deformations-Kennlinien. Diese ideale Kennlinie zeichnet sich dadurch aus, dass nach einem anfänglich steilen Kraftanstieg bei zeitlich fortschreitender Energieabsorption ein waagerechtes Plateau mit gleicher Kraft auftritt. Die dabei aufgenommene (absorbierte) Arbeit ist als Fläche unter der Kraft- Wegkurve definiert und sollte einen größtmöglichen Inhalt aufweisen. Man kann bei der Energieabsoφtion zwischen sogenannten reversiblen und nichtreversiblen Systemen unterscheiden. Als reversible Systeme sind z.B. solche mit hydraulischen Dämpfern (Gasdruckfedem) zu nennen. Diese Systeme sind sehr leistungsfähig und wandeln die Energie effizient um. Als nachteilig ist bei den hydraulischen Dämpfungssystemen die aufwendige und sehr kostspielige Herstellung zu nennen, was eine weite Verbreitung dieser System verhindert.
Nichtreversible Systeme sind z.B. Trägersysteme aus Stahl oder Aluminium mit plastisch verformbaren Stahl- oder Aluminiumelementen zur Energieabsoφtion. Bei geringeren umzuwandelnden Energien können quasireversible Systeme eingesetzt werden (Schaumblöcke aus Energieabsoφtions (EA)-Schaum oder Aluminiumschaum). Ist die zu absorbierende Energie groß, kommen zumeist verformbare Blechpro file zum Einsatz.
Neben der reinen Energieumwandlung werden weitere Anforderung an die Absoφtionssysteme gestellt. Die Unabhängigkeit gegenüber Klima und Witterungseinflüssen, hohe Reproduzierbarkeit der Energieumwandlung, Wartungsfreundlichkeit beim Austausch der Systeme oder auch Toleranzausgleich bei der Montage sind ebenfalls wichtige Anforderungsprofile.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Energieübertragungs- und -absoφ- tionssystem zu entwickeln, das die kinetische Energie von bewegten Fahrzeugmassen auf kleins -möglichem Raum durch plastische Deformation eines Werkstoffs umwandelt (größtenteils in Wärme). Dieses System sollte einfach in der Handhabung sein und insbesondere beim Anbau an ein Fahrzeug eine Positionierung (Toleranzausgleich) in allen drei Raumrichtungen ermöglichen. Weiterhin sollte es absolut reproduzierbares Verhalten im gesamten Gebrauchszeitraum zeigen, kostengünstig herstellbar und leicht sein.
Neben der reinen Energieumwandlung soll das System in der Lage sein, die von außen durch ein Schadensereignis einwirkenden Kräfte auf die angrenzenden Strukturen zu verteilen und bei Fahrzeugen die Karosserie- oder Rahmenstruktur zu stabilisieren.
Es wurde ein Energieabsoφtionselement gefunden, das die oben genannten Anforderungen hinsichtlich leichter Herstellbarkeit, Leichtigkeit und Energieaufnahme- verhalten erfüllt. Speziell wurde ein Stoßfängersystem gefunden, das durch die bestimmte Anordnung von einem Querträger und Energieabsoφtionselementen und deren besonderer Gestalt in der Lage ist, die angebotene Energie auf einem vorgegebenen Verformungsweg mit sehr hoher Effizienz zu absorbieren. Insbesondere bietet dieses System durch seine seitliche Anordnung der Energieabsorberelemente zum Querträger einen viel größeren Weg zur Energieumsetzung als ihn konventionelle Systeme mit hintere einem Querträger angeordnetem Energieabsorber aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Energieabsorberelement bestehend wenigstens aus zwei gegenüberliegend angeordneten Metallblechen, die eine Vielzahl von Soll- knickstellen aufweisen, welche ein Zusammenfalten der Bleche in Längsrichtung (x- Richtung) ermöglichen und Verbindungsrippen insbesondere aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff, die die gegenüberliegenden Metallbleche miteinander verbinden.
Die Rippen bestehen vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere aus Polyamid, Polypropylen, Polyester, der, z.B. mittels Spritzgussverfahren angebracht, die vorgeformten Metallbleche mit einander verbindet.
Besonders bevorzugt ist eine spezielle Ausführung des Energieabsorberelementes, bei dem die Rippen mit den Blechen an diskreten Verankerungspunkten, insbesondere an Noppen, Durchbrüchen oder an den Kanten der Metallbleche durch Umspritzungen verbunden sind. Hiermit wird die mechanische Stabilität des Energieabsorberelementes quer zur Richtung der Energieaufnahme erhöht.
Die Knickstellen der Metallbleche sind insbesondere bevorzugt durch wellen-, trapez- oder sägezahnformige Profilierung der Metallbleche gebildet.
Die Querstabilität des Energieabsorberelementes kann in einer bevorzugten Form dadurch erhöht werden, dass die Rippen gegenüberliegende Knickstellen der Metallbleche miteinander verbinden.
Besonders bevorzugt ist ein Energieabsorberelement, bei dem die Rippen jeweils gegenüberliegende Vertiefungen oder Erhebungen in den Metallblechen miteinander verbinden. Hierbei sind die Metallbleche so zueinander gestellt, dass die Vertiefungen auf einem Blech den Vertiefungen auf dem anderen Blech gegenüberstehen.
Eine weitere bevorzugte Variante des Energieabsorberelementes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen an den Verbindungsstellen zu den Metallblechen zusätzliche Fußstege aufweisen.
Zur Vereinfachung der Montage ist in einer bevorzugten weiteren Ausführungsform das Energieabsorberelement an einem Ende des Energieabsorberelements mit einer Grundplatte verbunden. Die Grundplatte ist z.B. quer zur x-Richtung angeordnet und weist Bohrungen zur Montage an Fahrzeugteilen auf.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Stoßfängersystem für Fahrzeuge, das mindestens ein erfindungsgemäßes Energieabsorberelement aufweist.
Bevorzugt ist ein Stoßfängersystem für Fahrzeuge, bei dem das Stoßfängersystem aus mindestens einem Querträger und mindestens je einem an den beiden Enden des Querträgers angebrachten Energieabsorberelement besteht. In einer bevorzugten Ausführung des Stoßfängersystems ist der Querträger seitlich an den Energieabsorberelementen lösbar befestigt.
Die Befestigung der Energieabsorberelemente erfolgt insbesondere mittels einer Flanschverbindung, wobei die Flansche am Querträger Langlöcher aufweisen, die ihre Hauptausrichtung in x-Richtung d.h. in Richtung der Kraftaufhahme des Energieabsorbers haben.
Das Energieabsoφtionselement besteht aus zwei gegenüberliegend angeordneten Metallblechen, die eine Vielzahl von Sollbiegestellen aufweisen, welche ein Falten der Bleche in Längsrichtung (x-Richtung) ermöglichen. Die Metallbleche können wie beschrieben in einer Wellen-, Trapez- oder Sägezahnform ausgebildet sein.
Verbindungsrippen insbesondere aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff stellen die Verbindung zwischen den sich gegenüberliegenden Metallblechen her. Die Verbindung der Kunststoffverrippung mit dem Metallblech wird z.B. als formschlüssige Verbindung realisiert. Hierbei werden die Rippen mit den Blechen an diskreten Verankerungspunkten, insbesondere durch Noppen, Durchbrüche (Durchspritzungen) oder durch Umspritzungen an den Kanten der Metallbleche mit den Metallblechen verbunden.
Die Anordnung der Rippen ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass jede Rippe jeweils gegenüberliegende Vertiefungen oder Erhebungen in den Metallblechen verbindet. Für eine zusätzliche Abstützung und Stabilisierung des Energieabsoφtionselements können die Kunststoffrippen zusätzliche Fußstege aufweisen. Durch diese Stege wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Metallblechen und Kunststoffrippen hergestellt.
Die sich gegenüberliegenden Bleche des Energieabsoφtionselements können auf einer Grundplatte befestigt werden (Schweissen). Die Grundplatte dient dem Anschluss des Energieabsoφtionselements an eine dahinterliegende Struktur (im Fahrzeug z.B. ist dies der Längsträger).
Die beiden Hauptteile des Stoßfängersystems, Energieabsorber und Querträger, werden kraft- und/oder formschlüssig vorzugsweise derart miteinander verbunden, dass die Verbindung mehrfach gelöst und wiederhergestellt werden kann. Diese besondere Form der Verbindung wird mittels Schrauben und Langlöchern in einem Flansch am Querträger realisiert, um eine maßliche Einstellung des Querträgers in x- Richtung zu erlauben. Die Einstellbarkeit in y- und z-Richtung erfolgt z.B. durch übergroße Bohrungen in der Grundplatte des Energieabsoφtionselements.
Durch die neuartige Anordnung von Querträger und Energieabsoφtionselementen lässt sich das System in allen drei Raumrichtungen ohne Zusatzelemente am Fahrzeug positionieren und ist daher ein sehr kostengünstiges System.
Mit dem entwickelten Energieübertragungs- und Absoφtionssystem sind gegenüber dem Stand der Technik wesentliche Vorteile erzielt worden.
Die Energieabsoφtionseffizienz ist durch die gezielte Beeinflussbarkeit des Faltenbeulvorgangs sehr groß. Im Gegensatz zu existierenden Metall-Crashboxen, bei denen z.B. die Anzahl und Größe der gebildeten Falten sehr schlecht steuerbar und beeinflussbar ist, wird durch die Struktur des erfindungsgemäßen Energieabsoφtionselements die genaue Anzahl der Falten definiert. Aus diesem Grund ist die Energieaufnahme bzw. die Kraft-Verformungscharakteristik sehr gut reproduzierbar. Auch läßt sich durch unterschiedliche Einteilung der , Wellenstruktur' die Kraft- Verformungs-Kennlinie progressiv und/oder degressiv gestalten, was mit herkömmlichen Elemente nicht möglich war. Der Kunststoff diktiert durch seine Anbindung an die Metallbleche die Art der Verformung des Metalls. Die Herstellung der Energieabsoφtionselemente und somit die Verbindung zwischen Blech und Kunststoff wird kostengünstig und einfach durch den Kunststoff- Spritzgussvorgang realisiert. Eine zusätzliche Montage der Einzelteile entfällt. Im Rahmen des Spritzgussprozesses können auch andere Bauteile in das Stoßfängersystem integriert werden. Anbauteile im nahen Umfeld werden so maßgenau positioniert oder befestigt.
Die Kunststoff-Metallverbindungen (auch als Hybrid-Technologie bezeichnet) werden z.B. derart realisiert, dass die Metallstruktur in ein Kunststoff-Spritzgusswerkzeug eingelegt wird und die Kunststoffschmelze in das geschlossene Werkzeug gespritzt wird. Das Blechelement kann durch Lackierung, Phosphatierung, Verzinkung etc. korrosionsgeschützt sein. Als Kunststoffe sind insbesondere Thermoplaste wie PA 6, PA 66, PBT oder PA 6 GF, PA 66 GF, PBT GF etc. oder auch andere Kunststoffe wie Duroplaste besonders geeignet. Durch die Fertigung des Systems im Kunststoff Spritzgussprozess wird eine hohe Reproduzierbarkeit in der Herstellung erreicht.
Die Verbindung von Energieabsoφtionselement und Querträger erlaubt eine Einstellbarkeit des Systems in x-Richtung sowie durch die Grundplatte des Energieabsoφtionselement auch eine y,z-Einstellbarkeit. Die variable Verstellung in allen drei Raumrichtungen ist bei konventionellen Systemen nur durch Zusatzelemente möglich.
Da in heutigen PKWs der Bauraum sehr beschränkt ist, kann bei konventionellen Systemen nur der Zwischenraum zwischen Längsträgerflansch und Querträger für ein Energieabsorbersystem genutzt werden. Die spezielle seitliche Anordnung der erfindungsgemäßen Energieabsorberelemente schafft zusätzlichen Weg zur Energieumwandlung, da die Tiefe (x-Ausdehnung) des Querträgers ebenfalls zur Energieumwandlung genutzt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren durch die Beispiele, welche jedoch keine Beschränkung der Erfindung darstellen, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Die perspektivische Ansicht eines Stoßfängersystems
Fig. 2 Einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Energieabsorberelement
Fig. 3a,b Verschiedene Formen der Verbindung von Rippen und Metallblech
Fig. 4a, b Das Deformationsverhalten eines einfachen Energieabsorberelements
Fig. 5 Die Kraft- Verformungskennlinie eines einfachen Energieabsorberelements (2) (Ergebnis einer Finite-Elemente-Berechnung)
Beispiele
Beispiel 1
In Figur 1 ist die perspektivische Ansicht des Stoßfängersystems zu sehen. Es besteht aus einem Querträger 1 und zwei an den Enden des Querträgers 1 angebrachten Energieabsoφtionselementen 2, 2'. Jedes Energieabsoφtionselement 2, 2' besteht aus zwei gegenüberliegend angeordneten Metallblechen 7, 8, die eine Vielzahl von Sollbiegestellen 11 aufweisen. Die Metallbleche 7, 8 sind in einer Sägezahnform ausgebildet. Die beschriebenen Biegestellen 11 ermöglichen es der Struktur der Energieabsoφtionselemente 2, 2' ganz definiert, nach Überschreiten einer bestimmten kritischen Belastung, in Längsrichtung (x-Richtung) zu falten. An den beiden Enden des Querträgers 1 befinden sich ausgeformte Flansche 3, die Langlöcher 4 aufweisen. Dort werden jeweils die beiden Energieabsorberelemente 2, 2' derart angeschraubt, dass der Querträger 1 ideal in x-Richtung positioniert werden kann. Maßliche Toleranzen in Fahrzeuglängsrichtungen können somit ohne zusätzliche Distanzscheiben ausgeglichen werden.
Beispiel 2
In Figur 2 ist eine Längsschnitt durch ein Energieabsorberelement 2 zu sehen. Die Verbindungsrippen 9 bestehen aus thermoplastischem Kunststoff (glasfaserverstärktes Polyamid 6) und stellen die Verbindung zu den sich gegenüberliegenden Metallblechen 7, 8 her. Die Verbindung der Kunststoffrippen 9 mit dem Metallblech 7 bzw. 8 wird als formschlüssige Verbindung realisiert. Hierbei werden die Rippen 9 mit den Blechen 7, 8 an diskreten Verankerungspunkten 10 in den Metallblechen 7, 8 besonders verbunden. Die Metallbleche weisen an den gewünschten Verankerungspunkten 10 Löcher 16 auf. Da der gesamte Energieabsorber 2 bzw. 2' in einem Arbeitsgang im Kunststoff-Spritzgussprozess hergestellt wird, kann die Kunst- stoffschmelze durch die Löcher 16 des Metallblechs 7 bzw. 8 dringen und dort eine knöpf- oder nietartige Verbindung zwischen Kunststoffrippen 9 und den Metall- blechen 7 und 8 schaffen. Die sich gegenüberliegenden Bleche 7 und 8 des Energieabsoφtionselements 2 werden auf einer Grundplatte 6 durch Schweißen befestigt. Die Grundplatte 6 weist Befestigungsbohrungen 4 auf und dient dem Anschluss des Energieabsoφtionselements 2 an eine dahinterliegende Struktur (im Fahrzeug ist dies z.B. der Längsträger).
Verschiedene Möglichkeiten der Anbindung von Kunststoffrippen 9 zum Metallblech 7 bzw. 8 sind in Figur 3 a ersichtlich. Am oberen Rand des hier gezeigten Metallprofils 7 befindet sich eine im Querschnitt kreisrunde Umspritzung 14 des Blechs 7 wohingegen sich im unteren Boden des Bleches eine von der Kunststoffschmelze ausgefüllte Durchspritzung befindet. Diese Durchspritzung 10 kann mit einer Nietverbindung verglichen werden. Das untere Bild in Fig. 3b zeigt eine mögliche Abstützung der Kunststoffrippen 9 am Metallblech 7, 8 durch sogenannte Fußstege 15.
In den Figuren 4a und 4b wird das prinzipielle Verhalten eines unter hoher Längskraft beanspruchten Energieabsorbers 2 abgebildet. Der Energieabsorber 2 faltet in der durch die Wellenstruktur vorgegebenen Weise und absorbiert die eingebrachte Energie schon bei einer sehr einfachen Geometrie fast ideal. Die dazugehörige Kraft- Weg Kurve zeigt Fig. 5. Innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums steigt die Kraft auf Maximalniveau an. Bei weitere Verformung des Energieabsorbers bleibt der Kraftverlauf im Mittel annähernd konstant. Diese Kraft- Verformungs Charakteristik kommt der eines idealen Energieabsorbers sehr nahe.

Claims

Patentansprüche
1. Energieabsorberelement bestehend wenigstens aus zwei gegenüberliegend angeordneten Metallblechen (7,8), die eine Vielzahl von Sollknickstellen (11) aufweisen, welche ein Zusammenfalten der Bleche (7,8) in Längsrichtung (x- Richtung) ermöglichen und Verbindungsrippen (9) insbesondere aus thermoplastischem oder duroplastischem Kunststoff, die die gegenüberliegenden Metallbleche (7,8) miteinander verbinden.
2. Energieabsorberelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (9) aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere aus Polyamid, Polypropylen, Polyester bestehen.
3. Energieabsorberelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (9) mit den Blechen (7,8) an diskreten Verankerungspunkten (10), insbesondere an Noppen, Durchbrüchen (16) oder an den Kanten der Metallbleche (7,8) durch Umspritzungen (14) verbunden sind.
4. Energieabsorberelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Knickstellen durch wellen-, trapez- oder sägezahnförmige Profilierung der Metallbleche (7,8) gebildet sind.
5. Energieabsorberelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (9) gegenüberliegende Knickstellen (11) der Metallbleche miteinander verbinden.
6. Energieabsorberelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (9) jeweils gegenüberliegende Vertiefungen (12) oder Erhebungen (13) in den Metallblechen (7) und (8) miteinander verbinden.
7. Energieabsorberelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (9) an den Verbindungsstellen zu den Metallblechen (7,8) zusätzliche Fußstege (14) aufweisen.
8. Energieabsorberelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende des Energieabsorberelements (2) eine Grundplatte (6) angeordnet ist.
9. Stoßfängersystem für Fahrzeuge, aufweisend mindestens ein Energieabsorberelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
10. Stoßfängersystem für Fahrzeuge nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stoßfängersystem aus mindestens einem Querträger (1) und mindestens je einem an den beiden Enden des Querträgers (1) angebrachten Energieabsorberelement besteht.
11. Stoßfängersystem für Fahrzeuge nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (1) seitlich an den Energieabsorberelementen (2,2') lösbar befestigt ist.
12. Stoßfängersystem für Fahrzeuge nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Energieabsorberelemente (2,2') mittels einer Flanschverbindung erfolgt, wobei die Flansche am Querträger (1) Langlöcher (4) aufweisen, die ihre Hauptausrichtung in x-Richtung haben.
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