NL1000942C2

NL1000942C2 - Absorption element with crumple zone for absorbing impact energy, and vehicle provided with such an absorption element.

Info

Publication number: NL1000942C2
Application number: NL1000942A
Authority: NL
Inventors: Kees Houtzager
Original assignee: Reynolds Aluminium Bv
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1995-08-07
Publication date: 1997-02-11
Also published as: DE19631901A1

Description

Korte aanduiding: Absorptie-element met kreukelzone voor het opnemen van botsenergie, en voertuig voorzien van een dergelijk absorptie-element.Short designation: Absorption element with crumple zone for absorbing impact energy, and vehicle equipped with such an absorption element.

5 Beschrijving5 Description

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op eer absorptie-element voor het opnemen van botsenergie, omvattende een in omtreksrich-ting gesloten, rechte buis, die een kreukelzone vormt welke bij axiale 10 samendrukking botsenergie kan opnemen.The present invention relates to an absorption element for absorbing impact energy, comprising a circumferentially closed, straight tube, which forms a crumple zone which can absorb impact energy under axial compression.

De uitvinding heeft in het bijzonder, maar, zoals duidelijk zal zijn, zeker niet uitsluitend, betrekking op een dergelijk absorptie-element toegepast bij bumpers van voertuigen, in het bijzonder van personenwagens.The invention relates in particular, but, as will be clear, certainly not exclusively, to such an absorption element used in bumpers of vehicles, in particular passenger cars.

15 Bumpersystemen voor personenwagens worden volgens vele botstesten op hun absorptievermogen voor botsenergie getest. Een veel gestelde eis is dat tot aan een bepaalde botskracht of botssnelheid geen beschadiging van de bumperophanging optreedt, en dat tot aan een tweede hogere botskracht of hogere botssnelheid ook geen beschadiging van de 20 langsliggers van het voertuig mag optreden. Dit betekent dat de bumper zelf en/of de bumperophanging de botsenergie tussen deze twee waarden moeten absorberen. De bumper en/of bumperophanging moeten dus zijn voorzien van absorptiemiddelen of absorptie-elementen voor het opnemen van botsenergie. Dergelijke absorptie-elementen kunnen door de bumper 25 zelf worden gevormd, deel uitmaken van de bumperophanging, of door een combinatie van beide worden verschaft. Als voorbeeld van een botstest kan worden genoemd de Duitse "AZT-Versicherungstest". Bij deze test mogen tot een snelheid van 4 km/u geen beschadigingen aan het voertuig, de bumper, of de bumperophanging optreden, en tot snelheden van 30 15 km/u mag geen beschadiging van de langsliggers van het voertuig optreden, terwijl de bumper en bumperophanging dan wel mogen vervormen.Passenger car bumper systems are tested for their impact energy absorption capacity according to many impact tests. A frequently asked requirement is that up to a certain impact force or impact speed, no damage to the bumper suspension occurs, and that up to a second higher impact force or impact speed, no damage may be caused to the vehicle's side members. This means that the bumper itself and / or the bumper suspension must absorb the impact energy between these two values. The bumper and / or bumper suspension must therefore be equipped with absorption means or absorption elements for absorbing impact energy. Such absorption elements can be formed by the bumper 25 itself, be part of the bumper suspension, or be provided by a combination of both. The German "AZT-Versicherungstest" can be mentioned as an example of an impact test. This test shall not cause any damage to the vehicle, bumper, or bumper suspension up to a speed of 4 km / h, and do not damage the vehicle's side members at speeds of up to 15 km / h, while the bumper and bumper suspension or may deform.

Absorptie-elementen voor het opnemen van botsenergie van de aan het begin genoemde soort zijn op zich bekend. Dergelijke buisvormige 35 absorptie-elementen worden bij een botsing axiaal belast, en zullen bij het overschrijden van een bepaalde belasting axiaal worden samengedrukt, waarbij een soort gerimpeld buisvormig orgaan van kortere lengte overblijft. Een dergelijk buisvormig absorptie-element vormt 1000942.Absorption elements for absorbing impact energy of the initially mentioned kind are known per se. Such tubular absorption elements are axially loaded upon impact, and will be axially compressed upon exceeding a given load, leaving some sort of crimped tubular member of shorter length. Such a tubular absorption element forms 1000942.

2 dus een zogenaamde kreukelzone. Zoals al opgemerkt, is voor dit doen kreukelen een bepaalde kracht nodig. Echter alvorens van enige kreu-kelvorming sprake kan zijn, dient eerst een veel hogere drempelbelas-ting te worden overwonnen.2 so a so-called crumple zone. As already noted, this wrinkling requires a certain amount of force. However, before any wrinkling can occur, a much higher threshold load must first be overcome.

5 Bij absorptie-elementen voor het opnemen van botsenergie, in het bijzonder bij voertuigen, is een zeer hoge drempelkracht, oftewel de zogenaamde piek in de kracht-weg- of kracht-tijd-diagrammen, ongewenst. Een dergelijke hoge drempelbelasting heeft namelijk veelal tot gevolg dat er enige schade wordt aangebracht aan de achterliggende 10 constructie, die juist tegen de botsing beschermd moet worden.In the case of absorption elements for absorbing impact energy, in particular in vehicles, a very high threshold force, i.e. the so-called peak in the force-away or force-time diagrams, is undesirable. Namely, such a high threshold load often results in some damage being caused to the underlying construction, which just has to be protected against the collision.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel het verschaffen van een absorptie-element van de aan het begin genoemde soort, waarbij de zogenaamde drempelbelasting wordt verlaagd.The object of the present invention is to provide an absorption element of the type mentioned at the beginning, whereby the so-called threshold load is lowered.

Dit doel laat zich volgens de uitvinding op zeer voordelige wijze 15 bereiken door middel van twee afzonderlijke maatregelen, die volgens een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm ook zijn te combineren en dan tot nog beter resultaat leiden.According to the invention, this object can be achieved in a very advantageous manner by means of two separate measures, which according to a particularly advantageous embodiment can also be combined and then lead to an even better result.

Het doel van de uitvinding wordt bij een absorptie-element van de aan het begin genoemde soort bereikt, doordat ten minste één eindvlak 20 van de buis schuin ten opzichte van de langshartlijn van de buis staat, en/of doordat de wanddikte van de buis in omtreksrichting va-riëert.The object of the invention is achieved with an absorption element of the above-mentioned type, in that at least one end face 20 of the tube is inclined relative to the longitudinal axis of the tube, and / or in that the wall thickness of the tube is circumferential direction varies.

Onder een eindvlak wordt hierbij verstaan het door het kopse eind van de buis opgespannen vlak. Dit vlak kan een recht vlak, maar ook 25 een gekromd vlak zijn. Bij een schuin verlopend eindvlak zal bij een axiale belasting eerst de top van het schuine vlak, dat wil zeggen het in axiale richting van de buis beschouwde uiterste eindpunt, worden belast. Deze top zal bij toenemende belasting steeds verder vervormen, waardoor ondertussen een steeds groter gedeelte van de dwarsdoorsnede 30 van de buis mee gaat werken bij het absorberen van de botsenergie. Hierdoor wordt een geleidelijker opbouw van de inwendige spanning in het absorptie-element gerealiseerd, hetgeen resulteert in een verlaging van de belastingsdrempel of -piek in het kracht-weg-diagram of weg-tijd-diamgram. Het zal in dit verband duidelijk zijn, dat niet het 35 gehele eindvlak van de buis schuin hoeft te verlopen ten opzichte van de langshartlijn van de buis, maar dat het volstaat wanneer ten minste het uiterste of voorste gedeelte van dit eindvlak schuin ten opzichte van de langshartlijn van de buis staat.An end face is here understood to mean the face clamped by the end end of the tube. This plane can be a straight plane, but also a curved plane. With an oblique end face, the axial load will first load the top of the oblique face, i.e. the extreme end point considered in the axial direction of the tube. This tip will deform more and more with increasing load, meanwhile an increasingly larger part of the cross-section of the tube will cooperate in absorbing the impact energy. This achieves a more gradual build-up of the internal stress in the absorption element, resulting in a reduction of the load threshold or peak in the force-path diagram or path-time diamgram. It will be clear in this connection that the entire end face of the tube need not be inclined with respect to the longitudinal axis of the tube, but that it is sufficient if at least the extreme or front part of this end face is inclined with respect to the longitudinal axis of the pipe.

1 0 00 942.1 0 00 942.

33

Het verlagen van de belastingsdrempel of -piek uit het kracht-weg-diagram of kracht-tijd-diagram is volgens de uitvinding ook te realiseren door de wanddikte van de buis in omtreksrichting van de buis te laten variëren. Ook deze maatregel zorgt voor een geleidelij-5 ker opbouw van de inwendige spanningstoestand in het absorptie-element wanneer hierop een axiale drukbelasting wordt uitgeoefend.According to the invention, the reduction of the load threshold or peak from the force-way diagram or force-time diagram can also be realized by varying the wall thickness of the pipe in the circumferential direction of the pipe. This measure also ensures a progressive build-up of the internal stress state in the absorption element when an axial pressure load is exerted thereon.

Deze twee maatregelen, dat wil zeggen het schuine eindvlak en het variëren vein de wanddikte, kunnen volgens de uitvinding ook gecombineerd worden toegepast. Door het variëren van de schuinte van het 10 eindvlak en/of het veranderen van het verloop van de wanddiktevariatie is een absorptie-element met een bepaalde gewenste belastingsdrempel en gewenst belastingsniveau te ontwerpen in afhankelijkheid van verdere ontwerpparameters zoals de vormgeving van de dwarsdoorsnede, het wandoppervlak van de dwarsdoorsnede, het gebruikte materiaal, etc.According to the invention, these two measures, i.e. the oblique end face and the varying wall thickness, can also be used in combination. By varying the inclination of the end face and / or changing the variation of the wall thickness variation, an absorption element with a certain desired load threshold and desired load level can be designed depending on further design parameters such as the cross-section design, the wall surface of the cross section, the material used, etc.

15 Het is hierbij volgens de uitvinding in het bijzonder voordelig wanneer de wanddikte van de buis in omtreksrichting beschouwd één dikste en één dunste punt of gebied heeft, en dat deze wanddikte van het dunste naar het dikste punt of gebied toe geleidelijk toeneemt. De opbouw van inwendige materiaalspanningen in het absorptie-element laat 20 zich bij een dergelijk verloop van de wanddikte zodanig opbouwen, dat het absorptie-element eerst bij het dunste gedeelte zal bezwijken en dat dit bezwijken zich geleidelijk voortzet naar het dikste gedeelte, waarna het absorptie-element als geheel zal bezwijken. De belastingsdrempel of -piek laat zich op deze wijze dus verlagen.According to the invention it is particularly advantageous here when the wall thickness of the tube, viewed in the circumferential direction, has one thickest and one thinnest point or area, and that this wall thickness gradually increases from the thinnest point to the area. The build-up of internal material stresses in the absorption element can be built up with such a variation in the wall thickness, such that the absorption element will first collapse at the thinnest part and that this collapse gradually continues to the thickest part, after which the absorption element as a whole will collapse. The load threshold or peak can thus be lowered in this way.

25 Het absorptie-element volgens de uitvinding zal hierbij bij voor keur zodanig zijn gevormd, dat de buis spiegelsymmetrisch is ten opzichte van het middenlangsvlak dat gaat door het dikste en dunste punt of gebied. Een dergelijke spiegelsymmetrische opbouw bevordert dat het absorptie-element bij het bezwijken in hoofdzaak in axiale richting 30 wordt samengedrukt, zodat wordt tegengegaan dat het ook in dwarsrich-ting bezwijkt. Dit is gunstig voor het zogenaamde kreukelzone effect.The absorption element according to the invention will preferably be formed in such a way that the tube is mirror symmetrical with respect to the median longitudinal plane passing through the thickest and thinnest point or area. Such a mirror-symmetrical construction promotes that the absorption element is collapsed substantially in axial direction during collapse, so that it is prevented from collapsing also in transverse direction. This is favorable for the so-called crumple zone effect.

De variatie in wanddikte laat zich volgens de uitvinding op bijzonder voordelige wijze realiseren door, uitgaande van een buis met een constante wanddikte, het binnenoppervlak van de buis ten opzichte 35 van het buitenoppervlak van de buis te verschuiven in een richting loodrecht op de langsrichting van de buis. Op deze wijze blijft het dwarsdoorsnede-oppervlak van de wand van de buis met een variërende wanddikte in hoofdzaak gelijk aan die van de uitgangsbuis met een 10 0 0 9 4 2..According to the invention, the variation in wall thickness can be realized in a particularly advantageous manner by shifting the inner surface of the pipe relative to the outer surface of the pipe in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the pipe, starting from a pipe with a constant wall thickness. tube. In this way, the cross-sectional area of the wall of the tube with varying wall thickness remains substantially the same as that of the exit tube with a 10 0 0 9 4 2 ..

1* constante wanddikte. Dit biedt als groot voordeel dat bij het ontwerp ter bepaling van de dwarsdoorsnede-afmetingen van een, een kreukelzone verschaffend buisvormig absorptie-element gebruik kan worden gemaakt van algemeen bekende formules, zoals de formules van Wierzbicki, die 5 een grove benadering geven van deze dwarsdoorsnede-afmetingen, en/of van zogenaamde lineaire analyse-methoden. Bij dergelijke formules is het effectieve dwarsdoorsnede-oppervlak, dat wil zeggen het dwarsdoor-snede-oppervlak van de wand van de buis, één van de belangrijkste parameters. Een significante verlaging van de belastingsdrempel of -10 piek wordt volgens de uitvinding in het bijzonder gerealiseerd wanneer de schuinte van het eindvlak ten opzichte van een dwarsdoorsnede van de buis ten minste ongeveer 5° is, en bij voorkeur minder dan ^5° is.1 * constant wall thickness. This offers the great advantage that in the design for determining the cross-sectional dimensions of a crumple zone-providing tubular absorption element, use can be made of well-known formulas, such as the Wierzbicki formulas, which give a rough approximation of this cross-section dimensions, and / or so-called linear analysis methods. In such formulas, the effective cross-sectional area, i.e. the cross-sectional area of the tube wall, is one of the most important parameters. A significant reduction of the load threshold or -10 peak is achieved according to the invention, in particular, when the inclination of the end face relative to a cross section of the tube is at least about 5 °, and preferably less than ^ 5 °.

Volgens de uitvinding wordt bij toepassing van zowel een variërende wanddikte als een schuin eindvlak, het beste resultaat 15 verkregen wanneer de top van de afgeschuinde buis in het in omtreks-richting van de buis beschouwde dunste deel van de wand ligt.According to the invention, when using both a varying wall thickness and an oblique end face, the best result is obtained when the top of the beveled tube lies in the thinnest part of the wall considered in the circumferential direction of the tube.

De zeer ideale vorm voor het absorptie-element wordt volgens de uitvinding verkregen wanneer dit element een in hoofdzaak ronde dwarsdoorsnede heeft.The very ideal shape for the absorption element is obtained according to the invention when this element has a substantially round cross section.

20 Een absorptie-element volgens de uitvinding laat zich op zeer voordelige wijze uit één stuk vervaardigen door dit te extruderen uit aluminium of een aluminiumlegering. Buisvormige absorptie-elementen van aluminium of een aluminiumlegering hebben goede absorptie-eigen-schappen, en zijn betrekkelijk gemakkelijk door extrusie te vormen. 25 Door het vormen van een ééndelig element worden ongunstige invloeden op de spanningsverdeling in het absorptie-element verregaand vermeden. Een alternatief zou bijvoorbeeld zijn het vervaardigen van het absorptie-element uit staal, echter dergelijke absorptie-elementen laten zich in principe niet door extrusie vormen. Een dergelijk stalen ele-30 ment kan dan door bijvoorbeeld rollen uit plaatachtig materiaal worden gevormd. Hierbij worden in het element buigbelastingen en verder spanningen ten gevolge van het verbinden van twee plaatranden langs een naad, zoals bijvoorbeeld door lassen of met behulp van boutverbindin-gen, geïntroduceerd. Voor het vereffenen van geïntroduceerde spannin-35 gen zou eventueel een warmtebehandeling kunnen worden toegepast. De vervaardiging van een stalen absorptie-element met variërende wanddikte is, indien al mogelijk, zeer complex.An absorption element according to the invention can be manufactured very advantageously in one piece by extruding it from aluminum or an aluminum alloy. Tubular absorption elements of aluminum or an aluminum alloy have good absorption properties, and are relatively easy to form by extrusion. By forming a one-piece element, unfavorable influences on the voltage distribution in the absorption element are largely avoided. An alternative would, for example, be to manufacture the absorption element from steel, but such absorption elements cannot in principle be formed by extrusion. Such a steel element can then be formed by, for example, rollers of plate-like material. Bending loads and further stresses due to the connection of two sheet edges along a seam, such as for instance by welding or by means of bolted connections, are introduced into the element. Heat treatment could optionally be used to compensate for introduced stresses. The manufacture of a steel absorption element with varying wall thickness is, if possible, very complex.

1 0 0 0 δ h:r ! 51 0 0 0 δ h: r! 5

Het is volgens de uitvinding in het bijzonder voordelig wanneer het absorptie-element is vervaardigd uit een Al 6063"legering, welke bij voorkeur een F13~beginuitharding na extrusie heeft of uit een Al 6005-legering, welke bij voorkeur een F-17 beginuitharding na extrusie 5 heeft. Dergelijke Al-legeringen hebben voor een absorptie-element zeer goede materiaaleigenschappen.It is particularly advantageous according to the invention when the absorption element is made of an Al 6063 "alloy, which preferably has an F13 ~ initial cure after extrusion or an Al 6005 alloy, which preferably has an F-17 initial cure after extrusion 5. Such Al alloys have very good material properties for an absorption element.

De minimale wanddikte van de buis van een absorptie-element volgens de uitvinding zal ongeveer 0,8 k 1,0 mm, bij voorkeur ongeveer 0,9 mm zijn. Een dergelijke minimale wanddikte wordt in hoofdzaak 10 bepaald door produktietechnisch haalbare minimale spleetbreedtes bij het extruderen van aluminium. Anderzijds zullen kleinere wanddiktes bij het vormen van de kreukels gemakkelijk tot knikken in de kreukelende buis kunnen leiden.The minimum wall thickness of the tube of an absorption element according to the invention will be about 0.8 k 1.0 mm, preferably about 0.9 mm. Such a minimum wall thickness is mainly determined by production-technically feasible minimum gap widths when extruding aluminum. On the other hand, smaller wall thicknesses when forming the wrinkles will easily lead to kinks in the wrinkling tube.

De uitvinding heeft verder betrekking op een voertuig, in het 15 bijzonder een personenwagen, voorzien van ten minste één absorptie-element volgens de uitvinding. In het algemeen zal dan per zijde één absorptie-element zijn voorzien.The invention further relates to a vehicle, in particular a passenger car, provided with at least one absorption element according to the invention. In general, one absorption element per side will then be provided.

De uitvinding heeft hierbij in het bijzonder betrekking op een voertuig voorzien van een bumper, welke met één of meer bumperbeugels 20 aan het voertuig is bevestigd, met het kenmerk, dat het absorptie-element ten minste gedeeltelijk in de bumperbeugel is opgenomen en zich in hoofdzaak in langsrichting van het voertuig uitstrekt, en dat de bumperbeugel in dwarsrichting naar buiten toe gebombeerde wanden heeft. Dergelijke naar buiten toe gebombeerde wanden zullen bij een 25 axiale belasting van de bumperbeugel naar buiten toe uitwijken, hetgeen bij een botsing de ruimte verschaft voor het kreukelen van het absorptie-element. Het energie-absorberend vermogen van een dergelijke gebombeerde bumperbeugel is geringer dan bij een niet-gebombeerde bumperbeugel, en kan onder omstandigheden zelfs zeer gering zijn.The invention relates in particular to a vehicle provided with a bumper, which is fastened to the vehicle with one or more bumper brackets 20, characterized in that the absorption element is at least partly received in the bumper bracket and substantially in the longitudinal direction of the vehicle, and that the bumper bracket has laterally curved outwardly curved walls. Such outwardly curved walls will deflect outwardly upon an axial load of the bumper bracket, which in the event of a collision provides the space for the absorption element to wrinkle. The energy absorbing capacity of such a curved bumper bracket is less than with a non-curved bumper bracket, and can even be very low under certain circumstances.

30 Volgens een verdere voordelige uitvoeringsvorm reikt het absorp tie-element met zijn tegenover het bevestigingseind gelegen eind tot bij of aan de achterzijde van de zogenaamde botswand van de bumper. Het absorptie-element is hierbij niet aan de zogenaamde botswand van de bumper bevestigd. Dit heeft tot voordeel dat, wanneer de zogenaamde 35 botswand van de bumper zijdelings, dat wil zeggen in dwarsrichting van het absorptie-element, verschuift, het absorptie-element zelf recht blijft, zodat dit nog naar binnen gedrukt kan worden en de werking van de kreukelzone behouden blijft.According to a further advantageous embodiment, the absorption element with its end opposite the fastening end extends to or at the rear of the so-called bumper impact wall. The absorption element is not attached to the so-called collision wall of the bumper. This has the advantage that when the so-called impact wall of the bumper shifts laterally, that is to say in the transverse direction of the absorption element, the absorption element itself remains straight, so that it can still be pressed in and the operation of the crumple zone is preserved.

1000942.1000942.

66

De onderhavige uitvinding zal in het navolgende aan de hand van een in de tekeningen bij wijze van voorbeeld weergegeven uitvoerings-voorbeeld nader worden toegelicht. Hierin toont:The present invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawings. Herein shows:

Fig. 1 een fragment, van een schematisch, gedeeltelijk opengebro-5 ken weergegeven bumperophanging met een absorptie-element volgens de uitvinding;Fig. 1 is a fragment of a schematic, partially broken away, bumper suspension with an absorption element according to the invention;

Fig. 2 een bovenaanzicht op het absorptie-element uit Fig. 1;Fig. 2 is a top view of the absorption element of FIG. 1;

Fig. 3 een langsdoorsnede-aanzicht van het afgeschuinde bovenste deel van het absorptie-element uit Fig. 1 en overeenkomstig III-III in 10 Fig. 2; enFig. 3 is a longitudinal sectional view of the beveled upper part of the absorption element of FIG. 1 and according to III-III in FIG. 2; and

Fig. 4-6 kracht-tijd-diagrammen van enkele gesimuleerde proefnemingen met drie verschillende absorptie-elementen volgens de uitvinding.Fig. 4-6 force-time diagrams of some simulated experiments with three different absorption elements according to the invention.

Fig. 1 toont een gedeelte van een bumpersysteem voor een voer-15 tuig, in het bijzonder een personenwagen. Dit bumpersysteem bestaat uit een gedeeltelijk weergegeven bumperbalk 1 met een voorste botswand 2. De bumperbalk 1 is door middel van één of meer, in het algemeen twee, bumperbeugels 5 aan het voertuig bevestigd. Deze bumperbeugels 5 liggen hierbij in het algemeen in het verlengde van de langsliggers 20 van het voertuig, dat wil zeggen met hun flenzen 7 tegen een kops eind van een dergelijke langsligger. Ter bevestiging aan het voertuig is een boutgat 8 in de flens 7 gevormd. De bumperbeugel 5 is door middel van van boutgaten 10 voorziene flenzen 9 aan de bumperbalk 1 bevestig-baar. In de flenzen 9 is een uitsparing 11 gevormd opdat het boutgat 8 25 met behulp van een gereedschap gemakkelijk bereikbaar is. De bumperbeugel 5 kan dan eerst op het voertuig worden bevestigd om vervolgens de bumperbalk 1 hierop te kunnen bevestigen.Fig. 1 shows part of a bumper system for a vehicle, in particular a passenger car. This bumper system consists of a partially shown bumper beam 1 with a front impact wall 2. The bumper beam 1 is fixed to the vehicle by means of one or more, generally two, bumper brackets 5. These bumper brackets 5 are here generally in line with the longitudinal beams 20 of the vehicle, i.e. with their flanges 7 against a head end of such a longitudinal beam. A bolt hole 8 is formed in the flange 7 for attachment to the vehicle. The bumper bracket 5 can be attached to the bumper beam 1 by means of flanges 9 provided with bolt holes 10. A recess 11 is formed in the flanges 9 so that the bolt hole 8 is easily accessible with the aid of a tool. The bumper bracket 5 can then first be attached to the vehicle and then the bumper beam 1 can be attached to it.

De bumperbeugel 5 is verder voorzien van naar buiten toe gebombeerde zijwanden 6. Wanneer in de axiale richting F een kracht op de 30 bumperbeugel 5 wordt uitgeoefend, zullen deze gebombeerde zijwanden 6 naar buiten toe uitwijken. Hierdoor wordt ruimte verschaft voor het kreukelen van absorptie-element 12. Dit kreukelen is een op zich bekend verschijnsel waarvan in de automobieltechniek veel gebruik gemaakt wordt. Auto's worden voorzien van zogenaamde kreukelzones welke 35 bij een botsing deformeren en daarbij botsingsenergie opnemen om zo de klap op te vangen ten einde inzittenden van de auto te beschermen.The bumper bracket 5 is further provided with outwardly bumped side walls 6. When a force is exerted on the bumper bracket 5 in the axial direction F, these bumped side walls 6 will deflect outwards. This provides space for the wrinkling of absorption element 12. This wrinkling is a phenomenon which is known per se and which is widely used in automotive technology. Cars are provided with so-called crumple zones, which deform in the event of a collision, thereby absorbing collision energy in order to absorb the impact in order to protect the occupants of the car.

Het absorptie-element 12 volgens de uitvinding steunt af op de dichte achterwand 13 van de bumperbeugel 5· Deze achterwand 13 kan 10 0 0 b4 7 eventueel ook ontbreken, maar dan is wel vereist dat het absorptie-element 12 in gemonteerde toestand op het voertuig steun kan vinden. Dit kan bijvoorbeeld zijn op een kopflens aan de langsligger hiervan.The absorption element 12 according to the invention rests on the closed rear wall 13 of the bumper bracket 5. This rear wall 13 may also be missing, but then it is required that the absorption element 12 is mounted on the vehicle can find support. This can be, for example, on a head flange on its longitudinal beam.

Het absorptie-element 12 volgens de uitvinding bestaat uit een in 5 omtreksrichting gesloten, rechte buis. Deze buis heeft een door het kopse eind 15 van de buiswand opgespannen eindvlak 14 dat schuin staat ten opzichte van de langshartlijn 16 van de buis, dat wil zeggen het bij de top 17 gelegen deel van het eindvlak lk snijdt de langshartlijn 16 onder een hoek ongelijk aan 90°. De hoek α tussen het eindvlak lk 10 en het vlak 18, dat evenwijdig aan de dwarsdoorsnede van de buis verloopt, maken dan een hoek α ongelijk aan 0° met elkaar. Deze hoek α bedraagt bij voorkeur tussen de 5“ en 45°. in Fig. 3 ongeveer 20”. Het effect van de afschuining is dat, wanneer door de botswand 2 een kracht F op het absorptie-element wordt uitgeoefend, deze kracht eerst 15 zal aangrijpen op de top 17 van het absorptie-element. Deze kracht zal dan aanvankelijk lokaal op het absorptie-element inwerken, zodat dit topgedeelte 17 relatief zwaarder belast wordt en gaat vervormen. Naarmate het topgebied verder is vervormd, zal de kracht F steeds meer worden opgevangen door het gehele absorptie-element. Ten gevolge van 20 dit effect wordt een verlaging van de zogenaamde drempelbelasting of piek bewerkstelligd, waarop later aan de hand van de figuren 4-6 zal worden teruggekomen.The absorption element 12 according to the invention consists of a straight tube closed in circumferential direction. This tube has an end face 14 clamped by the end end 15 of the tube wall and which is inclined relative to the longitudinal axis 16 of the tube, i.e. the part of the end face located at the top 17 l intersects the longitudinal axis 16 at an angle unevenly. at 90 °. The angle α between the end face lk 10 and the face 18, which runs parallel to the cross section of the pipe, then make an angle α unequal to 0 ° with each other. This angle α is preferably between 5 "and 45 °. in fig. 3 about 20 ”. The effect of the bevel is that when a force F is exerted on the absorption element by the impact wall 2, this force will first act on the top 17 of the absorption element. This force will then initially act locally on the absorption element, so that this top section 17 is subjected to a heavier load and will deform. As the crest region is further deformed, the force F will increasingly be absorbed by the entire absorption element. As a result of this effect, a reduction in the so-called threshold load or peak is brought about, which will be discussed later with reference to Figures 4-6.

Het absorptie-element 12 heeft verder, zoals in Fig. 2 duidelijk zichtbaar is, een in omtreksrichting variërende wanddikte. Deze wand-25 dikte is als het ware verkregen door als uitgangspunt een buis met een constante wanddikte te nemen, en vervolgens het binnenoppervlak van de buis ten opzichte van het buitenoppervlak in dwarsrichting van de buis te verschuiven over een afstand Δ, zoals in Fig. 2 is weergegeven. Dit resulteert in een dikste wanddikte s+As aan de ene zijde en een dunste 30 wanddikte s-As aan de tegenoverliggende zijde. Tussen de dikste en dunste wanddikte zal de wanddikte dan geleidelijk van de dikste naar de dunste afmeting afnemen. Een dergelijk absorptie-element hoeft niet per se te zijn voorzien van een afgeschuind eindvlak. Uitgaande van een absorptie-element zonder afgeschuind eindvlak laat het effect van 35 het verloop van de wanddikte zich als volgt toelichten. Bij een axiale belasting F zal het dunnere gedeelte van de wand van het absorptie-element eerder bezwijken dan het dikkere gedeelte van de wand van het absorptie-element. Echter wanneer het ene gedeelte bezwijkt, zal het 1000942 8 andere gedeelte meebezwijken. Het gevolg hiervan is een verlaging van de axiale drempelbelasting of piek.The absorption element 12 further has, as in FIG. 2 is clearly visible, a circumferentially varying wall thickness. This wall thickness is, as it were, obtained by taking a tube with a constant wall thickness as a starting point, and then sliding the inner surface of the tube with respect to the outer surface in the transverse direction of the tube by a distance Δ, as in Fig. 2 is shown. This results in a thickest wall thickness s + As on one side and a thinnest wall thickness s-As on the opposite side. Between the thickest and thinnest wall thickness, the wall thickness will then gradually decrease from the thickest to the thinnest size. Such an absorption element does not necessarily have to have a chamfered end face. Starting from an absorption element without a chamfered end face, the effect of the variation of the wall thickness can be explained as follows. With an axial load F, the thinner part of the wall of the absorption element will collapse sooner than the thicker part of the wall of the absorption element. However, when one part collapses, the other part will collapse. The consequence of this is a decrease in the axial threshold load or peak.

De drempelbelasting of piek laat zich volgens de uitvinding in het bijzonder verlagen door ten minste één uiteinde van het absorptie-5 element af te schuinen en tegelijkertijd ook de wanddikte over de omtrek te laten variëren.According to the invention, the threshold load or peak can in particular be reduced by beveling at least one end of the absorption element and at the same time also varying the wall thickness over the circumference.

Voor het bepalen van de globale dimensies van een absorptie-ele-ment volgens de uitvinding kan gebruik worden gemaakt van de zogenaamde formule van Wierzbicki. Deze formule luidt als volgt: 10 F = cvorm x σν x (b)1/3 x t5/3 waarbij F de ontwerpbelasting is, bij welke het absorptie-element mag kreukelen, cvorm een vormfactor is, die voor een zeskant 25,8, voor een vierkant 1*1 en voor een cirkel 8,8 bedraagt, σν de vloeispanning of hiermee equivalente spanning is, b de diameter is, en t de dikte van 15 de wand is. Uitgaande van een ontwerpbelasting F van 42000 N en een ronde buisvorm laat zich dan voor Al 6063 een binnendiameter van 67 mm en een wanddikte van 1,5 mm bepalen.The so-called Wierzbicki formula can be used to determine the global dimensions of an absorption element according to the invention. This formula is as follows: 10 F = cform x σν x (b) 1/3 x t5 / 3 where F is the design load at which the absorption element is allowed to wrinkle, cform is a form factor, which for a hexagon is 25.8 , for a square 1 * 1 and for a circle is 8.8, σν is the yield stress or equivalent stress, b is the diameter, and t is the thickness of the wall. Assuming a design load F of 42000 N and a round tube shape, an inner diameter of 67 mm and a wall thickness of 1.5 mm can then be determined for Al 6063.

In Fig. 4-6 zijn enkele simulatieberekeningen met absorptie-ele-menten volgens de uitvinding weergegeven. Deze absorptie-elementen 20 zijn alle voorgesteld als een Al 6o63~legering. Voor de ontwerpbereke-ningen van deze absorptie-elementen is gebruik gemaakt van niet-line-aire rekenmethoden. Als uitgangspunt kan daarbij gebruik worden gemaakt van de formule van bijvoorbeeld Wierzbicki.In FIG. 4-6 show some simulation calculations with absorption elements according to the invention. These absorption elements 20 are all represented as an Al 6063 alloy. Non-linear calculation methods have been used for the design calculations of these absorption elements. As a starting point, the formula of, for example, Wierzbicki can be used.

Uitgaande van een cirkelsymmetrisch buisvormig element met een 25 binnendiameter van 67 mm, een wanddikte van 1,5 mm, en geëxtrudeerd uit een Al 6063-legering met beginuitharding F13, zijn drie simulatieberekeningen met verschillende absorptie-elementen volgens de uitvinding uitgevoerd. Hierbij zijn het verloop van de wanddikte en de af-schuining gevariëerd.Starting from a circle-symmetrical tubular element with an inner diameter of 67 mm, a wall thickness of 1.5 mm, and extruded from an Al 6063 alloy with initial hardening F13, three simulation calculations with different absorption elements according to the invention have been carried out. The course of the wall thickness and the chamfer are varied here.

3030

Proef 1Trial 1

Een verschuiving As van 0,75 mm, dat wil zeggen een kleinste wanddikte s-As = 0,75 mm en s+As = 2,25 mm. Deze aluminium buis is aan één eind schuin afgesneden onder een hoek α van 25°.An offset As of 0.75 mm, i.e. a smallest wall thickness s-As = 0.75 mm and s + As = 2.25 mm. This aluminum tube is cut diagonally at one end at an angle α of 25 °.

35 Fig. 4 geeft een diagram weer met verticaal de belasting F in kNFIG. 4 shows a diagram with vertical the load F in kN

en horizontaal de tijd in milliseconden. Zoals in de figuur te zien, dient een piekbelasting Fp van ± 57 kN te worden overwonnen, waarna de gemiddelde bezwijkingsbelasting Fb op ongeveer 35 kN ligt.and horizontally the time in milliseconds. As can be seen in the figure, a peak load Fp of ± 57 kN must be overcome, after which the average failure load Fb is approximately 35 kN.

10 00 94.10 00 94.

99

Proef 2Trial 2

Een verschuiving As van 0,75 mm, dat wil zeggen een kleinste wanddikte s-As = 0,75 mm en s+As = 2,25 mm. Deze aluminium buis is aan één eind schuin afgesneden onder een hoek et van 12*.An offset As of 0.75 mm, i.e. a smallest wall thickness s-As = 0.75 mm and s + As = 2.25 mm. This aluminum tube is cut diagonally at one end at an angle of 12 *.

5 Fig. 5 geeft een diagram weer met verticaal de belasting F in kNFIG. 5 is a diagram showing vertical load F in kN

en horizontaal de tijd in milliseconden. Zoals in de figuur te zien, dient een piekbélasting Fp van ± 72 kN te worden overwonnen, waarna de gemiddelde bezwijkingsbelasting Fb op ongeveer 49 kN ligt.and horizontally the time in milliseconds. As can be seen in the figure, a peak load Fp of ± 72 kN must be overcome, after which the average failure load Fb is approximately 49 kN.

10 Proef λ10 Test λ

Een verschuiving As van 0,5 mm, dat wil zeggen een kleinste wanddikte s-As = 1,0 mm en s+As = 2,0 mm. Deze aluminium buis is aan één eind schuin afgesneden onder een hoek α van 12°.An offset As of 0.5 mm, i.e. a smallest wall thickness s-As = 1.0 mm and s + As = 2.0 mm. This aluminum tube is cut diagonally at one end at an angle α of 12 °.

Fig. 6 geeft een diagram weer met verticaal de belasting F in kN 15 en horizontaal de tijd in milliseconden. Zoals in de figuur te zien, dient een piekbelasting Fp van ± 100 kN te worden overwonnen, waarna de gemiddelde bezwijkingsbelasting Fb op ongeveer 50 kN ligt.Fig. 6 shows a diagram with vertical load F in kN 15 and horizontal time in milliseconds. As can be seen in the figure, a peak load Fp of ± 100 kN must be overcome, after which the average failure load Fb is approximately 50 kN.

1000942.1000942.

Claims

Absorption element for absorbing impact energy, comprising a circumferentially closed, straight tube, which forms a crumple zone which can absorb impact energy under axial compression, characterized in that the wall thickness of the tube varies in circumferential direction.

Absorption element according to claim 1, characterized in that the wall thickness of the tube, viewed in the circumferential direction, has one thickest and one thinnest point or area, and that this wall thickness gradually increases from the thinnest to the thickest point or area.

3. Absorption element according to claim 2, characterized in that the tube is mirror-symmetrical with respect to the median longitudinal plane through the thickest and thinnest point or area.

Absorption element according to any one of claims 1-3. characterized in that the variation of the wall thickness is obtained by shifting the inner surface relative to the outer surface in a direction perpendicular to the longitudinal direction, starting from a tube with a constant wall thickness.

Absorption element for absorbing impact energy, preferably according to any one of claims 1-4, comprising a circumferentially closed, straight tube, which forms a crumple zone which can absorb impact energy on axial compression, characterized in that at least one end face of the pipe is oblique to the longitudinal axis of the pipe.

6. Absorption element according to claim 5 *, characterized in that the inclination of the end face with respect to a cross-section of the tube is at least about 5 *, and preferably less than 45 °.

Absorption element according to any one of the preceding claims, depending on both claim 1 and claim 5, characterized in that the top vein of the chamfered tube lies in the thinnest part of the wall considered in the circumferential direction vein.

Absorption element according to any one of the preceding claims, characterized in that this element has a substantially round cross section. 1000942

Absorption element according to any one of the preceding claims, characterized in that this element is extruded from aluminum or an aluminum alloy.

Absorption element according to any one of the preceding claims, characterized in that the absorption element is made of an Al 6063 "alloy, which preferably has an F13 initial curing after extrusion.

Absorption element according to any one of the preceding claims, characterized in that the absorption element is made of an Al 6005 "10 alloy, which preferably has an F17 initial curing after extrusion.

Absorption element according to any one of claims 9 "H. characterized in that the minimum wall thickness of the tube is about 0.8 to 1.0 mm, preferably about 0.9 mm. 15

Vehicle, in particular passenger car, provided with at least one absorption element according to one of the preceding claims.

14. Vehicle as claimed in claim 13. Provided with a bumper, which is fastened to the vehicle with one or more bumper brackets, characterized in that the absorption element is at least partly received in the bumper bracket and extends substantially in the longitudinal direction of the vehicle, and that the bumper bracket has laterally curved outwardly curved walls.

15. Vehicle as claimed in claim 14, characterized in that the absorption element with one end preferably extends a chamfered end, up to or at the rear of the bumper impact wall. 1 0 00 9 42