WO2019076527A1 - Strebe für eine adaptive crash-struktur, adaptive crash-struktur, fahrzeug, verfahren zur adaption wenigstens einer adaptiven crash-struktur und verfahren zur herstellung einer strebe - Google Patents

Strebe für eine adaptive crash-struktur, adaptive crash-struktur, fahrzeug, verfahren zur adaption wenigstens einer adaptiven crash-struktur und verfahren zur herstellung einer strebe Download PDF

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WO2019076527A1
WO2019076527A1 PCT/EP2018/073834 EP2018073834W WO2019076527A1 WO 2019076527 A1 WO2019076527 A1 WO 2019076527A1 EP 2018073834 W EP2018073834 W EP 2018073834W WO 2019076527 A1 WO2019076527 A1 WO 2019076527A1
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WO
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strut
vehicle
crash structure
electrodes
adaptive crash
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Application number
PCT/EP2018/073834
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Wolf
Lena Amann
Volker Wagner
Erwin Biegger
Bernd Harter
Michael Pantke
Florian DAUTH
Prakash SUNDHAR
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/013—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including means for detecting collisions, impending collisions or roll-over

Definitions

  • the present invention relates to a strut for an adaptive crash structure with the features of claim 1, an adaptive crash structure having the features of claim 7, a vehicle having the features of claim 9, a method of adapting at least one adaptive crash structure according to claim 11 and a method for producing a strut with the features according to claim 13.
  • Adaptive crash structures serve to adapt crash characteristics of vehicles. This is especially advantageous when an accident can not be avoided, because the adaptation vehicle occupants can be better protected.
  • these adaptive crash structures are complex and expensive to manufacture and to control.
  • an adaptive crash structure for a vehicle which has a movably mounted front end.
  • the front end is connected via a rotary joint and a cable system rotatably connected to a body element.
  • an adaptive crash structure for a vehicle is known.
  • an elastic foam is arranged in a measuring volume of the adaptive crash structure.
  • the measuring volume is compressed in an impact before other structural elements of the adaptive crash structure.
  • the present invention is based on the object of the present invention to provide an improved way to create an adaptive crash structure for a vehicle and to adapt it during an accident. This possibility should be inexpensive and easy to produce.
  • the present invention proposes, on the basis of the aforementioned object, a strut for an adaptive crash structure according to claim 1, an adaptive crash structure according to claim 7, a vehicle according to claim 9, a method for adapting at least one adaptive crash structure according to claim 11 and a method for producing a strut according to claim 13. Further advantageous embodiments and further developments emerge from the subclaims.
  • a strut for an adaptive crash structure of a vehicle has an outer wall that encloses a cavity.
  • the strut has at least two electrodes which protrude into the cavity, the electrodes facing each other and each electrode is connectable to a power source.
  • the strut has a powdery material which is arranged within the cavity, wherein the pulverulent material is solidifiable by means of a current flow between the two electrodes.
  • An adaptive crash structure is a structure of a vehicle that can be adapted in the event of an accident or a predicted accident, so that the crash characteristics of the vehicle change.
  • the crash characteristics change in such a way that a vehicle occupant is better protected from the accident.
  • the vehicle may be a car or a commercial vehicle or another suitable vehicle.
  • the strut is a component that can be used in the adaptive crash structure.
  • This strut has an arbitrary cross-section, it may for example have a circular, an ellipsoid, a rectangular, a prismatic, a triangular or any other suitable cross-section.
  • the strut has the outer wall which encloses the cavity.
  • the cavity may be continuous.
  • the strut is formed in the manner of a tube.
  • the strut may have a non-continuous cavity, the z. B. of intermediate walls of the outer wall is limited.
  • the strut is formed, for example, in the manner of a bamboo tube.
  • the strut is either straight or has one or more bends or angles.
  • the powdery material may, for.
  • a thermoplastic for example, polypropylene PP, polystyrene PS, polyamide PA, oa
  • a thermoplastic compound with a filler to increase strength, to improve the thermal properties, the shrinkage behavior or the processability a metallic material (for example, aluminum, steel , Magnesium, titanium, copper, tin, and alloys of these metals, or the like), or a ceramic material.
  • the at least two electrodes protrude into the cavity of the strut.
  • the electrodes contact the powdery material.
  • the electrodes are spaced apart from each other and face each other.
  • Each electrode can be connected to a power source when the strut is used in an adaptive crash structure of a vehicle. Of course, each electrode can be connected to the same power source. Alternatively, each electrode can be connected to a separate power source. If the at least two electrodes are connected to a current source, a current flow can take place between the two electrodes.
  • the current thus flows through the powdery material, which is located in the cavity of the strut. Due to the flow of current, the powdery material is heated, melted and solidified. By remaining in this material residual heat results in a ductile-ductile material behavior, whereby a higher energy absorption is possible than with the un solidified powdery material. This makes it possible in the event of an accident, to activate the adaptive crash structure of the vehicle and to increase the protection of the vehicle occupants.
  • each electrode has an insulator, the insulators isolating the electrodes toward the outer wall of the strut. By the insulators, the flow of current through the powdery material is favored.
  • the strut has two ends and the at least two electrodes face each other at the two ends of the strut. If the strut is formed in the manner of a tube, an electrode is arranged at each end of the tube. If the strut has intermediate walls, electrodes can additionally be arranged on the intermediate walls.
  • the outer wall of the strut and the pulverulent material are formed of the same material.
  • both the outer wall and the powdery material may be formed from a thermoplastic, from a thermoplastic compound, from a metallic material or from ceramic. The material is thus present in a solidified and in an unconsolidated state.
  • outer wall of the strut is produced by means of an additive manufacturing process.
  • the powdery material z.
  • a thermoplastic a thermoplastic compound, a metallic material, a ceramic material may be solidified only at the points that are to form the outer wall.
  • the enclosed by the outer wall powdery material thus remains within the outer wall.
  • An additive manufacturing process is, for example, a sintering process, for. B Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM), or Laser Deposition (Vapor Deposition) possible. Additive manufacturing is also known as SD printing.
  • SLS Selective Laser Sintering
  • SLM Selective Laser Melting
  • Vapor Deposition Laser Deposition
  • the outer wall is formed from a thermoplastic or from a thermoplastic compound.
  • the outer wall may be formed of PP, PS or PA.
  • the outer wall may be formed from a thermoplastic compound.
  • This thermoplastic compound has fillers such as lime, fiber or chemical additives. This is to improve strength, thermal properties, shrinkage or processability.
  • the powdery material, which is arranged within the cavity can be made of the same material as the outer wall. Alternatively, the powdery material disposed within the cavity may be formed of a material different from the material of the outer wall.
  • the outer wall is formed of a ceramic.
  • the powdery material, which is arranged within the cavity can be made of the same material as the outer wall.
  • the powdery material disposed within the cavity may be formed of a material different from the material of the outer wall.
  • the outer wall is formed of a metal.
  • iron metals and non-ferrous metals can be used.
  • steels of all current and available alloys, or light metals such as aluminum, magnesium or titanium, or non-ferrous heavy metals such as copper or tin, as well as possible alloys of these metals can be used.
  • the powdery material, which is arranged within the cavity can be made of the same material as the outer wall.
  • the powdery material disposed within the cavity may be formed of a material different from the material of the outer wall.
  • the adaptive crash structure for a vehicle has at least one strut which has already been described in the previous description.
  • This adaptive crash structure may, for example, be shaped in the form of an open or closed profile.
  • this adaptive crash structure can be designed, for example, as a prismatic, conical or curved profile. The cross section of this profile is freely selectable.
  • the strut is operatively connected to the profile. This means that forces from the profile can be introduced into the strut or from the profile into the strut.
  • the adaptive crash structure may have more than one strut. If the adaptive crash structure is more than one strut may have these struts either be formed uniformly, or be formed differently from each other.
  • the adaptive crash structure may be used in a vehicle as a body component.
  • the adaptive crash structure may be used as a body side member, crash-cone, side-rail, door-stay, or the like. be used.
  • a frontal collision or a side impact of a vehicle both bodywork and chassis components are affected. Therefore, depending on an adaptive crash structure can be provided both as a body and as a chassis component, in order to increase the safety for the vehicle occupants in such a case.
  • impact load cases z. B. when skidding the vehicle against curb, the chassis is mainly affected. Therefore, the adaptive crash structure can be provided as a chassis component in order to increase the safety for the vehicle occupants in such a case.
  • the vehicle has at least one adaptive crash structure which has already been described in the previous description.
  • the vehicle has at least one triggering device.
  • the electrodes of each strut are connected to a power source, and each strut is connected to the at least one tripping device, by means of which the current flow between these electrodes is triggered.
  • the trigger device controls the current source or the current sources, so that a current flow between the electrodes is triggered and then terminated again. In other words, the triggering device activates the current source or the current sources and then deactivates them again.
  • the triggering device may be, for example, a control unit.
  • the triggering device is connected via the power source or via the power sources to the electrodes of the at least one strut.
  • the tripping device triggers the current source or sources so that current flow is initiated between the electrodes of the at least one strut of the adaptive crash structure. Because of the current flow, the powdery material is heated, melted and solidified. By remaining in this material residual heat results in a ductile-ductile material behavior. Thus, the adaptive crash structure is activated. The triggering device then stops the current flow.
  • the activated adaptive crash structure may, in the event of an accident, e.g. B. in the event of an impact, take a larger amount of energy than would be possible for an inactive adaptive crash structure or a conventional chassis or body component. This increases the safety of the vehicle occupants in the event of an accident.
  • the vehicle has a system for accident prediction, which is connected to each triggering device. At least one of the tripping devices triggers a current flow between the electrodes of the at least one strut in the event of a predicted accident.
  • the commercially available system for accident prediction can determine when an accident, for. B. an impact is unavoidable.
  • the system for accident prediction determines accident data to z. B. a crash partner, an impact angle, a relative speed, an impact point, a direction from which the crash partner moves toward the vehicle or in which the vehicle moves towards the crash partner o. ⁇ .
  • the accident prediction accident data will be forwarded to each trip device.
  • those struts of the at least one adaptive crash structure are activated, which will be affected by the predicted accident.
  • the at least one adaptive crash structure is therefore already before the actual accident, z. B. activated before the impact. This allows the one area of the vehicle affected by the accident. Thus, more energy can be absorbed by the body and / or the chassis in this area. This increases the safety for the vehicle occupants.
  • the accident prediction system determines an unavoidable accident and forwards a signal to the at least one triggering device of the vehicle.
  • This signal may contain, for example accident data to z.
  • This tripping device triggers a current flow between the electrodes of at least one strut of the at least one adaptive crash structure.
  • the pulverulent material of the at least one strut of that adaptive crash structure of the vehicle is solidified, which is arranged in the region of a power transmission during the accident.
  • a solidification of the powdered material takes place only in those areas of the vehicle that will be affected by the accident.
  • the outer wall of the strut is produced by means of the additive manufacturing method already described.
  • the powdered material remains and is not fused or sintered during the manufacturing process.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an adaptive crash structure according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a method for adapting the adaptive crash structure from FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional representation of an adaptive crash structure 2 according to an exemplary embodiment. Shown is the adaptive crash structure 2, which is a body part of a vehicle.
  • the adaptive crash structure 2 is designed as a trapezoidal, open profile P.
  • the adaptive crash structure 2 has a strut 1 and two ribs R.
  • the ribs R and the strut 1 are operatively connected to the profile P.
  • Wirkverbunden means that a connection between the profile P and the strut 1 and the ribs R, so that forces directly from the profile P in the strut 1 or in the Ribs R can be transferred or vice versa.
  • the strut 1 has an outer wall 3, which encloses a cavity 4.
  • the strut 1 is tubular. Within the cavity 4 powdered material 7 is arranged.
  • the outer wall 3 and the powdery material 7 are formed of the same material.
  • the strut 1 is manufactured by means of an additive manufacturing process.
  • the strut 1 has two electrodes 5. Each electrode 5 is isolated from the outer wall 3 by means of an insulator 9. The electrodes 5 are arranged at the ends 10 of the strut 1. A first electrode 5 is arranged at a first end 10 of the strut 1. A second electrode 5 is arranged at a second end 10 of the strut 1. The electrodes 5 face each other. The electrodes 5 protrude into the powdery material 7. Each electrode 5 has a terminal 12 for a Power source on. Both electrodes 5 are connected to the same power source. If a current flow is generated between the two electrodes 5, the powdery material 7 is heated, melted and solidified. This results within the outer wall 3 a ductile-ductile material behavior, whereby a higher energy absorption is possible than with the un-solidified powdery material. 7
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a method V for adapting the adaptive crash structure 2 from FIG. 1 in a vehicle.
  • the vehicle has the adaptive crash structure 2, an accident prediction system 13, a trigger device 11, and a current source 6.
  • the triggering device 11 is connected to the power source 6.
  • the current source 6 is connected to the electrodes 5 of the strut 1 of the adaptive crash structure 2.
  • the triggering device 1 1 is also connected to the accident prediction system 13.
  • the accident prediction system 13 determines that an unavoidable accident is imminent.
  • the system for accident prediction 13 accident data with respect to z. B. an impact point, an impact angle, a relative speed.
  • the system for accident prediction 13 transmits a signal S to the triggering device 11. This signal S may, for example, contain the accident data.
  • the triggering device 1 1 then controls the current source 6 by means of a control signal 14.
  • the current source 6 is thereby activated.
  • the current source 6 triggers a current flow 8 between the electrodes 5 of the strut 1.
  • the current flows through the powdery material 7, which is heated thereby. Due to the heating, the powdery material 7 is melted.
  • solidification 15 of the molten powdery material 7 takes place.
  • the viscous-ductile material behavior 16 arises within the outer wall 3 of the strut 1.
  • the adaptive crash structure may have a different shaped profile.
  • the adaptive crash structure may have more than one strut. REFERENCE CHARACTERS

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Abstract

Strebe für eine adaptive Crash-Struktur, Adaptive Crash-Struktur, Fahrzeug, Verfahren zur Adaption wenigstens einer adaptiven Crash-Struktur und Verfahren zur Herstellung einer Strebe Eine Strebe (1) für eine adaptive Crash-Struktur (2) eines Fahrzeugs weist eine Außenwand (3) auf, die einen Hohlraum (4) einschließt. Die Strebe (1) weist wenigstens zwei Elektroden (5) auf, die in den Hohlraum (4) hineinragen, wobei sich die Elektroden (5) gegenüberliegen und jede Elektrode (5) mit einer Stromquelle (6) verbindbar ist. Die Strebe (1) weist ein pulverförmiges Material (7) auf, das innerhalb des Hohlraums (4) angeordnet ist, wobei das pulverförmige Material (7) mittels eines Stromflusses (8) zwischen den beiden Elektroden (5) verfestigbar (15) ist.

Description

Strebe für eine adaptive Crash-Struktur, Adaptive Crash-Struktur, Fahrzeug, Verfahren zur Adaption wenigstens einer adaptiven Crash-Struktur und Verfahren zur Herstellung einer Strebe
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strebe für eine adaptive Crash-Struktur mit den Merkmalen nach Anspruch 1 , eine adaptive Crash-Struktur mit den Merkmalen nach Anspruch 7, ein Fahrzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 9, ein Verfahren zur Adaption wenigstens einer adaptiven Crash-Struktur nach Anspruch 11 und ein Verfahren zur Herstellung einer Strebe mit den Merkmalen nach Anspruch 13.
Adaptive Crash-Strukturen dienen dazu Crash-Eigenschaften von Fahrzeugen anzupassen. Dies ist vor allem vorteilhaft, wenn sich ein Unfall nicht mehr vermeiden lässt, denn durch die Anpassung können Fahrzeuginsassen besser geschützt werden. Diese adaptiven Crash-Strukturen sind jedoch in der Herstellung und in der An- steuerung aufwändig und teuer.
Aus DE201410001865 B3 ist eine adaptive Crash-Struktur für ein Fahrzeug bekannt, das ein beweglich gelagertes Frontend aufweist. Das Frontend ist über ein Drehgelenk und über ein Seilsystem drehbeweglich mit einem Karosserieelement verbunden.
Aus DE201310204896 A1 ist eine adaptive Crash-Struktur für ein Fahrzeug bekannt. Dabei ist in einem Messvolumen der adaptiven Crash-Struktur ein elastischer Schaumstoff angeordnet. Das Messvolumen wird bei einem Aufprall vor anderen Strukturelementen der adaptiven Crash -Struktur komprimiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Möglichkeit bereitzustellen, eine adaptive Crash-Struktur für ein Fahrzeug zu schaffen, sowie diese während eines Unfalls zu adaptieren. Diese Möglichkeit soll kostengünstig und auf einfache Art und Weise herstellbar sein. Die vorliegende Erfindung schlägt ausgehend von der vorgenannten Aufgabe eine Strebe für eine adaptive Crash-Struktur nach Anspruch 1 , eine adaptive Crash- Struktur nach Anspruch 7, ein Fahrzeug nach Anspruch 9, ein Verfahren zur Adaption wenigstens einer adaptiven Crash-Struktur nach Anspruch 11 vor und ein Verfahren zur Herstellung einer Strebe nach Anspruch 13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Eine Strebe für eine adaptive Crash-Struktur eines Fahrzeugs weist eine Außenwand auf, die einen Hohlraum einschließt. Die Strebe weist wenigstens zwei Elektroden auf, die in den Hohlraum hineinragen, wobei sich die Elektroden gegenüberliegen und jede Elektrode mit einer Stromquelle verbindbar ist. Die Strebe weist ein pulver- förmiges Material auf, das innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, wobei das pul- verförmige Material mittels eines Stromflusses zwischen den beiden Elektroden verfestigbar ist.
Eine adaptive Crash -Struktur ist dabei eine Struktur eines Fahrzeugs, die sich bei einem Unfall oder bei einem prädizierten Unfall anpassen lässt, so dass sich die Crash-Eigenschaften des Fahrzeugs ändern. Die Crash-Eigenschaften ändern sich derart, dass ein Fahrzeuginsasse besser vor dem Unfall geschützt wird. Das Fahrzeug kann dabei ein PKW oder ein NKW oder ein anderes geeignetes Fahrzeug sein.
Die Strebe ist ein Bauteil, das in der adaptiven Crash -Struktur eingesetzt werden kann. Diese Strebe weist einen frei wählbaren Querschnitt auf, sie kann beispielsweise einen kreisförmigen, einen ellipsoiden, einen rechteckigen, einen prismatischen, einen dreieckigen oder einen anderen geeigneten Querschnitt aufweisen . Die Strebe weist die Außenwand auf, die den Hohlraum einschließt. Beispielsweise kann der Hohlraum durchgängig sein. In diesem Fall ist die Strebe in der Art eines Rohres ausgeformt. Alternativ dazu kann die Strebe einen nichtdurchgängigen Hohlraum aufweisen, der z. B. von Zwischenwandungen der Außenwand begrenzt wird. In diesem Fall ist die Strebe beispielsweise in der Art eines Bambusrohrs ausgeformt. Die Strebe ist entweder gerade ausgeformt oder weist eine oder mehrere Biegungen o- der Winkel auf. Innerhalb des Hohlraums der Strebe ist pulverförmiges Material angeordnet, das den Hohlraum zumindest teilweise ausfüllt. Das pulverförmige Material kann z. B. ein Thermoplast (beispielsweise Polypropylen PP, Polystyrol PS, Polyamid PA, o.a.), ein Thermoplast-Compound mit einem Füllstoff zur Festigkeitssteigerung, zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften, des Schrumpfverhalten oder der Verarbeitbar- keit, ein metallisches Material (beispielsweise Aluminium, Stahl, Magnesium, Titan, Kupfer, Zinn, sowie Legierungen dieser Metalle, o.a.), oder ein keramisches Material sein.
Die wenigstens zwei Elektroden ragen in den Hohlraum der Strebe hinein. Dabei kontaktieren die Elektroden das pulverförmige Material. Die Elektroden sind beabstandet zueinander angeordnet und liegen sich gegenüber. Jede Elektrode kann mit einer Stromquelle verbunden werden, wenn die Strebe in einer adaptiven Crash- Struktur eines Fahrzeugs verwendet wird. Selbstverständlich kann jede Elektrode mit derselben Stromquelle verbunden werden. Alternativ kann jede Elektrode mit einer separaten Stromquelle verbunden werden. Sind die wenigstens zwei Elektroden mit einer Stromquelle verbunden, kann ein Stromfluss zwischen den beiden Elektroden erfolgen.
Der Strom durchfließt somit auch das pulverförmige Material, das sich im Hohlraum der Strebe befindet. Durch den Stromfluss wird das pulverförmige Material erwärmt, aufgeschmolzen und verfestigt. Durch die in diesem Material verbleibende Restwärme ergibt sich ein zäh-duktiles Werkstoffverhalten, wodurch eine höhere Energieaufnahme ermöglicht ist als mit dem un verfestigten pulverförmigen Material. Dadurch ist es im Falle eines Unfalls möglich, die adaptive Crash-Struktur des Fahrzeugs zu aktivieren und den Schutz der Fahrzeuginsassen zu steigern.
Nach einer Ausführungsform weist jede Elektrode einen Isolator auf, wobei die Isolatoren die Elektroden zu der Außenwand der Strebe hin isolieren. Durch die Isolatoren wird der Stromfluss durch das pulverförmige Material begünstigt. Nach einer weiteren Ausführungsform weist die Strebe zwei Enden auf und die wenigstens zwei Elektroden liegen sich an den beiden Enden der Strebe gegenüber. Ist die Strebe in der Art eines Rohres ausgeformt, ist an jedem Ende des Rohres eine Elektrode angeordnet. Weist die Strebe Zwischenwände auf können zusätzlich an den Zwischenwänden Elektroden angeordnet sein.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Außenwand der Strebe und das pul- verförmige Material aus demselben Material ausgeformt. Beispielsweise kann sowohl die Außenwand als auch das pulverförmige Material aus einem Thermoplast, aus einem Thermoplast-Compound, aus einem metallischen Material oder aus Keramik ausgeformt sein. Das Material liegt somit in einem verfestigten und in einem unver- festigten Zustand vor.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist Außenwand der Strebe mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt. Dabei wird das pulverförmige Material, das z. B. ein Thermoplast, ein Thermoplast-Compound, ein metallisches Material, ein keramisches Material sein kann, nur an den Stellen verfestigt, die die Außenwand ausbilden sollen. Das von der Außenwand eingeschlossene pulverförmige Material verbleibt also innerhalb der Außenwand. Dadurch ist es möglich, die Strebe auf einfache und schnelle Art und Weise zu fertigen. Der Schritt des Befüllens des Hohlraums mit dem pulverförmigen Material entfällt während des Herstellungsprozesses der Strebe.
Ein additives Fertigungsverfahren ist beispielsweise ein Sinterverfahren, z. B Selecti- ve Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM), oder Laser- Depositionsverfahren (Verdampfen) möglich. Additive Fertigung wird auch als SD- Drucken bezeichnet.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Außenwand aus einem Thermoplast oder aus einem Thermoplast-Compound ausgeformt. Beispielsweise kann die Außenwand aus PP, PS oder PA ausgeformt sein. Beispielsweise kann die Außenwand aus einem Thermoplast-Compound ausgeformt sein. Dieser Thermoplast-Compound weist Füllstoffe wie Kalk, Faser oder chemische Additive auf. Dies dient zur Verbes- serung der Festigkeit, der thermischen Eigenschaften, des Schrumpfverhalten oder der Verarbeitbarkeit. Das pulverförmige Material, das innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, kann dabei aus demselben Material sein wie die Außenwand. Alternativ dazu kann das pulverförmige Material, das innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, aus einem Material ausgeformt sein, das unterschiedlich ist von dem Material der Außenwand.
Alternativ dazu ist die Außenwand aus einer Keramik ausgeformt. Das pulverförmige Material, das innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, kann dabei aus demselben Material sein wie die Außenwand. Alternativ dazu kann das pulverförmige Material, das innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, aus einem Material ausgeformt sein, das unterschiedlich ist von dem Material der Außenwand.
Wiederum alternativ dazu ist die Außenwand aus einem Metall ausgeformt. Dabei können Eisen-Metalle und Nicht-Eisen-Metalle genutzt werden. Beispielsweise können Stähle aller gängigen und verfügbaren Legierung, oder Leichtmetalle wie Aluminium, Magnesium oder Titan, oder Nicht-Eisen-Schwermetalle wie Kupfer oder Zinn, sowie mögliche Legierungen dieser Metalle genutzt werden. Das pulverförmige Material, das innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, kann dabei aus demselben Material sein wie die Außenwand. Alternativ dazu kann das pulverförmige Material, das innerhalb des Hohlraums angeordnet ist, aus einem Material ausgeformt sein, das unterschiedlich ist von dem Material der Außenwand.
Die adaptive Crash-Struktur für ein Fahrzeug weist wenigstens eine Strebe auf, die bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde. Diese adaptive Crash- Struktur kann beispielsweise in der Form eines offenen oder geschlossenen Profils ausgeformt sein. Weiterhin kann diese adaptive Crash-Struktur beispielsweise als prismatisches, konisches oder gebogenes Profil ausgebildet sein. Der Querschnitt dieses Profils ist dabei frei wählbar. Die Strebe ist mit dem Profil wirkverbunden. Dies heißt, dass Kräfte von dem Profil in die Strebe eingeleitet werden können oder von dem Profil in die Strebe. Die adaptive Crash-Struktur kann selbstverständlich mehr als eine Strebe aufweisen. Falls die adaptive Crash-Struktur mehr als eine Strebe aufweist, können diese Streben entweder gleichförmig ausgebildet sein, oder voneinander unterschiedlich ausgeformt sein.
Die adaptive Crash -Struktur kann in einem Fahrzeug beispielsweise als ein Karosseriebauteil Verwendung finden. Z. B. kann die adaptive Crash -Struktur als ein Karosserie-Längsträger, Crash-Cone, Seitenschweiler, Türstrebe, o.ä. eingesetzt werden. Weiterhin kann die adaptive Crash-Struktur als Fahrwerkbauteil, z. B. als Längslenker, Querlenker o.ä., Verwendung finden. Bei einem Frontaufprall oder einem Seitenaufprall eines Fahrzeugs sind sowohl Karosserie- als auch Fahrwerkbauteile betroffen. Daher kann je eine adaptive Crash -Struktur sowohl als Karosserie- als auch als Fahrwerkbauteil vorgesehen sein, um in einem solchen Fall die Sicherheit für die Fahrzeuginsassen zu erhöhen. Bei sog. Impact-Lastfällen, z. B. beim Schleudern des Fahrzeuges gegen Bordstein, ist hauptsächlich das Fahrwerk betroffen. Daher kann die adaptive Crash-Struktur als Fahrwerkbauteil vorgesehen sein, um in einem solchen Fall die Sicherheit für die Fahrzeuginsassen zu erhöhen.
Das Fahrzeug weist wenigstens eine adaptive Crash -Struktur auf, die bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde. Zudem weist das Fahrzeug wenigstens eine Auslösevorrichtung auf. Die Elektroden jeder Strebe sind verbunden mit einer Stromquelle, und jede Strebe ist verbunden mit der wenigstens einen Auslösevorrichtung, mittels welcher der Stromfluss zwischen diesen Elektroden ausgelöst wird. Die Auslösevorrichtung steuert die Stromquelle oder die Stromquellen an, so dass ein Stromfluss zwischen den Elektroden ausgelöst und anschließend wieder beendet wird. In anderen Worten aktiviert die Auslösevorrichtung die Stromquelle oder die Stromquellen und deaktiviert diese anschließend wieder. Die Auslösevorrichtung kann beispielsweise ein Steuergerät sein. Die Auslösevorrichtung ist über die Stromquelle oder über die Stromquellen mit den Elektroden der wenigstens einen Strebe verbunden.
Als Stromquelle dient beispielsweise ein oder mehrere Kondensatoren (SuperCap) oder ein Hochvoltsystem eines elektrischen Antriebsstrangs oder Hybridantriebsstrangs, das schlagartig ähnlich einem Kurzschluss entladen wird. Im Falle eines Unfalls steuert die Auslösevorrichtung die Stromquelle oder die Stromquellen an, sodass ein Stromfluss zwischen den Elektroden der wenigstens einen Strebe der adaptiven Crash-Struktur ausgelöst wird. Wegen des Stromflusses wird das pulverförmige Material erwärmt, aufgeschmolzen und verfestigt. Durch die in diesem Material verbleibende Restwärme ergibt sich ein zäh-duktiles Werkstoffverhalten. Somit ist die adaptive Crash-Struktur aktiviert. Die Auslösevorrichtung beendet den Stromfluss anschließend. Die aktivierte adaptive Crash-Struktur kann im Falle eines Unfalls, z. B. im Falle eines Aufpralls, eine größere Menge Energie aufnehmen als es für eine inaktive adaptive Crash-Struktur oder ein herkömmliches Fahrwerk- oder Karosseriebauteil möglich wäre. Dadurch wird die Sicherheit der Fahrzeuginsassen im Falle eines Unfalls erhöht.
Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Fahrzeug ein System zur Unfall- Prädiktion auf, das verbunden ist mit jeder Auslösevorrichtung. Wenigstens eine der Auslösevorrichtungen löst im Falle eines prädizierten Unfalls einen Stromfluss zwischen den Elektroden der wenigstens einen Strebe aus.
Das handelsübliche System zur Unfall-Prädiktion kann feststellen, wann ein Unfall, z. B. ein Aufprall, unvermeidbar ist. Das System zur Unfall-Prädiktion ermittelt dabei Unfalldaten zu z. B. einem Crashpartner, einem Aufprallwinkel, einer Relativgeschwindigkeit, einem Aufprallpunkt, einer Richtung aus welcher der Crashpartner sich auf das Fahrzeug zubewegt oder in welche sich das Fahrzeug auf den Crashpartner zubewegt o. ä.
Stellt das System zur Unfall-Prädiktion fest, dass sich ein Unfall nicht mehr vermeiden lässt, werden die Unfalldaten des Systems zur Unfall-Prädiktion an jede Auslösevorrichtung weitergeleitet. Je nach Aufprallpunkt, Aufprallwinkel und Relativgeschwindigkeit werden diejenigen Streben der wenigstens einen adaptiven Crash- Struktur aktiviert, die von dem prädizierten Unfall betroffen sein werden. Das heißt, dass wenigstens eine der Auslösevorrichtungen den Stromfluss in dieser oder diesen Streben aktiviert, so dass ein Verfestigen des pulverförmigen Materials erfolgen kann. Die wenigstens eine adaptive Crash-Struktur wird demnach bereits vor dem eigentlichen Unfall, z. B. vor dem Aufprall aktiviert. Dadurch kann derjenige Bereich des Fahrzeugs, der von dem Unfall betroffen ist, verstärkt werden. Somit kann in diesem Bereich mehr Energie von der Karosserie und/oder von dem Fahrwerk aufgenommen werden. Dies erhöht die Sicherheit für die Fahrzeuginsassen.
Bei einem Verfahren zur Adaption wenigstens einer adaptiven Crash-Struktur des Fahrzeugs, das bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde, stellt das System zur Unfall-Prädiktion einen unvermeidbaren Unfall fest und leitet ein Signal an die wenigstens eine Auslösevorrichtung des Fahrzeugs weiter. Dieses Signal kann beispielsweise Unfalldaten enthalten zu z. B. einem Crashpartner, einem Aufprallwinkel, einer Relativgeschwindigkeit, einem Aufprallpunkt, einer Richtung aus welcher der Crashpartner sich auf das Fahrzeug zubewegt oder in welche sich das Fahrzeug auf den Crashpartner zubewegt o. ä.
Diese Auslösevorrichtung löst einen Stromfluss zwischen den Elektroden wenigstens einer Strebe der wenigstens einen adaptiven Crash-Struktur aus. Es wird dabei gezielt ein Stromfluss zwischen den Elektroden der wenigstens einen Strebe ausgelöst, die von dem Unfall betroffen sein wird.
Daraufhin verfestigt sich das pulverförmige Material im Hohlraum der wenigstens einen Strebe. Dies geschieht aufgrund der erzeugten Wärme. Somit ergibt sich innerhalb des Hohlraums dieser Strebe ein zäh-duktiles Werkstoffverhalten. Dies ermöglicht eine höhere Energieaufnahme durch diese Strebe.
Nach einer Ausführungsform wird ausgehend von den prädizierten Unfalldaten des Systems zur Unfall-Prädiktion das pulverförmige Material der wenigstens einen Strebe derjenigen adaptiven Crash-Struktur des Fahrzeugs verfestigt wird, die im Bereich einer Kraftübertragung während des Unfalls angeordnet ist. In anderen Worten findet eine Verfestigung des pulverförmigen Materials nur in denjenigen Bereichen des Fahrzeugs statt, die von dem Unfall betroffen sein werden.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Strebe, die bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde, wird die Außenwand der Strebe mittels des bereits beschriebenen additiven Fertigungsverfahrens hergestellt. Im Hohlraum der Strebe verbleibt das pulverförmige Material und wird während des Herstellungsverfahrens nicht verschmolzen oder gesintert.
Anhand der im Folgenden erläuterten Figuren werden verschiedene Ausführungsbeispiele und Details der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnitt-Darstellung einer adaptiven Crash-Struktur nach einem Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Adaption der adaptiven Crash-Struktur aus Fig. 1 .
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnitt-Darstellung einer adaptiven Crash-Struktur 2 nach einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist die adaptive Crash -Struktur 2, die ein Karosseriebauteil eines Fahrzeugs ist. Die adaptive Crash-Struktur 2 ist als trapezförmiges, offenes Profil P ausgebildet. Die adaptive Crash -Struktur 2 weist eine Strebe 1 und zwei Rippen R auf. Die Rippen R und die Strebe 1 sind wirkverbunden mit dem Profil P. Wirkverbunden heißt, dass eine Verbindung zwischen dem Profil P und der Strebe 1 bzw. den Rippen R besteht, so dass Kräfte direkt von dem Profil P in die Strebe 1 oder in die Rippen R übertragen werden können oder umgekehrt.
Die Strebe 1 weist eine Außenwand 3 auf, die einen Hohlraum 4 einschließt. Die Strebe 1 ist rohrförmig ausgeformt. Innerhalb des Hohlraums 4 ist pulverförmiges Material 7 angeordnet. Die Außenwand 3 und das pulverförmige Material 7 sind aus demselben Material ausgebildet. Die Strebe 1 ist mittels eines additiven Fertigungsverfahrens gefertigt.
Die Strebe 1 weist zwei Elektroden 5 auf. Jede Elektrode 5 ist mittels eines Isolators 9 von der Außenwand 3 isoliert. Die Elektroden 5 sind an den Enden 10 der Strebe 1 angeordnet. Eine erste Elektrode 5 ist an einem ersten Ende 10 der Strebe 1 angeordnet. Eine zweite Elektrode 5 ist an einem zweiten Ende 10 der Strebe 1 angeordnet. Die Elektroden 5 liegen einander gegenüber. Die Elektroden 5 ragen in das pulverförmige Material 7 hinein. Jede Elektrode 5 weist einen Anschluss 12 für eine Stromquelle auf. Dabei sind beide Elektroden 5 mit derselben Stromquelle verbunden. Wird ein Stromfluss zwischen den beiden Elektroden 5 erzeugt, wird das pulver- förmige Material 7 erwärmt, aufgeschmolzen und verfestigt. Dadurch ergibt sich innerhalb der Außenwand 3 ein zäh-duktiles Werkstoffverhalten, wodurch eine höhere Energieaufnahme ermöglicht ist als mit dem un verfestigten pulverförmigen Material 7.
Fig. 2 zeigt schematische Darstellung eines Verfahrens V zur Adaption der adaptiven Crash-Struktur 2 aus Fig. 1 in einem Fahrzeug. Das Fahrzeug weist die adaptive Crash-Struktur 2, ein System zur Unfall-Prädiktion 13, eine Auslösevorrichtung 1 1 , und eine Stromquelle 6 auf. Die Auslösevorrichtung 11 ist mit der Stromquelle 6 verbunden. Die Stromquelle 6 ist mit den Elektroden 5 der Strebe 1 der adaptiven Crash-Struktur 2 verbunden. Die Auslösevorrichtung 1 1 ist zudem mit dem System zur Unfall-Prädiktion 13 verbunden.
Das System zur Unfall-Prädiktion 13 stellt fest, dass ein unvermeidbarer Unfall bevorsteht. Zudem ermittelt das System zur Unfall-Prädiktion 13 Unfalldaten bezüglich z. B. eines Aufprallpunktes, eines Aufprallwinkels, einer Relativgeschwindigkeit. Das System zur Unfall-Prädiktion 13 übermittelt ein Signal S an die Auslösevorrichtung 1 1 . Dieses Signal S kann beispielsweise die Unfalldaten enthalten.
Die Auslösevorrichtung 1 1 steuert daraufhin die Stromquelle 6 mittels eines Steuersignals 14 an. Die Stromquelle 6 wird dadurch aktiviert. Die Stromquelle 6 löst einen Stromfluss 8 zwischen den Elektroden 5 der Strebe 1 aus. Der Strom durchfließt das pulverförmige Material 7, welches dadurch erwärmt wird. Aufgrund der Erwärmung wird das pulverförmige Material 7 aufgeschmolzen. Wenn der Stromfluss 8 unterbrochen ist, erfolgt eine Verfestigung 15 des aufgeschmolzenen pulverförmigen Materials 7. Es entsteht das zäh-duktile Werkstoffverhalten 16 innerhalb der Außenwand 3 der Strebe 1 .
Die hier beschriebenen Beispiele sind nur beispielhaft gewählt. Beispielsweise kann die adaptive Crash-Struktur ein anders ausgeformtes Profil aufweisen. Die adaptive Crash-Struktur kann mehr als eine Strebe aufweisen. Bezuqszeichen
1 Strebe
adaptive Crash-Struktur
Außenwand
Hohlraum
Elektrode
Stromquelle
pulverförmiges Material
Stromfluss
9 Isolator
10 Ende
1 1 Auslösevorrichtung
12 Anschluss für die Stromquelle
13 System zur Unfall-Prädiktion
14 Steuersignal
15 Verfestigung
16 zäh-duktiles Werkstoffverhalten
R Rippe
P Profil

Claims

Patentansprüche
1 . Strebe (1 ) für eine adaptive Crash -Struktur (2) eines Fahrzeugs, wobei die Strebe (1 ) eine Außenwand (3) aufweist, die einen Hohlraum (4) einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (1 ) wenigstens zwei Elektroden (5) aufweist, die in den Hohlraum (4) hineinragen, wobei sich die Elektroden (5) gegenüberliegen und jede Elektrode (5) mit einer Stromquelle (6) verbindbar ist, und dass die Strebe (1 ) ein pulverförmiges Material (7) aufweist, das innerhalb des Hohlraums (4) angeordnet ist, wobei das pulverförmige Material (7) mittels eines Stromflusses (8) zwischen den beiden Elektroden (5) verfestigbar (15) ist.
2. Strebe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode (5) einen Isolator (9) aufweist, wobei die Isolatoren (9) die Elektroden (5) zu der Außenwand (3) der Strebe (1 ) hin isolieren.
3. Strebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (1 ) zwei Enden (10) aufweist, und sich die wenigstens zwei Elektroden (5) an den beiden Enden (10) der Strebe (1 ) gegenüberliegen.
4. Strebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (3) der Strebe und das pulverförmige Material (7) aus demselben Material ausgeformt sind.
5. Strebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (3) der Strebe (1 ) mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt ist.
6. Strebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (3) aus einem Thermoplast oder aus einem Thermoplast-Compound oder aus einer Keramik oder aus einem Metall ausgeformt ist.
7. Adaptive Crash-Struktur (2) für ein Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine Strebe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.
8. Adaptive Crash-Struktur (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein Karosseriebauteil oder ein Fahrwerksbauteil des Fahrzeugs ist.
9. Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug wenigstens eine adaptive Crash-Struktur (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 8 und wenigstens eine Auslösevorrichtung (1 1 ) aufweist, wobei die Elektroden (5) jeder Strebe (1 ) verbunden sind mit einer Stromquelle (6), und wobei jede Strebe (1 ) verbunden ist mit der wenigstens einen Auslösevorrichtung (1 1 ), mittels welcher der Stromfluss (8) zwischen diesen Elektroden (5) ausgelöst wird.
10. Fahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein System zur Unfall-Prädiktion (13) aufweist, das verbunden ist mit jeder Auslösevorrichtung (1 1 ), wobei wenigstens eine Auslösevorrichtung (1 1 ) im Falle eines prädi- zierten Unfalls einen Stromfluss (8) zwischen den Elektroden (5) der wenigstens einen Strebe auslöst.
1 1 . Verfahren (V) zur Adaption wenigstens einer adaptiven Crash-Struktur (2) eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass
- das System zur Unfall-Prädiktion (13) einen unvermeidbaren Unfall feststellt und ein Signal (S) an die wenigstens eine Auslösevorrichtung (11 ) des Fahrzeugs weiterleitet,
- diese Auslösevorrichtung (11 ) einen Stromfluss (8) zwischen den Elektroden (5) wenigstens einer Strebe (1 ) der wenigstens einen adaptiven Crash -Struktur (2) auslöst,
- sich das pulverförmige Material (7) im Hohlraum (4) der wenigstens einen Strebe (1 ) verfestigt,
- sich innerhalb des Hohlraums (4) dieser Strebe (1 ) ein zäh-duktiles Werkstoffverhalten ergibt.
12. Verfahren (V) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von den prädizierten Unfalldaten des Systems zur Unfall-Prädiktion (13) das pulverförmige Material (7) der wenigstens einen Strebe (1 ) derjenigen adaptiven Crash-Struktur (2) des Fahrzeugs verfestigt wird, die im Bereich einer Kraftübertragung während des Unfalls angeordnet ist.
13. Verfahren zur Herstellung einer Strebe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand (3) der Strebe (1 ) mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt wird, wobei im Hohlraum (4) der Strebe (1 ) das pulverförmige Material (7) verbleibt und während des Herstellungsverfahrens nicht verschmolzen oder gesintert wird.
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