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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ein wesentlicher Qualitätsaspekt bei Kraftfahrzeugen ist die Sicherheit bei Unfällen. Auch in Zeiten der fortschreitenden Weiterentwicklung von Rückhaltesystemen wie Gurtstraffer oder Airbag, die bei oder ggf. unmittelbar vor einem Aufprall ausgelöst werden, wird die Sicherheit für die Insassen maßgeblich durch die vorhandene Deformationszone bestimmt. Dies bezeichnet den Bereich des Fahrzeugs, der bei einer Kollision verformt werden kann und somit Energie aufnimmt. Eine effektive Deformationszone darf nicht zu weich sein, da hier der Verformungsvorgang zu wenig Energie abbaut und die Fahrgastzelle deformiert wird. Hingegen führen steife und stabile Bauteile zu höheren, unter Umständen nicht akzeptablen Beschleunigungen, die auf den Insassen wirken. Der Motorblock als nicht deformierbarer Körper verringert die Energieaufnahme durch Strukturdeformation ebenfalls. Die Deformationszone kann sich über die Front, das Heck und beide Seiten des Fahrzeugs erstrecken.
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In modernen Fahrzeugen zeigt sich im vorderen Bereich eine reduzierte Deformationszone. Dies hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum einen nehmen aufgrund der immer strengeren Anforderungen hinsichtlich Emissionen und Treibstoffverbrauch der Motor, das Getriebe sowie Zusatzkomponenten immer mehr Platz ein; die genannten Komponenten bzw. Baugruppen sind in der Regel kaum verformbar. Zum anderen nimmt die Größe der Batterien durch die wachsende Anzahl elektrischer/elektronischer Verbraucher stetig zu. Weiterhin besteht eine zunehmende Tendenz, die Länge der strukturellen Fahrzeugfront aus Gewichts- und Designgründen zu reduzieren. In der Summe folgt bei gleicher Energieeinleitung und Struktur eine stärkere Verformung der Spritzwand (d. h. der Wand zwischen Motor und Insasse), die in der Folge Lenksäule und Pedale in Richtung des Insassen schieben kann.
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Eine weitere Einschränkung der Deformationszone ergibt sich durch Bremskraftverstärker. Bei Bremssystemen mit Bremskraftverstärker bildet normalerweise der Hauptbremszylinder eine Baugruppe mit dem Bremskraftverstärker. Da das Gehäuse des Bremskraftverstärkers in der Regel zu schwach konstruiert ist, um die seitens des Hauptzylinders auftretenden Kräfte aufzunehmen, ist der Hauptzylinder über eine oder mehrere Verbindungsstangen (auch als Zuganker bezeichnet), die durch den Bremskraftverstärker hindurchgeführt sind, fahrzeugseitig befestigt. Allerdings bildet jede Verbindungsstange in ihrer axialen Richtung eine äußerst steife Komponente innerhalb des Motorraums, die sich kaum verformt und außerdem in Richtung der Insassen gerichtet ist. Es hat sich gezeigt, dass eine sicherheitsrelevante Beeinträchtigung des Fahrerraums im Bereich der Spritzwand in Höhe der Lenksäule hauptsächlich von einem Zusammenwirken, d. h. einer Kollision, entweder des Motorblocks, von Getriebekomponenten oder der Batterie mit einer Verbindungsstange des Bremskraftverstärkers herrührt. Es ist allerdings schwierig bzw. nahezu unmöglich, im Falle einer Kollision einen Kontakt der genannten Komponenten mit der Verbindungsstange zu verhindern, ohne die Größe (Länge/Breite) der interagierenden Komponenten deutlich zu reduzieren. Ähnliche Probleme können sich auch bei anderen Fahrzeug-Baugruppen bspw. bei Tankanbindungsbolzen während eines Heckaufpralls oder eine Interaktion von Spritleitungen mit Baugruppenbefestigenden Bolzen im Seitenaufprall ergeben, bei denen die axiale Steifigkeit einer Verbindungsstange das Deformationsverhalten bei einem Unfall beeinträchtigt. Sie sind nicht auf die Front des Fahrzeugs beschränkt.
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Aus der
DE 2 317 331 A ist eine Baugruppe für ein Fahrzeug in Form eines Lichtfühlers bekannt, der ein Lichtleitelement aufweist, das als Schraubbolzen mit einem Gewinde mit einem verdickten Endteil ausgebildet ist. Das Lichtleitelement besteht aus einem durchsichtigen Werkstoff, zum Beispiel Kunststoff. Zur Befestigung der Baugruppe an einer Fahrzeugkarosserie wird der Schraubbolzen durch eine Öffnung in der Karosserie gesteckt und mittels einer Befestigungsmutter befestigt. Vor die Befestigungsmutter ist auf dem Gewinde des Schraubbolzens ferner ein lichtdämpfendes Teil in Form eines Schraubknopfes aufgeschraubt, das aus einem undurchsichtigen Werkstoff besteht. Der Schraubknopf ist als Kegelstumpf ausgebildet. Durch mehr oder weniger weites Aufschrauben des lichtdämpfenden Teils entsteht ein mehr oder weniger breiter Lichtzutrittsspalt zwischen der Befestigungsmutter und dem lichtdämpfenden Teil.
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Darüber hinaus sind aus der
WO 02/22418 A1 und der
DE 42 02 820 A1 jeweils Baugruppen für Kraftfahrzeuge bekannt, die Verbindungsstangen, Muttern und axial davor angebrachte Elemente zeigen.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Verbesserung der Deformationszone, insbesondere im Hinblick auf das Zusammenwirken der genannten Verbindungsstangen mit anderen Fahrzeugkomponenten, noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Deformationszone eines Kraftfahrzeugs zu optimieren.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird eine Baugruppe für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Als Kraftfahrzeuge kommen hierbei insbesondere LKW oder PKW infrage.
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Die Baugruppe umfasst wenigstens eine zu befestigende Fahrzeugkomponente, eine durch die Fahrzeugkomponente geführte, sich in einer axialen Richtung erstreckende Verbindungsstange zur Befestigung der Fahrzeugkomponente sowie eine an der Verbindungsstange, axial vor der Fahrzeugkomponente angeordnete Mutter. Die Fahrzeugkomponente kann hierbei insbesondere plattenartig oder flanschartig ausgebildet sein. Insbesondere kann sie eine senkrecht zur axialen Richtung verlaufende Stirnfläche aufweisen. Üblicherweise ist vorgesehen, die Fahrzeugkomponente mittels der Verbindungsstange und der Mutter in axialer Richtung an einem anderen Bauteil zu sichern. Derartige Verbindungsstangen können durch ein Bauteil oder eine Baugruppe, die zu schwach ist, die Fahrzeugkomponente zu tragen, hindurchgeführt und an einem strukturell stärkeren Bauteil befestigt sein, wodurch insbesondere eine Befestigung der Fahrzeugkomponente am Chassis oder der Karosserie realisierbar ist. Üblicherweise dient die Verbindungsstange zur fahrzeugseitigen Befestigung der Fahrzeugkomponente.
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Durch die Längsachse der Verbindungsstange wird in diesem Zusammenhang eine axiale Richtung in Richtung der Lasteinleitung definiert, womit auch radiale und tangentiale Richtungen definiert sind. Die axiale Richtung fällt typischerweise für Front- und Heckaufprall mit der X-Achse des Fahrzeugs zusammen, kann aber auch im Falle eines Seitencrashs mit der Y-Achse des Fahrzeugs zusammenfallen. Die Einbaulage der Verbindungsstange kann in Abhängigkeit von der konkreten Einbaulage von den Fahrzeughauptachsen abweichen, wobei die stumpfen Kontaktflächen bestehen bleiben. Die Mutter, die über ein an der Verbindungsstange vorhandenes Außengewinde festgeschraubt ist, dient der axialen Sicherung der Fahrzeugkomponente an der Verbindungsstange. Die Mutter ist in axialer Richtung vor der Fahrzeugkomponente angeordnet, wobei die Bezeichnung "vor" im allgemeinen lediglich dazu dient, eine Reihenfolge der Bauteile in axialer Richtung zu beschreiben und nicht einschränkend auszulegen ist.
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Erfindungsgemäß ist an der Verbindungsstange axial vor der Mutter ein Ablenkelement angeordnet, dessen Querschnitt wenigstens abschnittsweise in axialer Richtung zur Fahrzeugkomponente hin zunimmt. Anders gesagt, das Ablenkelement wird wenigstens abschnittsweise zur Fahrzeugkomponente hin breiter. Die Zunahme des Querschnitts sollte hierbei möglichst kontinuierlich erfolgen, wenngleich kleinere Sprünge bzw. Stufen möglich sind. Die Funktion des Ablenkelements besteht darin, im Falle eines Unfalls ein direktes Auftreffen eines anderen Bauteils, bspw. des Motorblocks, einer Getriebekomponente oder der Batterie auf die Mutter, die Verbindungsstange und/oder die Fahrzeugkomponente wenigstens teilweise zu verhindern. Darüber hinaus kann das mögliche Einquetschen oder auch Verklemmen bspw. einer Benzin- oder Dieselleitung zwischen diesen steifen Baugruppen vermieden werden. Das genannte Bauteil trifft stattdessen auf das Ablenkelement und durch den zur Fahrzeugkomponente hin zunehmenden Querschnitt erfolgt eine radiale und/oder tangentiale Ablenkung des auftreffenden Bauteils und des Ablenkelements (und somit der Verbindungsstange) zueinander. Hierbei können gegenüber dem Bezugssystem des Fahrzeugs das auftreffende Bauteil, das Ablenkelement oder beide eine Ablenkung erfahren. Insofern kann das Ablenkelement auch als mechanisches Ablenkelement, als Kraftablenkelement oder als Lastableitungselement bezeichnet werden.
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Weiterhin weist das Ablenkelement erfindungsgemäß eine schräg zur axialen Richtung verlaufende Außenfläche auf. Die genannte Außenfläche verläuft schräg, also weder entlang der axialen Richtung noch senkrecht zu dieser. Trifft ein anderes Bauteil in axialer Richtung auf diese schräge Außenfläche auf, so erzeugt deren Ausrichtung eine Kraftkomponente quer zur axialen Richtung. Hierdurch kann einerseits das Bauteil seitlich abgelenkt werden, andererseits kann die Kraftkomponente zu einer Verbiegung der Verbindungsstange führen. Die genannte Außenfläche bildet hierbei in der Regel nur einen Teil der gesamten Oberfläche des Ablenkelements. Sie kann in tangentialer Richtung umlaufend ausgebildet sein bzw. es können sich in tangentialer Richtung umlaufend mehrere solcher Flächen aneinander anschließen. Die Oberfläche kann eine konstante oder veränderliche Neigung gegenüber der axialen Richtung aufweisen.
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In jedem Fall kann durch das Ablenkelement ein Auftreffen auf die im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung verlaufenden Stirnflächen der Verbindungsstange, der Mutter und/oder der Fahrzeugkomponente verhindert werden. Ein solches Auftreffen resultiert nahezu ausschließlich in einer axialen Kraft entlang der Verbindungsstange, welche aber in axialer Richtung kaum verformbar ist. Wie nachfolgend noch erläutert wird, können die genannten Stirnflächen durch das Ablenkelement mehr oder weniger vollständig abgeschirmt werden, wobei eine möglichst vollständige Abschirmung klare Vorteile mit sich bringt. Idealerweise gleitet das auftreffende Bauteil seitlich vom Ablenkelement ab und kann so z. B. auf ein wesentlich leichter verformbares Element treffen. Hierbei entsteht auch eine senkrecht zur axialen Richtung verlaufende Kraftkomponente, die ihrerseits auf die Verbindungsstange wirkt und diese ggf. seitlich verbiegen kann. In jedem Fall ist eine wesentlich bessere Energieaufnahme durch Verformungsarbeit möglich, wodurch die Effizienz der Deformationszone verbessert wird. Insofern als eine axiale Lasteinleitung in die Verbindungsstange wenigstens teilweise verhindert werden kann, wird die Effizienzsteigerung erreicht, ohne eine der beteiligten Komponenten zu verändern, insbesondere verkleinern zu müssen.
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Das erfindungsgemäße Ablenkelement lässt sich in eine Vielzahl von Systemen integrieren, bei denen wie geschildert eine Kombination aus Verbindungsstange und Mutter verwendet wird, um eine Fahrzeugkomponente zu befestigen. Es ist hierbei flexibel einsetzbar und kann ggf. auch in einem sehr späten Planungsstadium noch integriert werden, falls sich zeigen sollte, dass ein axiales Auftreffen von einem Bauteile auf eine Verbindungsstange, Mutter oder eine mit Ihnen befestigte Fahrzeugkomponente zu befürchten ist. Das Ablenkelement selber benötigt normalerweise nur wenig zusätzlichen Bauraum und lässt sich somit leicht integrieren.
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Da eine nennenswerte Verformung des Ablenkelements eher unerwünscht ist, sollte seine Festigkeit zumindest in etwa derjenigen der Verbindungsstange bzw. der eines bei einem Unfall auftreffenden Objekts (Motor, Getriebekomponente etc.) entsprechen. Als Materialien bieten sich hierbei Metalle, insbesondere Stahl an. Alternativ könnten aber auch andere Materialien wie bspw. Keramik eingesetzt werden. Darüber hinaus kann ggf. eine Oberflächenbeschichtung vorgesehen sein, durch die die Reibung herabgesetzt und somit das Abgleiten eines auftreffenden Objekts begünstigt wird.
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Bevorzugt handelt es sich bei der Fahrzeugkomponente um einen Zylinderfuß eines Hauptbremszylinders und die Verbindungsstange ist zur fahrzeugseitigen Befestigung des Hauptbremszylinders vorgesehen. Die Baugruppe kann in diesem Fall auch als „Bremskraftverstärker-Baugruppe" bezeichnet werden, da sie dem Bremskraftverstärker einschließlich des zugehörigen Hauptbremszylinders zuzuordnen ist. Es kommen hierbei sowohl Einzel-Bremskraftverstärker als auch Tandem-Bremskraftverstärker infrage.
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Der Zylinderfuß ist hierbei derjenige Teil des Hauptbremszylinders, der im zusammengebauten Zustand dem Gehäuse des Bremskraftverstärkers zugewandt ist und (ggf. unter Zwischenschaltung von Unterlegscheiben oder ähnlichem) am genannten Gehäuse angeordnet ist. Er kann insbesondere nach Art eines Flansches ausgebildet sein. In vielen Fällen ist er einstückig mit Teilen des Zylindergehäuses ausgebildet, wobei der Zylinderfuß auch als Fußabschnitt des Zylindergehäuses aufgefasst werden kann. Streng genommen bildet der Zylinderfuß hier keine eigene Komponente, sondern einen Teil einer Komponente. Es existieren aber auch Bauformen, bei denen er als separat gefertigtes Bauteil mit dem Zylindergehäuse verbunden ist.
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Die Verbindungsstange dient bei dieser Ausgestaltung dazu, den Hauptbremszylinder fahrzeugseitig an einem hinreichend stabilen Bauteil zu befestigen. Die Verbindungsstange ist hierbei in eingebautem Zustand durch das Gehäuse des Bremskraftverstärkers hindurchgeführt, das für sich genommen zu schwach ist, um die Kräfte aufzunehmen, die die Verbindung mit dem Hauptbremszylinder mit sich bringt. Fahrzeugseitig kann die Verbindungsstange durch Verschrauben oder andere nach Stand der Technik bekannte Verbindungstypen befestigt sein. Bei dieser Ausgestaltung gleitet das auftreffende Bauteil idealerweise seitlich vom Ablenkelement ab und trifft auf das wesentlich leichter verformbare Gehäuse des Bremskraftverstärkers. Es ist typischerweise so, dass die Mutter in eingebautem Zustand näher zur Vorderseite des Fahrzeugs, also "vor" dem Zylinderfuß, angeordnet ist. Selbstverständlich kann der gesamte Komplex aus Bremskraftverstärker und Hauptbremszylinder mehrere solcher Verbindungsstangen und Muttern umfassen, über die mehrere Zylinderfüße (die je nach Ausgestaltung auch als ein einziger Zylinderfuß aufgefasst werden können) fahrzeugseitig gesichert sind.
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Es versteht sich, dass die Bremskraftverstärker-Baugruppe noch weitere Elemente umfassen kann, insbesondere diejenigen, die dem eigentlichen Bremskraftverstärker zuzuordnen sind, bspw. das Gehäuse desselben, an dem der Zylinderfuß in eingebautem Zustand anliegt.
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Vorteilhaft ist die genannte Außenfläche in einem Winkel zwischen 20° und 70° zur axialen Richtung geneigt. Bei kleineren Winkeln ist die Ablenkwirkung gering bzw. das Ablenkelement müsste in axialer Richtung sehr lang ausgestaltet werden, um eine merkliche Ablenkung zu erzielen. Bei größeren Winkeln bildet das Ablenkelement eine Art Stirnfläche ähnlich derjenigen, die durch die Verbindungsstange, die Mutter oder die zu befestigende Fahrzeugkomponente (z. B. den Zylinderfuß) gegeben sind. In diesem Fall kann die Ablenkfunktion stark beeinträchtigt werden.
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Erfindungsgemäß ist das Ablenkelement kegelförmig ausgebildet. Es hat somit eine tangential vollständig umlaufende Oberfläche mit konstanter Neigung gegenüber der axialen Richtung. Selbstverständlich sind auch Abwandlungen hiervon möglich, bei denen die Neigung axial nach vorne (d. h. zu dem der Fahrzeugkomponente abgewandten Ende hin) zunimmt oder auch abnimmt. Es ist möglich, diese oder andere Ausgestaltungen dadurch zu variieren, dass die Oberfläche Nuten bzw. Einschnitte aufweist, die sich in axialer und/oder radialer Richtung erstrecken. Bei dieser Ausrichtung wird eine Gleitbewegung eines axialauftreffenden Bauteils entlang des Ablenkelements kaum beeinträchtigt, während sich das Gewicht des Ablenkelements reduziert.
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Während die Kegelform die höchste Symmetrie und somit die größte Flexibilität gegenüber der Position, in der ein anderes Bauteil auf das Ablenkelement auftrifft, bietet, sind auch andere Formen denkbar, bspw. eine Tetraederform, Pyramidenform (mit vier, fünf oder mehr Seitenflächen) oder sogar eine Dachform, bspw. in Fällen, in denen das Auftreffen eines Bauteils nur an einer bestimmten Stelle erfolgen kann bzw. das Ablenken gezielt in eine bestimmte Richtung erfolgen soll.
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Bevorzugt ragt das Ablenkelement wenigstens abschnittsweise in radialer Richtung über die Mutter hinaus. Hierdurch wird sichergestellt, dass – zumindest in dem betroffenen Abschnitt – ein axial auftreffendes Bauteil von der Mutter abgelenkt wird. Aufgrund der generellen Formgebung des Ablenkelements kann dieses insbesondere an seinem der Fahrzeugkomponente zugewandten Ende über die Mutter hinausragen. Es ist bei dieser Ausgestaltung weiter bevorzugt, dass das Ablenkelement tangential umlaufend überall über die Mutter hinausragt. Bei dieser Ausgestaltung bildet das Ablenkelement eine Art Hut oder Schild, der die Mutter abdeckt. Es ist hierbei als Variante auch denkbar, dass sich der Rand des Ablenkelements in axialer Richtung in den Bereich der Mutter hinein erstreckt, so dass die Mutter wenigstens teilweise innerhalb des Ablenkelements angeordnet ist.
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Des Weiteren ist bevorzugt, dass das Ablenkelement wenigstens abschnittsweise die Fahrzeugkomponente (also z. B. den Zylinderfuß) in radialer Richtung abdeckt. Die Funktion hierbei ist ähnlich wie oben geschildert bezüglich der Mutter, nämlich dass ein auftretendes Bauteil sicher von der Fahrzeugkomponente abgelenkt wird. Auf derjenigen Seite, an der der Zylinderfuß in den eigentlichen Körper des Zylinders übergeht, ist es nicht möglich, den Zylinderfuß vollständig abzudecken, was einer tangential vollständig umlaufenden Abdeckung wie bei der Mutter im Wege steht. Ähnliche Konstellationen sind auch bei anderen zu befestigenden Fahrzeugkomponenten gegeben. Selbstverständlich kann bei dieser Ausgestaltung das Ablenkelement die Fahrzeugkomponente in radialer Richtung nicht nur abdecken, sondern auch über diese hinausragen.
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Während die seitlichen Oberflächen des Ablenkelements bevorzugt schräg zur axialen Richtung verlaufen, kann der axial vorderste Teil, sofern er flächenmäßig klein ist, ggf. senkrecht zur axialen Richtung verlaufen. Dies gilt insbesondere dann, wenn aufgrund der Anordnung der anderen Bauteile ein Auftreffen in diesem Bereich ausgeschlossen werden kann. In einem solchen Fall könnte hier sogar eine axial verlaufende Ausnehmung vorgesehen sein. Daneben ist es denkbar, dass das Ablenkelement vorne spitz zuläuft, was bspw. bei einer idealen Pyramiden- oder Kegelform der Fall ist. Erfindungsgemäß ist das Ablenkelement an einem vorderen Ende, das heißt bei seiner kegelförmigen Ausgestaltung an seinem vorderen Endbereich, als an seiner Spitze abgerundet. Durch diese Form kann auch bei einem Auftreffen in diesem Bereich ein Abgleiten zur Seite eingeleitet werden. Der abgerundete Teil ist gemäß der Erfindung nach Art eines Kugelsegments ausgestaltet.
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Hinsichtlich der Befestigung des Ablenkelements an der Verbindungsstange bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. In aller Regel weist das Ablenkelement eine Ausnehmung auf, in der die Verbindungsstange aufgenommen ist. Das Ablenkelement kann bspw. aufgeschrumpft, aufgepresst, angeklebt oder angeschweißt werden. Vorteilhaft wird allerdings das ohnehin vorhandene Außengewinde der Verbindungsstange, auf dem die Mutter aufsitzt, zur Befestigung genutzt. In diesem Fall weist das Ablenkelement ein Innengewinde auf, das mit dem Außengewinde der Verbindungsstange eingreift. Mit anderen Worten, das Ablenkelement ist auf die Verbindungsstange aufgeschraubt.
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Um das Ablenkelement mit einem Werkzeug aufschrauben zu können sind verschiedene Varianten denkbar. Zum einen kann in die Front/Spitze des Ablenkelements in axialer Richtung eine Aufnahme für ein Schraubwerkzeug eingebracht werden (Innensechskant, Torx, etc.) zum anderen können seitlich zwei parallele Flanken an das Ablenkelement gefräst werden, die den Einsatz eines Schraubenschlüssels zur Verschraubung zulassen. Als dritte Variante wäre auch eine feste Verbindung (bspw. Verschweißung) mit einer zwischen der zu befestigenden Komponente und dem Ablenkelement positionierten Mutter oder mutterartigen Komponente denkbar, wobei das Innengewinde in Mutter und Ablenkelement konsistent geschnitten sein müsste, hier dient dann die Mutter dem Werkzeug als Angriffspunkt für die Verschraubung des Ablenkelements. Im letzten Fall bilden Mutter und Ablenkelement eine einstückige oder einteilige Komponente.
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1A zeigt eine Schnittansicht einer Baugruppe gemäß dem Stand der Technik.
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1B zeigt die Baugruppe aus 1A sowie ein auftreffendes Objekt. Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von unterschiedlichen, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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2A eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
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2B eine axiale Ansicht der Baugruppe aus 2A;
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2C eine Schnittansicht der Baugruppe aus 2A sowie ein auftreffendes Objekt; und
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3 eine perspektivische Darstellung des Ablenkelements der Baugruppe aus 2A und 2B.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt in Detailansicht eine Schnittdarstellung einer Baugruppe 1a, genauer gesagt einer Bremskraftverstärker-Baugruppe, gemäß dem Stand der Technik. Hierbei ist ein Zylinderfuß 2 eines Hauptbremszylinder mittels einer Verbindungsstange 3 an einer hinreichend stabilen Aufnahme (nicht dargestellt) eines Kraftfahrzeugs befestigt. Die Verbindungsstange 3, die sich entlang einer axialen Richtung X erstreckt, ist hierbei durch das Gehäuse 8 eines Bremskraftverstärkers sowie durch den Zylinderfuß 2 hindurch geführt. Im vorliegenden Beispiel stimmt die axiale Richtung mit der X-Achse (Längsachse) des Kraftfahrzeugs überein. In axialer Richtung X vor dem Zylinderfuß 2 ist eine Mutter 6 auf ein Außengewinde 4 der Verbindungsstange 3 aufgeschraubt, wodurch auf den Hauptbremszylinder wirkende Kräfte über die Mutter 6 auf die Verbindungsstange 3 übertragen werden. In axialer Richtung hinter dem Gehäuse 8 ist an der Verbindungsstange 3 ein Kragen 5 ausgebildet. Zwischen dem Kragen 5 und dem Gehäuse 8 ist ein Dichtungsring 7 (der hier vereinfacht dargestellt ist) angeordnet. Der Kragen 5 sowie der Dichtungsring 7 dienen zum einen der Sicherung gegen axiale Verschiebung, zum anderen stellen sie sicher, dass innerhalb des Gehäuses 8 ein Unterdruck erzeugt werden kann, der für die Funktion des Bremskraftverstärkers wesentlich ist.
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Sowohl die Verbindungsstange 3, als auch die Mutter 6 sowie der Zylinderfuß 2 weisen senkrecht zur axialen Richtung X verlaufende Stirnflächen 9, 10, 11 auf. Des Weiteren ist zu beachten, dass die Verbindungsstange 3 in axialer Richtung X praktisch nicht verformt werden kann und insoweit bei einem Unfall keine Energie aufnimmt. Dies wird in 1B illustriert, die neben der Baugruppe 1a auch in stark schematisierter Form ein auftreffendes Bauteil 100, z. B. einen Motorblock, eine Getriebekomponente oder eine Batterie des Fahrzeugs, zeigt. Wie durch den Pfeil dargestellt, bewegt sich das Bauteil 100 in axialer Richtung X auf die Baugruppe 1a zu und trifft auf die senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung verlaufende Stirnfläche 10. Ggf. könnte es auch auf eine der anderen Stirnflächen 9, 11 treffen. Hierbei entstehen praktisch nur Kräfte in axialer Richtung X, die an die Verbindungsstange 3 weitergegeben werden. Da diese in der genannten Richtung praktisch nicht verformbar ist, wird sie also axial durch den Motorraum in Richtung auf den Fahrerbereich gedrückt. Dies bedeutet ein erhebliches Sicherheitsrisiko.
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Die genannten Nachteile werden bei der in 2A–2C dargestellten erfindungsgemäßen Baugruppe 1 vermieden. Diese ist überwiegend gleich ausgestaltet wie die in 1A und 1B dargestellte Baugruppe 1a und wird insoweit nicht nochmals beschrieben. Allerdings ist auf das Außengewinde 4 der Verbindungsstange 3 ein Ablenkelement 12 aufgeschraubt. Das aus Stahl gefertigte Ablenkelement 12, das in 3 alleine in perspektivischer Ansicht dargestellt ist, ist grob kegelförmig ausgebildet und weist an seiner Unterseite eine axial verlaufende Bohrung 13 mit einem Innengewinde 14 auf, das im zusammengebauten Zustand mit dem Außengewinde 4 der Verbindungsstange 3 eingreift. Wie in 2A erkennbar, ist das Ablenkelement 12 axial vor der Mutter 6 angeordnet, wobei eine kegelstumpfartige Mantelfläche 15 in einem Winkel von etwa 30° gegenüber der axialen Richtung X geneigt ist. Die Mantelfläche 15 geht in einen Endbereich 16 des Ablenkelements 12 über, die in etwa kugelsegmentartig abgerundet ist. Wie insbesondere aus der axialen Ansicht in 2B erkennbar ist, sind die Abmessungen des Ablenkelements 12 hierbei so gewählt, dass es in radialer Richtung über die Mutter 6 hinausragt und abschnittsweise den Zylinderfuß 2 abdeckt. Insbesondere sind die Stirnflächen 9 und 10 vollständig abgedeckt und die Stirnfläche 11 wenigstens teilweise.
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Die Funktion des Ablenkelements 12 wird nun mit Bezug auf 2A beschrieben, die wiederum ein auftreffendes Bauteil 100 zeigt. Das Bauteil 100 trifft nunmehr nicht auf die senkrecht zu seiner ursprünglichen Bewegungsrichtung verlaufenden Stirnflächen 9, 10, 11 sondern auf die schräg stehende Mantelfläche 15. Aufgrund deren Neigung entsteht eine quer zur axialen Richtung X verlaufende Kraftkomponente, durch die das Bauteil 100 leicht seitlich abgelenkt wird, wie durch den Bewegungspfeil angedeutet. Eine unmittelbare Kollision des Bauteils 100 mit der Verbindungsstange 3, der Mutter 6 oder dem Zylinderfuß 2 wird somit unterbunden und stattdessen trifft das Bauteil 100 ggf. auf das Gehäuse 8, das wesentlich leichter zu verformen ist und somit einen effektiven Bestandteil der Deformationszone bildet.
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Während die Kraft auf das Bauteil 100 dessen Ablenkung bewirkt, führt die entsprechende Gegenkraft auf das Ablenkelement 12, das mit der Verbindungsstange 3 verbunden ist, dazu, dass Letztere verbogen wird. Während die Verbindungsstange 3 nämlich in axialer Richtung X praktisch nicht verformbar ist, kann sie durch die bei einem Unfall auftretenden Kräfte in nennenswertem Maße quer zur axialen Richtung X verbogen werden, wodurch wiederum Energie aufgenommen wird. Die Verbiegung geht hierbei in der Regel einher mit einer Verformung des Gehäuses 8 sowie ggf. anderer Komponenten wie des Zylinderfußes 2. Im vorliegenden Fall trifft das Bauteil 100 unmittelbar auf die Mantelfläche 15. Alternativ könnte der erste Kontakt auch im abgerundeten Endbereich 16 auftreten. Aufgrund der abgerundeten Form desselben kann auch hier verhindert werden, dass sich das Bauteil 100 verfängt. Normalerweise gleitet es vom Endbereich 16 und weiter seitlich über die Mantelfläche 15 ab.
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Das Ablenkelement 12 ist vergleichsweise einfach in der Herstellung und kann in eine Vielzahl von Baugruppen integriert werden. Die Effektivität der Deformationszone wird hierdurch deutlich gesteigert, ohne dass eine der anderen Komponenten hinsichtlich ihrer Größe oder Lage verändert werden muss.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1a
- Bremskraftverstärker-Baugruppe
- 2
- Zylinderfuß
- 3
- Verbindungsstange
- 4
- Außengewindes
- 5
- Kragen
- 6
- Mutter
- 7
- Dichtungsring
- 8
- Gehäuse
- 9, 10, 11
- Stirnfläche
- 12
- Ablenkelement
- 13
- Bohrung
- 14
- Innengewinde
- 15
- Mantelfläche
- 16
- Endbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2317331 A [0005]
- WO 02/22418 A1 [0006]
- DE 4202820 A1 [0006]
