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Die
Erfindung betrifft eine Stoßfängeranordnung
für ein
Kraftfahrzeug, gemäß den Merkmalen
im Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Stoßfängeranordnung
zählt durch
die
US 3,899,047 zum
Stand der Technik. Sie umfasst ein Rohrelement aus zwei Rohrlagen,
die mit wulstförmigen
Längenabschnitten
ineinander greifen. Die Stirnseite des übergreifenden wulstförmigen Längenabschnitts
der äußeren Rohrlage
ist mit der Oberfläche
eines zylindrischen Längenabschnitts
der eingreifenden inneren Rohrlage durch eine Kehlnaht verschweißt. Hierdurch
wird eine Sollbruchstelle gebildet. An Stelle der Verschweißung kann
auch eine die sich überlappenden
Längenabschnitte
der beiden Rohrlagen quer durchsetzende Schraube als Sollbruchstelle
vorgesehen werden.
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Der
Verdrängungskörper wird
ebenfalls durch ein Rohrelement gebildet, das mit einem wulstförmigen Längenabschnitt
in einen wulstförmigen Längenab schnitt
der inneren Rohrlage eingreift. Das freie Ende der inneren Rohrlage
ist mit dem Verdrängungskörper durch
eine Sollbruchstelle entweder in Form einer umfangsseitigen Kehlnaht
oder einer Schraube verbunden.
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Wird
auf die Stoßfängeranordnung
in Längsrichtung
eine Belastung ausgeübt,
die größer ist
als der durch die Sollbruchstellen gebildete Widerstand, werden
die Sollbruchstellen nacheinander zerstört und dann zunächst der
Verdrängungskörper in
die innere Rohrlage und anschließend die beiden Rohrlagen axial
ineinander geschoben. Hierbei wirken die jeweils eingreifenden wulstförmigen Längenabschnitte
als Verdrängungskörper, welche
die an die übergreifenden
wulstförmigen
Längenabschnitte
angrenzenden zylindrischen Längenabschnitte
der Rohrlagen in Axialrichtung fortschreitend aufweiten und hierbei
Aufprallenergie in Verformungsenergie umwandeln. Zu diesem Zweck
bestehen die beiden ineinandergreifenden Rohrlagen aus einem Material, das
eine größere radiale
Dehnbarkeit zulässt.
Es ist also plastifizierbar und verändert sich auch in der Wanddicke.
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Gegebenenfalls
kann der wulstförmige
Längenabschnitt
der inneren Rohrlage noch mit einer inneren Verstärkung versehen
sein, um die in Axialrichtung fortschreitende Querschnittsvergrößerung der zylindrischen
Längenabschnitte
der beiden Rohrlagen auch sicher zu stellen.
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Die
bekannte Stoßfängeranordnung
weist aufgrund ihrer Ausgestaltung eine Charakteristik auf, bei
welcher die Umwandlung der Aufprallenergie in Verformungsenergie
nach einem Aufrall stark ansteigt und danach auf einem hohen Niveau
verbleibt. Dies hat zur Folge, dass die Belastungen eines Fahrzeuginsassens
während
dieses gesamten Zeitintervalls bis an die biomechanische Belastungsgrenze heran
geführt
werden.
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Der
Erfindung liegt – ausgehend
vom Stand der Technik – die
Aufgabe zugrunde, eine Stoßfängeranordnung
für ein
Kraftfahrzeug zu schaffen, die bei der Umwandlung von Aufprallenergie
in Verformungsenergie unkritische biomechanische Belastungswerte
für einen
Fahrzeuginsassen gewährleisten
kann.
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Diese
Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmalen gelöst.
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Wesentlich
an der Erfindung ist zunächst
der Sachverhalt, dass die Rohrlagen mit ihren einander benachbarten
Oberflächen über den
wesentlichen Teil der axialen Länge
des Rohrelements aneinander liegen. Diese Oberflächen stehen daher in einem Reibungskontakt.
Wird bei einem Aufprall der Verdrängungskörper durch die innere Rohrlage
bewegt, weitet sich diese bei gleich bleibender Wanddicke radial
auf und verschiebt sich in Umfangsrichtung relativ zu der benachbarten
Rohrlage, die sich ebenfalls radial aufweitet, ohne dass aber ihre
Wanddicke verändert
wird.
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Auf
diese Weise kann gewährleistet
werden, dass bei einem Aufprall erst die Sollbruchstelle zwischen
der inneren Rohrlage und der benachbarten Rohrlage zerstört und hierbei
ein zeitlich kurzer Impuls erzeugt wird, der geringfügig oberhalb
des Grenzwerts der biomechanischen Belastung eines Fahrzeuginsassens
liegt. Danach fällt
die biomechanische Belastung jedoch deutlich unter den Grenzwert,
wobei eine allmähliche
Umwandlung der Aufprallenergie in Verformungsenergie erfolgt.
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Bei
der Erfindung findet folglich unmittelbar nach einem Aufprall eine
Energieumwandlung auf kurzzeitig sehr hohem kritischen Belastungsniveau statt.
Anschließend
liegt sie jedoch im weiteren Verlauf längerfristig deutlich unterhalb
der biomechanischen Belastungsgrenzwerte für einen Fahrzeuginsassen.
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Die
Charakteristik des verformbaren Rohrelements kann ferner dadurch
noch gezielter eingestellt werden, dass in den Rohrlagen Segmentierungen
und/oder Aussparungen vorgesehen werden.
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Insgesamt
führt die
Erfindung durch wenige Fügestellen
zu einer kompakten Bauweise. Die Herstellung des Erfindungsgegenstands
erfordert nur einfache Fertigungsoperationen, wodurch auch ihre Steuerbarkeit
sehr gut gewährleistet
werden kann.
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Eine
einfache Befestigung des Rohrelements mit dem Längsträger wird nach Anspruch 2 darin
erblickt, dass an einem 1. Ende des Rohrelements die äußere Rohrlage
mit radial abgebogenen Fixierstegen versehen ist. Zweckmäßig werden
jeweils drei um jeweils 120° zueinander
versetzte Fixierstege vorgesehen. Diese können in bekannter Weise mit dem
Längsträger gefügt, vorzugsweise
verschweißt, werden.
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Das
hohe Belastungsniveau unmittelbar nach einem Aufprall kann gemäß Anspruch
3 dadurch auf einen sehr kurzen Zeitraum beschränkt werden, dass die Sollbruchstelle
am 2. Ende des Rohrelements durch einen Schweißpunkt gebildet ist. Es wird
also keine linien- oder sogar flächenförmige Fügestelle
vorgesehen.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung besteht in den Merkmalen des Anspruchs 4. Danach ist
das Rohrelement als spiralförmig
gefertigtes Wickelrohr ausgebildet. Über die Anzahl der aufeinander
gleitenden Rohrlagen (Wickellagen) kann das Belastungsniveau eines
Fahrzeuginsassens nach dem ersten kurzzeitigen Impuls gesteuert
werden.
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In
diesem Zusammenhang ist es gemäß Anspruch
5 von Vorteil, dass das Rohrelement über den größten Teil seiner Länge aus
einer mindestens zweilagig gewickelten Platine gebildet und im Bereich
der Sollbruchstelle nur eine Überlappung
von Randbereichen der Platine vorgesehen ist. Diese Gestaltung ermöglicht eine
genaue Fixierung der Sollbruchstelle ohne die großflächigen Reibkontakte
der einander benachbarten Oberflächen
der Rohrlagen zu beeinträchtigen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung wird in den Merkmalen des Anspruchs 6 erblickt. Danach
sind die Rohrlagen des Rohrelements aus Schlitzhülsen gebildet. Diese weiten
sich bei einer axialen Verlagerung des Verdrängungskörpers auf und gleiten hinsichtlich
der einander benachbarten Oberflächen
reibend aufeinander. Auch ihre Wanddicken bleiben unverändert. Über die
Anzahl der Rohrlagen kann auch bei dieser Ausführungsform das Energieumwandlungsverhalten
gezielt beeinflusst werden.
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Um
eine einwandfreie Umwandlung der Aufprallenergie in Verformungsenergie
zu gewährleisten,
sehen die Merkmale des Anspruchs 7 vor, dass sich der Querschnitt
des Verdrängungskörpers in Richtung
zum Fügebereich
mit dem Längsträger verjüngt.
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Nach
Anspruch 8 ist der Verdrängungskörper insbesondere
kegelstumpfartig ausgebildet. Hierdurch kann ein einwandfreies radiales
Aufweiten der Rohrlagen erzielt werden.
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Schließlich ist
es nach Anspruch 9 noch vorstellbar, dass der Verdrängungskörper mit
dem Rohrelement durch einen Scherbolzen gekoppelt ist. Der Scherbolzen
dient hierbei insbesondere in der Bereitschaftsposition zur Lagefixierung
des Verdrängungskörpers relativ
zum Rohrelement.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 im
schematischen vertikalen Längsschnitt
eine Stoßfängeranordnung
für ein
Kraftfahrzeug;
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2 einen
vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der 1 entlang
der Linie II-II, in Richtung der Pfeile IIa gesehen;
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3 einen
vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der 1 entlang
der Linie III-III, in Richtung der Pfeile IIIa gesehen;
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4 einen
vertikalen Querschnitt durch ein Rohrelement einer Stoßfängeranordnung
gemäß einer
weiteren Ausführungsform
und
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5 im
Schema eine Abwicklung des Rohrelements gemäß der 3.
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In
der 1 ist mit 1 eine Stoßfängeranordnung für ein ansonsten
nicht näher
dargestelltes Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen,
bezeichnet.
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Die
Stoßfängeranordnung 1 umfasst
ein Rohrelement 2, das, wie bei gemeinsamer Betrachtung
der 1 bis 3 zu erkennen ist, als spiralförmig gefertigtes
Wickelrohr ausgebildet ist. Dazu gelangt eine in der 5 in
gestreckter Lage gezeichnete Platine 3 aus einem geeigneten
metallischen Werkstoff zum Einsatz. Die Platine 3 ist so L-förmig von
einem überall
eine gleiche Dicke aufweisenden Blech abgeteilt, dass der Längenabschnitt
L der Platine 3 bzw. des Rohrelements 2 gemäß den 1 und 2 nur
zweilagig gewickelt wird und sich hier lediglich die Randbereiche 4 und 5 überlappen.
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Dieser
Längenabschnitt
L zuzüglich
des restlichen Längenabschnitts
L1 besitzt eine gestreckte Länge 2,
welche gemäß den 1 und 3 eine dreilagige
Wicklung erlaubt. Diese drei Rohrlagen 6, 7, 8 liegen
mit ihren einander benachbarten Oberflächen 9, 10,
bzw. 11, 12 demzufolge über den wesentlichen Teil L1 der Gesamtlänge GL des Rohrelements 2 aneinander.
Nur im Längenabschnitt
L ist eine solche Zweilagigkeit vorgesehen, bei welcher sich lediglich
die Randbereiche 4, 5 der Rohrlagen 6, 7 überlappen.
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In
diesem Überlappungsbereich
ist auch eine Sollbruchstelle 13 in Form eines Schweißpunkts vorgesehen
(2).
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An
die äußere Rohrlage 8 des
Rohrelements 2 sind an einem 1. Ende 14 drei
um 120° zueinander versetzte
Fixierstege 15 vorgesehen, die von der Längsachse 16 der
Stoßfängeranordnung 1 abgewandt
sind (1 und 3). Über die Fixierstege 15 wird
die äußere Rohrlage 8 mit
einem Längsträger 17 des
Kraftfahrzeugs gefügt,
z. B. geschweißt.
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In
der 5 sind die Fixierstege 15 in der Ebene
der Platine 3 dargestellt.
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Wie
die 1 ferner erkennen lässt, greift in die innere Rohrlage 6 an
einem 2. Ende 18 des Rohrelements 2 ein Verdrängungskörper 19 ein,
der kegelstumpfförmig
ausgebildet ist. Dieser Verdrängungskörper 19 ist
mit einem Querträger 20 des Kraftfahrzeugs
gekoppelt.
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Zur
Lagefixierung von Verdrängungskörper 19 und
Rohrelement 2 in der Bereitschaftsposition der Stoßfängeranordnung 1 ist
der Verdrängungskörper 19 mit
dem Rohrelement 2 durch einen Scherbolzen 21 gekoppelt,
der keinen nennenswerten Widerstand gegen Abscheren leistet.
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Findet
ein Aufprall statt, der den Widerstand der Sollbruchstelle 13 überwindet,
so erfolgt zunächst
eine Umwandlung der Aufprallenergie in Verformungsenergie auf einem
kurzzeitig sehr hohen kritischen Belastungsniveau für einen
Fahrzeuginsassen. Unmittelbar danach wandert der Verdrängungskörper 19 in
die innere Rohrlage 6 des Rohrelements 2 und weitet
die innere Rohrlage 6 bei gleich bleibender Wanddicke WD
radial auf. Hierbei erfolgt eine umfangsseitige Relativverschiebung
der benachbarten Oberflächen 9, 10,
bzw. 11, 12 angrenzender Rohrlagen 6, 7 bzw 7, 8 mit
dem entsprechenden Reibungskontakt. Das hierdurch für einen
Fahrzeuginsassen hervorgerufene Belastungsniveau liegt langfristig
deutlich unterhalb biomechanischer Belastungsgrenzwerte.
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Entsprechend
der Ausführungsform
der 4 kann das Rohrelement 2a auch durch
Rohrlagen 22, 23, 28 in Form von drei
Schlitzhülsen
gebildet sein.
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Nach
einer Zerstörung
einer Sollbruchstelle 13 zwischen den beiden Rohrlagen 22, 23 wird
durch die axiale Verlagerung des Verdrängungskörpers 19 die innere
Rohrlage 22 unter Vergrößerung der Schlitzbreite 24 aufgeweitet,
was gleichzeitig dazu führt,
dass unter Vergrößerung der
Schlitzbreiten 25 die mittlere Rohrlage 23 sowie
die äußere Rohrlage 28 ebenfalls
aufgeweitet werden. Auch hier erfolgt ein Reibungskontakt durch
die aneinander liegenden Oberflächen 26, 27 der
Rohrlagen 22, 23 sowie 29, 30 der
Rohrlagen 23, 28.
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Wie
im Falle der Ausführungsform
der 1 bis 3 und 5 ist auch
bei der Ausführungsform
der 4 die äußere Rohrlage 28 mit
Fixierstegen 15 zum Festlegen an einem Längsträger 17 eines
Kraftfahrzeugs versehen. Ferner erstreckt sich die äußere Rohrlage 28 in
Anlehnung an die Darstellung der 1 nicht über die
Gesamtlänge
GL des Rohrelements 2a, sondern nur über den Längenabschnitt L1.
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In
der 5 ist noch angedeutet, dass in der Platine 3 Aussparungen 31 beliebiger
Konfiguration vorgesehen sein können,
mit denen die Charakteristik des fertigen Rohrelements 2 gezielter
eingestellt werden kann.
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Auch
in den Rohrlagen 22, 23, 28 des Rohrelements 2a können derartige
Segmentierungen 31 vorgesehen werden.
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- 1
- Stoßfängeranordnung
- 2
- Rohrelement
- 2a
- Rohrelement
- 3
- Platine
- 4
- Randbereich
v. L
- 5
- Randbereich
v. L
- 6
- Rohrlage
v. 2
- 7
- Rohrlage
v. 2
- 8
- Rohrlage
v. 2
- 9
- äußere Oberfläche v. 6
- 10
- innere
Oberfläche
v. 7
- 11
- äußere Oberfläche v. 7
- 12
- innere
Oberfläche
v. 8
- 13
- Sollbruchstelle
- 14
- 1.
Ende v. 2
- 15
- Fixierstege
- 16
- Längsachse
v. 1
- 17
- Längsträger
- 18
- 2.
Ende v. 2
- 19
- Verdrängungskörper
- 20
- Querträger
- 21
- Scherbolzen
- 22
- Rohrlage
in Form einer Schlitzhülse
- 23
- Rohrlage
in Form einer Schlitzhülse
- 24
- Schlitzbreite
v. 22
- 25
- Schlitzbreiten
v. 23 u. 28
- 26
- äußere Oberfläche v. 22
- 27
- innere
Oberfläche
v. 23
- 28
- Rohrlage
in Form einer Schlitzhülse
- 29
- äußere Oberfläche v. 23
- 30
- innere
Oberfläche
v. 28
- 31
- Segmentierungen
in 3
- L
- Längenabschnitt
v. 2
- L1
- Längenabschnitt
v. 2, 2a
- L2
- gestreckte
Länge v. 2, 3
- GL
- Gesamtlänge v. 2, 2a
- WD
- Wanddicke
v. 6, 7, 8 bzw. 22, 23, 28