DE19625295A1 - Deformationselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Deformationselement gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Ein gattungsgemäßes Deformationselement ist bekannt geworden aus der DE-OS-20 59 197 (B60 R21/02). Diese Schrift zeigt am Beispiel einer Halterung für einen Handgriff ein Deformationselement, bei dem im Falle einer unfallbedingten Belastung mehrere Ele­ mentabschnitte teleskopartig ineinandergeschoben werden können. In Ihrer Ausgangsstel­ lung sind die Elementabschnitte über eine statisch schwache Ausbildung miteinander gekoppelt. Bei Überschreitung einer vorgegebenen Aufbaukraft wird die als Sollbruchstelle wirksame statisch schwache Ausbildung zerstört, so daß die einzelnen Elementabschnitte energieverzehrend ineinandergeschoben werden können. Nachteilig an einer Ausbildung als Sollbruchstelle ist jedoch die Tatsache, daß die Umwandlung von Bewegungsenergie in Verformungsenergie durch den Abriß der Sollbruchstellen stufenweise erfolgt. Damit wird bei der Zusammenstauchung des Deformationselementes nur ein kleiner Anteil des Stauchweges zum Energieverzehr genutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gattungsgemäße Deformationselemente im Hin­ blick auf ihr Energieumwandlungsvermögen zu optimieren. Es soll also bei vorgegebenem Verformungsweg ein erhöhter Energieverzehr bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Deformationselement gemäß dem Patentanspruch 1. Die Unteransprüche 2 bis 7 betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen dieses Defor­ mationselementes. Der Gegenstand des Patentanspruches 8 betrifft eine Lenksäulenver­ kleidung, in die erfindungsgemäße Deformationselemente in besonders vorteilhafter Weise integriert sind.

Erfindungsgemäß ist die statisch schwache Ausbildung zwischen ineinander verschiebba­ ren Elementabschnitten also nicht als Sollbruchstelle ausgeführt, sondern als Bestandteil eines Stülpringkanals, der in einem Übergangsbereich zwischen zwei Elementabschnitten zumindest abschnittsweise eine von den Elementabschnitten abstehende Stülpwand auf­ weist. Bei Überschreitung einer vorgegebenen Aufprallkraft reißt die Schwachstelle also zunächst nicht auf, sondern knickt nach innen ein und zieht dabei die nach außen abstehende Stülpwand nach innen mit ein. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß selbst bei späterem Abreißen der Schwachstelle die Reibung zwischen den gegeneinander zu verschiebenden Elementabschnitten so groß ist, daß beim weiteren Zusammenstauchen auch über den Abrißzeitpunkt hinaus noch Energie verzehrt wird.

Durch einfache Variation der Wandstärke von Schwachstelle und Stülpwand kann jede be­ liebige Kraft-Weg-Kennung eingestellt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Wandstärken der Stülpwand und der Schwachstelle in etwa gleich groß, um so bei einem aus einem spritzfähigen Kunststoff hergestellten Deformationselement im Formwerk­ zeug gute Formfüllungs- und Erstarrungseigenschaften gerade in den für den Umformvor­ gang besonders wichtigen Übergangsbereichen zwischen den Elementabschnitten einstel­ len zu können.

Mit gemäß dem Patentanspruch 2 ausgefüllten Deformationselementen kann insbesondere der Stülpvorgang sehr gut reproduzierbar eingestellt werden.

Hervorzuheben ist außerdem, daß die Innenkonturen der erfindungsgemäß ausgefüllten Deformationselemente mit besonders einfach gestalteten Schiebern in einem Kunst­ stoffspritzwerkzeug erzeugt werden können. Dies erleichtert insbesondere auch die materialeinheitliche Integration erfindungsgemäßer Deformationselemente in Anbauteilen, wie sie insbesondere im Fahrzeugbau häufig Verwendung finden. So hat sich beispielswei­ se bei praktischen Versuchen herausgestellt, daß bei Lenksäulenverkleidungen die Wand­ stärke der Elementabschnitte in etwa genauso groß gewählt werden kann, wie bei dem Verkleidungsteil selbst. Auf diese Weise können also gute Formfüllungseigenschaften beim Herstellungsprozeß kombiniert werden mit einem ausreichenden Energieabsorptions­ vermögen im Belastungsfall.

Der Einsatz von Deformationselementen im Bereich von Lenksäulenverkleidung ist prinzi­ piell bekannt. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die Schriften DE-OS 24 39 916 (B60 R21/04), US 47 73 674 (B60 R21/05), US 49 46 192 (B60 R21/04), US 52 01 544 (B60 R21/04), US 43 49 214 (B60 R21/04) und DE-42 11 964-A1 (B60 R21/02) hingewie­ sen. Aus all diesen Entgegenhaltungen geht hervor, daß das eigentliche Verkleidungsteil stets von einem Deformation steil entkoppelt ist. Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Lenksäulenverkleidung das Verkleidungsteil selbst durch entsprechende Plazierung erfindungsgemäß ausgebildeter Deformationselemente als Energieabsorptions­ element ausgeführt. Die Zusammenfassung von Deformationselement und Verkleidungsteil zu einem Bauteil verringert den Montageaufwand, ohne daß Einbußen bei der Rückhalte­ wirkung hinzunehmen sind. Darüber hinaus wird die gesamte Energieabsorptionseinrich­ tung auch leichter, und zwar insbesondere dann, wenn als Werkstoff für das Verkleidungs­ teil beispielsweise PP oder ABS verwendet wird. Hinsichtlich der optischen Anmutung kön­ nen derartige Verkleidungsteile so hochwertig ausgeführt sein, daß keine weiteren Ab­ deckungen oder Aufpolsterungen notwendig sind.

Als besonders vorteilhafter Anwendungsfall für die erfindungsgemäßen Deformationsele­ mente können beispielsweise auch Verkleidungsteile angesehen werden, die vertikale Säulen des Fahrzeugs bedecken. Das betrifft insbesondere die sogenannten B- oder C-Säulen, die gerade bei Seitenaufprallunfällen ein hohes Kopfverletzungsrisiko darstellen. Mit mehreren über die Länge der jeweiligen Säulen verteilten Deformationselementen kön­ nen auch die nachteiligen Folgen eines Kopfaufschlages spürbar gemindert werden.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Deformationselement mit einer relativ weichen Kraft-Weg-Kennung,

Fig. 2 ein relativ kurz bauendes Deformationselement mit einer relativ großen Kraft-Weg-Kennung,

Fig. 3 eine Lenksäulenverkleidung mit gemäß den Fig. 1 und 2 ausgeführten Deformationselementen in einer Vorderansicht und

Fig. 4 die Lenksäulenverkleidung gemäß Fig. 3 in einer Draufsicht.

Gleiche Bauteile bzw. Bauteilabschnitte weisen in allen Figuren die gleiche Bezifferung auf.

Man erkennt in Fig. 1 in einer Querschnittsdarstellung ein erstes Deformationselement 1 dessen hier nicht weiter bezeichneter Grundkörper im wesentlichen drei Elementabschnitte 2a bis 2c aufweist. Diese sind zueinander teleskopierend angeordnet und ermöglichen bei Krafteinleitungen gemäß den Pfeilen F eine gegenseitige Durchdringung. Zwischen den Elementabschnitten 2a und 2b bzw. 2b und 2c sind Übergangsbereiche 3a und 3b vorgese­ hen, deren wesentliche Merkmale hier umlaufende Schwachstellen 4a bzw. 4b und hier um­ laufende Stülpwände 5a bzw. 5b sind. Letztere stehen von Fußbereichen 6a bzw. 6b der Elementenabschnitte 2a bzw. 2b ab und bilden somit einen hier ringförmigen Stülpkanal. Bei Einleitung von Aufprallkräften in einem Fußbereich 6c des Elementabschnittes 2c wer­ den die Stülpwände 5a und 5b nach innen gestülpt, sobald ein teleskopartiges Ineinander­ schieben der Elementabschnitte 2a bis 2c erfolgt. Die Abstützung des gesamten Deforma­ tionselementes 1 erfolgt in einem Fahrzeug an einem hier nur symbolisch dargestellten Aufbauteil 7. Ein solches Aufbauteil kann die Karosserie selbst oder aber ein an dieser befestigter Träger sein. Aus der Zeichnung wird deutlich, daß die Schwachstellen 4a, 4b und die Stülpwände 5a, 5b in etwa die gleiche Wandstärke aufweisen. Auf diese Weise wird in dem die Übergangsbereiche 3a, 3b betreffenden Zonen eine Materialanhäufung vermieden.

Besonders hervorzuheben ist an dieser Stelle auch, daß die Innenwand des Deformationse­ lementes 1 im Bereich der Schwachstellen 4a und 4b, also die Bodenpartie der ringförmi­ gen Stülpkanals, kegelstumpfartig ausgeführt ist. Diese Gestaltung ermöglicht den Einsatz konstruktiv besonders einfach ausgeführter Formwerkzeug-Schieberelemente. Diese kön­ nen als einfache Drehteile besonders kostengünstig hergestellt werden. Die Ausformung der hier nicht weiter dargestellten Schieberelemente wird durch hier mit der Bezeichnung a angedeutete Schrägen unterstützt.

Die durch die Stülpwände 5a, 5b sich ergebenden Ringkanäle weisen einen im wesentli­ chen U-förmigen Querschnitt auf. Dabei laufen vom Kanalboden ausgehend auch die Wangen des U leicht auseinander, so daß auch die Stülpwände 5a, 5b leicht ausgeformt werden können.

Der erfindungsgemäß angestrebte Stülpeffekt wird besonders gut beherrschbar dann erreicht, wenn die Durchmesser der Außenwände des jeweils eindringenden Elementab­ schnittes kleiner ausgeführt sind als die Durchmesser der Innenwände der jeweils aufneh­ menden Elementabschnitte. Die gezielte Rücksetzung der eindringenden Außenwände ge­ genüber den aufnehmenden Innenwänden sorgt für einen möglichst späten Abriß der Schwachstellen 4a, 4b oder ermöglicht sogar die vollständige Vermeidung des Abrisses. Je nach gewünschter Kraft-Weg-Kennung können die Wandstärken der Schwachstellen 4a 4b und der Stülpwände 5a, 5b einerseits und der Betrag der jeweiligen Rücksetzungen variiert werden.

Das in Fig. 2 dargestellte Deformationselement 1′ ist ebenfalls im unverformten Zustand dargestellt. Abweichend von der in Fig. 1 dargestellten Variante ist jedoch der Durchmes­ ser der Elementabschnitte 2a′ bis 2c′ größer und deren Längsausdehnung kleiner gewählt. In einem Deckelbereich 8 ist außerdem noch eine Bohrung 9 vorgesehen, die von einem hier nur symbolisch dargestellt Befestigungselement 10 (beispielsweise einer Schraube oder einem Niet) durchdringbar ist. Das Deformationselement 1′ kann damit also auch als Halterung eines materialeinheitlich daran angeformten Verkleidungsteils verwendet werden. Der Durchmesser des Deformationselementes 1′ ist in diesem Fall so groß, daß problemlos ein beispielsweise motorisch betriebener Schraubendreher zur Beaufschlagung des Befesti­ gungselementes 10 verwendet werden kann.

Am Beispiel einer Lenksäulenverkleidung 11 ist in Fig. 3 eine typische Einbausituation für die erfindungsgemäße Deformationselemente 1 bzw. 1′ dargestellt. Im Bereich einer hier nur über eine Achse 12 angedeuteten Lenkspindel ist das hier vergleichsweise kurze und mit einer härteren Kraft-Weg-Kennung ausgelegte Deformationselement 1′ angeordnet. In einem von der Lenkspindel 12 abgewandten Bereich befindet sich dem gegenüber das Deformationselement 1.

Aus der Draufsicht in Fig. 4 ist erkennbar, daß je nach den baulichen Gegebenheiten in einem Fahrzeug die Anordnung der Deformationselemente 1 bzw. 1′ im Prinzip frei wählbar ist. Die Anzahl der jeweils benötigten Deformationselemente kann ebenfalls frei gewählt werden. Auch die Anzahl von Elementabschnitten in einem Deformationselement ist über die Anzahl von zwei hinaus beliebig wählbar. Auf Knautschzonen, wie sie in der gattungs­ bildenden DE-OS-20 59 197 beschrieben sind, kann daher verzichtet werden. Zu berück­ sichtigen ist auch, daß die Verwendung erfindungsgemäßer Deformationselemente die Gestaltungsfreiheit beliebiger Anbauteile in keiner Weise beeinträchtigt. Damit ergibt sich insbesondere im Fahrzeugbau ein besonders weites Anwendungsspektrum.

Claims (10)

1. Deformationselement (1, 1′) zur Abstützung eines zumindest mittelbar an einem Aufbau befestigten Anbauteiles (11) mit mehreren teleskopartig angeordneten Elementab­ schnitten (2a bis 2c), die über eine statisch schwache Ausbildung (4a, 4b) aneinander gekoppelt sind, und die in Form und Ausmaß derart zueinander ausgerichtet sind, daß bei Beaufschlagung des Deformationselementes (1, 1′) mit Aufprallkraft ein teleskop­ artiges Ineinanderschieben eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß die statisch schwache Ausbildung (4a, 4b) Bestandteil eines Stülpkanals ist, der in einem Übergangsbereich zwischen zwei Elementabschnitten (2a, 2b bzw. 2b, 2c) zumindest abschnittsweise eine von den Elementabschnitten (2a bzw. 2b) abstehende Stülpwand (5a, 5b) auf­ weist.

2. Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Stülpkanals eine Außenwandung eines kleineren ersten Elementabschnittes (2a bzw. 2b) um ein vorgegebenes Maß gegenüber einer Innenwand eines größeren zweiten Elementabschnittes (2b bzw. 2c) zurückgesetzt ist.

3. Deformationselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Inneren des Deformationselementes (1, 1′) zugeordnete Bodenpartie des Stülpkanals eine Oberfläche nach Art eines Kegelstumpfes aufweist.

4. Deformationselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abstehende Stülpwand (5a, 5b) und die Bodenpartie in etwa die gleiche Wandstärke aufweisen.

5. Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stülpkanal im wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt aufweist.

6. Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Anbau­ teil (11) zugeordneter Elementabschnitt (2c) materialeinheitlich an dem Anbauteil (11) angeformt ist.

7. Deformationselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Anbau­ teil (11) zugewandte Elementabschnitt zur Anformung an einem Verkleidungsteil herge­ richtet ist.

8. Verkleidungsteil mit mehreren gemäß Anspruch 7 hergerichteten Deformationselemen­ ten, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Deformationselemente mit un­ terschiedlichen Kraft-Weg-Kennungen auf dem Verkleidungsteil verteilt angeordnet sind.

9. Verkleidungsteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es Bestandteil einer Lenksäulenverkleidung ist.

10. Verkleidungsteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es Bestandteil einer Säulenverkleidung eines Fahrzeugs ist.