DE19830099A1 - Fahrzeug-Stoßstangenanordnung - Google Patents
Fahrzeug-StoßstangenanordnungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Stoßstangen
anordnung und ein Fahrzeug, das eine solche Anordnung umfaßt.
Primär betrifft die Erfindung Motorfahrzeuge vom Typ Automobil,
bei denen die Stoßstangenanordnung an dem Fahrzeugheck befestigt
ist oder befestigt werden soll.
Stoßstangenanordnungen sind insbesondere dazu bestimmt, den
Schaden am Fahrzeug zu vermindern, der durch einen Aufprall
entsteht, und bilden daher im allgemeinen die vordersten und
hintersten Teile des Fahrzeugs.
Stoßstangenanordnungen verringern den Schaden am Fahrzeugkörper
bei einem Zusammenstoß, indem sie wenigstens einen Teil der
Zusammenstoßenergie absorbieren und so die potentiell schädigen
den Kräfte, die auf den Fahrzeugkörper einwirken und letztend
lich auf die Fahrzeuginsassen, bei einem Zusammenstoß redu
zieren.
Weiterhin können im Falle eines Zusammenstoßes zwischen einem
Fahrzeug und einem Fußgänger die Wahrscheinlichkeit und die
Schwere einer Verletzung des Fußgängers reduziert werden, indem
die Höhe der Zusammenstoßenergie vergrößert wird, welche von der
Stoßstangenanordnung aufgefangen wird.
Eine bekannte Energie-absorbierende Stoßstangenanordnung besteht
in einer hohlen Stoßstangenschale aus Kunststoff, die mit dehn
barem aufgeschäumten Kunststoff gefüllt ist. Stoßstangenanord
nungen dieses Typs sind jedoch teuer.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine relativ
günstige Stoßstangenanordnung, die eine erhöhte Fähigkeit be
sitzt, die Zusammenstoßenergie zu absorbieren, und ein Fahrzeug
mit einer solchen Anordnung anzugeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Stoßstangenanordnung
geschaffen, die eine Aufprallfläche und ein Stützelement umfaßt,
welches sich hinter der Aufprallfläche befindet und davon ge
trennt ist durch eine Vielzahl von Energie-absorbierenden Ele
menten, wobei jedes einen erste pyramidenförmigen Abschnitt
umfaßt und einen zweiten Abschnitt in Form eines im Querschnitt
polygonalen Rohrs, welches Flächen parallel zur Symmetrieachse
des ersten Abschnitts aufweist, wobei jede Fläche des zweiten
Abschnitts mit einer entsprechenden Fläche des ersten Abschnitts
verbunden ist.
Die Erfindung umfaßt weiterhin ein Fahrzeug, welches eine Stoß
stangenanordnung wie oben aufgeführt einschließt.
Eine Stoßstangenanordnung gemäß der Erfindung kann durch die
Deformation der Energie-absorbierenden Elemente große Mengen an
Zusammenstoßenergie absorbieren und kann kostengünstig und
leicht hergestellt werden, zum Beispiel durch Spritzgußver
fahren.
Vorzugsweise ist der erste Abschnitt ein Pyramidenstumpf.
Vorzugsweise ist der erste Abschnitt eine Pyramide mit quadra
tischer Grundfläche und der zweite Abschnitt besitzt einen
quadratischen Querschnitt.
Vorzugsweise sind die Energie-absorbierenden Elemente in einer
zweidimensionalen mosaikartigen Aufstellung angeordnet, um die
Menge der Stoßenergie, die pro Volumeneinheit der Anordnung
absorbiert wird, zu maximieren.
Vorzugsweise ist jeder erste Abschnitt durch eine Endfläche
abgestumpft, die eine runde Öffnung besitzt, wobei die Öffnung
koaxial zur Symmetrieachse des besagten ersten Abschnitts liegt.
Dies ermöglicht dem ersten Abschnitt, sicher und vorhersagbar in
zunehmendem Maße in sich selber zusammenzufallen.
Vorzugsweise sind entlang der Verbindungsstellen zwischen den
angrenzenden Flächen jedes ersten Abschnitts verstärkende Rippen
vorgesehen. Der Widerstand gegenüber Deformation der Energie
absorbierenden Elemente kann kontrolliert werden, indem die
Breite und die Dicke der verstärkenden Rippen variiert werden.
Vorzugsweise bilden die Energie-absorbierenden Elemente eine
einheitliche Struktur mit angrenzenden Energie-absorbierenden
Elementen, die zweite Abschnitte besitzen, die sich gemeinsame
Flächen teilen. Dieses stabilisiert die Deformation der Energie
absorbierenden Elemente, da die Teilung der Flächen dem zweiten
Abschnitt hilft, die Belastung der Flächen ausgewogen zu halten
und so die Tendenz der Flächen, zu verbeulen, zu reduzieren.
Weiterhin kann solch eine einheitliche Struktur leicht durch
Spritzgußverfahren hergestellt werden.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite Abschnitt jedes Ener
gie-absorbierenden Elements so angeordnet, daß, wenn das Ele
ment zusammengedrückt wird, der erste Abschnitt sich deformiert
bis er innerhalb des zweiten Abschnitts liegt. Wenn das Element
zusammengedrückt wird, wird der zweite sockelförmige Abschnitt
folglich zunehmend mit dem Plastikmaterial des ersten pyramiden
förmigen Abschnitts gefüllt, da der erste Abschnitt zunehmend
nach innen und in den zweiten Abschnitt hinein zusammenbricht.
Dies wird dazu führen, daß der zweite Abschnitt des Energie
absorbierenden Elements an Dichte und Festigkeit gegenüber einem
Aufprall zunimmt.
Im folgenden werden erfindungsgemäße Ausführungsformen einer
Fahrzeug-Stoßstangenanordnung nur beispielhaft beschrieben
werden, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, welche
folgendes zeigen:
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Teilbereiches
einer Fahrzeug-Stoßstangenanordnung gemäß der vorliegen
den Erfindung;
Fig. 2 ist eine Querschnitt-Ansicht der Stoßstangenanordnung von
Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Rück-Ansicht einer Energie-absorbierenden
Schicht, die in der Stoßstangenanordnung von Fig. 1
verwendet wird;
Fig. 4 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 3;
Fig. 5 ist eine Rück-Ansicht eines einzelnen Energie-absor
bierenden Elements der Energie-absorbierenden Schicht von
Fig. 3;
Fig. 6 ist ein Querschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 5;
Fig. 7 bis 9 sind perspektivische Ansichten, die aufeinander
folgende Stationen des Zusammendrückens einer Gruppe von
Energie-absorbierenden Elementen der Energie-absorbieren
den Schicht von Fig. 3 zeigen.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird eine Fahrzeug-Stoßstangenanord
nung 1 zum Teil dargestellt. Wie im Querschnitt in Fig. 2
gesehen werden kann, besteht der obere Teil der Stoßstange aus
einer zusammengesetzten Struktur, die von einer Aufprallfläche 2
gebildet wird, unterstützt durch ein Stützelement 3. Das Stütz
element 3 wird integrierend mit dem Rest der Stoßstangenanord
nung 1 gebildet, welche an einer Automobilkarosserie befestigt
ist (nicht abgebildet).
Die Aufprallfläche 2 befindet sich an dem Teil der Stoßstangen
anordnung 1, welcher wahrscheinlich zuerst von einem anderen
Objekt im Falle eines Zusammenstoßes getroffen wird, und vor
allem an einer Stelle, welche wahrscheinlich der erste Teil der
Stoßstangenanordnung 1 sein wird, der einen Fußgänger trifft,
mit welchem die Stoßstangenanordnung 1 eines sich bewegenden
Fahrzeugs kollidieren könnte.
Die Aufprallfläche 2 besitzt ein Paar von entgegengesetzten
Seitenteilen 2A, 2H, welche den kooperierenden Teilen 3A, 3H des
Stützelements 3 entgegenstehen.
Die Aufprallfläche 2 und das Stützelement 3 sind beide aus einem
federnden Kunststoff gebildet, und die tragenden Oberflächen der
kooperierenden Teile 2A, 2B und 3A, 3B sind derart angeordnet,
daß die Aufprallfläche 2 durch Reibungskräfte, die zwischen den
Stützelementen 2A, 2H und 3A, 3B erzeugt werden, in Position
gegenüber dem Stützelement 3 gehalten wird.
Die Aufprallfläche 2 und das Stützelement 3 sind derart geformt,
daß sie einen Zwischenraum 4 definieren, und eine Energie-absor
bierende Schicht 5 wird innerhalb dieses Zwischenraums 4 er
halten.
Die Energie-absorbierende Schicht 5 wird von einer Vielzahl von
Energie-absorbierenden Elementen 6 gebildet, welche in einem
regelmäßigen zweidimensionalen Gitter, wie in Fig. 3 abgebil
det, angeordnet sind. Sämtliche der Energie-absorbierenden
Elemente 6 in der Energie-absorbierenden Schicht 5 werden voll
ständig aus Kunststoff durch Gußverfahren hergestellt.
Bezogen auf Fig. 4 bis 6 wird jedes Energie-absorbierende
Element durch einen ersten Pyramidenstumpf-Abschnitt mit quadra
tischer Grundfläche 6A gebildet, der auf einem jeweiligen Basis-
Abschnitt 6H aufsitzt, der 4 Außenwände 6c umfaßt, die in einer
quadratischen Form und parallel zur Symmetrieachse des Pyrami
denstumpfs angeordnet sind. Jede der Außenwände 6c ist mit einer
entsprechenden Oberfläche 6D des Pyramidenstumpf-Abschnitts 6A
entlang einer Verbindungslinie 6E verbunden.
Benachbarte Energie-absorbierende Elemente 6 in der Anordnung,
die die Energie-absorbierende Schicht 5 bildet, teilen sich eine
gemeinsame Außenwand 6C, so daß die jeweiligen Flächen 6D des
Pyramidenstumpf-Abschnitts 6A der benachbarten Energie-absor
bierenden Elemente 6 entlang der Verbindungslinie 6E verbunden
sind.
Der Pyramidenstumpf-Abschnitt 6A jedes Energie-absorbierenden
Elements 6 endet in einer ebenen Endfläche 6F, die eine zentrale
Öffnung 6G koaxial zur Symmetrieachse des Pyramidenstumpf-
Abschnitts 6A aufweist.
Vier Rippen 6H laufen entlang der Innenseiten der entsprechenden
Verbindungsstellen zwischen den benachbarten Oberflächen 6D
jedes Pyramiden-Abschnitts 6A. Die Rippen 6H erstrecken sich
über die ebene Endfläche 6F zur Öffnung 6G.
Die Energie-absorbierenden Elemente 6 an den Eckpunkten der
Anordnung, die die Energie-absorbierende Schicht 5 bildet,
weisen auf die Vorsprünge 7 hin, welche sich in Verbindung mit
dem Stützelement 3 befinden, um die Energie-absorbierende
Schicht 5 innerhalb des Zwischenraums 4 dauerhaft abzusichern.
Wie oben erklärt, sind die Aufprallfläche 2 und das Stützelement
3 der Stoßstangenanordnung derart bemessen und geformt, daß die
Aufprallfläche 2 sich an die vorspringenden Teile 3A, 3H des
Stützelements anpaßt, um eine Überlagerungseinrichtung zur
Verfügung zu stellen, so daß die Aufprallfläche 2 durch Reibung
mit dem Stützelement 3 in ihrer Stellung gehalten wird.
Im Falle eines Aufpralls auf die Aufprallfläche 2, ausgelöst
durch eine Kollision zwischen dem Fahrzeug und einem anderen
Objekt, wird der Reibungswiderstand gegenüber der Aufprallfläche
2 überwunden werden, und die Aufprallfläche 2 wird sich in Rich
tung des Stützelements 3 bewegen, indem der Zwischenraum 4
ausgefüllt wird.
Da die Aufprallfläche 2 sich in Richtung des Stützelements 3
bewegt, kommt die Aufprallfläche 2 in Kontakt mit den Endflächen
6F des Energie-absorbierenden Elements 6. Die Aufprallfläche 2
drückt dann allmählich die Energie-absorbierenden Elemente gegen
das Stützelement 3.
Das allmähliche Zerdrücken einer Gruppe von vier Energie-absor
bierenden Elementen 6 wird in Fig. 7 bis 9 gezeigt, die die
Energie-absorbierenden Elemente an aufeinanderfolgenden Zeit
punkten während eines Aufpralls darstellen. Wie gesehen werden
kann, tendieren die Pyramidenstumpf-Abschnitte 6A der Energie
absorbierenden Elemente 6 dazu, nach innen und nach unten in
Richtung ihrer Basis-Abschnitte 6H zusammenzubrechen. Wenn
dieser Zusammenbruch stattfindet, vergrößert sich der Widerstand
gegenüber dem Zusammendrücken der Energie-absorbierenden Ele
mente fortschreitend, da die Elemente 6 durch das Material
gestützt werden, das durch den Zusammenbruch nach innen und
unten gedrängt wird. Die Basis-Abschnitte 6H werden fort
schreitend mit dem Kunststoff des Pyramidenstumpf-Abschnitts 6A
gefüllt, so daß die Basis-Abschnitte 6H fortschreitend dichter
und fester werden, wenn der Aufprall andauert. Dieses resultiert
in einer fortschreitenden Erhöhung der Festigkeit der Basis-
Abschnitte 6H. Wenn die Kollision stark genug ist, werden die
Energie-absorbierenden Elemente 6 schließlich ausreichend zer
drückt sein, so daß der ganze Pyramidenstumpf-Abschnitt 6A jedes
Energie-absorbierenden Elements 6 sich vollständig innerhalb
seines Basis-Abschnitts 6H befindet. Die Basis-Abschnitte 6H
sind dann fast völlig mit den zusammengedrückten Pyramiden
stumpf-Abschnitten 6A gefüllt. Wenn der Aufprall andauert,
werden der Widerstand gegenüber dem Zusammendrücken und die
Festigkeit der Energie-absorbierenden Schicht 5 zu einer maxi
malen Höhe ansteigen, die fast dem Widerstand gleichkommt, den
ein Festblock des Kunststoffes aufweist, aus welchem die Ener
gie-absorbierende Schicht 5 gebildet ist.
In dem dargestellten Beispiel besitzt der Trennungsraum zwischen
der Aufprallfläche 2 und dem Stützelement 3 im Zwischenraum 4,
der die Energie-absorbierende Schicht 5 enthält, die gleiche
Höhe wie die Basis-Abschnitte 6H der Energie-absorbierenden
Elemente 6, so daß, wenn die Pyramidenstumpf-Abschnitte 6A der
Energie-absorbierenden Elemente 6 vollständig innerhalb ihrer
Basis-Abschnitte 6H enthalten sind, eine weitere Bewegung der
Aufprallfläche 2 relativ zum Stützelement 3 durch die Aufprall
fläche 2 verhindert wird, die in unterstützendem Kontakt mit den
vorspringenden Teilen 3A und 3H des Stützelements 3 tritt, so
daß ein weiteres Zusammendrücken der Energie-absorbierenden
Elemente 6 nicht auftritt. Dieses würde jedoch die Tiefe der
Fahrzeug-Stoßstangenanordnung 1 vergrößern.
Das Basiselement 6H jedes Energie-absorbierenden Elements 6
stellt einen Zwischenraum zur Verfügung, in welchen der Pyra
midenstumpf-Abschnitt 6A des Energie-absorbierenden Elements 6
eindringen kann, wenn das Energie-absorbierende Element 6 zer
drückt wird. Deshalb ist die fortschreitende Deformation der
Pyramidenstumpf-Abschnitte 6A der Energie-absorbierenden Elemen
te 6 vorhersagbarer und beständiger als es anderweitig der Fall
sein würde. Folglich können der Widerstand gegenüber der Bewe
gung der Aufprallfläche 2, hervorgerufen durch die Energie
absorbierende Schicht 5, und die ganze Stärke der Aufprall
energie, absorbiert durch die Energie-absorbierende Schicht 5,
genauer und wiederholt vorhergesagt werden.
Die Vorrichtung der Öffnungen 6G in den Endflächen 6F der Pyra
midenstumpf-Abschnitte 6A ermöglicht es den Pyramidenstumpf-
Abschnitten 6A, beständig und vorhersagbar nach innen und nach
unten zu einzudrücken.
Die Widerstandskräfte gegenüber der Bewegung der Aufprallfläche
2 und die Veränderungen dieser Widerstandskräfte mit der Bewe
gung der Aufprallfläche 2 und die ganze Stärke der von dem
Energie-absorbierenden Element 6 absorbierten Energie können
durch Auswahl eines geeigneten Materials und der Wandstärke der
Elemente 6 und durch Auswahl des geeigneten Dicke- und Breite
profils für die Rippen 6H kontrolliert werden.
In dem dargestellten Beispiel besitzen die Rippen 6H eine kon
tinuierliche Dicke und Breite entlang ihrer gesamten Länge. Wenn
gewünscht, können die Dicke und die Breite der Rippen 6H entlang
ihrer Länge variiert werden, um die Widerstandskräfte zu regu
lieren, die durch jedes Energie-absorbierende Element 6 hervor
gerufen werden.
In der dargestellten Anwendungsform ist die Dicke der gesamten
Flächen der Energie-absorbierenden Elemente 6 die gleiche, und
die Dicke jeder Fläche ist konstant. Dies ist zweckdienlich und
vereinfacht die Herstellung. Jedoch könnten die Dicken verschie
dener Flächen des Energie-absorbierenden Elements 6 unterschied
lich sein, oder die Dicke einzelner Flächen des Energie-absor
bierenden Elements 6 könnte von Punkt zu punkt variieren, um die
Widerstandskräfte, hervorgerufen durch jedes Element 6, zu modi
fizieren, oder wenn dieses zweckdienlicher für ein bestimmtes
Material oder die Herstellungsmethode wäre.
Vorzugsweise wird jede Energie-absorbierende Schicht 5 einheit
lich aus einem festen Kunststoff durch einen einzigen Spritzguß-
Prozeß gebildet. Jedoch könnten andere Materialien und Herstel
lungsmethoden benutzt werden.
Es ist vorteilhaft, die gesamte Energie-absorbierende Schicht 5
einheitlich zu gestalten. Dies hilft, die Deformation des Ener
gie-absorbierenden Elements 6 zu stabilisieren, da die Mitbetei
ligung der einzelnen Wände 6E der Basis-Abschnitte 6H mit be
nachbarten Energie-absorbierenden Elementen 6 dabei hilft, die
Belastungen auf die Wände 6C ausgeglichen zu halten, um so die
Tendenz der Wände 6C, sich zu verziehen und die Energie-absor
bierenden Elemente 6 zu destabilisieren, zu verringern.
In dem dargestellten Beispiel liegen die Energie-absorbierenden
Elemente 6 zwischen der Aufprallfläche 2 und dem Stützelement 3,
wobei die Pyramidenstumpf-Abschnitte 6A der Energie-absorbieren
den Elemente 6H der Aufprallfläche 2 gegenüberliegen. Es würde
natürlich ebenso effektiv sein, die Energie-absorbierenden
Elemente 6 mit den Pyramidenstumpf-Abschnitten 6A dem Stütz
element 3 gegenüberliegend anzuordnen.
Claims (11)
1. Eine Fahrzeug-Stoßstangenanordnung, welche eine
Aufprallfläche und ein Stützelement umfaßt, welches sich hinter
der Aufprallfläche befindet und von dieser durch eine Vielzahl
von Energie-absorbierenden Elementen getrennt ist, wobei jedes
Element einen ersten pyramidenförmigen Abschnitt umfaßt und
einen zweiten Abschnitt in Form eines im Querschnitt polygonalen
Rohrs, welches Flächen parallel zur Symmetrieachse des ersten
Abschnitts aufweist, wobei jede Fläche des zweiten Abschnitts
mit der jeweiligen Fläche des ersten Abschnitts verbunden ist.
2. Eine Fahrzeug-Stoßstangenanordnung nach Anspruch 1, bei
welcher der erste Abschnitt wie ein Pyramidenstumpf geformt ist.
3. Eine Fahrzeug-Stoßstangenanordnung nach Anspruch 1 oder
2, in welcher der erste Abschnitt eine Pyramide mit quadrati
scher Grundfläche ist und der zweite Abschnitt einen quadrati
schen Querschnitt besitzt.
4. Eine Fahrzeug-Stoßstangenanordnung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Mehrzahl der Energie
absorbierenden Elemente in einem zweidimensionalen Mosaikmuster
angeordnet ist.
5. Eine Fahrzeug-Stoßstangenanordnung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei welcher jeder erste Abschnitt
durch eine Endfläche abgestumpft ist, die eine runde Öffnung
besitzt, wobei die Öffnung koaxial zur Symmetrieachse des ersten
Abschnitts liegt.
6. Eine Fahrzeug-Stoßstangenanordnung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei welcher verstärkende Rippen
entlang der Verbindungsstellen zwischen benachbarten Flächen
jedes ersten Abschnitts vorgesehen sind.
7. Eine Fahrzeug-Stoßstangenanordnung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Vielzahl der Energie
absorbierenden Elemente eine zusammenhängende Struktur bilden.
8. Eine Fahrzeug-Stoßstangenanordnung nach Anspruch 7, bei
welcher benachbarte Energie-absorbierende Elemente zweite
Abschnitte besitzen, die Flächen gemeinsam haben.
9. Eine Fahrzeug-Stoßstangenanordnung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die ersten und die zweiten
Abschnitte jedes Energie-absorbierenden Elements so angeordnet
sind, daß, wenn das Energie-absorbierende Element zwischen der
Aufprallfläche und dem Stützelement zerdrückt wird, sich der
erste Abschnitt deformiert, bis er innerhalb des zweiten
Abschnitts liegt.
10. Ein Fahrzeug, welches eine Stoßstangenanordnung nach
einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
11. Eine Stoßstangenanordnung im wesentlichen wie dargestellt
oder wie beschrieben in bezug auf irgendeine der begleitenden
Zeichnungen.
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