DE19959701A1 - Vorrichtung zur Stoßenergieaufnahme bei Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Stoßenergieaufnahme bei Kraftfahrzeugen vorgeschlagen, welche mit einem an wenigstens einem Karosseriebauteil befestigten Kastenprofil in Blechbauweise ausgeführt ist. Das Kastenprofil ist in Einleitungsrichtung einer aufzunehmenden Kraft mit einer derartigen konischen Erweiterung ausgebildet, daß sich bei einem Zusammendrücken durch die aufzunehmende Kraft das deformierte Material im wesentlichen innerhalb des Querschnitts der verbleibenden Deformationslänge des Kastenprofils wenigstens annähernd faltenartig anhäuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stoßenergieaufnahme bei Kraftfahrzeugen nach der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher definierten Art.

Als Maßnahme zur Erhöhung der passiven Sicherheit und zur Redu­ zierung von Reparaturkosten bei Unfällen mit geringer Fahrzeug­ geschwindigkeit weisen Kraftfahrzeuge heutzutage Stoßfänger und Deformationselemente auf, die bei einem Aufprall mit geringer Geschwindigkeit von z. B. bis zu 10 km/h verformt werden, ohne daß dies Folgen für die Struktur der Karosserie oder eine Be­ schädigung anderer Bauteile des Fahrzeugs, wie z. B. der Be­ leuchtung, zur Folge hat. Der Betrag der absorbierbaren Energie hängt dabei von dem zulässigen Deformationsweg und der Wider­ standskraft der Stoßaufnahmevorrichtung ab, wobei das Kraftni­ veau von deren Widerstandselementen so niedrig gewählt werden muß, daß eine Stauchung der sie tragenden Fahrzeugbauteile bei einer Deformation verhindert wird.

Aus der Praxis sind hierzu sogenannten Crash-Boxen bekannt, welche ein im wesentlichen quaderförmiges Kastenprofil aus Blech darstellen, das bei Krafteinleitung in deren Längsrich­ tung unkontrolliert deformiert und ab einem bestimmten Deforma­ tionsweg einen festen Block bildet. Um die Reparaturkosten bei einem Bagatell-Unfall mit geringer Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig zu halten, muß verhindert werden, daß dieser Block bei noch nicht vollständig abgebauter Bewegungsenergie entgegen der Kernstruktur der Karosserie verschoben wird und diese beschä­ digt. Dies erfordert jedoch eine zum Teil erhebliche Baulänge des Crashelementes.

Die benötigte Baulänge erschwert darüber hinaus den Einsatz derartiger Crash-Boxen als Flankenschutz, so daß sie vornehm­ lich im Fahrzeugvorbau anzutreffen sind.

Des weiteren sind als Deformationselemente unterschiedliche ausfahrbare Prallelemente bekannt, die durch eine Sensorik, welche ein Hindernis rechtzeitig vor dem Zusammenstoß erkennt, derart angesteuert werden, daß sie unmittelbar vor einem Auf­ prall des Kraftfahrzeuges ausfahren.

Aus der DE 196 54 559 ist eine derartige Stoßverzehrvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Stoßenergie absorbierenden Bau­ teil bekannt, welches in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges aus einer Ausgangsposition, in der es im wesentlichen in einem Fahrzeuglängsträger aufgenommen ist, in eine Aufprallposition ausfahrbar ist. Im Fall eines bevorstehenden Unfalls wird auto­ matisch das Stoßenergie absorbierende Bauteil in seine vom Fahrzeug vorstehende Aufprallposition getrieben, in der die volle Stoßenergieaufnahmekapazität zur Verfügung steht. Das Stoßenergie absorbierende Bauteil ist hierzu mit einem in dem Fahrzeuglängsträger angeordneten Zylinder und einem ein ver­ formbares Reduzierstück darstellendem Kolben ausgebildet, wel­ che durch Druckgas in die Aufprallposition bewegt werden kann. Bei einem Aufprall wird die Stoßenergie von einem Stoßfänger bzw. Prallelement auf das Reduzierrohr übertragen, wobei dieses durch einen Reduzierring in Längsrichtung des Längsträgers hin­ durchgepreßt wird.

Diese bekannte Lösung mit einem Reduzierring ist jedoch hin­ sichtlich des Wirkungsgrades bei höheren Aufprallgeschwindig­ keiten und des hohen Fertigungsaufwandes für den Reduzierring nicht zufriedenstellend. Darüber hinaus hat diese Lösung den Nachteil, daß das verformbare Reduzierrohr in Aufprallposition bei einer schrägen Krafteinwirkung zum Ausknicken neigt.

Neben dieser bekannten Lösung sind zahlreiche Stülprohr- Energieabsorptionselemente bekannt, welche nach dem Prinzip der rollenden Biegung arbeiten und eine hohe Energieabsorption mit gleichmäßigem Kraftniveau ermöglichen. Als Beispiele hierfür seien die Lösungen der DE 42 41 103 der DE 41 34 545 C2 und der DE 198 03 156 genannt.

All diese bekannten Lösungen haben jedoch gemeinsam, daß sie in ihrer konstruktiven Ausgestaltung verhältnismäßig aufwendig sind und einem Schrägaufprall nur unzureichend standhalten.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Stoßenergieaufnahme bei Kraftfahrzeugen mit einem Kastenprofil zu schaffen, mit der die Vorbaulänge im Ruhezustand sowie die feste Blocklänge nach einer Deformation minimal gehalten wird und/oder mit der ein Ausknicken bei einer schrägen Krafteinwir­ kung weitgehend verhindert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 4 ge­ löst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Stoßenergieaufnahme hat bei einer Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 1 den Vorteil, daß durch die konische Erweiterung des Kastenprofils in Einlei­ tungsrichtung der aufzunehmenden Kraft das Material des bereits verformten Abschnittes in Querschnittsrichtung betrachtet unter das Material der verbleibenden Deformationslänge des Kastenpro­ files faltenartig geschoben werden kann. Auf diese Weise läßt sich bei einem Fahrzeugaufprall eine hohe Energieabsorption mit gleichmäßigem Kraftniveau bei weitgehender Vermeidung einer Blockbildung bei der Deformation erzielen.

Dabei stellt das erfindungsgemäße konische Kastenprofil ein konstruktiv einfaches und kostengünstiges Bauteil dar, welches darüber hinaus eine relativ hohe Steifigkeit gegen ein Wegknic­ ken in Folge einer Krafteinwirkung schräg zur Längsachse des Kastenprofils aufweist.

Mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Vorrichtung zur Stoßenergieaufnahme gemäß Patentanspruch 4 kann eine gleichmä­ ßige Kraftaufnahme durch die Vorgabe der Faltungsart mittels in das Kastenprofil eingebrachter Sicken optimiert werden. Dabei wird die Anordnung und Ausbildung der Sicken vorzugsweise auf die freie Deformationslänge des Kastenprofils, das Fahrzeugge­ wicht und die aufzunehmende Kraft abgestimmt, so daß ein gleichmäßiges Falten ohne Wegknicken bei einem Schrägaufprall realisierbar ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem anhand der Zeich­ nung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung zur Stoßenergieaufnahme mit einem Ka­ stenprofil, welches konisch ausgeformt ist und Sicken aufweist; und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Kastenprofil entlang der Linie A-A in Fig. 1.

Bezug nehmend auf Fig. 1 ist schematisch in transparenter Art ein Kastenprofil 1 dargestellt, welches als Deformationselement zwischen einem nicht näher dargestellten Stoßfänger, welcher in bekannter Weise als Aluminium-Biegequerträger mit Kunststoff­ verkleidung ausgeführt sein kann, und einem Fahrzeuglängsträger vorgesehen ist.

Der Einbau des erfindungsgemäßen Kastenprofils 1 an dieser Stelle im Fahrzeug erweist sich als besonders vorteilhaft, da insbesondere der Frontbereich einer Karosserie am häufigsten von verschiedenen Aufprallarten betroffen ist, und Reparaturen am Fahrzeuglängsträger aufwendig und teuer sind. Selbstver­ ständlich ist es jedoch in anderen Ausführungen bei entspre­ chender Modifikation des Kastenprofils 1 auch möglich, dieses an anderen Stellen im Fahrzeug, z. B. als Flankenschutz, zum Einsatz zu bringen.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, weist das Kastenprofil 1 in Ein­ leitungsrichtung einer mit einem Pfeil "F" bezeichneten Kraft eine konische Erweiterung in ihrem Querschnitt auf. Dabei er­ weitert sich der rechteckige Querschnitt des Kastenprofils der­ art, daß bei einer unfallbedingten Krafteinleitung und einer damit einhergehenden Deformation des Kastenprofils 1 das defor­ mierte Material innerhalb des Querschnitts der verbleibenden Deformationslänge des Kastenprofils 1 faltenartig angehäuft wird. Auf diese Weise wird die verbleibende Blocklänge nach ei­ ner maximalen Deformation des Kastenprofils 1 gegenüber einer beispielsweise quaderförmigen Ausgestaltung erheblich redu­ ziert. Ein für die Faltung günstiger Querschnitt des Kastenpro­ fils kann auch mehreckig oder rund sein.

Um das Faltverhalten des Materials bei einer Deformation zu op­ timieren, weist das in Blechbauweise ausgeführte Kastenprofil 1 Sicken 2 auf, durch deren Anordnung und Ausbildung die Fal­ tungsart bei einer Deformation vorgegeben ist. Die Sicken 2 sind dabei unter Berücksichtigung der freien Deformationslänge des Kastenprofils 1 und des Fahrzeuggewichts so ausgelegt, daß die Deformation bei einer aufzunehmenden Kraft, welche durch den vorgeschalteten Stoßfänger nicht mehr aufgenommen werden kann, zu deformieren beginnt und bis zur Blockbildung eine ma­ ximale Kraft aufnehmen kann, welche bei einem Fahrzeugaufprall mit geringer Geschwindigkeit, z. B. maximal 15 km/h, in das Ka­ stenprofil 1 eingeleitet wird.

Obgleich die Anordnung und Ausbildung der Sicken 2 fahrzeug­ typabhängig ist und vom Fachmann im konkreten Fall angepaßt werden kann, sind die Sicken vorzugsweise so ausgelegt, daß das Kastenprofil bei einer Krafteinleitung schräg zur Längsachse des Kastenprofils 1 eine ausreichende Steifheit gegen ein Aus­ knicken aufweist. Insbesondere trifft dies für einen in der Praxis häufig anzutreffenden Aufprallwinkel von 5° bis 45° zur Längsachse des Kraftfahrzeuges bzw. des Kastenprofils 1 zu.

Um das Kastenprofil 1 entgegen ihrer konischen Erweiterung und ihrer mit den Befestigungslaschen 2, 4 und 5 angedeuteten An­ bringung an einer Schnittstelle zur Kern-Karosserie bzw. einem Fahrzeuglängsträger zu versteifen, weisen die Sicken 2 in der in Fig. 1 gezeigten Ausführung in Richtung der konischen Erwei­ terung des Kastenprofils 1 eine geringere Tiefe auf als in ih­ rem der Krafteinleitung F zugewandten Bereich des Kastenprofils 1.

Abweichend hiervon kann in einer weiteren Ausführung selbstver­ ständlich auch vorgesehen sein, daß Sicken nur in einem der Krafteinleitung F zugewandten Bereich des Kastenprofils 1 aus­ gebildet sind.

In der in Fig. 1 gezeigten Ausführung sind die Sicken 2 ver­ hältnismäßig breit ausgeführt, was ebenfalls einer Ausknicknei­ gung während einer Deformation entgegenwirkt. Die Sicken 2 sind in einer den Querschnitt des Kastenprofils 1 symmetrisch umlau­ fenden Linie in Umfangsrichtung des Kastenprofils 1 angeordnet, wodurch "härtere" Bereiche ohne Sicken im Querschnitt und "wei­ chere" Bereiche mit von Sicken durchsetztem Querschnitt gebil­ det werden, die im Crash-Fall eine gewünschte Faltenbildung er­ geben. Um ein zu schnelles Falten im Bereich der Sicken 2 zu vermeiden, sind vorliegend die Eckbereiche zwischen einer Ober­ seite 6, einer Unterseite 7 und den jeweils daran angrenzenden Seitenflächen 8, 9 ohne Sicken ausgeführt.

Wie aus dem vereinfachten Längsschnitt durch das Kastenprofil 1 in Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Sicken 2 an der Oberseite 6 und der Unterseite 7 des Kastenprofils 1 nach außen gewölbt, während sie, wie insbesondere in Fig. 1 deutlich erkennbar ist, an den Seitenflächen 8, 9 nach innen gewölbt sind. Bei der Aus­ bildung gemäß dem Ausführungsbeispiel läßt sich damit optimal ein gleichmäßiges Falten mit einer gleichmäßigen Kraftaufnahme realisieren, wobei der Deformationsweg bei einer insgesamt kur­ zen Länge des Kastenprofils 1 verhältnismäßig groß ist.

Bei einer anderen Ausführung mit andersartigen Parametervorga­ ben können die Sicken jedoch auch wenigstens teilweise in Um­ fangsrichtung des Kastenprofils 1 versetzt zueinander angeord­ net sein, woraus sich eine gleichmäßigere höhere Versteifung ergibt. So können die Sicken beispielsweise im Querschnitt ge­ genüberliegend auf gleicher Linie aber zur seitlich anschlie­ ßenden Sicke versetzt sein. Ebenso können die Sicken zur Erzie­ lung eines spezifischen erwünschten Faltenbildes auch alle nach innen oder nach außen oder in anderer Anordnung entsprechend gewölbt sein.

Hinsichtlich seiner Herstellung ist das Kastenprofil 1 ein ko­ stengünstiges Blechprofil, das in Schalenbauweise mit einer er­ sten Schale 10 und einer zweiten Schale 11 ausgebildet ist, welche beide Blechpreßteile darstellen. Die Schalen bzw. Gurte 10, 11 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit den Befestigungslaschen 3, 4, 5 zum Anschrauben des Kastenpro­ fils 1 an einer Grundplatte zur Schnittstelle mit der Kern- Karosserie sowie einstückig jeweils mit einer weiteren Befesti­ gungslasche 12, 13 zum Anschrauben an einen Querträger des Stoßfängers ausgebildet. An den Schalen bzw. Gurten 10, 11 kön­ nen die Befestigungslaschen 12, 13 auch mit bekannten Befesti­ gungsmitteln festgelegt sein. Die Schalen 10, 11 sind durch Schweißpunkte miteinander verbunden, jedoch kann die Verbindung auch auf andere Weise wie z. B. durch MAG-Schweißen hergestellt sein.

Die Teilungslinie 14 zwischen der ersten Schale 10 und der zweiten Schale 11 verläuft im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittig horizontal durch das Kastenprofil 1, jedoch kann die Teilungslinie 14 je nach gewünschtem Faltverhalten auch verti­ kal oder unter einem gewissen Winkel zur Längsachse des Kasten­ profils 1 verlaufen.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Stoßenergieaufnahme bei Kraftfahrzeugen mit einem an wenigstens einem Karosseriebauteil befestigten Ka­ stenprofil in Blechbauweise, dadurch gekennzeichnet, daß das Kastenprofil (1) in Einleitungsrichtung einer aufzu­ nehmenden Kraft (F) mit einer derartigen konischen Erweite­ rung ausgebildet ist, daß sich bei einem Zusammendrücken durch die aufzunehmende Kraft (F) das deformierte Material im wesentlichen innerhalb des Querschnitts der verbleibenden Deformationslänge des Kastenprofils (1) wenigstens annähernd faltenartig anhäuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kastenprofil (1) einen wenigstens annähernd rechtec­ kigen Querschnitt aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kastenprofil (1) in Schalenbauweise mit wenigstens einer ersten Schale (10) und einer zweiten Schale (11) aus­ gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kastenprofil (1) Sicken (2) zur Vorgabe der Fal­ tungsart bei einem Zusammendrücken durch die aufzunehmende Kraft (F) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung und Ausbildung der Sicken (2) auf wenig­ stens einen der Parameter freie Deformationslänge des Ka­ stenprofils (1), Fahrzeuggewicht und aufzunehmende Kraft (F) abgestimmt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anordnung und Ausbildung der Sicken (2) eine gegen ein Ausknicken des Kastenprofils (1) bei einer Kraft­ einleitung (F) schräg zur Längsachse des Kastenprofils (1), insbesondere in einem Winkelbereich von 5° bis 45° zur Längsachse, ausreichende Steifheit eingestellt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (2) im wesentlichen in einem der Krafteinlei­ tung (F) zugewandten Bereich des Kastenprofils (1) angeord­ net sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (2) in einem der Krafteinleitung (F) zuge­ wandten Bereich eine größere Tiefe als Sicken (2) in einem der Krafteinleitung (F) abgewandten Bereich des Kastenpro­ fils (1) aufweisen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Sicken (2) in Umfangsrichtung des Kastenprofils (1) in einer Linie angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Sicken (2) in Umfangsrichtung des Kastenprofils (1) versetzt zueinander angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (2) an einer Oberseite (6) und einer Unter­ seite (7) des Kastenprofils (1) nach außen gewölbt sind und/oder die Sicken (2) an den Seitenflächen (8, 9) des Ka­ stenprofils (1) nach innen gewölbt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Deformationselement zwischen einem Stoß­ fänger und einem Fahrzeuglängsträger.