DE3700854A1 - Energieabsorbierende einrichtung an einer stossstange von kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine energieabsorbierende Ein­ richtung an einer Stoßstange von Kraftfahrzeugen der durch den Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Gattung.

Die bis jetzt bekannten Einrichtungen dieser Art sind als hydropneumatische Stoßdämpfer ausgebildet und zu dem Zweck vorgesehen, bei einem Frontalzusammenstoß eine dabei haupt­ sächlich auf die Stoßstange ausgeübte Stoßenergie derart weitgehend zu vernichten, daß für die nachfolgende Übertra­ gungsmöglichkeit durch die Fahrzeugkarosserie jede Verlet­ zungsgefahr für die Fahrzeuginsassen gemildert wird. Da dieses hydropneumatische Stoßdämpferprinzip eine relativ aufwendige Konstruktion der Stoßstange ergibt, hat es bei­ spielsweise gemäß der US-PS′en 36 06 295, 38 57 596 und 42 58 641 bisher nicht an Vorschlägen gefehlt, wie mit einer Verwendung von Gummi und Schaumkunststoffen ähnlich energieabsorbierende Eigenschaften für die Stoßstange von Kraftfahrzeugen erhalten werden, jedoch hat sich bisher keiner dieser Vorschläge als praxisgerecht und -geeignet erwiesen.

Die durch die Patentansprüche gekennzeichnete Erfindung löst die Aufgabe, eine energieabsorbierende Einrichtung an einer Stoßstange von Kraftfahrzeugen der angegebenen Gattung be­ reitzustellen, die lediglich mehr oder weniger durch eine Ausnutzung bekannter Werkstoffeigenschaften eine mit den bekannten hydropneumatischen Einrichtungen vergleichbare Energiebilanz ergibt.

Die mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erzielbaren Vor­ teile liegen im wesentlichen darin, daß mit der Verwendung zweier unterschiedlicher Kunststoffe mit einer zwei entspre­ chend unterschiedlich große Ausbeulfaktoren beeinflussenden Anordnung und Ausbildung jetzt eine entsprechend kostenspa­ rende Gesamtkonstruktion einer Stoßstange zur Verfügung steht, bei der jede auf die Stoßstange zur Einwirkung kom­ mende Stoßenergie in ebenfalls zwei gegeneinander abgrenz­ baren Energiestufen absorbiert wird. Es wird damit eine mit den hydropneumatischen Einrichtungen vergleichbare Stoßdämp­ fung mit der primär nur werkstoffbedingten Möglichkeit erhal­ ten, die Primärstufe der Energieabsorption auf eine relativ kurze Zeitspanne mit einem verhältnismäßig hohen Anteilsfak­ tor einstellen zu können, womit dann für die Stoßstange ein Stoßverhalten zur Verfügung steht, das bis zum Überwechseln in die über eine vergleichbar längere Zeitspanne beibehalte­ ne Sekundärstufe eine von jeder bleibenden Beschädigung freie da elastische Rückbildung der Stoßstangenkonstruktion ermög­ licht. Für die Primärstufe der Energieabsorption ist dabei insbesondere ein relativ hart eingestellter thermoplastischer Kunststoff unter dem ergänzenden Gesichtspunkt geeignet, daß damit auch ein günstiges Temperaturverhalten für die Stoßstan­ ge erreichbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nach­ folgend näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 eine Perspektivansicht der Ein­ richtung in der Anordnung an der vorderen Stoßstange eines Kraft­ fahrzeuges mit einer teilweise ge­ schnittenen Darstellung,

Fig. 2 eine Schnittansicht der Einrichtung nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 und 4 Schnittansichten der Einrichtung entsprechend der Fig. 2 während der Primärstufe und der Sekundärstufe einer energieabsorbierenden Verfor­ mung,

Fig. 5 eine der Fig. 2 entsprechende Schnitt­ ansicht einer zweiten Ausführungsform der Einrichtung,

Fig. 6 eine Schnittansicht eines Teils einer dritten Ausführungsform der Einrichtung,

Fig. 7 und 8 Kennlinien zur Darstellung eines unterschiedlich großen Ausbeulfak­ tors zweier Kunststoffe, die für die Einrichtung gemäß Fig. 1 zur Verwendung kommen können, und

Fig. 9 eine Kennlinie zur Darstellung der mit der Einrichtung gemäß Fig. 1 erreichbaren Energieabsorption.

Die teilweise geschnittene Perspektivansicht der Fig. 1 zeigt den an einem Richtungsanzeiger angeordneten Bereich des vorde­ ren Stoßfängers 12 eines Kraftfahrzeuges. Der Stoßfänger ist mit einer durch eine Zierleiste 16 abgedeckten Stoßstange 18 und mehreren energieabsorbierenden Einrichtungen 20 gebildet, durch welche die Stoßstange 18 mit einem Montageblech 22 der Fahrzeugkarosserie 14 verschraubt ist.

Jede zur Absorption einer in der Längsrichtung des Fahrzeuges auf den Stoßfänger 12 und damit auf die Stoßstange 18 einwir­ kenden Stoßenergie vorgesehene Einrichtung 20 ist in Form eines Kunststoffgehäuses 24 ausgebildet, das bevorzugt aus einem relativ hart eingestellten Thermoplasten besteht und zur Aufnahme eines Druckpolsters 26 vorgesehen ist, das für die Bereitstellung eines unterschiedlich großen Ausbeulfak­ tors bevorzugt mit einem Polyurethan-Schaumstoffkörper gebil­ det ist. Das Kunststoffgehäuse 24 ist mit einstückig ausgebil­ deten Befestigungsflanschen 27, 28 versehen, welche Durchsteck­ löcher 30 für Nieten oder Schrauben aufweisen, mittels welcher die Stoßstange 18 durch die Mehrfachanordnung der Kunststoff­ gehäuse 24 an der Fahrzeugkarosserie 14 befestigt wird.

Der zur Anordnung des Druckpolsters 26 vorgesehene Innen­ raum 34 des Kunststoffgehäuses 24 kann abweichend von dem dargestellten rechteckigen Querschnitt auch eine runde bzw. jede beliebig andere Querschnittsform haben. Wichtig ist, daß dieser Innenraum 34 eine im Vergleich zu dem Druckpolster 26 etwas größere Axiallänge aufweist, so daß bei Einwirkung einer Stoßenergie auf die Stoßstange 18 die den Innenraum 34 bildenden Gehäusewände 32 entsprechend der Darstellung in Fig. 3 ausbeulen können, noch bevor die Stoßstange mit dem Druckpolster 26 körperlich in Berührung kommt. Um dieses eine Primärstufe der Energieabsorption ergebende primäre Ausbeulen der Wände 32 des Kunststoffgehäuses 24 zu erhalten, muß das Druckpolster 26 eine relativ gleitfähige Anlage an der umgebenden Innenwand des Kunststoffgehäuses aufweisen, wobei es für eine optimale Ausnutzung des gegenüber dem Druckpolster unterschiedlichen Ausbeulfaktors des Kunst­ stoffgehäuses 24 auch von Vorteil sein kann, wenn das in den Innenraum 34 eingesetzte Druckpolster entsprechend der Darstellung des Druckpolsters 26′ in Fig. 5 einen etwas klei­ ner dimensionierten Querschnitt aufweist oder mit einer Gleitfläche versehen ist, die entsprechend der in Fig. 6 für eine alternative Ausbildung des Druckpolsters 26′′ gezeigten Einzelheit Riffelungen od.dgl. aufweist, die den Reibungsfaktor zwischen dem Druckpolster und der umge­ benden Innenwand des Kunststoffgehäuses 24 verkleinern.

Für den relativ hart eingestellten thermoplastischen Kunst­ stoff, aus dem das Kunststoffgehäuse 24 bevorzugt herge­ stellt wird, kann beispielsweise die in Fig. 7 gezeigte Kenn­ linie maßgebend sein, während die in Fig. 8 gezeigte Kennli­ nie dann maßgebend ist für einen Polyurethan-Schaumstoffkör­ per, der andererseits für das Druckpolster 26 bevorzugt ver­ wendet wird. Die Kennlinie der Fig. 7 weist somit aus, daß wenn unter Vermittlung der Stoßstange 18 die Wände 32 des Kunststoffgehäuses 24 in den in Fig. 3 dargestellten Zustand ausgebeult werden, bei diesem Ausbeulen dann ein relativ gro­ ßer Anteil der Stoßenergie in einer relativ kurzen Zeitspanne absorbiert wird, wobei diese anfängliche Absorption der Stoß­ energie einer Verkürzung der axialen Länge des Kunststoffge­ häuses 24 praktisch um das Maß entspricht, um welches das Druckpolster 26 anfänglich axial kürzer ist als der Innen­ raum 34. Solange der bei dieser Primärstufe der Energieab­ sorption maßgebliche Anteilsfaktor nicht überschritten wird, findet eine elastische Rückbildung des Kunststoffgehäuses aus dem ausgebeulten Zustand der Darstellung gemäß Fig. 3 in den in Fig. 2 dargestellten Zustand statt, sobald die Ein­ wirkung einer Stoßenergie auf die Stoßstange 18 aufgehoben ist. Wird andererseits der mit dem Ausbeulen der Wände 32 des Kunststoffgehäuses 24 zu absorbierende Anteil der Stoß­ energie überschritten, dann wird ausweislich der in Fig. 7 gezeigten Kennlinie der Widerstand des Kunststoffgehäuses gegenüber einem fortschreitenden Ausbeulen verhältnismäßig rasch abgebaut, so daß damit dann die den Innenraum 34 um­ gebende Wand 32 die in Fig. 4 gezeigte Fältelung erfährt.

Der Beginn dieser Fältelung fällt nun zusammen mit der durch das Druckpolster 26 erfüllten Sekundärstufe der Energieabsorption, die ausweislich der in Fig. 8 gezeigten Kennlinie einen linear ansteigenden Verlauf des gegenüber einem Ausbeulen maßgeblichen Widerstandes aufweist. Mit diesem linear ansteigenden Verlauf des durch das Druckpol­ ster 26 der fortschreitenden Stoßenergie entgegengesetzten Widerstandes wird damit der aufgrund der Fältelung rasch ab­ fallende Widerstand des Kunststoffgehäuses 24 ausgeglichen, so daß unter Hinweis auf die in Fig. 9 gezeigte Kennlinie für diese Sekundärstufe davon ausgegangen werden kann, daß auf­ grund des dafür vorgegebenen unterschiedlich großen Ausbeul­ faktors des Druckpolsters 26 jetzt über eine verlängerte Zeitspanne derselbe Anteilsfaktor der Stoßenergie fortge­ setzt absorbiert wird, der anfänglich über eine nur kurze Zeitspanne ausschließlich durch das Kunststoffgehäuse 24 zur Absorption gebracht werden kann. Die mit dem Druckpolster 26 an eine anfängliche Primärstufe bewirkte Nachschaltung einer Sekundärstufe für die Absorption jeder auf die Stoß­ stange in der Längsrichtung des Fahrzeuges einwirkenden Stoßenergie ergibt damit für die Fahrzeuginsassen eine ge­ ringere Ansprechempfindlichkeit, was noch dadurch weiter ge­ fördert werden kann, daß die beiden Stufen der Energieabsorp­ tion eine mit den unterschiedlich großen Ausbeulfaktoren des Kunststoffgehäuses 24 und des Druckpolsters 26 beeinflußbare größere Differenzierung gegeneinander erfahren. Die gegensei­ tige Differenzierung der beiden Stufen ist dabei sowohl werk­ stoffmäßig als auch in der wechselseitigen Ausbildung und An­ ordnung der die energieabsorbierende Einrichtung ausmachenden Einzelteile möglich.

Claims (5)

1. Einrichtung an einer Stoßstange von Kraftfahrzeugen zur Absorption einer in der Längsrichtung des Fahrzeuges auf die Stoßstange einwirkenden und in bezug auf die Fahrzeug­ karosserie nachgiebig abzufangenden Stoßenergie, gekennzeichnet durch wenigstens ein zwischen der Stoßstange (18) und der Fahrzeugkarosserie (14) ange­ ordnetes Kunststoffgehäuse (24), das eine in der Längs­ richtung des Fahrzeuges verlaufende Hauptachse aufweist, und ein innerhalb des Gehäuses (24) angeordnetes Druck­ polster (26) aus Kunststoff, das in der Längsrichtung des Fahrzeuges einen gegenüber dem Kunststoffgehäuse (24) unterschiedlich großen Ausbeulfaktor aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoff­ gehäuse (24) zur werkstoffmäßigen Erzielung eines anfäng­ lich relativ großen elastischen Widerstandes gegenüber einem Ausbeulen ausgelegt ist und das Druckpolster (26) zur Erzie­ lung eines vergleichbaren Widerstandes, der mit dem Beginn des Ausbeulens des Kunststoffgehäuses (24) linear ansteigt, um angenähert dessen gegenüber dem fortschreitenden Ausbeu­ len rasch abfallenden Widerstand auszugleichen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme einer den unterschiedlich großen Ausbeulfaktor beeinflus­ senden axialen Teillänge der gesamte Innenraum (34) des Kunststoffgehäuses (24) mit dem eine gleitfähige Anlage an dessen Innenwand aufweisenden Druckpolster (26) aus­ gefüllt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Innenwand des Kunststoffgehäuses (24) anliegende Gleit­ fläche des Druckpolsters (26′′) mit den Reibungsfaktor verkleinernden Riffelungen od.dgl. versehen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoff­ gehäuse (24) aus einem relativ hart eingestellten Thermo­ plasten und das Druckpolster (26) aus einem Polyurethan- Schaumstoffkörper bestehen.