DE4401865A1 - Stoßfänger mit einer Stoßstange und diese haltenden hohlen Deformationselementen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stoßfänger gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein aus der US-PS 4 272 114, B60R 19/04, bekannter Stoßfänger dieses Aufbaus verwendet zwischen der in üblicher Weise quer zum Fahrzeug verlaufenden Stoßstange und den zugekehrten Enden von Längsträgern hohle Deformationselemente, die einen viereckigen Querschnitt besitzen, dessen lichte Weite mit zunehmender Annäherung an den jeweiligen Längsträger zu­ nimmt. Zur Erzielung einer crashbedingten Verformung im Sinne einer Verringerung der Längsabmessung des jeweiligen Deforma­ tionselements durch Zusammenfalten ist dieses mit quer verlau­ fenden Ausnehmungen als örtlichen Festigkeitsverringerungen versehen. Ein derartiger Stoßfänger stellt eine gewünschte gezielte Umsetzung von kinetischer Energie im Crashfall in Verformungsarbeit sicher, jedoch unter der Voraussetzung, daß die in das jeweilige Deformationselement von der Stoßstange her eingeleiteten Kräfte in Richtung der Achse des Deformations­ elements verlaufen. Dies ist aber häufig nicht der Fall. Ist beispielsweise die Stoßstange in Draufsicht in ihrem mittleren Bereich etwas vorgewölbt, so leitet sie in die ihr zugekehrten, mit ihr verschraubten Endbereiche der Deformationselemente Querkräfte ein, die zu einer Knick- oder Biegebeanspruchung der Deformationselemente führen. Sobald aber eine Knickverformung der Deformationselemente eingetreten ist, erfolgt nur noch in sehr verringertem Maße eine Energieumsetzung durch Stauchen der Deformationselemente in Richtung ihrer Achse, vielmehr erfolgt ein weiteres Knicken oder Ausbiegen der Deformationselemente mit erheblich geringerer Energieumsetzung. Dieselbe Wirkung tritt bei schräg auf die Stoßstange einwirkenden Kräften auf.

Daher existiert bereits eine Reihe von Konstruktionen, die eine praktisch nur in Richtung ihrer Längsachse erfolgende Bean­ spruchung der Deformationselemente im Crashfalle von der Stoß­ stange her sicherstellen sollen. So beschreibt die DE-PS 27 25 772, B60R 19/26, eine Stoßfangvorrichtung für Kraftfahrzeuge, bei der zwischen dem längsträgerseitigen, dort durch einen ein Strömungsmedium enthaltenden Pralldämpfer gebildeten Deforma­ tionsglied einerseits und der Stoßstange andererseits eine He­ belanordnung aus drei relativ zueinander und zu diesem Deforma­ tionsglied schwenkbaren Hebeln vorgesehen ist. Abgesehen von dem relativ großen Bauaufwand für diese Konstruktion erfordert die Hebelanordnung eine relativ große axiale Länge dieses bekannten Stoßfängers, die von der nutzbaren Deformationslänge abgeht.

Ebenfalls mit einem Stoßdämpfer ist der Stoßfänger nach der DE-OS 22 42 360, B60R 19/02, ausgerüstet. Zur Befestigung des Stoßdämpfers an der Stoßstange dient eine in Draufsicht W-förmi­ ge Flachfeder, deren Enden an der Stoßstange gehalten sind. Ein über den Mittelteil dieser Feder in Richtung auf die Stoßstange vorstehender Fortsatz des Stoßdämpfers soll als zusätzlicher Reibungsdämpfer wirken. Die Kraftübertragung von der Stoßstange auf den Stoßdämpfer erfolgt durch Druck auf diesen eine konvexe Oberfläche besitzenden Fortsatz, so daß nach wie vor eine bezüg­ lich der Längsachse des Stoßdämpfers schräge Krafteinleitung vorliegen kann, die zum Klemmen des Stoßdämpfers führt. Hinzu kommt, daß der verwendete Stoßdämpfer auch im "deformierten" Zustand relativ lang baut.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, einen gattungs­ gemäßen Stoßfänger zu schaffen, der eine maximale Ausnutzung der letztlich durch den Fahrzeugaufbau zur Verfügung gestellten Deformationslänge zur gezielten Energieumwandlung auch dann sicherstellt, wenn von der Stoßstange her eine Querkomponenten enthaltende Belastung - sei es durch entsprechende Verformung der Stoßstange, sei es durch einen schrägen Crash - vorliegt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausfüh­ rungsformen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Bei der Erfindung wird also durch entsprechende Anordnung und Ausbildung von örtlichen Festigkeitsverringerungen, gebildet durch Ausschnitte oder Sicken, die sich jeweils nur über einen Teil der Quererstreckung des betreffenden Deformationselements erstrecken, gleichsam eine senkrecht zu der gemeinsamen Ebene von Deformationselementen und Stoßstange verlaufende Biege- oder Drehachse in dem jeweiligen Deformationselement erzeugt, um die bei einer schrägen Kraftbeaufschlagung die sich axial an­ schließenden Bereiche des Deformationselements relativ zueinan­ der bei geringer Krafteinwirkung schwenken können. Das be­ trachtete Deformationselement wird dann also im Bereich der zumindest einen auf einer seiner Seiten angeordneten örtlichen Festigkeitsverringerung auf Zug, im Bereich der auf der jeweils anderen Seite liegenden Festigkeitsverringerung auf Druck be­ ansprucht.

Da sich diese örtlichen Festigkeitsverringerungen nicht über den gesamten Querschnitt des betrachteten Deformationselements er­ strecken, ist zu seiner vorgesehenen Verformung im Sinne einer Stauchung in Längsrichtung nach wie vor eine erhebliche Energie erforderlich, so daß eine wirksame Umsetzung von kinetischer Energie in Verformungsarbeit sichergestellt ist.

Infolge Beibehalts der Energieumsetzung durch Stauchung in axialer Richtung besitzt das Deformationselement nach dem Crash eine geringe Blocklänge, und da weiterhin zusätzliche Einrich­ tungen zur Erzeugung einer Dreh- oder Schwenkachse zwischen dem Deformationselement und der Stoßstange nicht vorhanden sind, ist eine optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Deforma­ tionslänge sichergestellt.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 bis 6 Drauf­ sichten auf erfindungsgemäße Stoßfänger zumindest im Bereich eines der Deformationselemente wiedergeben, während Fig. 7 eine perspektivische Darstellung ist.

Betrachtet man zunächst das in den Fig. 1, 2 und 3 im Aus­ gangszustand, nach einem Crash mit geringer Geschwindigkeit (z. B. 8 km/h) und nach einem Crash mit höherer Geschwindigkeit (z. B. 15 km/h) dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung, so wird die Stoßstange 1 an den beiden vorderen Längsträgerendbe­ reichen 2 und 3 des Fahrzeugs mittels mechanischer Deformations­ elemente 4 und 5 gehalten. Zwecks leichter Auswechselbarkeit nach einem Crash ist es vorteilhaft, die Deformationselemente 4 und 5 mit den beiden angrenzenden Teilen - Stoßstange 1, Längs­ träger 2 bzw. 3 - durch Schraubverbindungen zu verbinden.

Wie Fig. 1 zeigt, ist eine in Draufsicht vorgewölbte Stoßstange 1 vorgesehen. Bei dem in Fig. 2 angenommenen zentralen Aufprall der Stoßstange 1 auf eine Wand 6 erfolgt eine Verformung der Stoßstange 1 im Sinne einer "Begradigung", so daß an der An­ schlußstelle des Deformationselements 4 ein rechtsdrehendes und an der Anschlußstelle des Deformationselements 5 ein links­ drehendes Moment von der Stoßstange 1 auf das jeweilige Deforma­ tionselement ausgeübt wird. Sofern keine zusätzlichen Maßnahmen getroffen sind, besteht die Gefahr, daß dadurch die Deforma­ tionselemente 4 und 5 in Richtung nach außen ausbeulen oder ausknicken, wodurch die Möglichkeit einer großen Energieaufnahme bei weiterer Verformung der Deformationselemente 4 und 5 ver­ schlechtert wird. Aus diesem Grunde sind die Deformationselemen­ te mit ihren sich bezüglich der gemeinsamen Ebene von Stoßstange 1 und Längsträgern 2 und 3 gegenüberliegenden Seiten in diesem Ausführungsbeispiel mit in Draufsicht etwa dreieckförmigen, mit Spitzen einander zugekehrten Sicken 7, 8 bzw. 9, 10 versehen, die zwischen sich einen sich parallel zur Längsrichtung er­ streckenden Materialstreifen zur Verformung freilassen. Wie noch anhand der Fig. 4 und 5 erläutert wird, werden die Sicken 7 und 10, deren Scheitel in den Figuren nach oben oder unten wei­ sen können, durch den Aufprall auf die Wand 6, d. h. letztlich durch die "Streckung" der Stoßstange 1, infolge der starren Ver­ bindung zwischen dieser und den Deformationselementen 4 und 5 auf Zug, dagegen die inneren Sicken 8 und 9 auf Druck bean­ sprucht. Daher ermöglichen sie ein Schwenken der sich axial an­ schließenden beiden Bereiche jedes Deformationselements 4 und 5, wodurch ein gefährliches Ausknicken desselben verhindert wird.

Bei einem Crash mit einer höheren Geschwindigkeit folgt nun, wie in Fig. 3 dargestellt, eine weitere Verformung der Stoßstange 1 und eine axiale Stauchung der Deformationselemente 4 und 5 mit Energieumsetzung. Zu diesem Zweck erkennt man in den Fig. 1 bis 3 zwischen den möglicherweise auch durch Ausschnitte gebil­ deten örtlichen Festigkeitsverringerungen 7 und 8 bzw. 9 und 10 versteifende längsverlaufende Rippen oder Sicken 11 und 12.

Bei einem Crash mit geringer Intensität, wie er Fig. 2 zugrunde liegt, können ggf. die Elastizitäten in dem Stoßfänger zu einer Regenerierung ausreichen, so daß nach Entlastung der Stoßfänger etwa wieder seine in Fig. 1 dargestellte Konfiguration ein­ nimmt. Bei einem stärkeren Crash ist es dagegen erforderlich, die Deformationselemente 4 und 5 durch neue Elemente zu er­ setzen.

Die Fig. 4 und 5 dienen nochmals zur Erläuterung des Biege­ vorgangs: Fig. 4 zeigt das Deformationselement 4 mit den Sicken 7 und 8 im Ausgangszustand analog Fig. 1, also bei üblicher "Gebrauchsausrichtung" der Stoßstange 1. Die beiden mit Spitzen aufeinander zu weisenden Sicken 7 und 8 definieren zwischen sich eine Zone 13, die eine senkrecht weisende Dreh- oder Biegeachse darstellt. Wenn daher, wie in Fig. 5 durch den Pfeil darge­ stellt, bei einem Crash die Stoßstange 1 relativ zur Längsrich­ tung des Deformationsglieds 4 verschwenkt wird, werden die Sicken 7 und 8 entsprechend den dort gezeichneten Pfeilen unter­ schiedlich kraftbeaufschlagt, nämlich die Sicke 7 auf Dehnung und die Sicke 8 auf Stauchung, so daß das von der Stoßstange 1 bei ihrer Verformung ausgeübte Moment zu einer mit geringem Kraftaufwand erzielten Biegeverformung des Deformationselements 4 in der Zeichenebene führt.

Wie bereits erwähnt, können anstelle von Sicken in den Deforma­ tionselementen auch seitliche Ausschnitte vorgesehen sein, wie sie beispielsweise in Fig. 6 bei 14 und 15 angedeutet sind. Das hier dargestellte Deformationselement 8, das wiederum zwischen Stoßstange 16 und Längsträger 17 eingeschaltet ist, besitzt die Besonderheit, daß senkrecht zur Zeichenebene weisenden Seiten­ wände eingespart sind, da diese die "Gelenkeigenschaft" des Deformationselements 1 verringern würden. Nach wie vor sind aber rinnenförmige Versteifungen 18 in einem oberen und einem unteren Schenkel vorhanden.

Betrachtet man nun Fig. 7, so zeigt diese eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßfängers mit zwischen Stoßstange 20 und Längsträger 21 eingesetztem Deformationselement 22, das in senk­ rechten Ebenen einen Längsschnitt etwa eines C mit scharfkanti­ gen Ecken besitzt. Der Mittelteil dieses C, also der in Fig. 7 an die Stoßstange 20 angrenzende Bereich 23, und an die nach rechts weisenden freien Enden dieses Längsschnitts anschließen­ de, nach außen weisende Flansche 24 und 25 sind durch Vorsehen von Schraubenlöchern 26 zur lösbaren Befestigung an der Stoß­ stange 20 bzw. dem Längsträger 21 oder umgekehrt eingerichtet. Senkrechte Seitenwände fehlen, wie bereits anhand Fig. 6 erläutert. Dagegen sind die oberen und unteren Wände des Deformationselements 22 mit beiderseits einer umlaufenden Versteifungsrinne oder -rippe 27 angeordneten Paaren von nach oben bzw. unten ausgestellter Falten oder Sicken versehen, die wiederum eine senkrechte Biege- oder Schwenkachse in dem Defor­ mationselement 22 definieren.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßer Stoßfänger geschaffen, der auch bei Einleitung von Biegemomenten in die Deformationselemente durch die Stoßstange ohne Verlängerung der Baulänge, d. h. ohne Beeinträchtigung der Deformationslänge, eine gleichmäßige Kraftbeaufschlagung der Deformationselemente und letztlich dadurch eine Schonung der Längsträger bei einem Crash sicherstellt.

Claims (6)

1. Stoßfänger mit einer Stoßstange, die an Längsträgern eines Fahrzeugs über durch crashbedingte Kräfte unter plastischer Verformung stauchbare, mit örtlichen Verringerungen ihrer Festigkeit versehene hohle Deformationselemente befestigbar sind, die mit der Stoßstange in einer Ebene liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationselemente (4, 5) an sich in der Ebene gegenüberliegenden Seiten mit örtlichen Festig­ keitsverringerungen (7, 8, 9, 10) in jeweils eine zur Ebene senkrechte Biegeachse (13) in den Deformationselementen er­ zeugender Anordnung versehen sind.

2. Stoßfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeitsverringerungen durch in Draufsicht etwa dreieck­ förmige, mit Spitzen einander zugekehrte Ausschnitte (14, 15) gebildet sind.

3. Stoßfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeitsverringerungen durch in Draufsicht etwa dreieck­ förmige, senkrecht zu der Ebene ausgestellte, mit Spitzen einander zugekehrte Sicken (7, 8, 9, 10) gebildet sind.

4. Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Deformationselemente (22) lediglich jeweils zwei sich zwischen Stoßstange (20) und Längsträger (21) im wesentlichen parallel zu der Ebene erstreckende Schenkel be­ sitzen, die in Randbereichen mit den örtlichen Festigkeits­ verringerungen (28) versehen sind.

5. Stoßfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationselemente (22) Profilteile sind, die in Längs­ schnitten senkrecht zu der Ebene etwa die Form eines C be­ sitzen und im Bereich der freien Enden sowie des Mittelteils (23) des C zur lösbaren Befestigung an dem jeweils benachbar­ ten Teil - Stoßstange (20), Längsträger (21) - eingerichtet sind.

6. Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Deformationselemente (22) zwischen sich gegenüberliegenden Festigkeitsverringerungen (28) mit sich in Hauptcrashrichtung erstreckenden Versteifungssicken (27) ver­ sehen sind.