WO2006081942A1 - Deformationselement - Google Patents

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    • B60R21/34Protecting non-occupants of a vehicle, e.g. pedestrians

Definitions

  • the invention relates to a deformation element for the front region of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • the vehicle front structure When rear-end collisions and a collision of a vehicle on a fixed obstacle, the vehicle front structure must have a relatively high rigidity to convert as much kinetic energy at the high forces occurring and thus to prevent or reduce damage to the vehicle. In contrast, in the case of accidents involving pedestrians, the front of the vehicle must be much softer, so that the force level with which the pedestrian - mostly on the leg - hit and thrown on the hood, is as low as possible.
  • the present invention has for its object to provide a simple deformation means, which exploits the available length for both cases of a pedestrian accident, as well as in an impact of the vehicle on another vehicle or a fixed obstacle.
  • the deformation element according to the invention comprises approximately perpendicular to the impact direction arranged cylinder body and / or balls, which are covered by a resilient sheath. These cylinder bodies or balls are arranged and designed so that they dodge under local loads, in particular by the legs of a pedestrian, substantially non-destructive deformation of the shell. On the other hand, in the case of a large-area load, for example in the case of a collision of the vehicle with a fixed obstacle, they only deviate to a small extent or are destroyed at a sufficiently great load.
  • the proposed embodiment is achieved by simple means that the deformation element in an accident with a pedestrian soft and stiff behaves in a collision or the like.
  • the space for the deformation element is thereby optimally used in terms of maximum energy consumption.
  • the deformation element will be in a collision with a high level of force at a maximum distance deform.
  • the level of force in an accident with a pedestrian would be low.
  • a distinguishing characteristic between a pedestrian leg and a vehicle structure as the most frequently occurring structure is the respective width.
  • the loading surface of the deformation element is lower in an accident with a pedestrian than in a rear-end collision. Therefore, the vehicle space is optimally used when using a structure whose rigidity and thus their energy absorption capacity depends on the load surface. It can also be said that a targeted and dependent on the loading surface, relative resistance force is brought about by the deformation element according to the invention.
  • the use of the proposed cylinder body differs from known cylinder bodies, in particular hollow cylinders. These are always fixed in position and serve to transform by their deformation or destruction of energy.
  • the proposed cylinder body or balls may be made of a variety of materials and preferably form hollow cylinder or hollow balls.
  • a combination of cylinder bodies and balls is just as conceivable as a combination of different materials or sizes.
  • the shell different materials can be used.
  • the sheath itself is very soft and does not constitute a significant resistance in its deformation. Accordingly, at a local load, the moving parts dodge and produce only a low resistance, which reduces the risk of injury to the pedestrian. On the other hand, with a larger load area, the moving parts can only partly or not at all escape. The structure reacts stiffer.
  • the size, mass, stiffness, shape and coefficient of friction of the moving parts allow the rigidity to be well adjusted in terms of the load surface.
  • the cylinder body / balls may have a friction reducing surface.
  • the cylinder bodies may consist of rigid aluminum tubes coated with Teflon.
  • the cylinder body are arranged vertically, so that they move laterally when a force. If the envelope for the deformation element is elastically yielding, then the deformation element may behave reversibly in a lighter impact.
  • FIG. 1 is a sectional view of the principle of a deformation element with displaceable cylinder bodies and a resilient shell
  • FIG. 2 shows the section Il - II of Figure 1
  • Fig. 3 shows the deformation element of Figures 1 and 2 at a local load
  • FIGS. 1 and 2 shows the deformation element from FIGS. 1 and 2 with a large-area load.
  • FIG. 1 shows a basic illustration of a deformation element which comprises cylinder bodies 5 as essential components.
  • the cylinder bodies 5 are hollow and provided with a friction-reducing surface, for example with a Teflon coating.
  • the sheath 9 also represents that area on which forces to be absorbed are to act.
  • FIG. 3 shows the deformation element from FIGS. 1 and 2 with a local load.
  • a load can be given for example by the leg of a pedestrian.
  • the cylinder body 5 are pushed aside. This has the consequence that the sheath 9 bulges outward in the edge regions of the local force.
  • the deformation element behaves relatively soft and reduces the risk of injury to a pedestrian.
  • Fig. 4 shows the deformation element in a large-area load.
  • the cylinder bodies 5 is hardly possible to escape, since the space 7 is not yielding and no or little surface of the flexible shell 9 is available.
  • the deformation element behaves relatively stiff and therefore can convert more energy.

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Abstract

Ein Deformationselement für den Frontbereich eines Kraftfahrzeuges weist etwa senkrecht zur Aufprall richtung angeordnete Zylinderkörper (5) und/oder Kugeln auf, welche zumindest im Aufprallbereich hinter einer nachgiebigen Hülle (9) angeordnet sind. Die Zylinderkörper (5) / Kugeln sind so angeordnet und ausgebildet, dass sie bei einer lokalen Belastung im Wesentlichen zerstörungsfrei unter Verformung der Hülle (9) ausweichen. Bei einer großflächigen Belastung hingegen können die Zylinderkörper (5) oder Kugeln nur in geringem Umfang ausweichen bzw. werden bei einer ausreichend großen Belastung zerstört. Das Deformationselement wird bevorzugt als Fußgängerschutzstruktur eingesetzt.

Description

„Deformationselement"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Deformationselement für den Frontbereich eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Je nach Lastfall werden unterschiedliche Anforderungen an die Steifigkeit von Fahrzeugfrontstrukturen gestellt. Bei Auffahrunfällen und bei einem Aufprall eines Fahrzeuges auf ein festes Hindernis muss die Fahrzeugfrontstruktur eine relativ hohe Steifigkeit aufweisen, um bei den auftretenden hohen Kräften möglichst viel kinetische Energie umzuwandeln und damit Beschädigungen des Fahrzeuges zu verhindern oder zu reduzieren. Im Gegensatz dazu muss bei Unfällen mit Fußgängern die Fahrzeugfront wesentlich weicher sein, damit das Kraftniveau mit dem der Fußgänger - meist am Bein - getroffen und auf die Motorhaube geschleudert wird, möglichst niedrig ist.
Die vorbeschriebenen, gegensätzlichen Anforderungen an die Fahrzeugfrontstruktur werden derzeit dadurch erfüllt, dass eine sich bereits bei geringen Kräften verformende Struktur zwischen dem Stoßfängerüberzug und dem Stoßfängerquerträger des Fahrzeuges eingesetzt wird. Häufig finden dafür entsprechend ausgebildete Kunststoffschäume Verwendung. Der hinter diesen weichen Strukturen liegende Stoßfängerquerträger und die sich daran anschließenden Crash- oder Typschadenelemente weisen hingegen eine hohe Steifigkeit auf, damit in diesen Bauteilen bei einem Aufprall auf ein Fahrzeug oder festes Hindernis möglichst viel kinetische Energie umgewandelt werden kann. Das Energieaufnahmevermögen der oben beschriebenen Fahrzeugfrontstrukturen hängt nicht nur von ihrer Steifigkeit, sondern auch von dem zur Verfügung stehenden Deformationsweg ab. Eine auf den Deformati ons weg bezogene optimale Energieaufnahme wird bei einem konstanten Kraftniveau erreicht. Das bedeutet, dass bei der oben beschriebenen seriellen Anordnung einer weichen (Fußgängerschutz)-Struktur und einer steifen (Stoßfängersystem)-Struktur der Bauraum hinsichtlich der größtmöglichen Energieabsorption nicht optimal genutzt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln ein Deformationselement zu schaffen, welches sowohl bei einem Fußgängerunfall, als auch bei einem Aufprall des Fahrzeuges auf ein anderes Fahrzeug oder ein festes Hindernis die zur Verfügung stehende Baulänge für beide Lastfälle ausnutzt.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Deformationselement umfasst etwa senkrecht zur Aufprallrichtung angeordnete Zylinderkörper und/oder Kugeln, welche durch eine nachgiebige Hülle abgedeckt sind. Diese Zylinderkörper oder Kugeln sind so angeordnet und ausgebildet, dass sie bei lokalen Belastungen, insbesondere durch die Beine eines Fußgängers, im Wesentlichen zerstörungsfrei unter Verformung der Hülle ausweichen. Bei einer großflächigen Belastung hingegen, beispielsweise bei einem Aufprall des Fahrzeuges auf ein festes Hindernis, weichen sie nur in geringem Umfang aus bzw. werden bei einer ausreichend großen Belastung zerstört.
Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung wird mit einfachen Mitteln erreicht, dass sich das Deformationselement bei einem Unfall mit einem Fußgänger weich und bei einem Auffahrunfall oder Ähnlichem steif verhält. Der Bauraum für das Deformationselement wird dadurch im Sinne einer größtmöglichen Energieaufnahme optimal genutzt. Das Deformationselement wird sich bei einem Auffahrunfall mit einem hohen Kraftniveau bei einem maximalen Weg deformieren. Das Kraftniveau bei einem Unfall mit einem Fußgänger wäre hingegen niedrig.
Im Zusammenhang mit den vorstehenden Ausführungen ist ein charakteristisches Unterscheidungsmerkmal zwischen einem Fußgängerbein und einer Fahrzeugstruktur als die am meisten auftretende Struktur die jeweilige Breite. Die Belastungsfläche des Deformationselements ist bei einem Unfall mit einem Fußgänger geringer als bei einem Auffahrunfall. Daher wird der Fahrzeugbauraum bei Verwendung einer Struktur, deren Steifigkeit und damit deren Energieaufnahmevermögen von der Belastungsfläche abhängt, optimal genutzt. Man kann auch sagen, dass durch das erfindungsgemäße Deformationselement eine gezielte und von der Belastungsfläche abhängige, relative Widerstandskraft herbeigeführt wird.
Dieses Verhalten ergibt sich dadurch, dass die Zylinderkörper / Kugeln bei einer kleinflächigen Belastung ausweichen und so einen relativ geringen Widerstand erzeugen. Bei einer großflächigen Belastung hingegen kann dieses lokale Ausweichen nicht erfolgen, wodurch der Widerstand relativ gesehen größer ist.
Dadurch unterscheidet sich der Einsatz der vorgeschlagenen Zylinderkörper von bekannten Zylinderkörpern, insbesondere von Hohlzylindern. Diese sind nämlich stets in ihrer Position fixiert und dienen dazu, durch ihre Verformung oder Zerstörung Energie umzuwandeln.
Die vorgeschlagenen Zylinderkörper oder Kugeln können aus den verschiedensten Materialien hergestellt sein und bevorzugt Hohlzylinder oder Hohlkugeln bilden. Auch eine Kombination von Zylinderkörpern und Kugeln ist genauso denkbar, wie eine Kombination verschiedener Materialien oder Größen. Auch für die Hülle können verschiedene Materialien eingesetzt werden. Bevorzugt ist die Hülle selber sehr weich und stellt bei ihrer Verformung keinen nennenswerten Widerstand dar. Demnach können bei einer lokalen Belastung die beweglichen Teile ausweichen und erzeugen nur einen geringen Widerstand, wodurch das Verletzungsrisiko des Fußgängers reduziert wir. Anders können hingegen bei einer größeren Belastungsfläche die beweglichen Teile nur teilweise bzw. gar nicht ausweichen. Die Struktur reagiert dadurch steifer.
Über die Größe, Masse, Steifigkeit, Form und den Reibungskoeffizienten der beweglichen Teile lässt sich die Steifigkeit in Abgängigkeit von der Belastungsfläche gut einstellen.
Bevorzugt können die Zylinderkörper/Kugeln eine die Reibung reduzierende Oberfläche aufweisen. So können die Zylinderkörper beispielsweise aus steifen Aluminiumröhrchen bestehen, die mit Teflon beschichtet sind.
Bevorzugt sind die Zylinderkörper senkrecht stehend angeordnet, so dass sie bei einer Krafteinwirkung seitlich ausweichen. Wenn die Hülle für das Deformationselement elastisch nachgiebig ist, dann kann sich das Deformationselement bei einem leichteren Aufprall reversibel verhalten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 in Schnittdarstellung das Prinzip eines Deformationselements mit verschiebbaren Zylinderkörpern und einer nachgiebigen Hülle,
Fig. 2 den Schnitt Il - Il aus Figur 1 , Fig. 3 das Deformationselement aus den Figuren 1 und 2 bei einer lokalen Belastung und
Fig. 4 das Deformationseiement aus den Figuren 1 und 2 bei einer großflächigen Belastung.
Die Fig. 1 zeigt als Prinzipdarstellung ein Deformationselement, welches als wesentliche Bestandteile Zylinderkörper 5 umfasst.
Die Zylinderkörper 5 sind hohl und mit einer reibungsmindemden Oberfläche, beispielsweise mit einer Teflonbeschichtung, versehen.
Wie die Figur deutlich zeigt, füllen die Zylinderkörper 5 einen begrenzten Raum 7 aus. Der Raum 7 ist durch eine nachgiebige Hülle 9 abgeschlossen. Die Hülle 9 stellt auch denjenigen Bereich dar, auf welchen zu absorbierende Kräfte einwirken sollen.
Figur 3 zeigt das Deformationselement aus den Fig. 1 und 2 bei einer lokalen Belastung. Eine solche Belastung kann beispielsweise durch das Bein eines Fußgängers gegeben sein. Bei einer lokalen Belastung werden die Zylinderkörper 5 zur Seite gedrückt. Dies hat zur Folge, dass sich die Hülle 9 in den Randbereichen der lokalen Krafteinwirkung nach außen wölbt. Dadurch, dass die Zylinderkörper 5 ausweichen, verhält sich das Deformationselement relativ weich und reduziert das Verletzungsrisiko eines Fußgängers.
Fig. 4 zeigt das Deformationselement bei einer großflächigen Belastung. Durch großflächige Einwirkung auf die Hülle 9 ist den Zylinderkörpern 5 ein Ausweichen kaum noch möglich, da der Raum 7 nicht nachgiebig ist und keine oder wenig Fläche der nachgiebigen Hülle 9 zur Verfügung steht. Aus diesen Gründen verhält sich das Deformationselement relativ steif und kann deshalb mehr Energie umwandeln.

Claims

P5508DE.0 EN/SCAnsprüche
1. Deformationselement für den Frontbereich eines Kraftfahrzeuges, mit etwa senkrecht zur Aufprall richtung angeordneten Zylinderkörpern und/oder Kugeln, welche zumindest im Aufprallbereich hinter einer nachgiebigen Hülle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkörper (5)/Kugeln so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie bei einer lokalen Belastung im wesentlichen zerstörungsfrei unter Verformung der Hülle (9) ausweichen, und dass bei einer großflächigen Belastung die Zylinderkörper (5)/Kugeln nur in geringem Umfang ausweichen bzw. bei einer ausreichend großen Belastung zerstört werden.
2. Deformationselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkörper (5)/Kugeln eine die Reibung reduzierende Oberfläche aufweisen.
3. Deformationselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderkörper (5) senkrecht stehend angeordnet sind.
4. Deformationselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (9) elastisch nachgiebig ist.
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