Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft Halbfabrikate zur Herstellung von Leitplanken-Vorrichtungen, Leitplanken-Vorrichtung und Vorrichtungen zur Verstärkung einer Struktur,
Stand der Technik
[0002] Blech ist ein sehr vielseitig verwendbarer Werkstoff, der aufgrund seiner plastischen Verformbarkeit aus einer einfachen flächigen Grundform in komplexe dreidimensionale Blechstrukturen umgeformt werden kann. Solche Strukturelemente können bei relativ geringem Gewicht eine hohe Steifigkeit und Festigkeit aufweisen, und werden deshalb häufig eingesetzt, wenn das Gewicht ein wichtiger Faktor ist, beispielsweise im Fahrzeugbau und Leichtbau.
[0003] Im Fahrzeugbau werden geformte Blechteile als Strukturelemente verwendet, um bei möglichst geringem Gewicht eine möglichst hohe Festigkeit zu erreichen. Bei gewissen Bauteilen einer Fahrzeugkarosserie sind den mit Blech erreichbaren Festigkeiten jedoch Grenzen gesetzt. Beispielsweise ist es für Fahrzeugtüren wünschenswert, dass diese beim direkten Aufprall eines anderen Fahrzeugs den direkt daneben befindlichen Fahrzeuginsassen so gut wie möglich vor dem Aufprall schützen. Zu diesem Zweck darf sich die Türe im betreffenden Bereich nur in geringem Masse verformen, was mit speziellen massiven Versteifungselementen erreicht werden kann.
[0004] Leitplanken-Systeme für den Strassenbau, insbesondere für Autobahnen, werden aus Kostengründen ebenfalls sehr häufig aus geformten Blechen aufgebaut, um bei einem Minimum an Gewicht und Materialverbrauch ein Maximum an mechanischer Stabilität zu erreichen. Fig. 1zeigt ein Beispiel einer solchen herkömmlichen Leitplanken-Vorrichtung 1, bestehend aus zwei einzelnen umgeformten Blechen 2, welche gegengleich an einem Träger 17 befestigt sind. Die beiden Blechelemente 2, 2 können, müssen aber nicht, miteinander verbunden sein. Aufgrund der sehr hohen benötigten Laufmeterzahlen und der entsprechend niedrigen akzeptablen Herstellungspreise solcher Leitplanken werden diese vorzugsweise in einem effizienten Endlosverfahren hergestellt, beispielsweise durch Formwalzen eines Endlochbleches.
[0005] Für die Umformung von flächigen, plastisch verformbaren Werkstoffen wie Blech sind weitere Verfahren bekannt, wie beispielsweise das Tiefziehen mit Stempel und Matrize. Für speziellere Formgebungen können andere Verfahren eingesetzt werden, so zum Beispiel Hochdruck-Blechumformung, auch bekannt als Hydroforming, bei der im Vergleich zum herkömmlichen Tiefziehen der Stempel durch ein direkt auf das Werkstück wirkendes Druckmedium ersetzt wird. Ein anderes Verfahren ist das hydromechanische Tiefziehen, bei dem die Matrize durch einen mit Druckmedium gefüllten, druckregulierten Hohlraum ersetzt wird. Der für die Umformung benötigte Mediendruck hängt unter anderem von der Geometrie des Bauteils, der Blechdicke und dem verwendeten Werkstoff ab, und kann von 5 MPa (Aluminiumblech) bis 200 MPa (Edelstahlblech) reichen.
Solche Drücke können nur hydraulisch erzeugt werden, und erfordern aufwendige, teure Werkzeuge.
[0006] Für die Herstellung von komplexen Hohlstrukturen aus Blech wird das Innen-Hochdruck-Verfahren angewandt, eine Variante der Hochdruck-Blechumformung, bei der das druckbeaufschlagte Medium in einen druckdicht abgeschlossenen Innenraum eines röhrenförmigen Blechrohlings eingebracht wird, das in einem eine äussere Matrize bildenden Werkzeug angeordnet ist. Ein solches Verfahren ist beispielsweise beschrieben in WO 00/10 748 A1 und WO 2006/018 846 A1. Die notwendigen Drücke sind ähnlich wie beim konventionellen Hochdruck-Blechumformen. Anstelle eines röhrenförmigen Blechrohlings können auch zwei flächig aufeinander gelegte Bleche verwendet werden.
[0007] Den bekannten Verfahren eigen sind die sehr hohen Arbeitsdrücke, welche bis 200 MPa (2000 bar) betragen können. Bei solchen Drücken werden die formgebenden Werkzeuge stark belastet. Deren Anfertigung und Betrieb ist zudem aufwendig und teuer, und die Grösse der herstellbaren Bauteile begrenzt.
Darstellung der Erfindung
[0008] Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein vorteilhaftes Halbfabrikat zur Herstellung von Leitplanken-Vorrichtungen und Vorrichtungen zur Verstärkung einer Struktur zur Verfügung zu stellen.
[0009] Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorteilhafte Leitplanken-Vorrichtungen zur Verfügung zu stellen, welche insbesondere kostengünstig herstellbar ist.
[0010] Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorteilhafte Vorrichtung zur Verstärkung einer Struktur bereitzustellen, insbesondere für die Verstärkung von Teilen einer Fahrzeugkarosserie wie beispielsweise einer Fahrzeugtüre.
[0011] Diese und andere Aufgaben werden gelöst durch ein erfindungsgemässes Halbfabrikat, eine erfindungsgemässe Leitplankenvorrichtung und eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Verstärkung einer Struktur, gemäss den unabhängigen Patentansprüchen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
[0012] Ein erfindungsgemässes Halbfabrikat zur Herstellung von Leitplanken-Vorrichtungen und Vorrichtungen zur Verstärkung einer Struktur umfasst zwei oder mehr Blechelemente, die entlang mindestens eines Teils ihrer Konturen zusammengefügt sind, beispielsweise durch Schweissen oder Kleben, so dass sich mindestens ein Hohlraum bilden, welcher druckdicht verschlossen ist oder verschliessbar ist. Vorzugsweise erstreckt sich der mindestens eine Hohlraum entlang einer Längsachse des Halbfabrikats.
[0013] In einer bevorzugten Variante eines solchen erfindungsgemässen Halbfabrikats ist dieses aufrollbar, faltbar oder knickbar. Dies hat den Vorteil, dass es platzsparend transportierbar ist.
[0014] Vorteilhaft weist ein erfindungsgemässes Halbfabrikat zudem einen Anschluss auf, für die Zuleitung eines Druckmediums in den Hohlraum. Geeignete Druckmedien sind beispielsweise Druckluft, Wasser oder hydraulische Flüssigkeiten.
[0015] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Halbfabrikats ist mindestens ein Begrenzungselement mit mindestens einem der Blechelemente des Halbfabrikats form- und/oder kraftschlüssig verbunden. Das mindestens eine Begrenzungselement ist dabei geeignet, bei einem Aufblasen des Halbfabrikats zu einer dreidimensionalen Leitplanken-Vorrichtung die Umformung eines oder mehrerer der Blechelemente in vorbestimmter Weise zu begrenzen. Vorzugsweise ist das mindestens eine Begrenzungselement innerhalb eines Hohlraums angeordnet. In einer möglichen Variante ist ein Begrenzungselement zwischen zwei Blechelementen angeordnet und an diesen form- und/oder kraftschlüssig befestigt. Weiter kann ein Begrenzungselement auch ein auf einem Blechelement angeordneter Steg oder eine auf einem Blechelement angebrachte Sicke sein.
[0016] Eine erfindungsgemässe Leitplanken-Vorrichtung umfasst ein erfindungsgemässes Halbfabrikat, welches durch Aufblasen des mindestens einen Hohlraums des Halbfabrikats umgeformt ist. Aufgrund seiner vorteilhaften Leichtbau-Konstruktion weist eine erfindungsgemäs-se Leitplanken-Vorrichtung bei gleichem Gewicht pro Laufmeter eine verbesserte mechanische Festigkeit auf. Aufgrund der dreidimensionalen Struktur absorbiert zudem eine erfin-dungsgemässe Leitplanken-Vorrichtung bei einem Anprall beispielsweise eines Fahrzeugs einen Teil der kinetischen Energie, und kann so zu einer verbesserten Unfallsicherheit beitragen.
[0017] Bei einem entsprechend ausgestalteten erfindungsgemässen Halbfabrikat kann die Leitplanken-Vorrichtung auch vor Ort, also beispielsweise auf der Strassenbaustelle, aus dem Halbfabrikat ab Rolle hergestellt werden.
[0018] Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform verbleibt die Leitplanken-Vorrichtung dauerhaft unter Überdruck, oder wird bei einem Anprall kurzfristig unter Überdruck gesetzt, um die mechanische Stabilität noch zusätzlich zu erhöhen. Zu diesem Zweck können Druckgeneratoren und Steuervorrichtungen vorgesehen sein.
[0019] Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Verstärkung einer Struktur umfasst ein Strukturelement mit mindestens einem Hohlraum, welcher druckdicht verschlossen ist oder verschliessbar ist, und einem Druckgenerator, mit welchem vorübergehend oder kontinuierlich ein Überdruck innerhalb des mindestens einen Hohlraums des Strukturelements erzeugbar ist. Vorteilhaft besteht das Strukturelement der Vorrichtung aus zwei oder mehr Blechelementen, die entlang mindestens eines Teils ihrer Konturen zusammengefügt sind, beispielsweise durch Schweissen oder Kleben, so dass sich der mindestens eine Hohlraum bildet. Das Strukturelement kann durch Aufblasen des geschlossenen Hohlraums vorgeformt sein.
[0020] Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung ist der Druckgenerator eine chemische Treibladung.
[0021] Vorteilhaft Vorrichtung der mindestens eine Hohlraum des Strukturelements der erfindungs-gemässem Vorrichtung eine Sollbruchstelle oder ein Überdruckventil auf.
[0022] Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung weist eine Steuervorrichtung auf, mit der Zustände innerhalb und/oder ausserhalb der Vorrichtung messbar sind, und mit welcher der Druckgenerator ansteuerbar ist. Bevorzugt ist die Steuervorrichtung mit einer externen Steuereinrichtung verbindbar.
[0023] Der Hohlraum des Strukturelements der erfindungsgemässen Vorrichtung kann mit einem geschäumten Material ausgefüllt sein, insbesondere Polyurethanschaum, Schaumbeton, oder Aluminiumschaum.
[0024] Das Strukturelement ist in einer besonders bevorzugten Variante einer erfindungsgemässen Vorrichtung ein durch Aufblasen umgeformtes erfindungsgemässes Halbfabrikat.
[0025] Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Verstärkung einer Struktur kann eine erfindungsgemässe Leitplanken-Vorrichtung beinhalten.
[0026] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung ist in einer Fahrzeugkarosserie angeordnet, insbesondere in einer Fahrzeugtüre, einer Fahrzeugsäule, oder dem Dach.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0027] Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnungen Bezug genommen. Diese zeigen lediglich Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands.
<tb>Fig. 1<sep>zeigt ein Beispiel einer herkömmlichen Leitplanken-Vorrichtung in perspektivischer Ansicht.
<tb>Fig. 2<sep>zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Leitplanken-Vorrichtung in perspektivischer Ansicht.
<tb>Fig. 3<sep>zeigt ein erfindungsgemässes Halbfabrikat (a) in Aufsicht und (b) in einem Querschnitt entlang der Linie A-A.
<tb>Fig. 4<sep>zeigt ein anderes Beispiel einer erfindungsgemässen Leitplanken-Vorrichtung in perspektivischer Ansicht.
<tb>Fig. 5<sep>zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Strukturverstärkung, eingesetzt in einer Fahrzeugtüre, (a) in einer Seitenansicht, (b) in einem Querschnitt, und (c) in einem Querschnitt nach dem Aufprall eines Fahrzeugs.
Ausführung der Erfindung
[0028] Eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Leitplanken-Vorrichtung 1 ist dargestellt in Fig. 2. Die Leitplanken-Vorrichtung 1 umfasst zwei Blechelemente 2, 2, welche entlang dreier paralleler Verbindungssäume 14, 14 miteinander dichtend verbunden sind, beispielsweise durch Schweissen, Kleben oder andere geeignete Verbindungstechniken. Durch freie Innendruck-Umformung wurden die ursprünglich planparallelen Blechelemente 2, 2 eines erfindungsgemässen Halbfabrikats aufgeblasen, resultierend in der dargestellten gewölbten, dreidimensionalen Struktur, mit zwei Hohlräumen 13 entlang der Längsachse 16.
Die Leitplanken-Vorrichtung 1 ist mit Befestigungselementen 15, beispielsweise Schrauben, an den Verbindungssäumen 14, 14 an einem hinter der Leitplanke angeordneten vertikalen Träger 17 befestigt Anstatt zweier Hohlräume sind auch Ausführungsformen mit nur einem Hohlraum möglich, wie beispielsweise in Fig. 4 gezeigt, bzw. drei oder mehr Hohlräumen.
[0029] Ein erfindungsgemässes Halbfabrikat 11 zur Herstellung einer Leitplanken-Vorrichtung ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt. So zeigt Fig. 3(a) einen Ausschnitt aus einem aus zwei Blechelementen 2, 2 bestehenden Halbfabrikat 11, und Fig. 3(b) zeigt einen Querschnitt durch das Halbfabrikat 11 entlang der Linie A-A.
[0030] Die Herstellung des Halbfabrikats 11 erfolgt vorzugsweise in einem Endlosverfahren. Dazu werden beispielsweise zwei Blechstreifen ab Rolle übereinander gelegt, und mittels Laser-schweissen miteinander verbunden. Entsprechende Anlagen sind dem Fachmann aus der industriellen Praxis bekannt. Um die äusseren 14 und inneren 14 Verbindungssäume zu bilden, müssen die beiden Bleche 2, 2 nicht flächig miteinander verbunden werden. Es ist dazu ausreichend, wenn pro Verbindungsaum 14, 14 eine Schweissnaht 18 angebracht wird. Aus Stabilitätsgründen werden jedoch vorzugsweise pro Verbindungsaum mehrere parallele Schweissnähte 18 angebracht. Um das Aufblasen und Umformen des Halbfabrikats 11 zu ermöglichen, müssen die Schweissnähte 18 druckdicht sein.
[0031] Alternativ können die Bleche 2, 2 im Bereich der Verbindungssäume 14, 14 auch flächig miteinander verklebt werden. Ebenso ist es möglich, in einem inneren Bereich des Verbindungssaums einen Dichtstreifen, beispielsweise aus einem Elastomer, anzuordnen, und die Blechelemente an den Rändern des Verbindungssaums durch Punktschweissen, Nieten oder Schrauben miteinander zu verbinden.
[0032] Nach dem Zusammenfügen der einzelnen Bestandteile werden die einzelnen Halbfabrikate 11 von Endlostrang abgelängt. Durch Einleiten eines Druckmediums in den Hohlraum wird das Halbfabrikat in die dreidimensionale Endstruktur umgeformt. Dies kann auch erst am Einbauort geschehen, was eine platzsparende Lagerung und einen effizienten Transport der noch flachen Halbfabrikate ermöglicht Alternativ ist es auch möglich, das endlose Halbfabrikat 11 aufzurollen oder sonst wie platzsparend zu lagern, und dieses erst am Montageort, beispielsweise auf der Baustelle, abzulängen.
[0033] Um das Halbfabrikat 11 durch Aufblasen zur Leitplanke 1 umzuformen, müssen die zukünftigen Hohlräume 13 zwischen den beiden Blechelementen 2, 2 druckdicht geschlossen sein. Entlang der Längsachse 16 erfolgt dieser druckdichte Abschluss durch die Schweissnähte 18 der Verbindungssäume 14, 14. An den beiden Längsenden einer erfindungsgemässen Leitplanken-Vorrichtung können ebenfalls Schweissnähte angebracht werden, oder die einzelnen Halbfabrikate werden temporär verschlossen, beispielsweise durch hydraulische Klemmen oder Abschlussdeckel, oder andere geeignete Mittel.
[0034] Bei der Freier-Innendruck-Umformung des Halbfabrikats durch Aufblasen zur dreidimensionalen Blechstruktur wird innerhalb des Hohlraums 13 gegenüber der äusseren Umgebung ein Überdruck erzeugt, beispielsweise durch Einleiten von Druckluft oder Befüllen mit Wasser oder einem anderen hydraulischen Wirkmedium. Der Begriff Aufblasen ist synonym zum Begriff Umformen zu verstehen. Der notwendige Überdruck im Hohlraum 13 beträgt je nach Fall zwischen 50 kPa (0.5 bar) und 1 MPa (10 bar). Dies stellt wesentlich geringere Anforderungen an die technische Infrastruktur.
[0035] Beim in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Halbfabrikats ist an einem der Blechelemente für jeden Hohlkörper ein Anschluss 12 für ein Druckmedium angeordnet.
[0036] Die ursprünglich im wesentlichen flachen Blechelemente 2, 2 werden durch den erhöhten Innendruck plastisch verformt und in einem gewissen Mass auch elastisch gedehnt, wobei die Umformung "frei" ist, also nicht durch eine Matrize oder einen Stempel vorgegeben ist.
[0037] Die Art der Umformung ist durch die Wahl der Kontur 21 und der topologischen Verbindung 18 der Blechelemente, die spezifischen Materialeigenschaften des Blechs wie Elastizitätsmodul, Blechdicke, Walzrichtung, sowie die Prozessparameter wie angewandter Arbeitsdruck und Umformzeit bestimmt. Aufgrund der plastischen Verformung kommt es dabei zu einer Verschiebung der Konturen. Beim Ausblasen der Halbfabrikate werden diese also in der Ebene der Konturen schmaler, was bei der Wahl der Konturierung berücksichtigt werden muss. Nicht notwendig ist wie bereits erläutert die Verwendung einer Matrize oder eines anderen formgebenden Werkzeugs. Jedoch können äussere Mittel zur Beeinflussung der Freier-Innendruck-Umformung verwendet werden.
[0038] Nach dem Erreichen des Sollzustands der dreidimensionalen Blechstruktur der Leitplanken-Vorrichtung wird der Druck wieder abgesenkt, wobei aufgrund der plastischen Verformung des Blechs die Formgebung stabil bleibt. Eine gewisse reversible elastische Verformung muss dabei bei der Festlegung der Prozessparameter und der Konturgebung berücksichtigt werden. Es kann auch ein erhöhter Innendruck verbleiben, um beispielsweise die Leitplanken-Vorrichtung zusätzlich mechanisch zu stabilisieren.
[0039] Der Vorteil bei der Verwendung von Druckluft als Druckmedium ist die leichte Handhabbarkeit. Hingegen sind Gase bei höheren Drücken aufgrund ihrer Kompressibilität weniger effizient, dass heisst, der notwendige Druck wird weniger schnell erreicht, und es tritt eine Temperaturerhöhung auf, die wiederum wegen der Materialausdehnung einen Einfluss auf die Blechstruktur hat. Bei der Verwendung von hydraulischen Flüssigkeiten (Wasser, Öl, Wasser-Öl-Emulsionen) tritt dieses Problem nicht auf, und die Temperatur der Blechstruktur ist über das Druckmedium einstellbar. Hingegen stellt sich hier das Problem, die hydraulische Flüssigkeit anschliessend wieder aus der Blechstruktur zu entfernen, was aufwendiger ist als bei gasförmigen Druckmedien.
[0040] Anstatt der Verwendung von Druckluft oder pneumatischen Flüssigkeiten können auch andere Methoden verwendet werden, um den Innendruck zu erhöhen. Beispielsweise können chemische Reaktionen angewandt werden, die ein bestimmtes Volumen an Gas produzieren. Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel ein vollständig geschlossenes Halbfabrikat realisieren, in das eine bestimmte Menge an geeigneten chemischen Edukten eingebracht wird. Nach Auslösen der Reaktion, beispielsweise durch eine lokale Erhöhung der Temperatur über einen bestimmten Schwellwert, tritt die Reaktion in Gang, das Gas wird produziert, und bläst die Blechstruktur wie gewünscht auf. Ebenso ist es möglich, für die Innendruckerhöhung ausschäumende Materialien zu verwenden, wie bspw. Polyurethanschaum, Schaumbeton oder Aluminiumschaum, die anschliessend im Hohlraum der Blechstruktur verbleiben.
[0041] Es ist auch möglich, eine erfindungsgemässe Leitplanken-Vorrichtung mit dauerhaft abgeschlossenen Hohlräumen auszustatten. Bei einer solchen Variante kann beispielsweise der mindestens eine Hohlraum der Leitplanken-Vorrichtung vorübergehend oder kontinuierlich unter einem gewissen Überdruck gehalten werden. Zu diesem Zweck kann ein Druckgenerator vorgesehenen sein, welcher ausserhalb oder innerhalb der Leitplanken-Vorrichtung angeordnet ist. Ein Überdruck innerhalb des Hohlraums führt zu einer mechanischen Stabilisierung der Leitplanke. Eine solche erfindungsgemässe Leitplanken-Vorrichtung entspricht dann auch einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Verstärkung einer Struktur, in diesem Fall der Struktur einer Leitplanke.
[0042] Unabhängig davon, ob der Hohlraum gegenüber der Umgebung einen Überdruck aufweist, weist ein geschlossener Hohlraum die Eigenschaft auf, dass bei einem heftigen Anprall eines Fahrzeugs die Luft innerhalb des Hohlraums komprimiert wird, was zu einer zusätzlichen Absorption von kinetischer Energie führt. Eine solche erfindungsgemässe Leitplanken-Vorrichtung wirkt also auch in der Art und Weise eines Airbags.
[0043] Für die Erzeugung eines kontinuierlichen Überdrucks kann als Druckgenerator beispielsweise ein Druckluftkompressor eingesetzt werden, Soll nur temporär ein Überdruck erzeugt werden, beispielsweise bei einem Anprall eines Fahrzeugs, ist der Druckgenerator vorzugsweise als chemische Treibladung ausgestaltet, welche zu einem geeigneten Zeitpunkt gezündet die Leitplanken-Vorrichtung in sehr kurzer Zeit unter Überdruck setzt. Auf diese Weise kann für einen kurzen Zeitraum die mechanische Stabilität einer erfindungsgemässen Leitplanken-Vorrichtung erheblich verstärkt werden. Eine solche Leitplanken-Vorrichtung kann auch mit einer Sollbruchstelle ausgerüstet sein, um den Überdruck nach dem Auslösen des Druckgenerators wieder kontrolliert abzubauen.
[0044] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform einer solchen erfindungsgemässen Leitplanken-Vorrichtung ist eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung des Druckgenerators vorgesehen. Mit der genannten Steuervorrichtung sind Zustände innerhalb und/oder ausserhalb der Leitplanken-Vorrichtung messbar, beispielsweise der Innen- und/oder Aussendruck, oder ein Anprall eines massiven Objekts wie beispielsweise eines Fahrzeugs. Letzterer kann beispielsweise durch eine Druckspitze innerhalb des geschlossenen Hohlraums, oder durch die auftretende Erschütterung detektiert werden. Eine Steuervorrichtung kann auch mit anderen Steuervorrichtungen, beispielsweise von benachbarten Leitplankenelementen, oder mit einer zentralen Steuervorrichtung, verbunden werden.
Auf diese Weise kann zum Beispiel ein Anprall auf ein Leitplankenelement an eine zentrale Verkehrsleitzentrale gemeldet werden. Ein solches Netzwerk kann beispielsweise als drahtgebundener Datenbus oder als drahtloses Funknetzwerk aufgebaut sein.
[0045] Eine Ausführungsform einer solchen erfindungsgemässen Leitplanken-Vorrichtung ist beispielsweise in Fig. 4 dargestellt. Die gezeigte Leitplanken-Vorrichtung 1 bzw. Struktur-Verstärkungsvorrichtung 6 besteht aus zwei Blechelementen 2, 2, welche entlang ihrer Längsränder mit zwei Verbindungssäumen 14 druckdicht verbunden ist. Ebenfalls ist sind die zwei Längsenden (nicht gezeigt) der Leitplankenvorrichtung 1 druckdicht abgeschlossen.
[0046] Innerhalb des dadurch gebildeten geschlossenen Hohlraums 13 ist ein Druckgenerator in Form einer elektrisch zündbaren Treibladung 4 angebracht. Ebenfalls im Hohlraum angebracht ist eine Steuervorrichtung 5, mit welcher ein Anprall auf das Leitplankenelement de-tektierbar 51 und die chemische Treibladung 4 auslösbar ist. Die Steuervorrichtung 5 kann auch ausserhalb der Leitplanken-Vorrichtung angeordnet werden, wobei in diesem Fall separate Sensoren 51 in der Leitplanke angeordnet werden können.
[0047] Zum zusätzlichen Schutz des mindestens einen Hohlraums 13 einer erfindungsgemässen Leitplanken-Vorrichtung, beispielsweise beim Anprall eines Fahrzeugs, kann eine zusätzliche Aufprallschürze vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise die Form eines weiteren Bleches haben, welches auf dem einem Träger 17 abgewandten Blechelement 2 angebracht ist.
[0048] Eine andere mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung 6 zur Verstärkung einer Struktur 7 ist in Fig. 5dargestellt, an Beispiel einer Fahrzeugtüre. Die Vorrichtung weist zwei aus zwei Blechlagen geformte, im Wesentlichen abgeschlossene Hohlkörper 13 auf, welche durch einen umlaufenden Saum und einen dazwischen liegenden Saum verbunden sind. Die beiden Hohlkörper bilden zwei Strukturelemente 61 zur Verstärkung der Fahrzeugtür-Struktur 7.
[0049] Die Vorrichtung 6 ist im gezeigten Beispiel im Inneren eines hohlen Gehäuses der Türe 7 angeordnet, in einer Lage, der einer durchschnittlich zu erwartenden Höhe einer Front eines kollidierenden Fahrzeugs 8 entspricht, jenem Bereich also, der bei einer Kollision besonders verstärkt werden soll, um den neben der Türe sitzenden Fahrzeuginsassen zu schützen. Im Inneren der beiden Hohlkörper ist jeweils ein Druckgenerator 4 angeordnet. Dieser umfasst vorzugsweise eine chemische Treibladung. Die beiden Druckgeneratoren 4 sind mit einer Steuervorrichtung 5 verbunden, welche die Druckgeneratoren elektrisch auslösen kann. Die genannte Steuervorrichtung weist zwei externe Sensoren 51 auf, welche an der Aussen liegenden Seite der Fahrzeugtüre 7 angeordnet sind.
Geeignete Sensoren 51 sind beispielsweise Kraftsensoren oder Beschleunigungssensoren, oder andere geeignete Mittel, welche eine Verformung der Türstruktur 7 schnell wahrnehmen können. Es ist auch möglich, im Inneren der Hohlkörper 13 Drucksensoren vorzusehen, welche eine schnelle Druckerhöhung aufgrund einer Verformung eines Strukturelements 61 bei einer Kollision detektieren können.
[0050] Trifft nun wie in Fig. 5(b) dargestellt ein schweres Objekt 8 auf die Tür 7, so verformt sich die Aussenseite der Tür 7. Dies wird von den Sensoren 51 detektiert und an die Steuervorrichtung 5 weitergeleitet. Aufgrund der eingehenden Messwerte klassifiziert die Steuervorrichtung das Kollisionsereignis, und entscheidet ob die Druckgeneratoren auszulösen sind oder nicht. Gegebenenfalls kann nur ein Druckgenerator ausgelöst werden, oder die beiden Druckgeneratoren werden mit Verzögerung gezündet. Auf diese Weise kann von der Steuervorrichtung die optimale Reaktion auf das Ereignis gewählt werden. So wird bei einer langsamen Kollision, bei ein Fahrzeuginsasse nicht gefährdet ist, ein unnötiges, irreversibles Auslösen der Druckgeneratoren vermieden.
In einer vorteilhaften Variante tauscht die Steuervorrichtung 5 Informationen mit einer mit der Steuervorrichtung verbundenen externen Steuereinrichtung aus, beispielsweise einer Steuereinheit für ein Airbag-System, um ein Kollisionsereignis besser einordnen zu können.
[0051] Bei einer schweren Kollision 8 werden beide Druckgeneratoren 4 ausgelöst. Als Folge davon werden durch den in den Hohlräumen 13 der Strukturelemente 61 entstehenden Überdruck die Strukturelemente 61 aufgeblasen, wie in Fig. 5(c) dargestellt. Die Strukturelemente 61 versteifen sich, wodurch sich die Biegefestigkeit entlang der Längsachse 16 um ein Vielfaches erhöht. Die Türenstruktur 7 als ganzes wird dadurch soweit verstärkt, dass die Tür nur noch beschränkt verformt wird. Die kinetische Energie des aufprallenden Objekts 8 wird dadurch auf die gesamte Fahrzeugstruktur übertragen, und nicht auf die Tür alleine und eine dahinter sitzende Person.
Zusätzlich führt eine Stauchung des aufgeblasenen Strukturelements durch das Objekt 8 zu einer Kompression des Gases innerhalb des Hohlraums, wodurch ein Teil der kinetischen Energie des Objekts in thermische Energie umgewandelt wird.
[0052] Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann in der dargestellten Ausführungsform nur einmal verwendet werden. Durch das schockartige Aufblasen der Strukturelemente 61 kann die Tür sowie die im Gehäuse der Tür vorhandenen Einrichtungen beschädigt werden, so dass die Türe gegebenenfalls ersetzt werden muss. Da eine Türe 7 ohne Vorrichtung 6 jedoch ohnehin genauso irreparabel beschädigt würde, stellt ein Austauschen der Tür 7 mit Vorrichtung 6 kein Problem dar.
[0053] Die Verstärkung einer Struktur 7 durch eine erfindungsgemässe Vorrichtung kann auch nur vorübergehend sein. So kann es im in Fig. 5 gezeigten Beispiel ausreichend sein, wenn die Versteifung nur für Sekunden oder Sekundenbruchteile anhält. Der Überdruck kann darum höher sein als die Festigkeit der Strukturelementes 61 im Dauerbetrieb aushalten kann, solange sichergestellt ist, dass der Druck anschliessend rasch und kontrolliert absinken kann. Zu diesem Zweck können die Hohlräume 13 mit kleinen Öffnungen versehen sein, welche zu klein sind, um bei der Auslösung der Druckgeneratoren den Druckanstieg zu verlangsamen, jedoch anschliessend ein kontinuierliches Entlüften ermöglichen. Zusätzlich oder als Alternative können auch Überdruckventile vorgesehen sein, oder Sollbruchstellen, die durch den Überdruck bersten.
[0054] Im in Fig. 5 gezeigten Beispiel umfasst die Vorrichtung 6 eine dünnwandige, aufblasbare Blechstruktur, bestehend aus zwei miteinander verbundenen Blechschichten. Alternativ können auch andere Materialien verwendet werden, beispielsweise zähe Polymermaterialien oder Strukturen aus Komposit-Materialien.
[0055] Anstatt aufblasbarer Strukturelemente können auch bereits geformte Hohlteile verwendet werden, welche auch schon um Grundzustand eine bestimmte Grundfestigkeit bieten, und als Teil der tragenden Struktur ausgelegt werden. Der durch die Druckgeneratoren erzeugte Überdruck führt dann zu einer temporären Versteifung des Hohlteils. Ebenso ist es möglich, Strukturelemente mit einer komplexeren Formgebung zu verwenden.
[0056] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden eine Mehrzahl von erfindungsgemässen Vorrichtungen zur Strukturverstärkung in einer Fahrzeugkarosserie derart angeordnet, dass im Falle eines Unfalls Teile der Karosseriestruktur gezielt verstärkt werden können. So kann beispielsweise bei einem Überschlag gezielt die Fahrgastzelle gegen eine Verformung stabilisiert werden, indem erfindungsgemässe Vorrichtungen im Dach und/oder den Fahrzeugsäulen versteift werden.
Bezugszeichenliste
[0057]
<tb>1<sep>Leitplanke
<tb>11<sep>Halbfabrikat
<tb>12<sep>Druckmedien-Anschluss
<tb>13<sep>Hohlraum
<tb>14, 14<sep>Verbindungsaum
<tb>15<sep>Befestigungselement
<tb>16<sep>Längsachse
<tb>17<sep>Stütze
<tb>18<sep>Schweissnaht
<tb>2, 2<sep>Blechelement
<tb>21<sep>Kontur
<tb>3<sep>Druckmedium
<tb>4<sep>Druckgenerator
<tb>5<sep>Steuervorrichtung
<tb>51<sep>Sensor
<tb>6<sep>Vorrichtung zur Strukturverstärkung
<tb>61<sep>Strukturelement
<tb>7<sep>Struktur, Fahrzeugtüre
<tb>8<sep>Aufprallender Gegenstand
Technical area
The invention relates to semi-finished products for the production of crash barrier devices, guard rail device and devices for reinforcing a structure,
State of the art
Sheet metal is a very versatile material that can be transformed due to its plastic deformability from a simple flat basic shape into complex three-dimensional sheet metal structures. Such structural elements can have a high rigidity and strength at a relatively low weight and are therefore often used when weight is an important factor, for example in vehicle construction and lightweight construction.
In vehicle shaped sheet metal parts are used as structural elements to achieve the highest possible strength with the lowest possible weight. In certain components of a vehicle body, however, the achievable with metal strength limits. For example, it is desirable for vehicle doors that they protect as closely as possible from the impact of the direct impact of another vehicle directly adjacent vehicle occupants. For this purpose, the door must deform in the area concerned only to a small extent, which can be achieved with special solid stiffening elements.
Guard rails systems for road construction, especially for highways, are also very often constructed of costly sheets of molded sheets to achieve maximum mechanical stability with a minimum of weight and material consumption. Fig. 1 shows an example of such a conventional crash barrier device 1, consisting of two individual formed sheets 2, which are fastened opposite to a carrier 17. The two sheet metal elements 2, 2 may, but need not, be interconnected. Due to the very high number of running meters required and the correspondingly low acceptable production prices of such crash barriers, they are preferably produced in an efficient endless process, for example by shaping rolls of a perforated metal sheet.
For the transformation of flat, plastically deformable materials such as sheet metal other methods are known, such as deep drawing with punch and die. Other processes may be used for more specialized shapes, such as high pressure sheet metal forming, also known as hydroforming, where the punch is replaced by a pressure medium acting directly on the workpiece as compared to conventional deep drawing. Another method is hydromechanical deep drawing in which the die is replaced by a pressure medium filled, pressure regulated cavity. The media pressure required for forming depends, inter alia, on the geometry of the component, the sheet thickness and the material used, and can range from 5 MPa (aluminum sheet) to 200 MPa (stainless steel sheet).
Such pressures can only be generated hydraulically, and require expensive, expensive tools.
For the production of complex hollow structures made of sheet metal, the internal high-pressure method is used, a variant of the high-pressure sheet metal forming, in which the pressurized medium is introduced into a pressure-sealed interior of a tubular sheet metal blank, forming in an outer die Tool is arranged. Such a method is described, for example, in WO 00/10 748 A1 and WO 2006/018 846 A1. The necessary pressures are similar to conventional high pressure sheet metal forming. Instead of a tubular sheet metal blank, two sheets laid one on top of the other can also be used.
The known processes own the very high working pressures, which can be up to 200 MPa (2000 bar). At such pressures, the forming tools are heavily loaded. Their preparation and operation is also complicated and expensive, and limits the size of the manufacturable components.
Presentation of the invention
An object of the invention is to provide an advantageous semi-finished product for the production of guard rail devices and devices for reinforcing a structure.
Another object of the invention is to provide an advantageous guard rail devices available, which is particularly inexpensive to produce.
Another object of the invention is to provide an advantageous device for reinforcing a structure, in particular for the reinforcement of parts of a vehicle body such as a vehicle door.
These and other objects are achieved by a semi-finished product according to the invention, a guard rail device according to the invention and a device according to the invention for reinforcing a structure, according to the independent patent claims. Further preferred embodiments are given in the dependent claims.
A semifinished product according to the invention for the production of guardrail devices and devices for reinforcing a structure comprises two or more sheet metal elements which are joined together along at least part of their contours, for example by welding or gluing, so that at least one cavity is formed, which is pressure-tight is closed or lockable. Preferably, the at least one cavity extends along a longitudinal axis of the semi-finished product.
In a preferred variant of such a semi-finished product according to the invention, it can be rolled up, folded or bent. This has the advantage that it can be transported to save space.
Advantageously, a semi-finished product according to the invention also has a connection for the supply of a pressure medium into the cavity. Suitable pressure media are for example compressed air, water or hydraulic fluids.
In a particularly preferred embodiment of an inventive semifinished product at least one limiting element with at least one of the sheet metal elements of the semi-finished form and / or non-positively connected. The at least one limiting element is suitable for limiting the deformation of one or more of the sheet metal elements in a predetermined manner when the semi-finished product is inflated into a three-dimensional crash barrier device. Preferably, the at least one limiting element is arranged within a cavity. In one possible variant, a delimiting element is arranged between two sheet-metal elements and attached to them in a positive and / or non-positive manner. Furthermore, a limiting element may also be a web arranged on a sheet metal element or a bead attached to a sheet metal element.
An inventive crash barrier device comprises a semi-finished product according to the invention, which is reshaped by inflating the at least one cavity of the semi-finished product. Due to its advantageous lightweight construction, a guard rail device according to the invention has an improved mechanical strength at the same weight per linear meter. In addition, due to the three-dimensional structure, a crash barrier device according to the invention absorbs part of the kinetic energy in the event of a collision of a vehicle, for example, and can thus contribute to improved accident safety.
In a correspondingly designed inventive semi-finished product, the guard rail device can also be made on site, so for example on the road construction site, from the semi-finished product from role.
In a particularly preferred embodiment, the guard rail device remains permanently under pressure, or is briefly placed under pressure in an impact in order to increase the mechanical stability in addition. For this purpose pressure generators and control devices can be provided.
A device according to the invention for reinforcing a structure comprises a structural element having at least one cavity which is pressure-tight sealed or closable, and a pressure generator, with which a temporary or continuous overpressure within the at least one cavity of the structural element can be generated. Advantageously, the structural element of the device consists of two or more sheet metal elements which are joined along at least part of their contours, for example by welding or gluing, so that the at least one cavity is formed. The structural element may be preformed by inflating the closed cavity.
In a preferred embodiment of an inventive device, the pressure generator is a chemical propellant charge.
Advantageously, the device has at least one cavity of the structural element of the device according to the invention a predetermined breaking point or a pressure relief valve.
Another advantageous embodiment of the inventive device has a control device, with the states within and / or outside the device can be measured, and with which the pressure generator can be controlled. The control device can preferably be connected to an external control device.
The cavity of the structural element of the inventive device may be filled with a foamed material, in particular polyurethane foam, foam concrete, or aluminum foam.
In a particularly preferred variant of a device according to the invention, the structural element is a semifinished product according to the invention which has been shaped by inflation.
A device according to the invention for reinforcing a structure may include a guard rail device according to the invention.
A particularly advantageous embodiment of an inventive device is arranged in a vehicle body, in particular in a vehicle door, a vehicle pillar, or the roof.
Brief description of the drawings
For a better understanding of the present invention, reference will now be made to the drawings. These show only embodiments of the subject invention.
<Tb> FIG. 1 <sep> shows an example of a conventional crash barrier device in perspective view.
<Tb> FIG. 2 <sep> shows an exemplary embodiment of a crash barrier device according to the invention in a perspective view.
<Tb> FIG. 3 shows a semi-finished product according to the invention (a) in plan view and (b) in a cross-section along the line A-A.
<Tb> FIG. 4 shows a different example of a crash barrier device according to the invention in a perspective view.
<Tb> FIG. Fig. 5 shows schematically an embodiment of a structure strengthening device according to the invention, used in a vehicle door, (a) in a side view, (b) in a cross section, and (c) in a cross section after the impact of a vehicle.
Embodiment of the invention
An exemplary embodiment of a crash barrier device 1 according to the invention is shown in FIG. 2. The crash barrier device 1 comprises two sheet metal elements 2, 2, which are sealed together along three parallel connection seams 14, 14, for example by welding, gluing or other suitable joining techniques. By free internal pressure deformation, the originally plane-parallel sheet metal elements 2, 2 of a semi-finished product according to the invention were inflated, resulting in the illustrated curved, three-dimensional structure, with two cavities 13 along the longitudinal axis 16.
The guard rail device 1 is fastened with fastening elements 15, for example screws, to the connection seams 14, 14 on a vertical support 17 arranged behind the guard rail. Instead of two cavities, embodiments with only one cavity are also possible, as shown for example in FIG three or more cavities.
An inventive semi-finished product 11 for producing a crash barrier device is shown for example in Fig. 3. Thus, FIG. 3 (a) shows a detail of a semi-finished product 11 consisting of two sheet metal elements 2, 2, and FIG. 3 (b) shows a cross section through the semi-finished product 11 along the line A-A.
The preparation of the semi-finished product 11 is preferably carried out in a continuous process. For this purpose, for example, two metal strips from roll superimposed, and connected by laser welding together. Appropriate systems are known to those skilled in the industrial practice. To form the outer 14 and inner 14 seams, the two sheets 2, 2 need not be connected flat. It is sufficient if a weld seam 18 is attached per connecting space 14, 14. For stability reasons, however, a plurality of parallel welds 18 are preferably attached per connecting space. In order to allow the inflation and forming of the semi-finished product 11, the welds must be 18 pressure-tight.
Alternatively, the sheets 2, 2 in the region of the joint seams 14, 14 are also glued together flat. It is also possible to arrange a sealing strip, for example of an elastomer, in an inner region of the connecting seam, and to connect the sheet metal elements together at the edges of the connecting seam by spot welding, riveting or screwing.
After joining the individual components, the individual semi-finished products 11 are cut to length by Endlostrang. By introducing a pressure medium into the cavity, the semifinished product is converted into the three-dimensional end structure. This can also be done only at the installation, which allows a space-saving storage and efficient transport of even flat semi-finished products Alternatively, it is also possible to roll up the endless semi-finished product 11 or otherwise save space, and this only at the installation site, for example, on the construction site, cut to length.
To reshape the semi-finished product 11 by inflation to the guard rail 1, the future cavities 13 between the two sheet metal elements 2, 2 must be closed pressure-tight. Along the longitudinal axis 16, this pressure-tight closure by the welds 18 of the joint seams 14, 14. Weld seams can also be attached to the two longitudinal ends of a guard rail device according to the invention, or the individual semi-finished products are temporarily closed, for example by hydraulic clamps or end covers, or other suitable means.
In the free-internal pressure-forming of the semi-finished product by inflation to the three-dimensional sheet structure, an overpressure is generated within the cavity 13 relative to the external environment, for example by introducing compressed air or filling with water or other hydraulic active medium. The term inflation is synonymous with the term transformation. The necessary overpressure in the cavity 13 is, depending on the case, between 50 kPa (0.5 bar) and 1 MPa (10 bar). This places significantly lower demands on the technical infrastructure.
In the embodiment of a semi-finished product according to the invention shown in FIG. 3, a connection 12 for a pressure medium is arranged on one of the sheet metal elements for each hollow body.
The originally substantially flat sheet metal elements 2, 2 are plastically deformed by the increased internal pressure and stretched elastically to a certain extent, the deformation is "free", that is not predetermined by a die or a punch.
The type of deformation is determined by the choice of the contour 21 and the topological connection 18 of the sheet metal elements, the specific material properties of the sheet such as modulus of elasticity, sheet thickness, rolling direction, and the process parameters such as applied working pressure and forming time. Due to the plastic deformation, there is a shift in the contours. When blowing out the semi-finished products they are therefore narrower in the plane of the contours, which must be considered when choosing the contouring. It is not necessary, as already explained, to use a die or another shaping tool. However, external means for influencing the free internal pressure forming can be used.
After reaching the desired state of the three-dimensional sheet metal structure of the guard rail device, the pressure is lowered again, whereby due to the plastic deformation of the sheet, the shape remains stable. A certain amount of reversible elastic deformation must be taken into account when defining the process parameters and contouring. It may also be an increased internal pressure remain, for example, to additionally stabilize the guard rail device mechanically.
The advantage of using compressed air as a printing medium is the ease of handling. By contrast, gases are less efficient at higher pressures due to their compressibility, that is, the necessary pressure is reached less quickly, and there is a temperature increase, which in turn has an influence on the sheet metal structure due to the material expansion. When using hydraulic fluids (water, oil, water-oil emulsions) this problem does not occur and the temperature of the sheet metal structure is adjustable via the pressure medium. On the other hand, the problem here is to subsequently remove the hydraulic fluid from the sheet metal structure, which is more complicated than with gaseous pressure media.
Instead of using compressed air or pneumatic fluids, other methods can be used to increase the internal pressure. For example, chemical reactions can be used that produce a certain volume of gas. In this way, for example, a completely closed semifinished product can be realized, into which a certain amount of suitable chemical educts is introduced. Upon initiation of the reaction, for example by a local increase in temperature above a certain threshold, the reaction starts, the gas is produced, and the sheet structure blows as desired. It is also possible to use foaming materials for the internal pressure increase, such as, for example, polyurethane foam, foam concrete or aluminum foam, which subsequently remain in the cavity of the sheet-metal structure.
It is also possible to equip a crash barrier device according to the invention with permanently closed cavities. In such a variant, for example, the at least one cavity of the crash barrier device can be held temporarily or continuously under a certain overpressure. For this purpose, a pressure generator may be provided, which is arranged outside or inside the crash barrier device. An overpressure within the cavity leads to a mechanical stabilization of the guardrail. Such a guard rail device according to the invention then also corresponds to a device according to the invention for reinforcing a structure, in this case the structure of a guardrail.
Regardless of whether the cavity is over-pressurized with respect to the environment, a closed cavity has the property of compressing the air within the cavity upon a violent impact of a vehicle resulting in additional absorption of kinetic energy. Such a crash barrier device according to the invention thus also acts in the manner of an airbag.
For the generation of a continuous overpressure can be used as a pressure generator, for example, a compressed air compressor, If only temporarily an overpressure are generated, for example, in a collision of a vehicle, the pressure generator is preferably designed as a chemical propellant, which ignites the crash barriers at a suitable time -Vorrichtung sets in a very short time under pressure. In this way, the mechanical stability of a crash barrier device according to the invention can be considerably increased for a short period of time. Such a crash barrier device can also be equipped with a predetermined breaking point in order to reduce the overpressure after the triggering of the pressure generator in a controlled manner.
In a further advantageous embodiment of such an inventive guard rail device, a control device for controlling the pressure generator is provided. With said control device states within and / or outside the guard rail device can be measured, for example, the internal and / or external pressure, or an impact of a solid object such as a vehicle. The latter can be detected for example by a pressure peak within the closed cavity, or by the vibration occurring. A control device can also be connected to other control devices, for example from adjacent guard rail elements, or to a central control device.
In this way, for example, an impact on a guard rail element can be reported to a central traffic control center. Such a network can be constructed, for example, as a wired data bus or as a wireless radio network.
An embodiment of such a guard rail device according to the invention is shown for example in FIG. 4. The guard rail device 1 or structure reinforcement device 6 shown consists of two sheet metal elements 2, 2, which is pressure-tightly connected along its longitudinal edges with two connecting seams 14. Also, the two longitudinal ends (not shown) of the crash barrier device 1 are pressure-sealed.
Within the closed cavity 13 formed thereby, a pressure generator in the form of an electrically ignitable propellant charge 4 is attached. Also mounted in the cavity is a control device 5, with which an impact on the guard rail element can be de-tektierbar 51 and the chemical propellant charge 4 can be triggered. The control device 5 can also be arranged outside the guardrail device, in which case separate sensors 51 can be arranged in the guardrail.
For additional protection of the at least one cavity 13 of an inventive guard rail device, for example, the impact of a vehicle, an additional impact apron can be provided. This may for example have the shape of a further sheet, which is mounted on the carrier 17 remote from a sheet metal element 2.
Another possible embodiment of a device 6 for reinforcing a structure 7 is shown in Fig. 5, for example of a vehicle door. The device has two substantially sheet-metal hollow sheets 13 formed of two sheet metal layers, which are connected by a circumferential seam and an intermediate seam. The two hollow bodies form two structural elements 61 for reinforcing the vehicle door structure 7.
The device 6 is arranged in the example shown inside a hollow housing of the door 7, in a position that corresponds to an average expected height of a front of a colliding vehicle 8, that area which is to be particularly enhanced in a collision to protect the vehicle occupants sitting next to the door. In the interior of the two hollow bodies, a pressure generator 4 is arranged in each case. This preferably comprises a chemical propellant charge. The two pressure generators 4 are connected to a control device 5, which can trigger the pressure generators electrically. Said control device has two external sensors 51, which are arranged on the outer side of the vehicle door 7.
Suitable sensors 51 are, for example, force sensors or acceleration sensors, or other suitable means which can quickly perceive a deformation of the door structure 7. It is also possible to provide inside the hollow body 13 pressure sensors, which can detect a rapid pressure increase due to deformation of a structural element 61 in a collision.
If, as shown in FIG. 5 (b), a heavy object 8 strikes the door 7, the outside of the door 7 deforms. This is detected by the sensors 51 and forwarded to the control device 5. On the basis of the incoming measured values, the control device classifies the collision event and decides whether the pressure generators are to be triggered or not. Optionally, only one pressure generator can be triggered, or the two pressure generators are ignited with delay. In this way, the controller can select the optimum response to the event. Thus, in a slow collision, is not endangered in a vehicle occupant, an unnecessary, irreversible triggering of the pressure generators avoided.
In an advantageous variant, the control device 5 exchanges information with an external control device connected to the control device, for example a control unit for an airbag system, in order to better classify a collision event.
In a severe collision 8 both pressure generators 4 are triggered. As a result, the structural elements 61 are inflated by the overpressure arising in the cavities 13 of the structural elements 61, as shown in FIG. 5 (c). The structural elements 61 stiffen, which increases the flexural strength along the longitudinal axis 16 by a multiple. The door structure 7 as a whole is reinforced so far that the door is only limited deformed. The kinetic energy of the impacting object 8 is thereby transmitted to the entire vehicle structure, and not to the door alone and a person sitting behind it.
Additionally, compression of the inflated structural member by the object 8 results in compression of the gas within the cavity, thereby converting some of the kinetic energy of the object into thermal energy.
The inventive device can be used only once in the illustrated embodiment. Due to the shock-like inflating of the structural elements 61, the door and the devices present in the housing of the door can be damaged, so that the door may need to be replaced. However, since a door 7 without device 6 would be just as irreparably damaged anyway, replacing the door 7 with device 6 is not a problem.
The reinforcement of a structure 7 by a device according to the invention may also be only temporary. Thus, in the example shown in FIG. 5, it may be sufficient if the stiffening only lasts for seconds or fractions of a second. The overpressure can therefore be higher than the strength of the structural element 61 can withstand continuous operation, as long as it is ensured that the pressure can then drop rapidly and in a controlled manner. For this purpose, the cavities 13 may be provided with small openings which are too small to slow down the pressure increase in the triggering of the pressure generators, but then allow a continuous venting. In addition or as an alternative, overpressure valves may also be provided, or predetermined breaking points bursting due to the overpressure.
In the example shown in Fig. 5, the device 6 comprises a thin-walled, inflatable sheet metal structure consisting of two interconnected metal layers. Alternatively, other materials may be used, such as tough polymer materials or composite material structures.
Instead of inflatable structural elements and already shaped hollow parts can be used, which even at ground level provide a certain basic strength, and are designed as part of the supporting structure. The overpressure generated by the pressure generators then leads to a temporary stiffening of the hollow part. It is also possible to use structural elements with a more complex shape.
In a further advantageous embodiment, a plurality of inventive devices for structural reinforcement in a vehicle body are arranged such that in the event of an accident, parts of the body structure can be selectively strengthened. Thus, for example, in a rollover targeted the passenger compartment can be stabilized against deformation by inventive devices in the roof and / or the vehicle pillars are stiffened.
LIST OF REFERENCE NUMBERS
[0057]
<Tb> 1 <sep> guardrail
<Tb> 11 <sep> Semi-finished product
<Tb> 12 <sep> media connection
<Tb> 13 <sep> cavity
<tb> 14, 14 <sep> Connection room
<Tb> 15 <sep> fastener
<Tb> 16 <sep> longitudinal axis
<Tb> 17 <sep> support
<Tb> 18 <sep> weld
<tb> 2, 2 <sep> sheet metal element
<Tb> 21 <sep> Contour
<Tb> 3 <sep> print medium
<Tb> 4 <sep> pressure generator
<Tb> 5 <sep> controller
<Tb> 51 <sep> Sensor
<tb> 6 <sep> Device for structural reinforcement
<Tb> 61 <sep> structural element
<tb> 7 <sep> Structure, vehicle door
<tb> 8 <sep> Bouncing object