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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufnahme bzw. Ableitung
von Energie insbesondere bei einem Fahrzeugcrash, gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Gattungsgemäße Energieaufnahmeeinrichtungen
kommen beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich, im
Bereich insbesondere der Fahrzeugfronten von Kraftfahrzeugen zum
Einsatz. Derartige Energieaufnahmeeinrichtungen, die in unterschiedlichen
Aufprallgeschwindigkeitsbereichen ein unterschiedliches Energieaufnahmeverhalten
bzw, unterschiedliche Nachgiebigkeiten aufweisen, dienen insbesondere
dem Zweck, das Verletzungsrisiko, dem Fußgänger beim Zusammenprall mit
einem Fahrzeug ausgesetzt sind, zu verringern.
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Die
dem Fußgängeraufprall
zugrundeliegende Problematik liegt darin, dass in Bezug auf die Crashsicherheit
von Kraftfahrzeugen in unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereichen
und bei unterschiedlichen Crashtypen idealerweise crashabhängig jeweils
spezifische Nachgiebigkeiten bzw. Steifigkeiten insbesondere im
Bereich der Fahrzeugfront bzw. im Bereich des Stoßfängers vorhanden
sein müssen.
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So
soll das Fahrzeug beispielsweise kleinere Parkrempler, die vorzugsweise
bei Fahrgeschwindigkeiten nahe Null auftreten, praktisch vollständig unbeschadet überstehen.
Da bei Parkremplern trotz der dabei äußerst geringen Geschwindigkeiten
aufgrund der großen
Fahrzeugmasse und der oft kleinen Kontaktflächen nicht unerhebliche Kräfte auftreten,
dürfen
die betroffenen Begrenzungsbauteile des Fahrzeugs nicht zu nachgiebig
ausgeführt
sein, um zu tiefes Eindringen des Crashgegners in das jeweilige Fahrzeugbauteil,
mit entsprechend nachteiliger Beschädigungsfolge zu vermeiden.
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Eine
weitere Anforderung an die Crashstrukturen eines Fahrzeugs besteht
darin, die schädlichen Folgen
von Fahrzeugzusammenstößen bei
verhältnismäßig geringen
Geschwindigkeiten, beispielsweise im Bereich unterhalb von 20 Stundenkilometern
zu minimieren. Eine der Hauptanforderungen besteht in diesem Fall
darin, die auch bei niedrigen Geschwindigkeiten bereits ganz erhebliche
Crashenergie aufzunehmen und vollständig im Bereich spezieller Crashstrukturen
in Verformungsarbeit umzuwandeln, um auf diese Weise teure und oft
irreparable Beschädigungen
der Fahrzeugstruktur zu minimieren bzw. zu verhindern. Auch zu diesem
Zweck sind verhältnismäßig große Steifigkeiten
der Energieaufnahmestruktur im Bereich der Fahrzeugfront bzw. im
Bereich des Stoßfängers erforderlich.
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Wird
jedoch zusätzlich
der Fußgängeraufprall
bei typischen innerörtlichen
Geschwindigkeiten (beispielsweise zwischen 20 und 40 Stundenkilometern)
in Betracht gezogen, so werden die Anforderungen an die konstruktive
Gestaltung insbesondere der Fahrzeugfront weiter erhöht. Bei
zusätzlicher Berücksichtigung
des Fußgängeraufpralls
sind von der Fahrzeugfront bzw. von den Energieaufnahmestrukturen
im Bereich der Fahrzeugfront konstruktiv sogar widersprüchliche
Anforderungen zu erfüllen.
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Denn
aufgrund der vergleichsweise geringen Masse eines menschlichen Körpers werden
bei einem Fußgängeraufprall – durch
eine zunächst
an Parkrempler bzw. Fahrzeugcrashs angepasste, verhältnismäßig steife
Crashstruktur bzw. Fahrzeugfront – sehr hohe Kräfte bzw.
Beschleunigungen auf den menschlichen Körper ausgeübt. Dadurch entstehen jedoch
erhebliche Verletzungsgefahren für
den Fußgänger, weshalb
sich mit klassisch konstruierten Fahrzeugfronten auch die steigenden
gesetzlichen bzw. in Form von Selbstverpflichtung durch die Automobilindustrie
auferlegten Anforderungen bezüglich Fußgängeraufprallschutz
nicht mehr ohne weiteres erfüllen
lassen.
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Die
konstruktive Berücksichtigung
des Fußgängeraufpralls
erfordert vielmehr eine bereits bei verhältnismäßig geringen Kräften besonders
nachgiebige Fahrzeugaußenhaut
insbesondere im Bereich des vorderen Stoßfängers, der den Körper des Fußgängers bei
einem Fußgängeraufprall
im Allgemeinen zuerst trifft. Um hierbei die physiologisch maximal
zulässigen
Beschleunigungswerte einhalten zu können, sind ferner im Bereich
des Stoßfängers bzw. im
Bereich der Fahrzeugfront nicht unerhebliche Verformungswege einzukalkulieren,
um die auf den Körper
einwirkenden Beschleunigungen und damit Kräfte möglichst gering zu halten.
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Damit
stehen die Anforderungen beispielsweise an den Fahrzeugstoßfänger, die
aus der speziellen Charakteristik des Fußgängeraufpralls resultieren,
nahezu in diametralem Gegensatz zu den Anforderungen der Schadensminimierung
am Kraftfahrzeug im Fall von Parkremplern oder Fahrzeugcrashs bei
niedriger Geschwindigkeit. Denn in den beiden letztgenannte Fällen sind
im allgemeinen verhältnismäßig hohe
Außenhaut-Steifigkeiten und
damit die Entstehung bleibender Verformungen erst bei sehr hohen
Kräften
erwünscht,
während
die Berücksichtigung
des Fußgängeraufpralls
nachgiebige, geradezu weiche Fahrzeugfronten sowie große Verformungswege
bereits bei den verhältnismäßig geringen
Krafteinwirkungen des menschlichen Körpers auf das Kraftfahrzeug
fordert.
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Mit
dem Hintergrund dieser Problematik sind bereits selektiv reagierende
Energieaufnahmeeinrichtungen vorgeschlagen worden, die je nach Art des
Aufpralls bzw. in Abhängigkeit
der Aufprallgeschwindigkeit mit unterschiedlicher Steifigkeit bzw. Nachgiebigkeit
reagieren. So ist beispielsweise aus der
EP 1 386 795 A2 eine Energieaufnahmeeinrichtung
bekannt, mit der sich der Stoßfänger bei
geringen Aufprallgeschwindigkeiten praktisch starr mit der Fahrzeugstruktur
verriegeln lässt,
während
diese Verriegelung bei den höheren
Aufprallgeschwindigkeiten des typischen Fußgängerunfalls außer Kraft gesetzt
wird. Auf diese Weise lassen sich für den Fußgängeraufprall erheblich größere Verformungswege
bzw. Nachgiebigkeiten an der Fahrzeugfront bereitstellen, der kinematische
Ablauf des Fußgängeraufpralls
wird verbessert und die dabei auf den menschlichen Körper einwirkenden
Kräfte
und Momente lassen sich verringern.
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Die
aus der genannten Druckschrift bekannte Energieaufnahmeeinrichtung
ist jedoch zum einen kompliziert sowie verhältnismäßig groß, und damit sowohl teuer in
der Herstellung als auch aufwändig bei
der Montage, sowie potenziell fehleranfällig. Andererseits weist diese
bekannte Energieaufnahmeeinrichtung insbesondere den Nachteil auf,
dass die Energieaufnahmeeinrichtung keinen Beitrag in Bezug auf
die Schadensbegrenzung am Kraftfahrzeug im Fall typischer Fahrzeugcrashs
bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten liefern kann. Dies bedeutet
mit anderen Worten, dass es die aus dem Stand der Technik bekannte
Lehre erfordert, zusätzliche
Crashelemente vorzusehen, die zur Aufnahme der bei Fahrzeugcrashs
mit geringen Geschwindigkeiten auftretenden Energie zuständig sind.
Hierzu ist jedoch einerseits zusätzlich
entsprechender Bauraum am Kraftfahrzeug erforderlich, und es fallen
hierfür, zusätzlich zu
dem bereits erheblichen mit der Energieaufnahmeeinrichtung verbundenen
Aufwand, weitere Kosten an.
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Es
ist mit diesem Hintergrund Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Energieaufnahmeeinrichtung vor allem für Kraftfahrzeuge zu schaffen,
mit der sich die genannten Nachteile des Standes der Technik überwinden
lassen. Insbesondere soll die Energieaufnahmeeinrichtung nicht nur
bei unterschiedlichen Aufprallgeschwindigkeiten bzw. Crashsituationen,
namentlich auch beim Fußgängeraufprall,
selektiv unterschiedliche Nachgiebigkeiten im Bereich der Fahrzeugfront
bereitstellen, sondern darüber
hinaus auch einen kontrollierten Energieabbau im Fall von Fahrzeugcrashs
bei verhältnismäßig geringen
Fahrgeschwindigkeiten ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Energieaufnahmeeinrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen sind
Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Energieaufnahmeeinrichtung
umfasst in an sich zunächst
bekannter Weise zumindest ein Stoßübertragungselement, das relativ
zum Fahrzeug im Wesentlichen entlang der Fahrtrichtung um einen
bestimmten Bewegungshub verschiebbar ist. Ferner weist die Energieaufnahmeeinrichtung
in an sich ebenfalls bekannter Weise eine Sperreinrichtung auf,
die zumindest einen im Wesentlichen quer zum Bewegungshub des Stoßübertragungselements
beweglichen Sperrkörper
umfasst. Durch den zumindest einen Sperrkörper, der zwischen einer Ruheposition
und einer Arbeitsstellung bewegbar ist, lässt sich das Stoßübertragungselement
in einem ersten, minimalen Aufprallgeschwindigkeitsbereich im Wesentlichen
unbeweglich starr in Bezug auf die Fahrzeugstruktur verriegeln,
während die
Sperreinrichtung bzw. der Sperrkörper
in einem zweiten, hohen Aufprallgeschwindigkeitsbereich nicht in
Aktion tritt, und somit die im Wesentlichen kräftefreie Relativbewegung des
Stoßübertragungselements
relativ zur Fahrzeugstruktur erlaubt.
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Auf
diese Weise lassen sich bereits die unterschiedlichen Anforderungen
bezüglich
Parkremplern bei Fahrgeschwindigkeiten nahe Null (hohe Steifigkeit,
geringe Nachgiebigkeit, geringe Verformungswege) sowie im Fall des
Fußgängeraufpralls
bei Innerortsgeschwindigkeiten (niedrige Steifigkeit, hohe Nachgiebigkeit,
große
Verformungswege), jeweils in Abhängigkeit
von der Aufprallgeschwindigkeit, erfüllen.
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Erfindungsgemäß zeichnet
sich die die Energieaufnahmeeinrichtung jedoch dadurch aus, dass die
Relativbewegung des Stoßübertragungselements
innerhalb seines vorgesehenen Bewegungshubs auch in einem dritten,
mittleren Aufprallgeschwindigkeitsbereich ermöglicht wird. Dabei umfasst
die Energieaufnahmeeinrichtung zusätzlich eine crashabhängig durch
die Sperreinrichtung steuerbare Umformanordnung mit zumindest einem
Umformmittel. Die Umformanordnung mit dem zumindest einen Umformmittel
dient zur definierten plastischen Materialumformung, und ist mittels
der Relativbewegung des Stoßübertragungselements
antreibbar.
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Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass die Nachgiebigkeit der erfindungsgemäßen Energieaufnahmeeinrichtung
nicht nur für
den Fall des Fußgängeraufpralls
bei verhältnismäßig hoher
Geschwindigkeit, sprich bei typischer Innerortsgeschwindigkeit, gegeben
ist. Vielmehr lässt
sich der Bewegungshub des Stoßübertragungselements
der Energieaufnahmeeinrichtung dank der Erfindung nun auch für den Fall
des Fahrzeugcrashs ohne Fußgängerbeteiligung bei
verhältnismäßig geringen
Geschwindigkeiten ausnutzen.
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Dabei
wird jedoch der Bewegungshub des Stoßübertragungselements der Energieaufnahmeeinrichtung
- im Unterschied zum Stand der Technik, sowie im Unterschied zum
Fall des Fußgängeraufpralls
- zur Umwandlung der Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs bzw. der
Crashpartner in Verformungsarbeit genutzt, indem mittels der Relativbewegung
des Stoßübertragungselements
die Umformanordnung der erfindungsgemäßen Energieaufnahmeeinrichtung
angetrieben wird. Auf diese Weise setzt die erfindungsgemäße Energieaufnahmeeinrichtung der
Einwärtsbewegung
des Stoßübertragungselements
eine im Vergleich zum Fußgängeraufprall
um Größenordnungen
höhere
Gegenkraft entgegen, bei deren Überwindung
durch die Umformanordnung ein entsprechendes Materialvolumen dergestalt
umgeformt wird, dass große
Teile der Crashenergie bereits durch die Energieaufnahmeeinrichtung
abgebaut werden können.
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Dies
ist äußerst vorteilhaft
insofern, als nunmehr große
Teile des gesamten Crashmanagements allein durch die erfindungsgemäße Energieaufnahmeeinrichtung übernommen
werden können.
Denn die Energieaufnahmeeinrichtung sorgt dank der Erfindung sowohl
bei Parkremplern für
die gewünschte hohe
Außenhautsteifigkeit
bzw. geringe Fremdkörper-Eindringtiefe,
baut ferner die bei Fahrzeugcrashs mit geringen Relativgeschwindigkeiten
auftretenden Crashenergien ab und setzt diese zum Schutz der Fahrzeugstruktur
kontrolliert in Verformungsarbeit um, und stellt schließlich auch
noch die im Fall des Fußgängeraufpralls
bei typischen Innerortsgeschwindigkeiten erforderlichen großen Nachgiebigkeiten
und Verformungswege im Bereich der Fahrzeugfront zur Verfügung.
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Da
alle diese Funktionen dank der Erfindung in ein und derselben Energieaufnahmeeinrichtung verwirklicht
sind, lässt
sich die Fahrzeugfront kompakter sowie mit größerer konstruktiver und designerischer
Freiheit gestalten, es lassen sich im Vergleich zu den Lösungen aus
dem Stand der Technik Kosten in erheblichem Umfang einsparen, und
die Zuverlässigkeit
und Ausfallsicherheit des Fahrzeug-Crashsystems wird verbessert.
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Es
ist dabei zur Verwirklichung der Erfindung zunächst einmal unerheblich, wie
die Umformanordnung ausgeführt
bzw. welches Materialvolumen im entsprechenden Crashfall durch die
Umformanordnung umgeformt wird, solange dabei eine kontrollierte
Materialumformung erfolgt und solange die charakteristischerweise
beim Fahrzeugcrash anfallenden Energiemengen abgebaut werden können. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass das Material des Stoßübertragungselements
selbst zur Umformung durch die Umformanordnung herangezogen wird.
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Dies
ist vorteilhaft in mehrfacher Hinsicht. Zunächst erfüllt das Stoßübertragungselement auf diese
Weise mehrere Funktionen, wodurch andernfalls erforderliche zusätzliche
Bauteile und damit erforderlicher Aufwand und zusätzliches
Gewicht entfallen. Ferner lässt
sich auf diese Weise auch der bei einem typischen Fahrzeugcrash
mit geringen Geschwindigkeiten auftretende Schaden am Fahrzeug minimieren,
da sich die Energieaufnahmeeinrichtung im Wesentlichen bereits durch
Austausch des verformten Stoßübertragungselements
wieder in den Betriebszustand versetzen lässt.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist dabei das Stoßübertragungselement
im Wesentlichen rohrförmig
ausgeführt.
Dabei ist die Umformanordnung gleichzeitig so eingerichtet, dass
der Querschnitt des Stoßübertragungselements
bei der Umformung im Crashfall definiert komprimiert und dabei entsprechend
umgeprägt wird.
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Die
Materialumformung erfolgt gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform
durch zumindest eine Kugel, beispielsweise durch eine gehärtete Stahlkugel,
wobei vorzugsweise mehrere Kugeln als Umformmittel vorhanden sind,
die ebenfalls vorzugsweise gleichmäßig verteilt entlang eines
Umfangs des Stoßübertragungselements
angeordnet sind.
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Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass die definierte Umformung des in
diesem Fall rohrförmigen
Stoßübertragungselements
durch einen ganzen Kranz von Kugeln gleichzeitig erfolgt, die gleichmäßig verteilt
am Umfang des Stoßübertragungselements
angeordnet sind.
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Diese
am gesamten Umfang komprimierende Umformung des rohrförmigen Materialvolumens ist
besonders vorteilhaft insofern, als sich die Umformkräfte dadurch
gegenseitig aufheben, wodurch die gesamte Energieaufnahmeeinrichtung
bezüglich der
bei der Umformung auftretenden Reaktionskräfte einen konstruktiv vorteilhaften
geschlossenen und kompakten Kraftfluss aufweist. Ferner wird das
zur Umformung zur Verfügung
stehende Materialvolumen auf diese Weise im denkbar höchsten Grad
ausgenutzt, wodurch eine besonders effiziente Umwandlung der Crashenergie
in einer verhältnismäßig leichten
und kompakten Energieaufnahmeeinrichtung erfolgen kann.
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Es
ist zur Verwirklichung der Erfindung zunächst unerheblich, wie die Sperreinrichtung
mit dem zumindest einen Sperrkörper
konstruktiv ausgeführt und
im Bereich der Energieaufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung bildet jedoch das Umformmittel der Energieaufnahmeeinrichtung
gleichzeitig den Sperrkörper.
Bevorzugt ist dabei das Umformmittel durch den in seiner Arbeitsstellung
befindlichen Sperrkörper
gebildet. Dies ist vorteilhaft insofern, als auch dadurch wieder
mehrere Funktionen in ein und demselben Bauteil verwirklicht werden,
was der wünschenswerten
einfachen, robusten und kostensparenden Bauweise der Energieaufnahmeeinrichtung mit
besonders wenigen beweglichen Teilen entgegenkommt.
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Die
konstruktive Umsetzung der geschwindigkeitsabhängigen Interaktion zwischen
Sperrkörper
bzw. Umformmittel und Stoßübertragungselement
ist erfindungsgemäß zunächst beliebig,
solange sich die drei Haupt-Crashsituationen "Parkrempler", "Fahrzeugcrash" und "Fußgängeraufprall" damit zuverlässig unterscheiden
lassen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist jedoch das Stoßübertragungselement
ein über
seine Länge
veränderliches
Breitenmaß auf.
Dabei soll unter "Breitenmaß" diejenige Ausdehnung
des Stoßübertragungselements
verstanden werden, an deren Begrenzungsfläche die Interaktion des Sperrkörpers mit
der Oberfläche
des Stoßübertragungselements,
und damit die Beeinflussung der Beweglichkeit des Stoßübertragungselements
durch den Sperrkörper
erfolgt. Bei einem beispielsweise im Wesentlichen rohrförmigen Stoßübertragungselement
entspricht das Breitenmaß somit dem
jeweiligen Durchmesser des Stoßübertragungselements.
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Dabei
ist der Sperrkörper
vorzugsweise mittels einer Federeinrichtung in Richtung auf die
Oberfläche
des Stoßübertragungselements
federbelastet, so dass der Sperrkörper bei Lageänderungen
des Stoßübertragungselements
seine eigene Position jeweils dergestalt anpasst, dass er permanent
an der Oberfläche
des Stoßübertragungselements
anliegt, womit die Oberfläche
des Stoßübertragungselements
eine Steuerfläche
zur Steuerung der Position des Sperrkörpers bildet.
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Dies
führt in
vorteilhafter Weise dazu, dass eine unmittelbare und damit zuverlässige Interaktion zwischen
Stoßübertragungselement
und Sperrkörper erfolgt,
womit sich auch die Steuerung der geschwindigkeitsabhängigen Sperrung
des Stoßübertragungselements
konstruktiv besonders einfach und zuverlässig ausführen lässt.
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Gemäß einer
weiteren, bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Stoßübertragungselement
zur Interaktion mit dem Sperrkörper bzw.
zur Steuerung der Sperrkörperposition
in einem ersten Längenbereich
ein erstes, maximales Breitenmaß auf,
in einem zweiten Längenbereich
ein zweites, minimales Breitenmaß, sowie in einem dritten Längenbereich
ein drittes, mittleres Breitenmaß auf. Dabei ist der zweite,
das minimale Breitenmaß aufweisende
Längenbereich
räumlich
zwischen dem ersten und dem dritten Längenbereich angeordnet.
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Der
Sperrkörper
ist dabei gemäß einer
in diesem Zusammenhang ebenfalls bevorzugten Ausführungsform
aus einer Ruheposition über
eine Zwischenstellung in eine Arbeitsstellung verbringbar. Dabei
ist das Stoßübertragungselement
im Wesentlichen kräftefrei
relativbeweglich, sofern sich der Sperrkörper in der Ruheposition befindet.
Befindet sich der Sperrkörper
in der Zwischenstellung, so ist das Stoßübertragungselement ebenfalls
im Wesentlichen kräftefrei
relativbeweglich. Sofern sich der Sperrkörper jedoch in seiner Arbeitsstellung
befindet, ist das Stoßübertragungselement
nahe seiner Anfangsstellung durch den Sperrkörper im Wesentlichen unbeweglich
starr verriegelt.
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Vorzugsweise
kommt der Sperrkörper
dabei in seiner Ruheposition an der ersten, maximalen Querschnittsausdehnung
des Stoßübertragungselements
zur Anlage, in seiner Zwischenstellung an der dritten, mittleren
Querschnittsausdehnung des Stoßübertragungselements
und ist in seiner Arbeitsstellung im Bereich der zweiten, minimalen
Querschnittsausdehnung des Stoßübertragungselements
zur Anlage bringbar. Auf diese Weise wird die Position des Sperrkörpers bei
Ein- oder Auswärtsbewegungen
des Stoßübertragungselements
entsprechend dem Querschnittsverlauf des Stoßübertragungselements verändert bzw.
gesteuert.
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In
diesem Zusammenhang sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung vor, dass der zweite Längenbereich des Stoßübertragungselements
sowie ein Übergang
vom zweiten zum dritten Längenbereich
des Stoßübertragungselements
eine Einbuchtung bzw.
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Sperrkörperbettung
bilden, wobei der infolge Einwärtsbewegung
des Stoßübertragungselements in
seiner Arbeitsstellung befindliche Sperrkörper selbsthemmend in der Bettung
fixiert ist bzw. in die Bettung einrastet.
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Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass die Formgebung des Stoßübertragungselements
bezüglich
seines über
die Länge
veränderlichen
Breitenmaßes,
bzw. bezüglich
seines über
die Länge
veränderlichen
Durchmessers, bei entsprechender Einwärts- oder Auswärtsbewegung
des Stoßübertragungselements
nicht nur die zwischen Ruheposition, Zwischenstellung und Arbeitsposition
veränderliche
Stellung des Sperrkörpers
steuert. Darüberhinaus
bildet der Formgebungsverlauf über
die Länge
des Stoßübertragungselements
ferner gleichzeitig auch die Bettung für den Sperrkörper, in
die der Sperrkörper selbsthemmend
bzw. einrastend zur Anlage kommen kann, wodurch der Sperrkörper das
Stoßübertragungselement
in der Nähe
seiner Anfangsstellung im Wesentlichen starr verriegelt. Diese starre
Verriegelung erfolgt dabei genau dann, wenn das Stoßübertragungselement,
beispielsweise bei einem Parkrempler, mit sehr geringer Geschwindigkeit
und mit begrenzter Kraft einwärts
bewegt wird.
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Besonders
bevorzugt wirkt dabei der in seiner Arbeitsstellung im Bereich der
Sperrkörperbettung
des Stoßübertragungselements
befindliche Sperrkörper
in dieser Position gleichzeitig auch als Umformmittel zur Materialumformung
des dritten Längenbereichs
des Stoßübertragungselements, falls
eine dementsprechende Crashsituation vorliegt. Die Materialumformung
im Bereich des dritten Längenbereichs
des Stoßübertragungselements
tritt dabei jeweils dann auf, wenn bei in Arbeitsstellung befindlichem
Sperrkörper
bzw. bei in der Sperrkörperbettung
des Stoßübertragungselements
befindlichem Sperrkörper
eine weitere Einwärtsbewegung
des Stoßübertragungselements
erzwungen wird. Dies erfolgt beispielsweise infolge der bei einem
Fahrzeugcrash mit niedrigen Geschwindigkeiten auftretenden erheblichen
Verzögerungskräfte, die
durch die Abbremsung der großen
Fahrzeugmasse entstehen.
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Diese
Ausführungsform
führt zu
einer einfachen und zuverlässigen
Bauweise der Energieaufnahmeeinrichtung, da auf diese Weise ein
und dieselbe Sperrkörperposition
in der Bettung des Stoßübertragungselements
sowohl für
die Verriegelung des Stoßübertragungselements
im ersten Crashfall "Parkrempler", als auch für die Materialumformung im
zweiten Crashfall "Fahrzeugcrash
bei geringer Geschwindigkeit" herangezogen
werden kann.
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Es
ist gemäß einer
weiteren, bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, dass das Stoßübertragungselement, zum Zweck
der sicheren und zuverlässigen
Führung
des Sperrkörpers zwischen
dessen Ruheposition und dessen Arbeitsstellung, einen gleichmäßigen Querschnittsübergang zwischen
der ersten, maximalen Querschnittsausdehnung des Stoßübertragungselements
und der zweiten, minimalen Querschnittsausdehnung des Stoßübertragungselements
im Bereich der Sperrkörperbettung
aufweist. Auf diese Weise lässt
sich gewährleisten,
insbesondere in Verbindung mit der Federeinrichtung der Sperreinrichtung,
dass der Sperrkörper
bei Einwärts- bzw. Auswärtsbewegungen
des Stoßübertragungselements
an der Steueroberfläche des
Stoßübertragungselements
anliegt und somit die Steuerbewegungen des Sperrkörpers zuverlässig ausgeführt werden.
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Es
ist zur Verwirklichung der Erfindung zunächst einmal nicht von wesentlicher
Bedeutung, auf welche Weise die konstruktive Umsetzung der Erkennung
bzw. Unterscheidung der unterschiedlichen Grasharten bzw. Aufprallgeschwindigkeitsbereiche durch
die Energieaufnahmeeinrichtung erfolgt, solange der Sperrkörper dabei
zuverlässig
in Abhängigkeit der
jeweils erkannten Aufprallgeschwindigkeit bzw. Grashart gesteuert
wird.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung erfolgt jedoch die Unterscheidung der unterschiedlichen
Grasharten bzw. Aufprallgeschwindigkeiten nach dem Trägheitsprinzip.
Hierzu wird die Masse des Sperrkörpers
bzw. werden die bewegten Massen der Federeinrichtung und die Masse
des Sperrkörpers
sowie die Federkonstante der Federeinrichtung so gewählt, dass
bei einem Aufprall im zweiten, hohen Aufprallgeschwindigkeitsbereich
der zweite Längenbereich
des Stoßübertragungselements
bzw. die Sperrkörperbettung des
Stoßübertragungselements
den Sperrkörper
bereits passiert hat, wenn der Sperrkörper seine Zwischenstellung
erreicht; bzw. bevor der Sperrkörper
in seine Arbeitsstellung oder in die Sperrkörperbettung eintreten kann,
in der der Sperrkörper
das Stoßübertragungselement
starr verriegeln bzw. als Umformmittel wirken würde.
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Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass gemäß dieser Ausführungsform
die geometrischen Verhältnisse
an der mit dem Sperrkörper
in Kontakt stehenden Steueroberfläche des Stoßübertragungselements sowie die
Größe der relativbeweglichen
Massen im Bereich der Sperreinrichtung – insbesondere die Masse des
Sperrkörpers
sowie der Federeinrichtung – und
schließlich
die Federkonstante der Federeinrichtung dergestalt aufeinander abgestimmt
sind, dass der Sperrkörper
bei einem Aufprall im hohen Aufprallgeschwindigkeitsbereich aufgrund
seiner Massenträgheit
zunächst
einmal von der Steueroberfläche
des Stoßübertragungselements
abhebt, und erst dann wieder auf die Oberfläche des Stoßübertragungselements auftrifft,
wenn der zweite Längenbereich
des Stoßübertragungselements
mit der dort befindlichen Sperrkörperbettung
die Position des Sperrkörpers
bereits passiert hat.
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Da
die so ausgeführte
mechanische Erkennung und Unterscheidung der jeweiligen Grashart bzw.
Aufprallgeschwindigkeit auf der unmittelbaren Verknüpfung insbesondere
der physikalischer Grundgrößen Masse,
Kraft und Beschleunigung basiert, sowie zudem vollkommen eigenständig komplett
innerhalb der Energieaufnahmeeinrichtung selbst abläuft, lässt sich
auf diese Weise ein äußerst zuverlässiger Betrieb
der Energieaufnahmeeinrichtung gewährleisten.
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Nach
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind Sperrkörper
und Federeinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Vorzugsweise
ist dabei die Federeinrichtung axial im Gehäuse angeordnet. Diese Ausführungsform
hat den großen
Vorteil, dass sie äußerst platzsparend,
kompakt und damit in robuster, kostengünstiger und konstruktionsfreundlicher
Modulform realisiert werden kann.
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Dies
trifft insbesondere dann zu, wenn die Energieaufnahmeeinrichtung
eine Mehrzahl von Sperrkörpern
und jeweils zugeordnete Federeinrichtungen umfasst, und wenn zudem
ein rohrförmiges Stoßübertragungselement
zum Einsatz kommt. Denn in diesem Fall können Sperrkörper und Federeinrichtungen
in nahezu idealer Weise in einem das Stoßübertragungselement kreisringförmig umgebenden Raumbereich,
beispielsweise innerhalb eines im Wesentlichen zylindrischen Gehäuses, besonders
effektiv und platzsparend angeordnet werden.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Gehäuse
eine sich im Bereich des Sperrkörpers
beispielsweise kegelförmig
verjüngende
Innenkontur auf. Vorzugsweise umfasst dabei die Federeinrichtung
ein Druckstück,
das den Sperrkörper
sowohl axial gegen die sich verjüngende
Innenkontur des Gehäuses
sowie gleichzeitig radial in Richtung auf das Stoßübertragungselement
presst. Dies ist vorteilhaft, da sich der Sperrkörper auf diese Weise effizient
und sicher zwischen dem Druckstück,
der Gehäuseinnenkontur und
der Steueroberfläche
des Stoßübertragungselements
führen
lässt.
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Gemäß einer
weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist
das Gehäuse
der Energieaufnahmeeinrichtung eine Ausnehmung oder Bettung zur
Aufnahme des Sperrkörpers in
seiner Arbeitsposition auf. Dabei ist ein in dieser Gehäusebettung
befindlicher Sperrkörper
bei weiterer Einwärtsbewegung
des Stoßübertragungselements
selbsthemmend in der Bettung fixiert. Die Gehäusebettung trägt somit
aufgrund ihrer selbsthemmend ausgelegten Geometrie wesentlich dazu
bei, dass der Sperrkörper
seine einmal eingenommene Position in der Gehäusebettung, bzw. in der Sperrkörperbettung
des Stoßübertragungselements,
bei weiterer Einwärtsbewegung
des Stoßübertragungselements
nicht mehr verlassen kann, weshalb das Stoßübertragungselement den Sperrkörper nur
unter der vorgesehenen Materialumformung des Stoßübertragungselements durch den
Sperrkörper
passieren kann.
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Eine
Festlegung der genauen Höhe
derjenigen Geschwindigkeitsbereiche, in denen jeweils das vorgesehene
spezifische Nachgiebigkeitsverhalten der Energieaufnahmeeinrichtung
eintritt, ist zur Verwirklichung der Erfindung zunächst nicht
wesentlich.
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In
Anbetracht entsprechender Ergebnisse aus Unfallstatistiken, aus
Crashversuchen sowie angesichts entsprechender gesetzgeberischer
Vorschriften ist es gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung jedoch vorgesehen, dass der erste, niedrige Aufprallgeschwindigkeitsbereich den
Geschwindigkeitsbereich von null bis Schrittgeschwindigkeit, bevorzugt
bis 2 m/s, und besonders bevorzugt bis 1 m/s umfasst.
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Der
zweite, hohe Aufprallgeschwindigkeitsbereich umfasst gemäß einer
aus denselben Gründen
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung den Geschwindigkeitsbereich ab Innerortsgeschwindigkeit,
bevorzugt oberhalb von 10 m/s und besonders bevorzugt oberhalb von
5 m/s. Nach einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung liegt der dritte, mittlere Aufprallgeschwindigkeitsbereich
zwischen Schrittgeschwindigkeit und Innerortsgeschwindigkeit, bevorzugt
zwischen 2 m/s bis 10 m/s und besonders bevorzugt zwischen 1 m/s und
5 m/s.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele
darstellender Zeichnungen näher
erläutert.
Dabei zeigt:
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1 in
schematischer isometrischer Darstellung eine Ausführungsform
einer Energieaufnahmeeinrichtung für ein Kraftfahrzeug in teilweise
geschnittener Ansicht;
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2 in
schematischer Schnittdarstellung die Energieaufnahmeeinrichtung
gemäß 1 im Längsschnitt
durch Gehäuse
und Stoßübertragungselement;
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3 in
einer 1 entsprechenden Darstellung und Ansicht die Energieaufnahmeeinrichtung
gemäß 1 und 2 in
einer ersten Betriebsstellung;
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4 in
einer 2 entsprechenden Darstellung und Ansicht die Energieaufnahmeeinrichtung
gemäß 1 bis 3 in
der ersten Betriebsstellung gemäß 3.
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5 in
einer 1 und 3 entsprechenden Darstellung
und Ansicht die Energieaufnahmeeinrichtung gemäß 1 bis 4 in
einer zweiten Betriebsstellung;
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6 in
einer 2 und 4 entsprechenden Darstellung
und Ansicht die Energieaufnahmeeinrichtung gemäß 1 bis 5 in
der zweiten Betriebsstellung gemäß 5.
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7 in
einer 1, 3 und 5 entsprechenden
Darstellung und Ansicht die Energieaufnahmeeinrichtung gemäß 1 bis 6 in
einer dritten Betriebsstellung;
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8 in
einer 2, 4 und 6 entsprechenden
Darstellung und Ansicht die Energieaufnahmeeinrichtung gemäß 1 bis 7 in
der dritten Betriebsstellung gemäß 7;
und
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9 in
isometrischer Explosionsdarstellung die Energieaufnahmeeinrichtung
gemäß 1 bis 8.
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1 zeigt
in schematischer isometrischer, teilweise geschnittener Darstellung
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Energieaufnahmeeinrichtung 1.
Bei dieser Ausführungsform
handelt es sich um eine Energieaufnahmeeinrichtung 1 zum Einbau
im Frontbereich eines Kraftfahrzeugs, wobei sich die Energieaufnahmeeinrichtung 1 gemäß 1 in
der kräftefreien
Ruhestellung befindet.
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Man
erkennt in der Darstellung von 1 zunächst einmal
einen nur teilweise dargestellten, mit der Fahrzeugstruktur verbundenen
Längsträger 2 aus
dem Chassisbereich des Kraftfahrzeugs, sowie einen ebenfalls nur
teilweise dargestellten Stoßfänger 3 bzw.
Stoßfängerträger 3.
Längsträger 2 und Stoßfänger 3 sind
entlang der durch strichlierten Pfeil angedeuteten Richtung, mittels
der Energieaufnahmeeinrichtung 1, bzw. mittels des 4 der
Energieaufnahmeeinrichtung, beweglich miteinander verbunden.
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In 2.
ist die Energieaufnahmeeinrichtung 1 gemäß 1 nochmals
im Längsschnitt
durch das Stoßübertragungselement 4 dargestellt.
Auch hier befindet sich die Energieaufnahmeeinrichtung 1 in
der kräftefreien
Ruhestellung. Man erkennt zunächst
wieder den Längsträger 2 und
den Stoßfänger 3 bzw.
Stoßfängerträger 3 des
Kraftfahrzeugs. Ferner geht aus 2 der Aufbau
der Energieaufnahmeeinrichtung 1 und die Gestalt des Stoßübertragungselements 4 hervor.
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Aus 1 und 2 ist
ersichtlich, dass die Energieaufnahmeeinrichtung 1 ein
Gehäuse 5 umfasst,
das vom Stoßübertragungselement 4 durchdrungen
wird, wobei das Gehäuse 5 ansonsten
sämtliche
Bauteile der Energieaufnahmeeinrichtung 1 enthält. Das
rohrförmige
Stoßübertragungselement 4 wird
im Gehäuse 5 der
Energieaufnahmeeinrichtung 1 zunächst einmal in den beiden Durchdringungsbereichen
dergestalt gehalten bzw. geführt,
dass Stoßübertragungselement 4 und
Stoßfänger 3 lediglich die
mittels des strichlierten Pfeils angedeutete, lineare Einwärtsbewegung
zeichnungsbezogen nach rechts ausführen können.
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Eine
Bewegung von Stoßübertragungselement 4 und
Stoßfänger 3 zeichnungsbezogen
nach links wird durch den Anschlag des sich kegelstumpfförmig erweiternden
Bereichs 6 des Stoßübertragungselements
an dem bei 7 formkorrespondierend kegelstumpfförmig ausgebildeten
Trägerkörper 8 unterbunden.
Auf diese Weise wird ein Herausziehen des Stoßübertragungselements 4 aus
dem Gehäuse 5 der
Energieaufnahmeeinrichtung 1 sicher verhindert.
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Ferner
lassen sich in 2 die Bestandteile der Sperreinrichtung 9 des
Stoßübertragungselements 1 gut
erkennen. Die Sperreinrichtung 9 des Stoßübertragungselements 1 umfasst
zunächst
einmal eine Anzahl von als Stahlkugeln ausgebildeten Sperrkörpern bzw.
Sperrkugeln 10, die beweglich im Gehäuse 5 der Energieaufnahmeeinrichtung 1 angeordnet
sind. Jeder der Sperrkugeln 10 ist eine Schraubendruckfeder 11 und
ein Druckstück 13 zugeordnet.
Dabei versucht die Schraubendruckfeder 11 das jeweilige
Druckstück 13 zeichnungsbezogen nach
rechts zu bewegen, wodurch die Sperrkugel 10 zwischen der
Spitze des Druckstücks 13,
der Oberfläche
des Stoßübertragungselements 4 und
der hier kegelförmig
verjüngend
ausgebildeten Innenkontur des Gehäuses 5 der Energieaufnahmeeinrichtung 1 eingeklemmt
und festgehalten wird.
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Ein
Ausweichen der Sperrkugel 10 entlang der Umfangsrichtung
des Stoßübertragungselements 4 wird
durch außerhalb
der Schnittebene liegende Anschlagsflächen verhindert, die durch
entsprechende Ausnehmungen 26 des Trägerkörpers 8 gebildet sind
(siehe hierzu auch 7 und 9).
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Die
beiden Hauptbestandteile des Gehäuses 5 der
Energieaufnahmeeinrichtung 1, Gehäusekörper 14 und Gehäusedeckel 15,
werden durch einen Sprengring 16 zusammengehalten. Im Gehäusedeckel 15 ist
eine Gleitringdichtung 17 angebracht, die das Eindringen
von Feuchtigkeit bzw. von Verschmutzungen in das Gehäuseinnere
der Energieaufnahmeeinrichtung 1 verhindert.
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Schließlich geht
aus 2 wie auch aus 1 die als
elastische Gummikappe 18 ausgebildete zeichnungsbezogen
rechte Begrenzung der Energieaufnahmeeinrichtung 1 hervor.
Die Gummikappe 18 dient dabei einerseits als hermetische
Abdichtung des Gehäuses 5 der
Energieaufnahmeeinrichtung 1 sowie des Inneren des rohrförmigen Stoßübertragungselements 4.
Andererseits lässt
sich die Gummikappe 18 gleichzeitig als Rückstell-Federelement
für den
Fall heranziehen, in welchem Stoßfänger 3 und Stoßübertragungselement 4,
beispielsweise bei einem Parkrempler, geringfügig zeichnungsbezogen nach
rechts ausgelenkt wurden.
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Die 3 und 4 zeigen
ebenfalls die Energieaufnahmeeinrichtung 1 gemäß 1 und 2.
Im Unterschied zu der Darstellung gemäß 1 und 2 befindet
sich die Energieaufnahmeeinrichtung 1 gemäß 3 und 4 nicht
mehr in der Ruhestellung, sondern vielmehr in einer ersten Betriebsstellung.
Diese erste Betriebsstellung entspricht insbesondere derjenigen
Stellung, die Stoßfänger 3 und
Stoßübertragungselement 4 im
Moment eines Parkremplers bei Fahrgeschwindigkeiten nahe null einnehmen.
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Die
exakten Positionen sämtlicher
beteiligter Bauelemente gehen besonders deutlich aus 4 hervor.
Man erkennt zunächst,
dass Stoßfänger 3 sowie Stoßübertragungselement 4 gegenüber der
Ruhestellung gemäß 1 und 2 um
eine Strecke s zeichnungsbezogen nach rechts bewegt sind, was insbesondere
anhand eines Vergleichs mit dem nochmals die Ruhestellung zeigenden
Ausschnitt X aus 2 hervorgeht.
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Infolge
der Bewegung des Stoßübertragungselements 4 um
die Strecke s nach rechts wird aufgrund des damit in den Bereich
der Sperrkugel 10 gewanderten kegelstumpfförmig eingezogenen
Bereichs 6 des Stoßübertragungselements 4 Bauraum im
Inneren des Gehäuses 5 der
Energieaufnahmeeinrichtung 1 freigelegt. In diesen freigelegten
Raum hinein bewegt sich die Sperrkugel 10 infolge der von der
Schraubendruckfeder 11 über
das Druckstück 13 auf
die Sperrkugel 10 ausgeübten
Druckkraft.
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Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass sich die Sperrkugeln 10 im
Verlauf der Bewegung des Stoßübertragungselements 4 aus
dessen Ruhestellung gemäß 1 und 2 in
seine erste Betriebsstellung gemäß 3 und 4 – sowohl
an der im Bereich der Sperrkugeln 10 kegelstumpfförmigen Innenkontur
des Gehäusekörpers 14 als
auch an der ebenfalls kegelstumpfförmigen Außenkontur 6 des Stoßübertragungselements 4 gleitend
bzw. rollend – aus
ihrer Ruheposition gemäß 1 und 2 in ihre
Arbeitsstellung gemäß 3 und 4 bewegen.
Diese Bewegung der Sperrkugeln 10 wird unterstützt durch
die Schraubendruckfedern 11, die die Druckstücke 13 zeichnungsbezogen
nach rechts bewegen, bis die Druckstücke 13 an der kegelstumpfförmigen Innenkontur
des Gehäusekörpers 14 zur Anlage
kommen.
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Befinden
sich Stoßübertragungselement 4 und
Sperrkugeln 10 in der in 4 dargestellten
Relativposition, so ist zunächst
keine weitere Einwärtsbewegung
von Stoßfänger 3 und
Stoßübertragungselement 4 zeichnungsbezogen
nach rechts mehr möglich.
Dies liegt darin begründet,
dass sich die Sperrkugeln 10 nunmehr in der ringförmig umlaufenden
Einbuchtung bzw. der Sperrkugelbettung 19 des Stoßübertragungselements 4 im
Bereich dessen kleinsten Durchmessers 19 befinden, und
die Sperrkugeln 10 dort aufgrund von Selbsthemmung zwischen
Stoßübertragungselement 4,
Sperrkugel 10 und Gehäuseinnenkontur
unverrückbar
festgehalten werden. Die Fixierung der Sperrkugeln 10 in
der Bettung 19 des Stoßübertragungselements 4 wird
dabei insbesondere durch eine ebenfalls ringförmig umlaufende Ausnehmung
bzw. Bettung 20 im Bereich der Innenkontur des Gehäuses 5 der
Energieaufnahmeeinrichtung 1 unterstützt.
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Die
Relativpositionen der beteiligten Bauteile bzw. Baugruppen gemäß der Darstellung
der 3 bzw. 4 tritt beispielsweise im Moment
eines Parkremplers auf. Wird das Fahrzeug aus dieser Position wieder
zurückgesetzt,
so wird der Stoßfänger 3 freigegeben
und die Energieaufnahmeeinrichtung 1 sowie der Stoßfänger 3 nehmen
wieder die kräftefreie
Ruhestellung gemäß 1 bzw. 2 an.
Dabei wird die Rückstellung
der Bauteile durch die in 3 und 4 gespannte
Gummikappe 18 unterstützt,
die nicht nur Abdichtungsfunktionen übernimmt, sondern zur Rückstellung
des Stoßübertragungselements 4 zurück in die
Ruhestellung gemäß 1 und 2 beiträgt.
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Wird
jedoch in der Situation gemäß 3 und 4 die
den Stoßfänger 3 in
Richtung auf das Fahrzeug drückende
Kraft weiter erhöht,
was beispielsweise bei einem Fahrzeugcrash insbesondere mit geringen
Fahrgeschwindigkeiten der Fall sein kann, so ergibt sich die Situation
gemäß 5 und 6.
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Bei Überschreitung
einer maximalen Haltekraft, deren Höhe insbesondere von der Anzahl
der Sperrkugeln 10 sowie von Material und Geometrie des
Stoßübertragungselements 4 abhängt, beginnen die
Sperrkugeln 10 sich mittels plastischer Materialumformung
in die Oberfläche
des Stoßübertragungselements 4 zu
graben, bzw. die Oberfläche
des Stoßübertragungselements 4 umzuprägen, wie
dies anhand der durch die Sperrkugeln 10 in die Oberfläche des
Stoßübertragungselements 4 eingeprägten Furchen 21 deutlich
aus den Darstellungen der 5 und 6 hervorgeht.
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Es
ist ohne weiteres ersichtlich, dass bei dieser Umprägung eines
großen
Teils der Oberfläche des
Stoßübertragungselements 4 Verformungsarbeit in
ganz erheblichem Umfang geleistet werden muss. Diese Verformungsarbeit
führt schlussendlich
zur Erwärmung
des Stoßübertragungselements 4 und
damit zur Vernichtung der zur Bewegung des Stoßübertragungselements 4 aufgebrachten
mechanischen Energie.
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Auf
diese Weise wird die beim Fahrzeugcrash schlagartig freiwerdende
Bewegungsenergie im äußerst kompakten
Raumbereich der Energieaufnahmeeinrichtung 1 hocheffektiv
abgebaut. Hierdurch lassen sich bei typischen Fahrzeugcrashs Beschädigungen
der eigentlichen Fahrzeugstruktur minimieren bzw. ganz vermeiden.
Auf diese Weise werden auch die nach einem derartigen Fahrzeugcrash anfallenden
Reparaturkosten am Fahrzeug reduziert, wobei sich der Reparaturaufwand
ggf. lediglich auf den Austausch von Stoßfänger 3 und Stoßübertragungselement 4 beschränken kann.
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Aus 5 und 6 geht
ferner auch hervor, dass die Gummikappe 18 zu Beginn des
Verformungshubs des Stoßübertragungselements 4,
aufgrund des Austritts des zeichnungsbezogen rechten zylindrischen
Bereichs 22 des Stoßübertragungselements 4 aus
der korrespondierenden Öffnung
des Gehäusekörpers 14,
komplett freigesetzt wird, wobei die Gummikappe 18 durch
das zeichnungsbezogen rechte Ende des Stoßübertragungselements 4 mitsamt
ihrem Befestigungswulst 24 aus dem Gehäusekörper 14 herausgeschoben
wird. Die Gummikappe 18 wird dabei nicht beschädigt, und
kann somit bei der späteren Fahrzeugreparatur
bzw. beim Einbau eines neuen Stoßübertragungselements 4 ggf.
sogar wiederverwendet werden.
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In
den 7 und 8 ist erneut die Energieaufnahmeeinrichtung 1 gemäß 1 bis 6 dargestellt.
In der Darstellung gemäß 7 und 8 befindet
sich die Energieaufnahmeeinrichtung 1 jedoch in einer dritten
Betriebsstellung. Die Betriebsstellung der Energieaufnahmeeinrichtung 1 gemäß 7 und 8 entspricht
dabei insbesondere einem gedachten Fußgängeraufprall im typischen innerörtlichen
Geschwindigkeitsbereich oberhalb von beispielsweise zwanzig Stundenkilometern.
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Wie
bereits eingangs dargestellt, liegen die Anforderungen bei einem
Fußgängeraufprall
insbesondere in einer möglichst
nachgiebigen Fahrzeugfront, die bereits bei verhältnismäßig geringen Verformungskräften möglichst
große
Verformungswege bereitstellen soll, um so die Übertragung unzulässig hoher
Kräfte
bzw. Beschleunigungen auf den menschlichen Körper zu verhindern.
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Prallt
im angenommenen Fall das mit der erfindungsgemäßen Energieaufnahmeeinrichtung 1 ausgestattete
Fahrzeug bei typischer Innerortsgeschwindigkeit, die oberhalb der
Geschwindigkeit der vorstehend behandelten Crashsituationen liegt,
mit einem Fußgänger zusammen,
so wird das verhältnismäßig massearme
Stoßübertragungselement 4,
bzw. die Einheit aus Stoßfänger 3 und
Stoßübertragungselement 4 entsprechend
der vergleichsweise hohen Aufprallgeschwindigkeit verhältnismäßig stark
in Richtung auf das Fahrzeug beschleunigt. Bezogen auf die Darstellung
der 7 und 8 bedeutet dies eine vergleichsweise
starke Beschleunigung des dort teilweise dargestellten Stoßfängers 3 sowie des
mit dem Stoßfänger 3 verbundenen
Stoßübertragungselements 4 zeichnungsbezogen
nach rechts.
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Wird
jedoch das Stoßübertragungselement 4 rasch
genug zeichnungsbezogen nach rechts beschleunigt, so kann dies unter
bestimmten Rahmenbedingungen dazu führen, dass die Sperrkugeln 10 durch
die Federeinrichtungen 11 nicht rasch genug nach radial
innen beschleunigt werden können,
um so rechtzeitig die Einbuchtung bzw. Sperrkugelbettung 19 des
Stoßübertragungselements 4 zu
erreichen.
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Zu
den Randbedingungen, aufgrund derer die sich die maximale Beschleunigung
des Stoßübertragungselements 4 ergibt,
bei der die Sperrkugeln 10 ihre Bettung 19 an
der Oberfläche
des Stoßübertragungselements 4 gerade
noch erreichen, gehören insbesondere
die Masse einer Sperrkugel 10, die Masse des Druckstücks 13,
Federkonstante und Vorspannung der zugehörigen Schraubenfeder 11,
der Kegelwinkel des kegelstumpfförmig
zulaufenden Bereichs des Gehäusekörpers 14 der
Energieaufnahmeeinrichtung 1, der Kegelwinkel und die Länge des kegelstumpfförmig eingezogenen
Bereichs 6 des Stoßübertragungselements 4 sowie
die Durchmesserverhältnisse
der zylindrischen Bereiche (22, 23) des Stoßübertragungselements 4.
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Mittels
geeigneter Wahl und Abstimmung dieser Randbedingungen lässt sich
diejenige Grenz-Aufprallgeschwindigkeit bzw. Grenzbeschleunigung
des Stoßübertragungselements 4,
oberhalb der die Sperrkugeln 10 Ihre Bettung 19 im
Stoßübertragungselement 4 nicht
mehr erreichen und daher auch keine Materialumformung mehr durch
die Sperrkugeln 10 erfolgt, innerhalb weiter Grenzen verhältnismäßig exakt
konstruktiv einstellen und festlegen.
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Wird
mit anderen Worten das Stoßübertragungselement 4 gemäß 7 und 8 mit
einer Beschleunigung zeichnungsbezogen nach rechts bewegt, die größer ist
als die konstruktiv eingestellte Grenzbeschleunigung, so heben die
ansonsten von der Oberfläche
des Stoßübertragungselements 4 geführten Sperrkugeln 10 im
Bereich des kegelstumpfförmigen
Einzugs 6 des Stoßübertragungselements 4 zunächst von
der Oberfläche
des Stoßübertragungselements 4 ab.
Nach dem Durchlaufen einer im Wesentlichen ballistischen Flugbahn,
auf der die Sperrkugeln 10 sowohl den kegelstumpfförmigen Einzug 6 als
auch die Sperrkugelbettung 19 des Stoßübertragungselements 4 überspringen,
landen die Sperrkugeln 10 schließlich erst wieder im zylindrischen
Verformungsbereich 22 des Stoßübertragungselements 4 auf
dem Stoßübertragungselement 4.
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Da
die Sperrkugeln 10 in diesem Fall jedoch an der Oberfläche des
zylindrischen Verformungsbereichs 22 des Stoßübertragungselements 4 rollend bzw.
gleitend auf einem konstanten Abstand von der Längsachse des Stoßübertragungselements 4 geführt werden,
können
die Sperrkugeln 10 auch nicht mehr in ihre Bettung 20 im
Gehäusekörper 14 der
Energieaufnahmeeinrichtung 1 eintreten. Somit findet in diesem
Fall schlussendlich auch keinerlei Verformung der Oberfläche des
Stoßübertragungselements 4 während der
weiteren Einwärtsbewegung des
Stoßübertragungselements 4 statt.
Aus diesem Grund setzt das Stoßübertragungselement 4 im
vorliegend betrachteten Fall des Fußgängeraufpralls der Einwärtsbewegung
auch keine nennenswerten Kräfte
entgegen.
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Dies
bedeutet mit anderen Worten, dass der Stoßfänger 3 beim Fußgängeraufprall
bereits infolge der verhältnismäßig geringen,
durch den Aufprall des menschlichen Körpers erzeugten Kräfte um den
gesamten von der Energieaufnahmeeinrichtung 1 bereitgestellten
Weg zurückweichen
kann. Auf diese Weise wird dazu beigetragen, dass im Bereich der Fahrzeugfront
die für
den Fußgängeraufprall
erforderlichen großen
Verformungswege bei verhältnismäßig geringen
Verformungskräften
bereitgestellt werden können.
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Die
Tatsache, dass der Freihub des Stoßübertragungselements 4 ohne
Materialverformung auch bei solchen Fahrzeugcrashs ausgelöst wird,
die ohne Fußgängerbeteiligung
bei höheren
Fahrzeuggeschwindigkeiten stattfinden, bringt praktisch keine Nachteile
mit sich. Denn bei Fahrzeugcrashs ist bereits bei Innerortsgeschwindigkeit
oberhalb von ca. zwanzig Stundenkilometern ohnehin mit erheblichen bis
irreparablen Beschädigungen
der Fahrzeugstruktur zu rechnen. Somit würde der verhältnismäßig geringe
Energieabbau – im
Vergleich zu den bei solchen Fahrzeugcrashs anfallenden, bereits
hohen Crashenergien – den
die Energieaufnahmeeinrichtung 1 bereitstellen könnte, ohnehin
nicht mehr ausreichen, die zu erwartenden schweren Beschädigungen
der Fahrzeugstruktur zu verringern oder gar zu vermeiden.
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Die
in den 1 bis 8 dargestellte Ausführungsform
der Energieaufnahmeeinrichtung 1, bei der das Stoßübertragungselement 4 mit
dem Stoßfänger 3 bzw.
mit dem Stoßfängerträger 3 verbunden ist
und sich dabei fahrzeugbezogen hinter dem Stoßfänger 3 bzw. Stoßfängerträger 3 befindet,
stellt dabei lediglich eine von mehreren möglichen Einbauvarianten für die erfindungsgemäße Energieaufnahmeeinrichtung 1 dar.
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Die
in den 1 bis 8 dargestellte Ausführungsform
kann dabei insbesondere bei tendenziell klassischen Bauweisen von
Fahrzeugfronten zum Einsatz kommen, bei denen der Stoßfänger 3 bzw. der
Stoßfängerträger 3 verhältnismäßig nahe
an der vorderen Begrenzung des Fahrzeugs angeordnet ist bzw. selbst
die vordere Begrenzung des Fahrzeugs bildet, und bei denen vor dem
vorderen Stoßfänger 3 bzw.
Stoßfängerträger 3 nur
noch geringe Verformungswege in Form von Schutzleisten oder dünnen Kunststoffschaumschichten
zur Verfügung
stehen. Bei einer dergestalt aufgebauten Fahrzeugfront dient die
erfindungsgemäße Energieaufnahmeeinrichtung 1 dann
insbesondere dazu, den steifen und unnachgiebigen, möglicherweise
zunächst
aus der Fahrzeugfront herausragenden Stoßfänger 3 bzw. Stoßfängerträger 3 bei
einem Fußgängeraufprall
aus dem unmittelbaren Aufprallbereich zu entfernen bzw. zurückzuverlagern.
Hierdurch wird sodann ermöglicht, den
Körper
des Fußgängers mit
einem größeren, ggf. gleichmäßig abgerundeten
und verformbar ausgeführten
Flächenbereich
der Fahrzeugfront zu erfassen, wodurch schwere Verletzungen, insbesondere im
Beinbereich, reduziert oder vermieden werden können.
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Bei
normalen Parkremplern oder bei Fahrzeugcrashs mit verhältnismäßig geringen
Geschwindigkeiten steht bei einer solchen Ausführungsform jedoch der die Fahrzeugbegrenzung
bildende Stoßfänger 3 dank
der erfindungsgemäßen Energieaufnahmeeinrichtung 1 mit
seiner vollen Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit zur Verfügung. Auf
diese Weise lässt
sich insbesondere bei Parkremplern das zu tiefe Eindringen von Fremdkörpern wie
beispielsweise Mauern oder Laternenpfählen in die Fahrzeugfront, und
eine damit oft verbundene, erhebliche Beschädigung der Fahrzeugfront vermeiden.
Ebenso lassen sich auf diese Weise die bei einem Fahrzeugcrash mit
geringen Geschwindigkeiten anfallenden erheblichen Crashenergien
abbauen, ohne dass es zu teuren oder irreparablen Beschädigungen
der Fahrzeugstruktur bzw. des Fahrzeugchassis kommt.
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Die
erfindungsgemäße Energieaufnahmeeinrichtung 1 kann
jedoch auch fahrzeugbezogen vor dem Stoßfänger bzw. vor einem Stoßfängerträger oder
vorderen Querträger
eines Kraftfahrzeugs angeordnet werden. Eine solche Bauweise bzw.
Anordnung kommt insbesondere bei modernen Fahrzeugen in Betracht,
die zum Zweck des Fußgängerschutzes
eine sogenannte 'Soft
Nose' aufweisen.
Bei derartig gestalteten Fahrzeugen liegt die Fahrzeugfront oftmals
in Form eines großflächigen,
vergleichsweise nachgiebig gestalteten Kunststoffbauteils vor, das
die im Sinne des Fußgängerschutzes
erforderlichen großen
Verformungswege bereits bei geringen Verformungskräften mittels
einer vergleichsweise dicken Kunststoffschaumschicht bereitstellen
kann. Hierzu ist die Kunststoffschaumschicht bzw. die Außenoberfläche der 'Soft Nose'-Fahrzeugfront fahrzeugbezogen
vor dem Stoßfänger bzw.
Stoßfängerträger oder vorderen
Querträger
des Kraftfahrzeugs angeordnet.
-
Um
eine dergestalt konstruktiv fußgängerfreundlich
ausgeführte
Fahrzeugfront auch für
die vorbeschriebenen Situationen "Parkrempler" bzw. "Fahrzeugcrash bei geringen Geschwindigkeiten" tauglich zu machen,
ist es jedoch wiederum notwendig, auf geeignete Weise die für diese
Crashsituationen erforderliche hohe Steifigkeit bzw. Energieaufnahmefähigkeit
im Bereich der Fahrzeugfront bereitzustellen, ohne das fußgängerfreundliche
Crashverhalten zu beeinträchtigen.
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Zu
diesem Zweck kann die erfindungsgemäße Energieaufnahmeeinrichtung 1,
beispielsweise bei einem Fahrzeug mit 'Soft Nose'-Fahrzeugfront, auch vor dem Stoßfänger bzw.
Stoßfängerträger oder
dem vorderen Querträger
eingebaut werden. Bei einer solchen Anordnung der erfindungsgemäßen Energieaufnahmeeinrichtung 1 durchgreift
mit anderen Worten das Stoßübertragungselement 4 den
weichen und nachgiebigen Kunststoffschaum der 'Soft Nose'-Fahrzeugfront, und stellt an der äußersten
vorderen Begrenzung der Fahrzeugfront spezielle Crashflächen bereit,
die das Fahrzeug vor Beschädigungen
bei Parkremplern schützen
und die die notwendige Energieaufnahmefähigkeit bei Fahrzeugcrashs
mit geringen Fahrgeschwindigkeiten bereitstellen.
-
Diese
Crashflächen
können
dabei beispielsweise entweder nur lokal begrenzt, insbesondere im Bereich
der Fahrzeugecken angeordnet sein, es kann sich bei derartigen Crashflächen aber
auch um einen der weichen Fahrzeugfront vorgelagerten, über die
gesamte Fahrzeugbreite durchgehenden Querträger handeln.
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Im
ersteren Fall ist jede der vorzugsweise zwei im Bereich der Fahrzeugfront
angeordneten Energieaufnahmeeinrichtungen 1 jeweils mit
einer eigenen lokal begrenzten Crashfläche im Bereich einer Fahrzeugecke
versehen, während
der durchgehende Querträger
im letzteren Fall mit beiden Energieaufnahmeeinrichtungen 1 bzw.
Stoßübertragungselementen 4 des
Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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9 schließlich zeigt
nochmals die erfindungsgemäße Energieaufnahmeeinrichtung 1 gemäß 1 bis 8,
wobei die Darstellung der 9 zur besseren
Erkennbarkeit des Aufbaus der Energieaufnahmeeinrichtung 1 in
Form einer Explosionsdarstellung gehalten ist. In 9 erkennt
man zunächst
einmal eine mit dem Gehäusekörper 14 der Energieaufnahmeeinrichtung 1 verbundene
Befestigungsplatte 25, die der Verbindung der Energieaufnahmeeinrichtung 1 beispielsweise
mit einem vorderen Längs-
oder Querträger
des Kraftfahrzeugs dient. Über
die Befestigungsplatte 25 werden auch die vom Stoßübertragungselement 4 bei
einem Fahrzeugcrash aufgenommenen Kräfte in die Fahrzeugstruktur eingeleitet.
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Ferner
erkennt man in 9 das Stoßübertragungselement 4 sowie
den vom Gehäuse 5 abgenommen
dargestellten Gehäusedeckel 15 mit
Gleitringdichtung 17 und Sprengring 16. Im Bereich
des mit der Befestigungsplatte 25 verbundenen Gehäusekörpers 14 wird
der Trägerkörper 8 ersichtlich
(s. auch 7), in dessen schlitzförmigen Ausnehmungen 26 die
jeweils aus Druckstück 13 und
Schraubendruckfeder 11 bestehenden Federeinrichtungen 11 angeordnet
sind. Außerdem
enthalten die schlitzförmigen
Ausnehmungen 26 des Trägerkörpers 8 auch
die Sperrkugeln 10. Die Sperrkugeln 10 sind im Unterschied
zur Darstellung der Sperrkugeln 10 in 9,
die lediglich zum Zweck der besseren Erkennbarkeit der Sperrkugeln 10 gewählt wurde,
an den Federeinrichtungen 11 nicht federseitig, sondern
entsprechend den Darstellungen der 1 bis 8 druckstückseitig
an den Federeinrichtungen 11 angeordnet, und befinden sich
somit im Zusammenbau der Energieaufnahmeeinrichtung 1 ebenfalls
in den schlitzförmigen
Ausnehmungen 26 des Trägerkörpers 8.
Letzteres geht besonders deutlich auch aus 7 hervor.
-
Im
Ergebnis wird somit deutlich, dass dank der Erfindung eine Energieaufnahmeeinrichtung
geschaffen wird, die für
jede der drei grundlegenden Grasharten "Parkrempler", "Fußgängeraufprall" und "Fahrzeugcrash" mit den dabei auftretenden
unterschiedlichen Aufprallgeschwindigkeiten bzw. zu absorbierenden
kinetischen Energien, selektiv unterschiedliche Nachgiebigkeiten
bzw. Verformungswege und Energieaufnahmepotentiale im Bereich der Fahrzeugfront
bereitstellt.
-
Die
erfindungsgemäße Energieaufnahmeeinrichtung
ist dabei zugleich äußerst robust
und zuverlässig
im mechanischen Aufbau, und liegt zudem in Form einer kompakten,
vollständig
in sich geschlossenen, und damit konstruktiv einfach und kostengünstig in
die Fahrzeugfront integrierbaren Einheit vor.
-
Die
Erfindung leistet damit einen bedeutenden Beitrag zur Verbesserung
insbesondere des Fußgängerschutzes
am Kraftfahrzeug, und stellt einen wesentlichen Baustein auf dem
Weg zum fußgängerfreundlichen
Kraftfahrzeug und zur Einhaltung der diesbezüglichen gesetzgeberischen Vorschriften bzw.
Selbstverpflichtungen in der Automobilindustrie zur Verfügung.
-
- 1
- Energieaufnahmeeinrichtung
- 2
- Längsträger
- 3
- Stoßfänger, Stoßfängerträger
- 4
- Stoßübertragungselement
- 5
- Gehäuse
- 6
- kegelstumpfförmiger Bereich
(Stoßübertragungselement)
- 7
- kegelstumpfförmiger Bereich
(Trägerkörper)
- 8
- Trägerkörper
- 9
- Sperreinrichtung
- 10
- Sperrkörper, Sperrkugel
- 11
- Federeinrichtung
- 12
- Schraubendruckfeder
- 13
- Druckstück
- 14
- Gehäusekörper
- 15
- Gehäusedeckel
- 16
- Sprengring
- 17
- Gleitringdichtung
- 18
- Gummikappe
- 19
- Sperrkugelbettung
(Stoßübertragungselement)
- 20
- Sperrkugelbettung
(Gehäuse)
- 21
- geprägte Furchen
- 22
- Zylindrischer
Bereich
- 23
- Zylindrischer
Bereich, Verformungsbereich
- 24
- Befestigungswulst
- 25
- Befestigungsplatte
- 26
- Ausnehmungen
(Trägerkörper)