DE102008006396A1

DE102008006396A1 - Crashschutz für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeugtüren

Info

Publication number: DE102008006396A1
Application number: DE200810006396
Authority: DE
Inventors: Dirk Schroer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2008-01-28
Publication date: 2009-07-30

Abstract

Crashschutz für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Kraftfahrzeugtür, bei dem hochzugfeste Zugelemente längs der Oberfläche der Karosserie des Kraftfahrzeugs verlaufen und endseitig unter Zwischenordnung mindestens einer zur Umformung von kinetischer Energie in Deformationsenergie dienender Crashbox steif an der Karosserie des Kraftfahrzeugs abgestützt sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Crashschutz für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Kraftfahrzeugtür, bei dem mindestens eine deformierbare Crashbox zur Absorption kinetischer Energie vorgesehen ist.
STAND DER TECHNIK
Die Anzahl von Verkehrstoten und Schwerverletzten bei Verkehrsunfällen mit Seitenaufprall ist sowohl absolut als auch relativ, d. h. auf die Häufigkeit von Verkehrsunfällen mit Seitenaufprall bezogen, gesehen hoch. Bei einem Seitenaufprall steht nur wenig Abstand zwischen den Insassen eines Kraftfahrzeugs und den äußeren Abmessungen des Kraftfahrzeugs zur Verfügung, um kinetische Energie eines aufprallenden weiteren Objekts oder des Kraftfahrzeugs beim Aufprallen auf ein festes Hindernis zu absorbieren. Tatsächlich sind die Insassen eines Kraftfahrzeugs bei einem Seitenaufprall dadurch besonders gefährdet, dass die Karosserie des Kraftfahrzeugs dem seitlichen Aufprall nicht genügend Widerstand entgegensetzt und ein aufprallendes Objekt die Karosserie im Bereich der Türen seitlich so weit eindrückt, dass eine direkte Einwirkung von Impuls und Energie des Aufpralls auf die Passagiere in dem Kraftfahrzeug erfolgt und die Passagiere in der Karosserie des Kraftfahrzeugs sogar eingequetscht werden können.
Um diesem Problem zu begegnen, ist es bekannt, Türen eines Kraftfahrzeugs mit aussteifenden Rohren zu verstärken und diese an den angrenzenden (A-, B- bzw. C-)Säulen des Kraftfahrzeugs abzustützen. Als zusätzliche Maßnahme ist es bekannt, die Karosserie eines Kraftfahrzeugs im Bereich des Rahmens um die Türen, einschließlich der A-, B- und C-Säulen und des Fahrzeugbodens gezielt auszusteifen, um die Steifigkeit der gesamten Karosserie gegenüber einem Seitenaufprall zu erhöhen. Dabei ist es auch bekannt, in diese Rahmen, Säulen und den Fahrzeugboden so genannte Crashboxen zu integrieren, die zur gezielten Umformung von kinetischer Energie in Deformationsenergie und damit zur Absorption der kinetischen Energie ausgebildet sind.
Die Zugfestigkeit von Stählen, die im Kraftfahrzeugkarosseriebau eingesetzt wird, liegt typischerweise nur bei wenigen hundert MPa. Im Kraftfahrzeugkarosseriebau werden Stähle mit einer Zugfestigkeit von mehreren Hundert bis etwa 1.000 MPa bereits als extrem zugfest angesehen. Nur partiell kommen im Kraftfahrzeugkarosseriebau auch Stähle zum Einsatz, die eine Zugfestigkeit von bis zu 1.500 MPa aufweisen. Diese Zugfestigkeiten werden von den derzeit im Kraftfahrzeugkarosseriebau eingesetzten Stählen erst bei einer Dehnung von deutlich oberhalb 10%, d. h. beispielsweise 20%, erreicht.
Crashboxen werden an verschiedenen Stellen von Kraftfahrzeugkarosserien zur Umformung von kinetischer in Verformungsenergie und damit zur Absorption von kinetischer Energie eingesetzt. Hierzu zählen beispielsweise die Abstützungen der Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs. Crashboxen können ganz unterschiedliche geometrische Formen aufweisen. Sie zeichnen sich jedoch in aller Regel dadurch aus, dass durch ihre Formgebung eine definierte Deformation erfolgt, damit die gewollte Energieumwandlung kontrolliert vonstattengeht. Dabei können Crashboxen zur Aufnahme von Drucklasten, Zuglasten, Biegelasten oder Torsionslasten ausgebildet sein.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Crashschutz für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Kraftfahrzeugtür, aufzuzeigen, mit dem einerseits der Verformungswiderstand einer Kraftfahrzeugkarosserie bei einem Seitenaufprall erhöht wird, aber andererseits dennoch eine kontrollierte Absorption von kinetischer Energie durch Umformung in Deformationsenergie erreichbar ist.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Crashschutz mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele des Crashschutzes sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei dem neuen Crashschutz sind hochzugfeste Zugelemente vorgesehen, die eine Vorzugsorientierung längs der äußeren Oberfläche der Kraftfahrzeugkarosserie aufweisen und die endseitig unter Zwischenschaltung mindestens einer Crashbox an steifen Teilen der Kraftfahrzeugkarosserie abgestützt sind. Mit hochzugfesten Zugelementen sind hier nur solche Zugelemente gemeint, die bereits bei einer Dehnung von weniger als 10% eine Zugfestigkeit von mindestens 1.500 MPa erreichen. Bevorzugt ist es, wenn diese Zugfestigkeit bereits bei einer Dehnung ≤ 5% erreicht wird. Noch mehr bevorzugt ist es, wenn diese Zugfestigkeit bei einer Dehnung von 2% oder weniger erreicht wird. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Zugfestigkeit bei den angegebenen Dehnungswerten mindestens 1.700 MPa beträgt. Eine noch höhere Zugfestigkeit von 1.800 MPa oder mehr bringt weitere Vorteile. So kann eine Zugfestigkeit von 2.000 MPa sinnvoll eingesetzt werden. Eine höhere Zugfestigkeit der hochzugfesten Zugelemente erlaubt es, diese mit vergleichsweise dünnem Durchmesser auszubilden, was zugleich eine geringe Masse der Zugelemente bedeutet, um eine vorgegebene seitliche Belastung aufzunehmen und auf die jeweilige Crashbox umzulenken.
Bei der Crashbox handelt es sich insbesondere um eine solche, deren vorgesehene Lastrichtung in Richtung der hochzugfesten Zugelemente verläuft. Da die hochzugfesten Zugelemente in etwa parallel zur Oberfläche der Kraftfahrzeugkarosserie ausgerichtet sind, lenken sie bei einem Seitenaufprall, d. h. einem normal zu der Oberfläche der Kraftfahrzeugkarosserie erfolgenden Aufprall die kinetische Energie aus dieser normal zu der Oberfläche verlaufenden Richtung in eine parallel zu der Oberfläche verlaufende Richtung um, die dann von der Crashbox aufgezehrt wird. Dabei kann die Crashbox viel größer dimensioniert werden als wenn sie beispielsweise innerhalb einer Tür in der normal zu der Oberfläche verlaufenden Richtung ausgerichtet würde.
Mit der Crashbox für die Zugelemente ist nicht zwingend viel zusätzliche Masse verbunden. Zum einen können mehrere Zugelemente mit einer Crashbox verbunden sein. Zum anderen kann ein ohnehin vorhandenes Element einer Kraftfahrzeugtür oder eines Türrahmens einer Kraftfahrzeugkarosserie oder ein anderes ohnehin vorhandenes Element der Kraftfahrzeugkarosserie als Crashbox ausgebildet werden. So kann die Crashbox in ein Türprofil der Kraftfahrzeugtür integriert sein.
Die geringe eigene Masse hochzugfester Zugelemente erlaubt es, diese in größerer Anzahl parallel zueinander oder auch unter Winkeln zueinander oder gar einander überkreuzend vorzusehen, ohne dass die Masse der Kraftfahrzeugkarosserie signifikant erhöht wird. Dies steht im Gegensatz zu der derzeit üblichen Verstärkung von Kraftfahrzeugtüren im Wesentlichen durch ein unterhalb der Scheibe verlaufendes Rohr.
Es versteht sich, dass die steife Abstützung der hochfesten Zugelemente bei Ausbildung des neuen Crashschutzes an einer Kraftfahrzeugtür in der Regel verlangt, dass diese Abstützung entweder direkt an dem die Kraftfahrzeugtür umgebenden Rahmen oder über eine zugfeste Anbindung des Rahmens der Kraftfahrzeugtür an dem sie umgebenden Rahmen der Karosserie des Kraftfahrzeugs erfolgt.
Die Abstützung der einzelnen Zugelemente an der Crashbox ist besonders einfach, wenn die Zugelemente mindestens eine Schlaufe ausbilden über die sie an die Crashbox angehängt sind. Dabei kann die Schlaufe insbesondere Teil einer geschlossenen Schleife oder eines geschlossenen Rings aus den Zugelementen sein, die/der an mehreren, vorzugsweise mehr als zwei Punkten an Crashboxen und/oder feste Anbindungspunkte der Karosserie angehängt ist.
Als Material für die hochzugfesten Zugelemente kommt insbesondere Federstahl in Frage. Bereits Federstahl nach der EN 10270-1, 2 und 3 erfüllt die hier gestellten Anforderungen. Dabei ist Federstahl auch gegenüber seitlicher Belastung ausreichend zäh, um die bei einem Seitenaufprall auftretenden Impulse zu überstehen. Zudem ist Federstahldraht in den für die Umsetzung des neuen Crashschutzes erforderlichen Mengen vergleichsweise preisgünstig. Dabei ist von einer Drahtstärke von 1–5 mm, vorzugsweise 2–3 mm, für die hochzugfesten Zugelemente auszugehen.
Mit Federstahldraht ist hier insbesondere (patent-)gezogener Federstahldraht gemeint, wie er in der EN 10270 definiert ist. Es können auch höherwertige Federstähle eingesetzt werden, was jedoch nicht erforderlich erscheint. Bereits die Korrosionsempfindlichkeit von Kohlenstoffstählen nach der EN 10270-1 ist gering. Bei Bedarf kann aber auch rostfreier Federstahl verwendet werden.
Alternativ zu hochzugfesten Zugelementen aus Federstahl kommen auch solche auf der Basis von hochzugfesten Kohlenstoff- oder Glasfasern in Betracht. Hier muss aber ein besonderes Augenmerk auf die Zähigkeit gegenüber seitlichen Belastungen gerichtet werden. In aller Regel wird ein entsprechendes hochfestes Zugelement als Verbund aus Kohlenstofffasern und Harz auszubilden sein. Dabei ist es grundsätzlich denkbar, eine Oberfläche der Karosserie aus einer Kunststoffmatrix auszubilden, in die die hochzugfesten Zugelemente als Glas- oder Kohlenstofffasern eingebettet sind. Von einer üblichen CFK-Tür unterscheidet sich diese Tür bei dem neuen Crashschutz dann dadurch, dass die Verstärkungsfasern an eine Crashbox angebunden sind.
Bei der seitlichen Belastung von separaten hochzugfesten Zugelementen ist zu berücksichtigen, dass die unterhalb der Karosserieaußenhaut, vorzugsweise direkt oder mit geringem Abstand darunter verlaufen, so dass sie bei einem seitlichen Aufprall von dieser Außenhaut beaufschlagt werden, die an ihrer Innenseite speziell ausgebildet sein kann, beispielsweise mit einer Kunststoffbeschichtung, um eine definierte Anlage an die hochzugfesten Zugelemente sicherzustellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- EN 10270-1 [0014]
- EN 10270 [0015]
- EN 10270-1 [0015]

Claims

Crashschutz für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Kraftfahrzeugtür, bei dem hochzugfeste Zugelemente längs der Oberfläche der Karosserie des Kraftfahrzeugs verlaufen und endseitig unter Zwischenordnung mindestens einer zur Umformung von kinetischer Energie in Deformationsenergie dienenden Crashbox steif an der Karosserie des Kraftfahrzeugs abgestützt sind.
Crashschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hochzugfesten Zugelemente direkt oder mit geringem Abstand unterhalb einer Außenhaut der Karosserie verlaufen.
Crashschutz nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hochzugfesten Zugelemente parallel zueinander, unter Winkeln zueinander und/oder sich einander überkreuzend verlaufen.
Crashschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastrichtung der Crashbox in der Haupterstreckungsrichtung jedes angebundenen hochzugfesten Zugelements verläuft.
Crashschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugelemente mindestens eine Schlaufe ausbilden über die sie an die Crashbox angehängt sind.
Crashschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugelemente mindestens eine geschlossene Schleife oder mindestens einen geschlossenen Ring ausbilden.
Crashschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit der hochzugfesten Zugelemente bei einer Dehnung von weniger als 10% mindestens 1.500 MPa, vorzugsweise mindestens 1.700 MPa, mehr bevorzugt mindestens 1.800 MPa und am meisten bevorzugt mindestens 2.000 MPa beträgt.
Crashschutz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeiten bei einer Dehnung von maximal 5%, vorzugsweise von maximal 2% von den hochzugfesten Zugelementen erreicht werden.
Crashschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hochzugfesten Zugelemente aus gezogenem Federstahldraht ausgebildet sind.
Crashschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hochfesten Zugelemente Glas- und/oder Kohlenstofffasern oder andere Verstärkungsfasern aufweisen.
Crashschutz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugelemente als Verstärkungsfasern in eine die Oberfläche der Karosserie des Kraftfahrzeugs ausbildende Kunststoffmatrix eingebettet sind.
Crashschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere hochzugfeste Zugelemente an eine Crashbox angeschlossen sind.
Crashschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche hochzugfeste Zugelemente, insbesondere mit unterschiedlichen Zugsteifigkeiten, nebeneinander vorgesehen sind.
Crashschutz nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Crashbox in ein Türprofil der Kraftfahrzeugtür integriert ist.