DE102008047699A1

DE102008047699A1 - Mit Energieabsorbern ausgestatteter Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008047699A1
Application number: DE102008047699A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Rick
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2010-03-25

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrgastraum (10) eines Kraftfahrzeugs mit mehreren den Fahrgastraum definierenden Fahrzeugstrukturelementen (12-22), die an ihrer dem Innern des Fahrgastraums (10) zugewandten Seite mit Verkleidungselementen (24) versehen sind. Dabei ist zwischen wenigstens einem der Fahrzeugstrukturelemente (12-22) und dem jeweiligen Verkleidungselement (24) ein energieabsorbierendes Bauteil (26) aus einem synthetischen Polymermaterial angeordnet, das eine im Wesentlichen flache Montageseite (28), mit der es dauerhaft an dem Fahrzeugstrukturelement (12-22) oder dem Verkleidungselement (24) befestigt ist, und auf seiner der Montageseite (28) abgewandten Seite wenigstens einen im Wesentlichen konvex geformten, integral mit der Montageseite (28) ausgebildeten Formkörper (34) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, der mit wenigstens einem energieabsorbierenden Bauteil zum Schutz der Fahrzeuginsassen bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs ausgestattet ist.
Energieabsorbierende Bauteile, auch kurz Energieabsorber genannt, sind dem Fachmann seit langem bekannt. Dabei handelt es sich um Bauteile, die so ausgelegt sind, dass sie sich bei einer Stoßbelastung, zum Beispiel bei einem Aufprall, unter Aufnahme von Energie definiert verformen. Konventionelle Energieabsorber bestehen aus Strukturelementen, die flächendeckend nebeneinander angeordnet sind und überwiegend aus Aluminium, Stahl, Schäumen, Elastomeren oder Faserverbundwerkstoffen gebildet sind.
Weiter offenbart die EP 0 955 211 A2 energeabsorbierende Bauteile bestehend aus wenigstens einer Lage expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE) und wenigstens einer Lage eines Elastomer, die u. a. für den Kraftfahrzeugbereich einsetzbar sind.
Die US 2005/0287371 A1 beschreibt ein auch für den Kraftfahrzeugbereich einsetzbares Energieabsorptionselement mit auxetischen Strukturen und Substrukturen sowie einer Einfassung, das aus Kunststoffmaterialien oder Metallen gebildet sein kann.
Aus der WO 03/055339 A2 ist ein selbsttragendes, energieabsorbierendes Material bekannt, das eine elastomere Matrix aus einem Polymerschaum enthält, die mit einem Silikon gefüllt und mit einer Flüssigkeit getränkt ist, um einen elastisch kompressiblen Verbundwerkstoff zu bilden.
Die DE 102 01 085 A1 zeigt einen Prallabsorber für Bearbeitungsmaschinen, der einer mehrmaligen Belastung standhalten muss und zu diesem Zweck aus wenigstens zwei Elastomeren mit unterschiedlichen Federeigenschaften zum Erzeugen eines progressiv elastischen Dämpfungssystems aufgebaut ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Kraftfahrzeug-Fahrgastraum mit einem verbesserten Schutz für die Fahrzeuginsassen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs weist mehrere, den Fahrgastraum definierende Fahrzeugstrukturelemente auf, die an ihrer dem Innern des Fahrgastraums zugewandten Seite mit Verkleidungselementen versehen sind, wobei zwischen wenigstens einem der Fahrzeugstrukturelemente und dem jeweiligen Verkleidungselement ein energieabsorbierendes Bauteil aus einem synthetischen Polymermaterial angeordnet ist. Gemäß der Erfindung weist das energieabsorbierende Bauteil eine im Wesentlichen flache Montageseite, mit der es dauerhaft an dem Fahrzeugstrukturelement oder dem Verkleidungselement befestigt ist, sowie auf seiner der Montageseite abgewandten Seite we nigstens einen im Wesentlichen konvex geformten, integral mit der Montageseite ausgebildeten Formkörper auf.
Das energieabsorbierende Bauteil, das gemäß der Erfindung für den Insassenschutz eines Kraftfahrzeug-Fahrgastraums benutzt wird, zeichnet sich durch seinen einfachen und platzsparenden Aufbau sowie seine ausgezeichneten Energieabsorptionseigenschaften aus. Die hohe Effizienz des energieabsorbierenden Bauteils ist sowohl in den Materialeigenschaften des synthetischen Polymermaterials als auch in den Deformationseigenschaften seiner geometrischen Form begründet.
Die im Wesentlichen flache Montageseite des energieabsorbierenden Bauteils ist im Wesentlichen flach, d. h. ohne signifikante Erhebungen und Vertiefungen ausgebildet, folgt aber natürlich der Kontur des ihr zugewandten Fahrzeugstrukturelements bzw. Verkleidungsteils. Mit anderen Worten kann die Montageseite im Rahmen der Erfindung auch zum Beispiel gekrümmt oder gewölbt ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das energieabsorbierende Bauteil aus einem Silikon gebildet.
Weiter kann das energieabsorbierende Bauteil in einer Ausführungsform genau einen Formkörper aufweisen. Alternativ kann dieses energieabsorbierende Bauteil eine Vielzahl von Formkörpern aufweisen, die matrixartig, waffelartig, wabenartig, kreuzartig oder dergleichen angeordnet sind.
Bei diesen Ausführungsformen besitzt bzw. besitzen der oder die Formkörper des energieabsorbierenden Bauteils vorzugsweise eine Form, die ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus den geometrischen Formen Kegel, Pyramide, Tetraeder, Halbkugel, Kuppe, Pilz und dergleichen.
In einer weiteren Alternative der Erfindung weist das energieabsorbierende Bauteil mehrere rippenartige Formkörper auf.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Montageseite des energieabsorbierenden Bauteils mit dem Fahrzeugstrukturelement bzw. dem Verkleidungselement stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden. Zum Beispiel kann das Fahrzeugstrukturelement bzw. das Verkleidungselement wenigstens eine Aussparung aufweisen und an der Montageseite des energieabsorbierenden Bauteils kann wenigstens ein weiterer Formkörper ausgebildet sein, der mit einer dieser wenigstens einen Aussparung in Eingriff steht. Alternativ oder zusätzlich kann die Montageseite des energieabsorbierenden Bauteils mit dem Fahrzeugstrukturelement bzw. dem Verkleidungselement verklebt oder vergossen sein.
Das Fahrzeugstrukturelement ist beispielsweise eine A-Säule, eine B-Säule, eine C-Säule, eine Instrumententafel, eine Fahrzeugtür, ein Dachrahmen, ein Aufprallschutz für den Knie- und/oder Fußbereich, ein Fahrzeughimmel oder dergleichen.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
1 eine Seitenansicht eines Fahrgastraums eines Kraftfahrzeugs, bei dem die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise anwendbar ist;
2 Schnittansichten von verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung gemäß Linie A-A in 1;
3 Schnittansichten von verschiedenen weiteren Ausführungsformen der Erfindung gemäß Linie A-A in 1; und
4 Perspektivdarstellungen eines energieabsorbierenden Bauteils (Ansichten A) und eines Verkleidungsteils (Ansichten B) nach weiteren Ausführungsformen der Erfindung.
In 1 ist zunächst ein Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs beispielhaft veranschaulicht, bei dem die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise zum Einsatz kommen kann.
Der Fahrgastraum 10 ist im Allgemeinen durch mehrere Fahrzeugstrukturelemente definiert, von denen in 1 lediglich eine A-Säule 12, eine B-Säule 14, eine C-Säule 16, die Instrumententafel 18, der Dachrahmen 20 und zwei Fahrzeugtüren 22 angedeutet sind. Diese und weitere Fahrzeugstrukturelemente 12–22 sind an ihrer dem Innern des Fahrzeugraums 10 zugewandten Seite üblicherweise mit Verkleidungselementen 24 versehen, um den Fahrgastraum 10 optisch ansprechend zu gestalten. Außerdem können die Verkleidungselemente 24 mit weiteren technischen und/oder Komfort-Funktionen versehen sein.
Zum Schutz der Fahrzeuginsassen ist der Fahrgastraum 10 im Allgemeinen mit mehreren energieabsorbierenden Bauteilen ausgestattet. Aufgrund der steigenden Packungs- und Integrationsdichte im Kraftfahrzeugbau werden die Freiräume und Komponentenabstände immer geringer. Die energieabsorbierenden Bauteile sind deshalb sehr platzsparend konstruiert und zwischen den Fahrzeugstrukturelementen 12–22 und den jeweiligen Verkleidungselementen 24 angeordnet, genauer in entsprechenden Ausnehmungen der Verkleidungselemente 24 eingelegt.
Die energieabsorbierenden Bauteile sind aus einem synthetischen Polymermaterial, insbesondere aus einem Silikon gebildet.
Silikone basieren auf einer Vielzahl möglicher Verbindungen der Siloxanstrukturen; es sind insbesondere lineare, verzweigte, zyklisch ringförmige und vernetzte Verbindungen möglich. Silikone besitzen außerdem spezielle Eigenschaften, die sie für den Einsatz bei energieabsorbierenden Bauteilen im Kraftfahrzeugbereich zur Erfüllung der Crashanforderungen besonders geeignet machen:

– gleichmäßige Leistungsfähigkeit über den gesamten Temperaturbereich;
– extreme Elastizität;
– hohe Kraftübertragung;
– Temperaturbeständigkeit im Bereich von etwa –100°C bis etwa +250°C;
– leichte Formgebung im Umformverfahren;
– mögliche Einstellung unterschiedlicher Shore-Härten und Zonen;
– mögliche Einstellung unterschiedlicher Deformationsgeschwindigkeiten zum Beispiel in Längs- und Querrichtung;
– wachsende Steifigkeit mit der Deformationsgeschwindigkeit;
– genaue Anpassung des Bauteils an die Konstruktions- und Funktionsumgebung auch bei komplexen Geometrien und engen Bauräumen;
– bei Mehrkomponentensystemen sind bis zu etwa 120 Materialparameter anpassbar;
– mögliche Aggregatzustände von teigig bis fest, ggf. auch leicht flüssig;
– Entzug von Lufteinschlüssen durch Vakuumverfahren wie beispielsweise Vakuumgießen möglich.

In 2A bis D sind verschiedene Varianten eines ersten Ausführungsbeispiels der Integration eines energieabsorbierenden Bauteils zwischen Fahrzeugstrukturelement 12–22 und Verkleidungselement 24 dargestellt.
Wie in 2A gezeigt, weist das energieabsorbierende Bauteil 26 eine im Wesentlichen flache Montageseite 28 auf, die der Kontur des Fahrzeugstrukturelements 12–22 angepasst ist und mit der das Bauteil 26 dauerhaft an dem Fahrzeugstrukturelement 12–22 befestigt ist. Zur Befestigung des Bauteils 26 weist das Fahrzeugstrukturelement 12–22 eine Aussparung 30 auf, mit welcher ein an dem Bauteil 26 integral ausgebildeter Formkörper 32 in Eingriff steht. Der Formköper 32 des energieabsorbierenden Bauteils 26 kann zum Beispiel in die Aussparung 30 des Fahrzeugstrukturelements 12–22 verrastet, verclipst oder eingeknöpft werden. Zusätzlich ist auch ein Verkleben oder Vergießen des energieabsorbierenden Bauteils 26 mit dem Fahrzeugstrukturelement 12–22 möglich.
Auf seiner der Montageseite 28 abgewandten Seite weist das energieabsorbierende Bauteil 26 ebenfalls einen Formkörper 34 auf. Im Ausführungsbeispiel von 2A ist nur ein einziger solcher Formkörper 34 vorgesehen. Dieser Formkörper 34 ist im Wesentlich konvex geformt und integral mit der Montageseite 28 ausgebildet, zum Beispiel als ein Teil im Spritzgussverfahren hergestellt. Der Formkörper 34 des energieabsorbierenden Bauteils 26 von 2A hat die geometrische Form einer Kuppe.
Der eine Formkörper 32 auf der Montageseite 28 dient der dauerhaften Befestigung des energieabsorbierenden Bauteils 26 an dem Fahrzeugstrukturelement 12–22 und der andere Formkörper 34 wird zum Beispiel im Crashfall unter Absorption von Energie elastisch deformiert. Durch die ortsfeste Fixierung, die speziellen Eigenschaften des Silikons und die geometrische Form des deformierbaren Formkörpers 34 besitzt das energieabsorbierende Bauteil 26 der Erfindung ausgezeichnete Eigenschaften und schafft einen verbesserten Insassenschutz für einen Fahrgastraum 10 eines Kraftfahrzeugs.
Die in 2B dargestellte Variante des energieabsorbierenden Bauteils 26 unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Bauteil durch die Form der Aussparung 30 in dem Fahrzeugstrukturelement 12–22, die entsprechende Form des Formkörpers 32 an der Montageseite 28 des Bauteils 26 und die pilzartige Form des anderen Formkörpers 34. Die weiteren Merkmale sowie die Eigenschaften und Vorteile dieses energieabsorbierenden Bauteils 26 entsprechen jenen des Bauteils 26 von 2A.
Die in 2C dargestellte Variante des energieabsorbierenden Bauteils 26 unterscheidet sich von den oben beschriebenen Bauteilen dadurch, dass die im Wesentlichen flacher Montageseite 28 flächig mit der Innenseite des Fahrzeugstrukturelements 12–22 verklebt oder vergossen ist, und durch die tetraederartige Form des anderen Formkörpers 34. Die weiteren Merkmale sowie die Eigenschaften und Vorteile dieses energieabsorbierenden Bauteils 26 entsprechen jenen der Bauteile 26 von 2A und B.
Bei der in 2D dargestellten Variante des energieabsorbierenden Bauteils 26 ist das Bauteil 26 nicht an dem Fahrzeugstrukturelement 12–22, sondern an dem Verkleidungselement 24 befestigt. Zu diesem Zweck ist das Verkleidungselement 24 mit einer entsprechenden Aussparung 36 ausgebildet, in die der Formkörper 32 des energieabsorbierenden Bauteils 26 eingreift. Die weiteren Merkmale sowie die Eigenschaften und Vorteile dieses energieabsorbierenden Bauteils 26 entsprechen jenen der Bauteile 26 von 2A bis C.
Während in den Ausführungsformen der 2A bis D kuppenartige, pilzartige und tetraederartige Formkörper 34 an den energieabsorbierenden Bauteilen 26 ausgebildet sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese geometrische Formen der Formkörper 34 beschränkt. Weitere geeignete geometrische Formen für die deformierbaren Formkörper 34 des Bauteils 26 sind zum Beispiel Halbkugel, Kegel, Pyramide und dergleichen.
Bezug nehmend auf 3A und B wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel eines energieabsorbierenden Bauteils 26 näher beschrieben.
Während die Bauteile 26 der Ausführungsvarianten der 2A bis D jeweils eine begrenzte Ausdehnung in einer Ebene parallel zum Fahrzeugstrukturelement 12–22 und Verkleidungselement 24 besitzen und jeweils mit nur einem einzigen deformierbaren Formkörper 34 ausgebildet sind, sind die energieabsorbierenden Bauteile 26 dieses Ausführungsbeispiels flächig ausgebildet und weisen auf ihrer der flachen Montageseite 28 abgewandten Seite eine Vielzahl von Formkörpern 34' auf.
Diese Formkörper 34' sind zum Beispiel waffelartig angeordnet, wie in 3A und B veranschaulicht, können aber zum Beispiel auch matrixartig, wabenartig, kreuzartig oder dergleichen angeordnet sein. Bezüglich der geometrischen Formen dieser Formkörper 34' gelten die obigen Ausführungen zu den Formkörpern 34 analog. Die im Wesentlichen flache Montageseite 28 des Bauteils 26 ist vorzugsweise mit dem Fahrzeugstrukturelement 12–22 oder dem Verkleidungselement 24 flächig verklebt oder vergossen. Zusätzlich können zur Befestigung des Bauteils 26 am Fahrzeugstrukturelement 12–22 oder Verkleidungselement 24 auch hier entsprechende Aussparungen 30, 36 und Formkörper 32 vorgesehen sein.
Ein drittes Ausführungsbeispiel eines energieabsorbierenden Bauteils der Erfindung wird nun anhand der 4A und B genauer beschrieben.
Das energieabsorbierende Bauteil 26 dieses Ausführungsbeispiels weist wieder eine im Wesentlichen flache Montageseite 28 auf, die flächig mit dem Fahrzeugstrukturelement 12–22 verbunden, bevorzugt verklebt oder vergossen ist. Auf der der Montageseite 28 abgewandten Seite sind zur Optimierung des Absorptionsverhaltens des Bauteils 26 mehrere rippenartige Formkörper 34'' ausgebildet. Die geometrischen Formen dieser konvexen Formkörper 34'' können im Schnitt zum Beispiel dreieckig (siehe 4A), halbkreisförmig, kreissegmentartig, elliptisch (siehe 4B), polygonal oder dergleichen sein.
Analog zur Variante von 2D können diese energieabsorbierenden Bauteile 26 alternativ ebenfalls an dem Verkleidungselement 24 befestigt werden. Ferner können auch bei diesem Ausführungsbeispiel zur dauerhaften Befestigung des Bauteils an dem Fahrzeugstrukturelement 12–22 oder dem Verkleidungselement 24 entsprechende Aussparungen 30, 36 und Formkörper 32 vorgesehen sein.

Die weiteren Merkmale sowie die Eigenschaften und Vorteile dieser energieabsorbierenden Bauteile 26 von 4A und B entsprechen jenen der oben erläuterten Bauteile 26 von 2. Bezugszeichenliste

10	Fahrzeugraum
12	A-Säule
14	B-Säule
16	C-Säule
18	Instrumententafel
20	Dachrahmen
22	Fahrzeugtüren
24	Verkleidungselement
26	energieabsorbierendes Bauteil
28	Montageseite
30	Aussparung
32	Formkörper
34, 34', 34''	Formkörper
36	Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0955211 A2 [0003]
- US 2005/0287371 A1 [0004]
- WO 03/055339 A2 [0005]
- DE 10201085 A1 [0006]

Claims

Fahrgastraum (10) eines Kraftfahrzeugs, mit mehreren, den Fahrgastraum definierenden Fahrzeugstrukturelementen (12–22), die an ihrer dem Innern des Fahrgastraums (10) zugewandten Seite mit Verkleidungselementen (24) versehen sind, wobei zwischen wenigstens einem der Fahrzeugstrukturelemente (12–22) und dem jeweiligen Verkleidungselement (24) ein energieabsorbierendes Bauteil (26) aus einem synthetischen Polymermaterial angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das energieabsorbierende Bauteil (26) eine im Wesentlichen flache Montageseite (28), mit der es dauerhaft an dem Fahrzeugstrukturelement (12–22) oder dem Verkleidungselement (24) befestigt ist, und auf seiner der Montageseite (28) abgewandten Seite wenigstens einen im Wesentlichen konvex geformten, integral mit der Montageseite (28) ausgebildeten Formkörper (34) aufweist.
Kraftfahrzeug-Fahrgastraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das energieabsorbierende Bauteil (26) aus einem Silikon gebildet ist.
Kraftfahrzeug-Fahrgastraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das energieabsorbierende Bauteil (26) genau einen Formkörper (34) aufweist.
Kraftfahrzeug-Fahrgastraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das energieabsorbierende Bauteil (26) eine Vielzahl von Formkörpern (34') aufweist, die matrixartig, waffelartig, wabenartig, kreuzartig oder dergleichen angeordnet sind.
Kraftfahrzeug-Fahrgastraum nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Formkörper (34, 34') des energieabsorbierenden Bauteils (26) eine Form besitzt bzw. besitzen, die ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus den geometrischen Formen Kegel, Pyramide, Tetraeder, Halbkugel, Kuppe, Pilz und dergleichen.
Kraftfahrzeug-Fahrgastraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das energieabsorbierende Bauteil (26) mehrere rippenartige Formkörper (34'') aufweist.
Kraftfahrzeug-Fahrgastraum nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageseite (28) des energieabsorbierenden Bauteils (26) mit dem Fahrzeugstrukturelement (12–22) bzw. dem Verkleidungselement (24) stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden ist.
Kraftfahrzeug-Fahrgastraum nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugstrukturelement (12–22) bzw. das Verkleidungselement (24) wenigstens eine Aussparung (30, 36) aufweist und an der Montageseite (28) des energieabsorbierenden Bauteils (26) wenigstens ein weiterer Formkörper (32) ausgebildet ist, der mit einer der wenigstens einen Aussparung (30, 36) in Eingriff steht.
Kraftfahrzeug-Fahrgastraum nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageseite (28) des energieabsorbierenden Bauteils (26) mit dem Fahrzeugstrukturelement (12–22) bzw. dem Verkleidungselement (24) verklebt oder vergossen ist.
Kraftfahrzeug-Fahrgastraum nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugstrukturelement (12–22) eine A-Säule, eine B-Säule, eine C-Säule, eine Instrumententafel, eine Fahrzeugtür, ein Dachrahmen, ein Aufprallschutz für den Knie- und/oder Fußbereich, ein Fahrzeughimmel oder dergleichen ist.