DE102011011816A1

DE102011011816A1 - Energieabsorptionselement für einen Kraftwagen

Info

Publication number: DE102011011816A1
Application number: DE201110011816
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Eipper Konrad; Dipl.-Ing. Michael (FH) Kelz; Dr.-Ing. Rudlaff Thomas
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-02-19
Filing date: 2011-02-19
Publication date: 2012-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energieabsorptionselement (10) für einen Kraftwagen, mit einem Metallprofilteil (18), welches mit seinen beiden Enden (20, 22) an jeweiligen Stützelementen (12, 14) abgestützt ist, und mit einem zwischen den Stützelementen (12, 14) angeordneten Kunststoffteil (24), insbesondere einem Faserverbund-Kunststoffteil, wobei das Kunststoffteil (24) in einem radialen Abstand (a) zu dem Metallprofilteil (18) angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Befestigungsanordnung eines solchen Energieabsorptionselements (10) an einem Längsträger (16) des Kraftwagens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energieabsorptionselement für einen Kraftwagen, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Befestigungsanordnung eines solchen Energieabsorptionselements an einem Längsträger eines Kraftwagens.
Ein solches Energieabsorptionselement ist beispielsweise bereits aus der DE 10 2006 058 604 B4 als bekannt zu entnehmen und umfasst ein Metallprofilteil, welches mit seinen beiden Enden an jeweiligen Stützelementen in Form von Stützplatten abgestützt ist. Zumindest in denjenigen Bereichen, in denen sich bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung entsprechende Falten bilden, ist das Metallprofilteil außenseitig mit einem Mantel aus einem Faser-Kunststoff-Verbund versehen, welcher formschlüssig an der Außenseite des Metallprofilteils anliegt. Im Falle einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ist dabei ein Ende des Faserverbund-Kunststoffteils am korrespondierenden Stützelement umstülpbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Energieabsorptionselement sowie eine Befestigungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein noch verbessertes Deformationsverhalten aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Energieabsorptionselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Befestigungsanordnung eines solchen Energieabsorptionselements mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Um ein Energieabsorptionselement mit einem verbesserten Deformationsverhalten zu schaffen, ist es gemäß Anspruch 1 vorgesehen, dass das Kunststoffteil in einem radialen Abstand zu dem Metallprofilteil angeordnet ist. Ein derartiger radialer Abstand gewährleistet, dass sowohl das Metallprofilteil als auch das Kunststoffteil bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung entsprechend – unter Energieabsorption – deformiert werden können, ohne dass eine jeweilige Deformation des einen Bauteils zu einer Beeinträchtigung des anderen Bauteils führen kann. Mit anderen Worten ist es ein besonderer Vorteil dieses radialen Abstandes des Kunststoffteils zu dem Metallprofilteil, dass beide Bauteile ohne gegenseitige Beeinträchtigung infolge der jeweiligen Deformation entsprechend deformiert werden können.
Da die beiden Bauteile – das Kunststoffteil und das Metallprofilteil – nicht direkt aneinander anliegen, können diese auch verschiedene Querschnitte beziehungsweise Querschnittsformen/-konturen aufweisen. Da somit die Querschnittprofile der beiden Bauteile nicht aneinander angepasst sein müssen, können diese in optimaler Weise auf das geforderte Deformationsvermögen bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung abgestimmt werden.
Dabei sei angemerkt, dass die beiden Bauteile – das Kunststoffteil und das Metallprofilteil – in einer einfachen Ausführung beispielsweise rohrförmig gestaltet und im Querschnitt gesehen zumindest im Wesentlichen kreisrund sind. Gleichfalls sind jedoch auch mehreckige Querschnitte oder andere Querschnittsprofile denkbar.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der radiale Abstand des Kunststoffteils zu dem Metallprofilteil umlaufend zumindest etwa gleichbleibend ist. Das heißt, der Spalt beziehungsweise der Freiraum zwischen dem Kunststoffteil und dem Metallprofilteil weist eine konstante Höhe beziehungsweise Breite auf. Somit ergibt sich ein besonders symmetrisches und günstiges Deformationsvermögen des Energieabsorptionselements.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Kunststoffteil außenumfangseitig des Metallprofilteils angeordnet ist. Gleichfalls wäre es jedoch prinzipiell auch denkbar, das Kunststoffteil innenseitig des Metallprofilteils anzuordnen. Die vorliegend gewählte Anordnung hat jedoch insbesondere den Vorteil, dass das Kunststoffteil auf einfache Weise nach außen hin aufgestülpt werden kann, wohingegen das Metallprofilteil im Inneren des Kunststoffteils entsprechend durch Falten deformiert werden kann.
Zwischen dem Kunststoffteil und dem Metallprofilteil ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung wenigstens ein Distanzelement vorgesehen. Somit kann beispielsweise ein Klappern oder dergleichen des Kunststoffteils im Bezug auf das Metallprofilteil verhindert werden.
Dabei ist es des Weiteren vorteilhaft, wenn das Distanzelement durch einen Kunststoff gebildet ist. Ein derartiger Kunststoff ist besonders kostengünstig und weist darüber hinaus die notwendigen Materialeigenschaften auf.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist ein Ende des Kunststoffteils eine Triggerung auf. Durch eine derartige Triggerung, welche beispielsweise durch gezielte Materialschwächungen oder Falten, Sicken oder dergleichen erzeugt werden kann, sind gezielt Kraftspitzen bei Deformationsbeginn des Kunststoffteils zu vermeiden.
Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energieabsorptionselement genannten Vorteile gelten in ebensolcher Weise für die Befestigungsanordnung gemäß Anspruch 8. Diese zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Kunststoffteil und das Metallprofilteil im Querschnitt kleiner ausgebildet sind als ein durch den Längsträger, an welchem das Energieabsorptionselement abgestützt ist, begrenzter, sich an das Energieabsorptionselement anschließender Längsträgerhohlraum. Durch diese kleinere Ausgestaltung der Querschnitte des Kunststoffteils und des Metallprofilteils im Bezug auf den Längsträgerhohlraum kann erreicht werden, dass beispielsweise nach Überschreiten entsprechender Kräfte die Crashbox in den Längsträger geschoben wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine Schnittansicht durch ein Energieabsorptionselement für einen Personenkraftwagen gemäß einer ersten Ausführungsform, welches mit einem Stützelement an einem ausschnittsweise und schematisch dargestellten Längsträger einer Vorbaustruktur des Personenkraftwagens und mit einem gegenüberliegenden Stützelement an einem Stoßfängerquerträger befestigbar und abstützbar ist, um mit einem Metallprofilteil, welches mit seinen beiden Enden an den beiden Stützelementen abgestützt ist und mit einem außenumfangseitig des Metallprofilteils angeordneten Kunststoffteil, welches in einem radialen Abstand zu dem Metallprofilteil verläuft;
2 eine Schnittansicht durch ein Energieabsorptionselement für einen Personenkraftwagen analog zur Ausführungsform gemäß 1, wobei vorliegend das Kunststoffteil außenumfangseitig anliegend das Metallprofilteil umschließt; und in
3 eine schematische Darstellung des Energieabsorptionselements gemäß den 1 und 2 nach einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung.
In 1 ist in einer schematischen Schnittansicht ein Energieabsorptionselement 10 für einen Personenkraftwagen dargestellt. Ein solches Energieabsorptionselement 10 kann jedoch auch bei anderen Fahrzeugen eingesetzt werden.
Das Energieabsorptionselement 10 umfasst vorliegend zwei jeweilige Stützelemente 12, 14 in Form von Stützplatten, welche vorliegend aus einer Metalllegierung, prinzipiell jedoch auch einem Kunststoff hergestellt sein können. Das eine Stützelement 12 ist auf Seiten eines schematisch angedeuteten Längsträgers 16 einer Knautschzone bzw. Vorbaustruktur des Personenkraftwagens angeordnet. Das entgegengesetzt angeordnete Stützelement 14 dient im vorliegenden Fall zur Abstützung eines nicht weiter erkennbaren Stoßfängerquerträgers beispielsweise eines entsprechenden Frontendmoduls.
Zwischen den beiden Stützelementen 12, 14 erstreckt sich ein Metallprofilteil 18, welches mit seinen beiden Enden 20, 22 am jeweiligen Stützelement 12, 14 abgestützt ist.
Außerdem umfasst das Energieabsorptionselement 10 ein Kunststoffteil 24, welches vorliegend als Faserverbund-Kunststoffteil 24 gestaltet ist. Dieses Kunststoffteil 24 ist vorliegend außenumfangseitig des Metallprofilteils 18 angeordnet, und zwar mit einem radialen Abstand a zu dem Metallprofilteil 18. Vorliegend sind beide Bauteile – das Metallprofilteil 18 und das Kunststoffteil 24 – als Rohrprofile ausgestaltet, welche über ihre gesamte Länge einen gleichmäßigen Hohlquerschnitt aufweisen. Als im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es jedoch zu betrachten, dass auch andere Profile zum Einsatz kommen können. So ist es ebenfalls denkbar, anstelle eines rohrförmigen Querschnitts einen mehreckigen Hohlquerschnitt vorzusehen. Ebenfalls ist es denkbar, dass sowohl das Metallprofilteil 18 als auch das Kunststoffteil 24 über ihre Längserstreckung einen variierenden Querschnitt aufweisen. Im vorliegenden Fall sind jedoch die Wanddicke und der Querschnitt der beiden Profile konstant. Ebenso ist im vorliegenden Fall der radiale Abstand des Kunststoffteils 24 zu dem inneren Metallprofilteil 18 umlaufend konstant bzw. zumindest annähernd gleichbleibend. Das Metallprofilteil 18 und das Kunststoffteil 24 sind somit koaxial zu einer Mittelachse m angeordnet. Zudem weisen beide Bauteile – das Metallprofilteil 18 und das Kunststoffteil 24 – eine durchgängig geschlossene Außenwand auf. Allerdings wäre es auch denkbar, das jeweilige Bauteil 10, 24 offen zu gestalten.
Zwischen dem außen angeordneten Kunststoffteil 24 und dem innen angeordneten Metallprofilteil 18 sind im vorliegenden Fall zwei Distanzelemente 26, 28 vorgesehen, welche beispielsweise als Distanzring aus einem Hartschaum oder einem Kunststoff, beispielsweise PA (Polyamid) oder PP (Polypropylen) ausgebildet sind. Diese Distanzelemente 26, 28 verhindern unter anderem ein Klappern im Fahrbetrieb, da insbesondere das Kunststoffteil 24 durchaus – um eine gute Funktion zu gewährleisten – nicht mit den metallischen Bestandteilen des Energieabsorptionselements 10 – also dem Metallprofilteil 18 und den beiden Stützelementen 12 und 14 – fest verbunden sein muss.
Das Kunststoffteil 24 kann im vorliegenden Fall als Pultrusions-Profil, als Pulwinding-Profil oder als Wickelrohr mit Langfasern gestaltet sein. Der Anteil der Umfangswicklungen erhöht dabei das Energieaufnahmevermögen. Es können hierbei unterschiedliche Phasen wie beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern oder aber auch Aramidfasern zum Einsatz kommen, falls ein Faserverbund-Kunststoffteil zum Einsatz kommen soll.
Die in 1 gezeigte Befestigungsanordnung des Energieabsorptionselements 10 an dem korrespondierenden Längsträger 16 des Personenkraftwagens zeichnet sich des Weiteren dadurch auch, dass das Kunststoffteil 24 und das Metallprofilteil 18 in ihrem Hohlquerschnitt bzw. in ihrem äußeren Querschnitt kleiner ausgebildet sind als ein durch den Längsträger 16 begrenzter, sich an das Energieabsorptionselement 10 anschließender Längsträgerhohlraum 30. Hierdurch kann das Energieabsorptionselement 10 in den Längsträgerhohlraum 30 des Längsträgers 16 geschoben werden, wenn beispielsweise eine Kraft infolge einer Kollision des Personenkraftwagens überschritten worden ist.
Die Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß 1 dadurch, dass das vorliegende Kunststoffteil 24 im Querschnitt an das Metallprofilteil 18 angepasst ist und an dessen Außenseite anliegt. Dabei kann das Kunststoffteil 24 wiederum – um eine gute Funktion zu gewährleisten – nicht fest mit den metallischen Bestandteilen des Energieabsorptionselements 10 – insbesondere mit dem Metallprofilteil 18 – verbunden sein. Im Übrigen entspricht die Ausgestaltung des Energieabsorptionselements 10 im Wesentlichen demjenigen gemäß 1.
3 zeigt schließlich in einer prinzipiellen Schnittansicht das Energieabsorptionselement 10 gemäß den 1 und 2 nach einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung. Insbesondere ist hierbei erkennbar, dass das außenliegende Kunststoffteil 24 sich bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung am korrespondierenden Stützelement 14 abgestützt hat und unter hoher Energieaufnahme zerstört worden ist. Hierbei kann das Kunststoffteil 24, und insbesondere ein entsprechend gestaltetes Wickelrohr, zur Vermeidung einer Kraftspitze eine Triggerung an einem der Enden – im vorliegenden Fall dem Ende 22 – aufweisen. Eine derartige Triggerung kann beispielsweise durch eine schräge Ablängung oder eine Phase geschaffen sein.
Das Metallprofilteil 18, welches vorliegend beispielsweise aus einem Stahl- oder Leichtmetallwerkstoff sein kann, ist durch die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung entsprechend gefaltet und unter Energieabsorption deformiert worden. Das Deformationsvermögen des Metallprofilteils 18 kann dabei außerdem durch entsprechende Sicken, Nuten oder dergleichen Profilierungen beeinflusst werden.
Insbesondere die Ausführungsform gemäß 1 hat dabei den Vorteil, dass beispielsweise die Deformation des Metallprofilteils 18 aufgrund des Abstands a zwischen den beiden Bauelementen nicht durch das Kunststoffteil 24 beeinträchtigt werden kann. Umgekehrt wird das Umstülpen des entsprechenden Endes 22 des Kunststoffteils 24 nicht durch die Deformationen bzw. Falten des Metallprofilteils 18 negativ beeinträchtigt.
Als im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es zu betrachten, dass das Metallprofilteil 18 gegebenenfalls auch als Stülprohr ausgeführt sein könnte. Außerdem wäre es in diesem Zusammenhang denkbar, dass das Metallprofilteil 18 außenseitig des Kunststoffteils 24 angeordnet ist.
Insgesamt ist somit ein Energieabsorptionselement 10 geschaffen, welches durch die beiden deformierenden Bauteile – das Metallprofilteil 18 und das Kunststoffteil 24 – den Nachteil der Richtungsempfindlichkeit von normalen Kunststoffteilen 24 vermindert und gleichzeitig das Lösen von der Karosserie – beispielsweise von dem Längsträger 16 – durch das Metallprofilteil 18 verhindert. Zusätzlich kann somit ein Energieabsorptionselement 10 mit einem hohen Energieabsorptionsvermögen geschaffen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006058604 B4 [0002]

Claims

Energieabsorptionselement (10) für einen Kraftwagen, mit einem Metallprofilteil (18), welches mit seinen beiden Enden (20, 22) an jeweiligen Stützelementen (12, 14) abgestützt ist, und mit einem zwischen den Stützelementen (12, 14) angeordneten Kunststoffteil (24), insbesondere einem Faserverbund-Kunststoffteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (24) in einem radialen Abstand (a) zu dem Metallprofilteil (18) angeordnet ist.
Energieabsorptionselement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand (a) des Kunststoffteils (24) zu dem Metallprofilteil (18) umlaufend zumindest etwa gleich bleibend ist.
Energieabsorptionselement (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (24) außenumfangsseitig des Metallprofilteils (18) angeordnet ist.
Energieabsorptionselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen dem Kunststoffteil (24) und dem Metallprofilteil (18) wenigstens ein Distanzelement (26, 28) vorgesehen ist.
Energieabsorptionselement (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Distanzelement (26, 28) durch einen Kunststoff gebildet ist.
Energieabsorptionselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffteil (24) mit seinen beiden Enden (20, 22) an dem jeweiligen Stützelement abgestützt ist.
Energieabsorptionselement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende (22) des Kunststoffteils (24) eine Triggerung aufweist.
Befestigungsanordnung eines Energieabsorptionselements (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 an einem Längsträger (16) des Kraftwagens, bei welcher das Kunststoffteil (24) und das Metallprofilteil (18) im Querschnitt kleiner ausgebildet sind als ein durch den Längsträger (16) begrenzter, sich an das Energieabsorptionselement (10) anschließender Längsträgerhohlraum (30).
Befestigungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (12) auf Seiten des Längsträgers (16) durch diesen selbst gebildet ist.