DE102011106152A1

DE102011106152A1 - Deformationselement einer Kraftfahrzeug-Karosserie

Info

Publication number: DE102011106152A1
Application number: DE102011106152A
Authority: DE
Inventors: Patrick Heberling
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-01-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Deformationselement einer Kraftfahrzeug-Karosserie zur Bildung einer deformierbaren Anbindung zwischen zwei crashbedingt verlagerbaren Karosseriebauteile mit einem Rohrkörper (5; 6; 13) mit aufeinanderfolgenden Längsabschnitten, deren Rohrwände bei einer Längenverkürzung des Deformationselementes (1) unter Energieaufnahme faltbar sind. Erfindungsgemäß weist jeder Längsabschnitt (51 bis 54; 61 bis 64; 131 bis 134) bei einer zugeordneten Länge (l1, l2, l3) eine erste Querschnitt-Stirnseite (s1, s2, s3) und eine gegenüberliegende zweite Querschnitt-Stirnseite (s1'; s2'; s3') in der Gestalt eines Vielecks mit einer bestimmten Eckenzahl n auf, wobei die angrenzenden Vieleckseiten einen Innenwinkel (β) kleiner 180° haben und die beiden Vielecke in Richtung der Rohrachse (8) gesehen um einen bestimmten Winkel (α) verdreht zueinander liegen. Die in Längsrichtung aufeinander folgenden Längsabschnitte (51 bis 54; 61 bis 64; 131 bis 134) schließen jeweils mit d nachfolgend mit den zweiten verdrehten Querschnitt-Stirnseiten (s1'; s2'; s3') aneinander an. Die Verbindung benachbarter Ecken (9) am Rohrkörper (5; 6; 13) sind Knick- und Begrenzungslinien (10) von aneinander angrenzenden und gegeneinander geneigten planen Dreiecken (11; 12; 13) die die Rohrkörperwand bilden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Deformationselement einer Kraftfahrzeugkarosserie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Deformationselemente werden zur Bildung einer deformierbaren Anbindung zwischen zwei crashbedingt verlagerbaren Karosseriebauteile, beispielsweise zwischen einem Querträger und einer Schottplatte verwendet. Übliche Deformationselemente weisen dabei einen Rohrkörper mit aufeinanderfolgenden Längsabschnitten auf, deren Rohrwände bei einer Längenverkürzung des Deformationselements unter Energieaufnahme faltbar sind.
Dazu sind bekannte Deformationselemente balgförmig ausgeführt mit in der Länge aufeinanderfolgenden Bereichen jeweils größerer und kleinerer Rohrdurchmesser. In einer konkreten bekannten Ausführungsform eines Deformationselements ( DE 198 58 432 A1 ) sind die Übergänge zwischen solchen Bereichen unterschiedlicher Durchmesser durch eine geprägte Wabenstruktur gebildet.
In einer ähnlichen bekannten Ausführungsform ( GB 1 433 167 A ) sind die Übergänge zwischen solchen Bereichen durch Rechtecke oder Parallelogrammen gebildet. Zudem sind hier Querschnitte durch Vielecke gebildet, welche bezüglich ihres Umfangs konkav nach innen weisende Bereiche aufweisen, das heißt dass ein Teil der Vieleckseiten mit einem Innenwinkel größer 180° aneinandergrenzen.
Ersichtlich haben diese bekannten Deformationselemente relativ komplizierte Geometrien, so dass sie teilweise nicht sauber falten bzw. der Faltvorgang nur bedingt reproduzierbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Deformationselement so weiter zu bilden, dass im Crashfall bei einem reproduzierbaren Faltverhalten entlang des Lastpfades eine weitgehend konstante Energieaufnahme erfolgt sowie bei vollständiger Deformation ein geringes Blockmaß gebildet wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass jeder Längsabschnitt bei einer zugeordneten Länge l eine erste Querschnitt-Stirnseite und eine gegenüberliegende zweite Querschnitt-Stirnseite aufweist. Beide Querschnitt-Stirnseiten haben die gleiche Gestalt eines Vielecks mit einer bestimmten Eckenzahl n. Die Vielecke sind dabei insgesamt konvex nach außen gewölbt bzw. haben angrenzende Vielecksseiten jeweils einen Innenwinkel β < 180°.
Die Vielecke der ersten Querschnitt-Stirnseite und der in Längsrichtung folgenden zweiten Querschnitt-Stirnseite liegen jeweils in Richtung der Rohrachse gesehen um einen bestimmten Winkel α verdreht zueinander.
Die in Längsrichtung jeweils aufeinanderfolgenden Längsabschnitte schließen jeweils mit den ersten Querschnitt-Stirnseiten und nachfolgend mit den zweiten, verdrehten Querschnitt-Stirnseiten aneinander an. Die Verbindung benachbarter Ecken an der jeweils ersten Querschnitt-Stirnseite und den in Längsrichtung jeweils anschließenden zweiten Querschnitt-Stirnseiten sind jeweils Knick- und Begrenzungslinien voneinander angrenzenden und gegeneinander geneigten Dreiecken, die die Rohrkörperwand bilden.
Durch die aus zueinander geneigten Dreiecken gebildete Rohrkörperwand ergibt sich vorteilhaft ein relativ einfacher geometrischer Körper mit reproduzierbarem Faltverhalten und hohem Wirkungsgrad, wobei sich bei vollständiger Deformation nur eine geringe Blockmaßbildung ergibt. Zudem ist das Faltverhalten für Dimensionierungen theoretisch weitgehend berechenbar.
Bevorzugt liegt die jeweils gleiche Eckenzahl der verwendeten Vielecke n zwischen 4 und 8 vorzugsweise bei n = 6. Zudem werden für ein gleichmäßiges reproduzierbares Faltverhalten vorzugsweise regelmäßige Vielecke verwendet, insbesondere regelmäßige Sechsecke. Je größer die Eckenzahl der verwendeten Vielecke ist, umso mehr ist die Rohrkörperwand einer Zylinderwand angenähert und die durch den Verdrehversatz der Vielecke sich ergebenden Erhebungen auf der Rohrkörperwand sind geringer. Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich eines gleichmäßigen reproduzierbaren Faltverhaltens werden mit einer Vieleckgrund durch jeweils gleiche regelmäßige Sechsecke erzielt.
Dabei wird ein zudem vorteilhafter symmetrischer Aufbau bei einem Verdrehwinkel α zwischen den jeweils übereinanderliegenden Querschnitt-Stirnseiten erreicht, wenn dieser Verdrehwinkel α eine Größe entsprechend 360° geteilt durch die doppelte Eckenzahl des Vielecks aufweist. Bei einem vorzugsweise regelmäßigen Sechseck ergibt sich dann α = 30°.
Für Dimensionierungen und Einstellungen können die Längen der Längsabschnitte variiert werden, wobei sich unterschiedliche mehr oder weniger gestreckte Dreiecksformen mit mehr oder weniger an querverlaufenden Knicklinien zueinander geneigten Anstellungen ergeben. Für bevorzugte symmetrische Geometrien ist zweckmäßig die Länge l aller Längsabschnitte gleich zu wählen. Bei großen Längen der Längsabschnitte ergeben sich Annäherungen an eine Zylinderform, wodurch das Knickverhalten an den Dreiecksseiten und damit das Faltverhalten weniger exakt vorgebbar ist. Es ist daher vorteilhaft die Länge l der Längsabschnitte kleiner als die Seitenlänge des jeweiligen regelmäßigen Vielecks zu wählen.
Für Einstellungen und Dimensionierungen eines erfindungsgemäßen Deformationselements stehen eine Mehrzahl von Parametern zur Verfügung: Der Durchmesser des Rohrkörpers bzw. die Länge einer Vieleckseite, der Verdrehwinkel α; die Länge der Längsabschnitte sowie weiter die Wandstärke und das Herstellmaterial. Damit ist ein solches Deformationselement universell, beispielsweise auch für Fußgängerschutzvorrichtungen dimensionierbar und einsetzbar. Zudem sind mehrere Impulse (mehrere oder vereinzelte Impulsstöße) während eines Deformationsvorgangs realisierbar. Diese Eigenschaft kann positiv bei einer Sensorauslegung berücksichtigt werden.
Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele von Deformationselementen erläutert.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Seitenansicht eines montierten Deformationselements;
2 eine Seitenansicht und zwei Querschnitte einer ersten Ausführungsform eines Deformationselements;
3 eine Seitenansicht und zwei Querschnitte einer zweiten Ausführungsform eines Deformationselements; und
4 eine Seitenansicht und zwei Querschnitte einer dritten Ausführungsform eines Deformationselements.
In 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Deformationselements 1 gezeigt, welches als Verbindung zwischen zwei (schematisch dargestellten) Karosseriebauteilen 2, 3, beispielsweise zwischen einem Schottblech und einem Querträger angebracht ist. Im Crashfall werden die Bauteile 2, 3 aufeinander zu bewegt, wodurch das Deformationselement 1 bei entsprechender Längenreduzierung entlang von Knicklinien faltet. Der Aufbau des Deformationselements 1 wird anhand der drei Ausführungsformen nach den 2 bis 4 detailliert erläutert:
In der Ausführungsform nach 2 besteht das Deformationselement 1 aus einem langgestreckten Rohrkörper 5, der vier aufeinanderfolgende Längsabschnitte 51, 52, 53, 54 mit jeweils gleicher Länge l₁ aufweist. Die Umfangswand jedes Längsabschnitts 51 bis 54 besteht aus sechs gegeneinander geneigten Dreiecken 12, welche folgendermaßen gebildet sind:
Über der Seitenansicht des Rohrkörpers 5 ist mit einer durchgezogenen Linie ein erster Querschnitt s₁ und mit strichlierter Linie ein zweiter Querschnitt s₁' dargestellt. Der Querschnitt s₁ entspricht der unteren und oberen Stirnansicht des Rohrkörpers 5 sowie dem Schritt an der Verbindung zwischen dem zweiten Längsabschnitt 52 und dem dritten Längsabschnitt 53. Der Querschnitt s₁' liegt jeweils am Übergang vom ersten Längsabschnitt 51 zum zweiten Längsabschnitt 52 sowie am Übergang vorn dritten Längsabschnitt 53 zum vierte Längsabschnitt 54.
Wie aus der Schnittdarstellung ersichtlich, sind die beiden Querschnitte s₁ und s₁' gleiche reguläre Sechsecke mit gleichen Sechseckseiten 7, die mit einem Winkel β₁ = 120° gegeneinander geneigt sind mit jeweils gleichen Abständen zu einer Mittelachse 8.
Bei der Querschnittdarstellung in 2 sind die Querschnitte s₁ und s₁' übereinanderliegend gezeichnet, woraus ersichtlich ist, dass die Querschnitte s₁ und s₁' um einen Winkel α₁ von 30° um die Mittelachse 8 verdreht liegen. Wie weiter aus 2 ersichtlich, sind die Ecken 9 der Sechsecke mit Knick- und Begrenzungslinien 10 mit benachbarten Ecken verbunden, dergestalt, dass dazwischen die planen, jeweils sechs umfänglichen Dreiecke 12 aufgespannt sind und insgesamt die Rohrkörperwand bilden. Durch diesen Aufbau ergeben sich die gegeneinander geneigten Dreiecke 12, welche an den querverlaufenden Knick- und Begrenzungslinien sowie an den schräg zur Längsrichtung verlaufenden Knick- und Begrenzungslinien aneinander angrenzen und an der Rohrwand Auswölbungen und Einschnürungen für einen gezieltere, reproduzierbaren Faltvorgang bilden.
In 3 ist eine zweite modifizierte Ausführungsform dargestellt, bei der ein Rohrkörper 6 ebenfalls vier Längsabschnitte 61, 62, 63, 64 aufweist, von denen jeder eine Länge l₂ hat, die kleiner ist als die Länge l₁ der ersten Ausführungsform ist. Ansonsten sind die Querschnitte s₂ und s₂' sowie deren Verdrehung um den Winkel α₂ und deren Lagen bezüglich der Längsabschnitte 61 bis 64 gleich mit der ersten Ausführungsform nach 2. Ein Vergleich der ersten und zweiten Ausführungsform zeigt jedoch, dass bei gleichen Querschnittsverhältnissen bei einer kürzeren Länge l₂ der Längsabschnitt 61 bis 64 die damit vorgegebenen Dreiecke 11 weniger gestreckt (hier etwa gleichseitige Dreiecke) sind und zudem steiler gegeneinander angestellt sind. Durch die Verwendung unterschiedlicher Längen l₁, l₂ kann somit ein unterschiedliches Faltverhalten vorgegeben werden.
Die dritte Ausführungsform nach 4 weist ebenfalls einen in einer Seitenansicht gezeigten Rohrkörper 13 auf, wobei jedoch hier die Querschnitte s₃ und s₃' quadratisch sind mit Quadratseiten, welche mit einem Winkel β₃ gleich 90° aneinandergrenzen. Die beiden Querschnitte s₃ und s₃' sind um einen Winkel α₃ gleich 45° gegeneinander verdreht und bezüglich der vier Längsabschnitte (131, 132, 133, 134) entsprechend den vorstehenden Ausführungsformen angeordnet. Auch hier ergeben sich durch die Verbindung angrenzender Quadratecken plane gegeneinander geneigte Dreiecke 14, wobei an einem Längsabschnitt (131, 132, 133, 134) die Umfangswand jeweils durch vier angrenzende Dreiecke 14 gebildet ist. Ein Vergleich mit den Ausführungsformen aus 2 und 3 ergibt, dass auch durch die Wahl der Eckenanzahl bei den Querschnitten s eine Modifikation mit unterschiedlichem Faltverhalten möglich ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19858432 A1 [0003]
GB 1433167 A [0004]

Claims

Deformationselement einer Kraftfahrzeug-Karosserie zur Bildung einer deformierbaren Anbindung zwischen zwei crashbedingt verlagerbaren Karosseriebauteile mit einem Rohrkörper (5; 6; 13) mit aufeinanderfolgenden Längsabschnitten, deren Rohrwände bei einer Längenverkürzung des Deformationselementes (1) unter Energieaufnahme faltbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Längsabschnitt (51 bis 54; 61 bis 64; 131 bis 134) bei einer zugeordneten Länge (l₁, l₂, l₃) eine erste Querschnitt-Stirnseite (s₁, s₂, s₃) und eine gegenüberliegende zweite Querschnitt-Stirnseite (s₁', s₂', s₃') aufweist, welche die gleiche Gestalt eines Vielecks mit einer bestimmten Eckenzahl n haben, wobei angrenzende Vieleckseiten mit einem Innenwinkel (β) kleiner 180° angrenzen und die beiden Vielecke in Richtung der Rohrachse (8) gesehen um einen bestimmten Winkel (α) verdreht zueinander liegen, dass in Längsrichtung aufeinander folgende Längsabschnitte (51 bis 54; 61 bis 64; 131 bis 134) jeweils mit den ersten Querschnitt-Stirnseiten (s₁, s₂, s₃) und nachfolgend mit den zweiten verdrehten Querschnitt-Stirnseiten (s₁', s₂', s₃') aneinander anschließen, und dass jeweils die Verbindung benachbarter Ecken (9) am Rohrkörper (5; 6; 13) Knick- und Begrenzungslinien (10) von aneinander angrenzenden und gegeneinander geneigten planen Dreiecken (11; 12; 13) sind, die die Rohrkörperwand bilden.
Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils gleiche Eckenzahl der Vielecke n = 4 bis 8, vorzugsweise n = 6 ist.
Deformationselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielecke jeweils regelmäßige Vielecke, vorzugsweise regelmäßige Sechsecke sind.
Deformationselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrehwinkel (α) zwischen den Querschnitt-Stirnseiten eine Größe entsprechend 360° geteilt durch die doppelte Eckenzahl n des Vielecks aufweist, vorzugsweise bei einem regelmäßigen Sechseck α = 30° ist.
Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge l aller Längsabschnitte eines Rohrkörpers (5; 6; 13) gleich ist.
Deformationselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge l der Längsabschnitte kleiner als die Seitenlänge des regelmäßigen Vielecks ist.
Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (5; 6; 13) angepasst an die Gegebenheiten aus unterschiedlichen Materialen hergestellt ist.