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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Energieabsorbervorrichtung wie z. B. eine Energieabsorbervorrichtung für Fahrzeuge.
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Hintergrund
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Kraftfahrzeuge sind typischerweise ausgelegt, um Aufprallenergie zu absorbieren, um den Fahrgastraum im Fall eines Aufpralls zu schützen. Der Fahrzeugrahmenträger ist z. B. ausgelegt, um einen beträchtlichen Betrag an Energie zu absorbieren. Es werden gelegentlich zusätzliche Energieabsorbervorrichtungen verwendet, um örtlich begrenzte Bereiche von Energieabsorption bereitzustellen, um eine Verformung von umgebenden Komponenten zu verhindern oder zu begrenzen. Beispielsweise beschreiben die Druckschriften
US 3 236 333 A DE 10 2004 036 929 A1 ,
DE 10 2008 015 891 A1 oder
DE 43 00 284 A1 Energieabsorber, die zwei infolge eines Aufpralls teleskopierbare Rohrabschnitte aufweisen, wobei einer der Rohrabschnitte durch den anderen Rohrabschnitt verformt wird. Ferner beschreibt die
DE 18 34 206 U einen Metallrohrständer für in Skelettbauweise zu errichtende Montagehäuser, an dessen einem, im Fundamentsockel einzusetzenden Ende eine Fußplatte, sowie an dessen anderen freien Ende eine Tragplatte für den Dachbinder angeordnet ist, wobei der Ständer mit mehreren Schellen bestückt ist, die mit mehreren bandförmigen Stegen für die Befestigung von Tür-und Fensterzargen, Dämmkörpern, Putzträgern und Verstrebungsfolien dienen, versehen sind.
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Zusammenfassung
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Es ist eine Energieabsorbervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen, die ein allgemein zylindrisches Element umfasst, das eine Achse definiert und eine äußere Fläche aufweist. Mehrere axial beabstandete kreisringförmige Elemente sind funktionell mit dem allgemein zylindrischen Element an der äußeren Fläche verbunden. Die Verbindung der im Wesentlichen kreisringförmigen Elemente erzeugt Spannungskonzentrationsbereiche in dem allgemein zylindrischen Element, sodass eine Verformung des allgemein zylindrischen Elements auf Grund einer ausreichenden Kraft, die auf das allgemein zylindrische Element angewendet wird, an den Spannungskonzentrationsbereichen initiiert wird. Wie hierin verwendet, ist ein Spannungskonzentrationsbereich ein Bereich des zylindrischen Elements, in dem die Spannung auf Grund einer angewendeten Kraft dazu neigt, infolge der Konfiguration des Bereiches größer zu sein als in anderen Bereichen. Die Spannungskonzentrationsbereiche sind durch die umgebenden kreisringförmigen Elemente verstärkt. Die Spannungskonzentrationsbereiche wirken als Knautschinitialisierungsmerkmale und sind durch die Verbindung der kreisringförmigen Elemente mit dem allgemein zylindrischen Element gebildet. Somit ist eine kostspielige Werkzeugausrüstung wie z. B. vorgeformte Werkzeuge, um die Initialisierungsmerkmale in dem allgemein zylindrischen Element zu bilden, nicht erforderlich.
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Erfindungsgemäß sind die mehreren kreisringförmigen Elemente auf dem zylindrischen Element durch Crimpen zusammengepresst. Die Presswirkung erzeugt die Verformungen des zylindrischen Elements, das als Knautschinitialisierungsmerkmale wirkt. Somit beginnt eine Verformung an den Knautschinitialisierungsmerkmalen, aber die Verstärkung durch die umgebenden kreisringförmigen Elemente absorbiert etwas von der Energie und begrenzt die Verformung des zylindrischen Elements.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die mehreren im Wesentlichen kreisringförmigen Elemente an das zylindrische Element geschweißt. Der Bereich des zylindrischen Elements neben der Schweißnaht ist ein Spannungskonzentrationsbereich, der als ein Knautschinitialisierungsmerkmal dient.
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Die Energieabsorbervorrichtung kann in einem Fahrzeug verwendet werden. Die Energieabsorbervorrichtung kann z. B. zwischen einem Stoßfänger und einem Rahmenträger oder zwischen einem Armaturenbrett oder einer Kniepolsterkomponente verbunden sein.
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Ein Verfahren zum Bilden der Energieabsorbervorrichtung umfasst das Bilden eines allgemein zylindrischen Elements, das eine Achse definiert. Das Bilden des zylindrischen Elements kann durch nahtloses Schweißen, Strangpressen oder Walzprofilieren mit Nahtschweißen erfolgen, ist jedoch nicht auf solch ein Verfahren beschränkt. Das Verfahren umfasst auch, dass mehrere axial beabstandete kreisringförmige Elemente um das allgemein zylindrische Element herum angeordnet werden und dass die kreisringförmigen Elemente funktionell mit dem allgemein zylindrischen Element verbunden werden, um dadurch Spannungskonzentrationsbereiche in dem zylindrischen Element zu erzeugen. Die kreisringförmigen Elemente sind auf dem zylindrischen Element durch Crimpen zusammengepresst, um örtlich begrenzte Verformungen zu erzeugen, die als Spannungskonzentrationsbereiche dienen. Die Vorrichtung kann dann zwischen zwei Komponenten eingebaut werden, die an jedem Ende des zylindrischen Elements verbunden sind. Die Anzahl und Beabstandung der im Wesentlichen kreisringförmigen Elemente wie auch die Dicke und Festigkeit des zylindrischen Elements können verändert werden, um gewünschte Energieabsorptionsfähigkeiten zu erzielen.
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Da die Knautschinitialisierungsmerkmale während der Montage gebildet werden und nicht in das zylindrische Element gepresst werden müssen, werden die Kosten für spezielle Werkzeuge zum Pressen des zylindrischen Elements vermieden.
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Auch wird die Vorrichtung einfach für verschiedene Anwendungen modifiziert, z. B. durch Ändern der Anzahl oder der axialen Position der im Wesentlichen kreisringförmigen Elemente.
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Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung einer Ausführungsform einer Energieabsorbervorrichtung;
- 2A ist eine schematische Querschnittsdarstellung in partieller fragmentarischer Ansicht der Vorrichtung von 1 an den Pfeilen 2A-2A von 1;
- 2B ist eine schematische Querschnittsdarstellung in partieller fragmentarischer Ansicht eines kreisringförmigen Elements, das auf das zylindrische Element der Vorrichtung von 1 gecrimpt ist;
- 3A-3D sind schematische Seitenansichtsdarstellungen der Vorrichtung der 1 und 2A-2B an verschiedenen Stufen einer Verformung während eines Aufprallereignisses;
- 4 ist eine schematische Querschnittsdarstellung in partieller fragmentarischer Ansicht eines vorderen Abschnitts eines Fahrzeuges, wobei die Vorrichtung der 1 und 2A-2B zwischen einem Stoßfänger und einem Rahmenträger eingebaut ist;
- 5 ist eine schematische Seitenansicht in partieller fragmentarischer Ansicht eines Abschnitts eines Fahrzeuges, wobei die Vorrichtung der 1 und 2A-2B zwischen einem Fahrzeugarmaturenbrett und einer Kniepolsterkomponente eingebaut ist;
- 6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung in partieller fragmentarischer Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorbervorrichtung; und
- 7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bilden einer der Energieabsorbervorrichtungen der 1-6 zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich in den verschiedenen Ansichten gleiche Ziffern durchweg auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 eine Energieabsorbervorrichtung 10, die ausgebildet ist, um die Absorption von Aufprallenergie zu steuern. Die Energie absorbierende Vorrichtung 10 umfasst ein allgemein zylindrisches Element 12 mit kreisringförmigen Elementen 14, die funktionell mit einer äußeren Fläche 16 des zylindrischen Elements 12 verbunden sind, um Spannungskonzentrationsbereiche 13 (am besten in 2B gezeigt) zu erzeugen, die auch als Knautschinitialisierungsmerkmale bezeichnet werden und deren Funktion unten stehend erläutert ist. Die kreisringförmigen Elemente 14 müssen keine vollständigen Ringe sein, sind aber im Wesentlichen kreisringförmig. Eine erste und eine zweite Befestigungsplatte 18, 20 sind mit einem ersten Ende 22 bzw. einem zweiten Ende 24 des zylindrischen Elements 12 verbunden. Der Aufbau und die Montage dieser Komponenten der Energieabsorbervorrichtung 10 sind unten stehend in größerem Detail erklärt.
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In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, ist das zylindrische Element 12 ein Stahlrohr. Das Rohr kann ein nahtlos geschweißtes Rohr, ein stranggepresstes Rohr oder kann walzgeformt und nahtgeschweißt sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Solch eine Stahlröhre wäre kostengünstiger als ein zylindrisches Element aus gepresstem Stahl mit gepressten Knautschinitialisierungsmerkmalen, da spezielle Werkzeuge für gepresste Knautschinitialisierungsmerkmale erforderlich wären. Alternativ könnte das zylindrische Element 12 ein Stahlmantelrohr sein, das dickere Wände aufweist als ein Stahlrohr. Das zylindrische Element 12 könnte eine stranggepresste Aluminiumlegierung anstatt Stahl sein oder könnte ein Kunststoffmaterial sein. Die Wahl des Materials und die Spezifikationen des zylindrischen Elements 12 würden auf dem gewünschten Aufprallenergie-Absorptionsvermögen der Vorrichtung 10 basieren und könnten mittels Aufprallenergieanalyse abgestimmt werden.
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2A zeigt die zwei kreisringförmigen Elemente 14, die entlang der durch das zylindrische Element 12 definierten Mittelachse A axial beabstandet sind. Die kreisringförmigen Elemente 14 sind mit dem zylindrischen Element 12 durch Crimpen funktionell verbunden. Das Zusammenpressen der kreisringförmigen Elemente 14 durch Crimpen verformt örtlich begrenzt Abschnitte 17 des zylindrischen Elements 12, die radial von den kreisringförmigen Elementen 14 umgeben sind, um Spannungskonzentrationsbereiche 13 zu bilden. Die verformten Abschnitte 17 weisen einen kleineren radialen Querschnitt auf als der Rest des zylindrischen Elements 12, um Spannungskonzentrationsbereiche 13 bei oder neben den verformten Abschnitten zu erzeugen. Die kreisringförmigen Elemente 14 sind derart ausgebildet, dass sie stärker sind als das zylindrische Element 12, und dienen so dazu Energie der Verformung zu absorbieren, die an den Spannungskonzentrationsbereichen 13 initiiert wird, wenn die Aufprallkraft F auf das Ende 22 angewendet wird, wie in den 3A-3D gezeigt. Diese Fähigkeit, Verformungsenergie zu absorbieren, begrenzt die axiale Bewegung des Endes 22 zu dem Ende 24 hin infolge der Aufprallkraft F. Wie in den 3B, 3C und 3D gezeigt, verursacht die Kraft F eine Verformung, sodass sich das Ende 22 zu dem Ende 24 hin bewegt. An den Spannungskonzentrationsbereichen 13 wird Verformungsenergie durch die kreisringförmigen Elemente 14 axial fortschreitend von dem Ende 22 zu dem Ende 24 hin absorbiert, während die Zeitspanne von dem anfänglichen Aufprall in 3A bis zum Endzustand der Energie absorbierenden Vorrichtung 10 in 3D zunimmt. Der Zustand der Energieabsorbervorrichtung 10 am Ende des Knautschens infolge der Aufprallkraft F, wie in 3D gezeigt, zeigt, dass das Ende 22 von dem Ende 24 weiter beabstandet ist, als es der Fall wäre, wenn die kreisringförmigen Elemente 14 nicht an den Spannungskonzentrationsbereichen 13 angeordnet wären, um etwas von der Aufprallenergie zu absorbieren. Die Energieabsorbervorrichtung 10 mit Spannungskonzentrationsbereichen 13 hilft, die Verformung des zylindrischen Elements 12 und die Bewegung des Endes 22 zu dem Ende 24 hin zu steuern.
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Unter Bezugnahme auf die 2A und 2B weisen die kreisringförmigen Elemente 14 optional jeweils eine mehrseitige äußere Fläche auf, wie durch die Seiten B, C und D gezeigt. Die mehrseitige äußere Fläche gestattet es, zwei CrimpWerkzeuge auf den Flächen B bzw. D anzuordnen, um die kreisringförmigen Elemente 14 in entsprechenden Richtungen rechtwinklig zu den Seiten B und D und allgemein radial nach innen zusammenzupressen. Die mehrseitige äußere Fläche eines jeden kreisringförmigen Elements 14 hilft, die Zusammenpresskraft um den gesamten Umfang des kreisringförmigen Elements 14 herum zu steuern, um einen sehr symmetrischen verformten Abschnitt 17 zu erzeugen, was eine hoch präzise Knautschverhaltenmodellierung ermöglicht. Es können auch andere Mittel zum Zusammenpressen der kreisringförmigen Elemente 14 auf das zylindrische Element 12 verwendet werden wie z. B. durch Zusammenpressen von kleinen beabstandeten Stiften radial nach innen um den Umfang der kreisringförmigen Elemente 14 herum, um die kreisringförmigen Elemente 14 an den beabstandeten Stellen um den Umfang herum zusammenzupressen.
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4 zeigt eine Anwendung der Energie absorbierenden Vorrichtung 10 in einem Fahrzeug 30. Die Energie absorbierende Vorrichtung 10 wird in einer Stoßfängeranordnung 32 verwendet, die eine vordere oder eine hintere Stoßfängeranordnung sein kann. Die Stoßfängeranordnung 32 umfasst eine Verkleidung 34, die außerhalb eines Schaum- oder Kunststoff-Abstandhalters 36 beabstandet ist. Der Abstandhalter 36 ist an einem Stoßfängerträger 38 befestigt. Die erste und die zweite Befestigungsplatte 18, 20 der Energieabsorbervorrichtung 10 sind an Schweißnähten 41 an die Enden des zylindrischen Elements 12 geschweißt. Die erste Befestigungsplatte 18 der Energieabsorbervorrichtung 10 ist an Schweißnahtbereichen 40 an den Stoßfängerträger 38 geschweißt. Alternativ kann die erste Befestigungsplatte 18 an den Stoßfängerträger 38 geschraubt oder anders angebracht sein. Die zweite Befestigungsplatte 20 ist mit Bolzen 44 an den Flansch 42 des Fahrzeugrahmenträgers 43. Die zweite Befestigungsplatte 20 kann stattdessen mithilfe eines anderen Mittels an einem Flansch 42 des Fahrzeugrahmenträgers 43 befestigt sein. Durch den Einbau der Energieabsorbervorrichtung 10 zwischen dem Stoßfängerträger 38 und dem Rahmenträger 43 wird etwas von der Energie einer Aufprallkraft, die durch die Verkleidung 34 und den Schaumabstandhalter 36 hindurch auf den Stoßfängerträger 38 übertragen wird, durch Verformung der Energieabsorbervorrichtung 10 absorbiert, um die Bewegung des Stoßfängerträgers 38 zu dem Rahmenträger 43 hin zu steuern.
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5 zeigt eine weitere Anwendung der Energieabsorbervorrichtung 10 in einem Fahrzeug 130. Die Energieabsorbervorrichtung 10 weist eine erste Befestigungsplatte 18 an einem Ende auf, die an einem Armaturenbrett 134 befestigt ist. Eine zweite Befestigungsplatte 20 ist an einem zweiten Ende der Energieabsorbervorrichtung 10 an einer Kniepolsterkomponente 136 wie z. B. einem Schaum befestigt. Eine auf das Armaturenbrett 134 in der Richtung der Energieabsorbervorrichtung 10 angewendete Aufprallkraft wird bewirken, dass die Energieabsorbervorrichtung 10 zumindest etwas von der Aufprallenergie absorbiert, wobei Verformungsenergie von den kreisringförmigen Elementen 14 (siehe 1) absorbiert wird, um das Fortschreiten des ersten Endes 22 zu dem zweiten Ende 24 hin zu steuern (siehe 3A-3D).
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Unter Bezugnahme auf 6 ist eine weitere alternative Ausführungsform einer Energieabsorbervorrichtung 10C veranschaulicht. Es ist nur die erste Befestigungsplatte 18C an einem Ende 22C der Energieabsorbervorrichtung 10C befestigt gezeigt. Eine zweite Befestigungsplatte ist an dem anderen Ende (nicht gezeigt) der Energieabsorbervorrichtung 10C befestigt. Die Energieabsorbervorrichtung 10C weist ein allgemein zylindrisches Element 12C auf, das mit einem beliebigen der oben stehend mit Bezug auf das zylindrische Element 12 beschriebenen Verfahren gebildet sein kann und aus einem beliebigen der mit Bezug auf das zylindrische Element 12 beschriebenen Materialien bestehen kann. Mehrere im Wesentlichen kreisringförmige Elemente 14C1, 14C2, 14C3 sind auf einer äußeren Fläche des zylindrischen Elements 12C axial beabstandet und durch Crimpen funktionell damit verbunden, wie mit Bezug auf die kreisringförmigen Elemente 14 der 1-2B beschrieben, um Spannungskonzentrationsbereiche 13C zu erzeugen, die von den kreisringförmigen Elementen 14C radial umgeben sind. Es ist eine andere Anzahl von kreisringförmigen Elementen 14C als von kreisringförmigen Elementen 14 vorhanden und die kreisringförmigen Elemente 14 sind anders beabstandet als die kreisringförmigen Elemente 14C. Die Beabstandung zwischen benachbarten Paaren von kreisringförmigen Elementen 14C1 und 14C2 ist größer als die Beabstandung zwischen benachbarten Paaren 14C2 und 14C3. Die Anzahl und Beabstandung der kreisringförmigen Elemente 14C ist von dem erwünschten Verformungsverhalten der Energieabsorbervorrichtung 10C abhängig. Es kann eine Aufprallanalyse durchgeführt werden, um die optimale Anzahl und Beabstandung der kreisringförmigen Elemente 14C zu bestimmen, um das gewünschte Verformungsverhalten zu erreichen.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 7 ist ein Verfahren 200 zur Herstellung und zum Einbau einer Energie absorbierenden Vorrichtung wie z. B. der Energie absorbierenden Vorrichtungen 10, 10A und 10C der 1-6 veranschaulicht. Das Verfahren 200 beginnt mit Schritt 202, bei dem ein allgemein zylindrisches Element 12, 12A oder 12C gebildet wird. Das Bilden des zylindrischen Elements kann mittels nahtlosem Schweißen, Strangpressen, Walzformen mit nahtlosem Schweißen oder einem beliebigen anderen geeigneten Herstellungsverfahren erfolgen. Nachdem das zylindrische Element gebildet wurde, geht das Verfahren 200 zu Schritt 204 weiter, wobei ein oder mehrere kreisringförmige/s Element/e 14, 14A oder 14C in einer axial beabstandeten Anordnung um das zylindrische Element 12, 12A oder 12C herum angeordnet wird/werden. Die Anzahl und Beabstandung der kreisringförmigen Elemente 14, 14A und 14C ist von dem erwünschten Energieverformungsverhalten in der speziellen Anwendung der Energie absorbierenden Vorrichtung 10, 10A oder 10C abhängig.
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In Schritt 206 werden die kreisringförmigen Elemente 14, 14A bzw. 14C funktionell mit dem zylindrischen Element 12, 12A oder 12C verbunden, um Spannungskonzentrationsbereiche 13, 13A oder 13C zu erzeugen. Dies wird dadurch bewerkstelligt werden, dass die kreisringförmigen Elemente mittels Crimpen, wie oben beschrieben, an die allgemein zylindrischen Elemente 12, 12A oder 12C zusammengepresst werden. Sobald sie funktionell verbunden sind, dienen die kreisringförmigen Elemente 14, 14A oder 14C dazu, die Verformungsenergie zu absorbieren, wenn das zylindrische Element 12, 12A oder 12C anfänglich an den Spannungskonzentrationsbereichen 13, 13A, 13C verformt wird.
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Schließlich wird die Energieabsorbervorrichtung 10, 10A oder 10C in Schritt 208 zwischen zwei Komponenten eingebaut, die an jedem Ende der Energieabsorbervorrichtung 10, 10A oder 10C verbunden sind. In 4 ist Schritt 208 veranschaulicht, wobei die Energieabsorbervorrichtung 10 zwischen dem Stoßfängerträger 38 und dem Rahmenträger 43 eingebaut ist. In 5 ist Schritt 208 veranschaulicht, wobei die Energieabsorbervorrichtung 10 zwischen dem Armaturenbrett 134 und einer Kniepolsterkomponente 136 eingebaut ist. Die Energieabsorbervorrichtung 10 ist auch für andere Anwendungen einschließlich Nicht-Fahrzeuganwendungen einsetzbar, in denen eine gesteuerte Energieabsorption erforderlich ist.
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Demzufolge sehen die Energieabsorbervorrichtungen 10, 10A oder 10C und das Verfahren 200, die hierin beschrieben sind, eine einfache Herstellung und Anwendungen von Energieabsorbervorrichtungen vor, um eine Verformung von Komponenten infolge eines Aufpralls zu steuern.