DE10239933A1 - Aufprallschutzeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufprallschutzeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, die mit einer Fahrzeugtragstruktur verbunden ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Aufprallschutzeinrichtung (1) zu schaffen, die die Sicherheit von Fahrzeuginsassen erhöht, insbesondere die Belastungen bei einer Fahrzeugverzögerung infolge eines Aufpralls reduziert. Dazu werden zum einen Mittel zum schlagartigen Krafteinleiten sowie ein zwischen diesen Mitteln und der Fahrzeugtragstruktur angeordnetes Dämpfungselement (16) eingesetzt. Die Krafteinleitungsmittel und das Dämpfungselement (16) wirken so zusammen, dass eine Krafteinleitung über das Dämpfungselement (16) in die Fahrzeugkarosserie erfolgt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Aufprallschutzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Im Falle eines Aufpralls eines Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis wird das Kraftfahrzeug abrupt abgebremst, wobei die Energie des sich bewegenden Kraftfahrzeugs abgebaut wird. Weil das Kraftfahrzeug nicht starr ist, erfolgt die Fahrzeugverzögerung und damit der Energieabbau nicht mit einem Schlag, sondern über eine gewisse Zeit. Besonders günstig in Bezug auf Belastungen von Fahrzeuginsassen ist es, wenn die Verzögerung möglichst früh einsetzt und dann auf gleichem Niveau über die gesamte Verzögerungszeit fortgesetzt wird. Auf diese Weise werden Verzögerungspeaks, also hohe Verzögerungen innerhalb kürzester Zeit, vermieden, die eine starke Belastung für Fahrzeuginsassen bedeuten. In der Praxis baut die Fahrzeugverzögerung sich jedoch, in Abhängigkeit von dem Kraftfahrzeugaufbau und den im Kraftfahrzeug vorhandenen Aggregaten, langsam auf und endet in einem Peak.
• Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 100 39 594 A1 ist es bekannt, Fahrzeugstrukturen im Falle von kritischen Fahrzeugsituationen zu verfahren, um einen größeren Verformungsweg zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise wird vorgeschlagen einen Quer- bzw. einen Längsträger in Richtung eines Hindernis, auf das ein Aufprall droht, zu verfahren. Dadurch wird ein längerer Weg geschaffen, über den Energie absorbiert werden kann.
• Des weiteren ist es bekannt, zur Beeinflussung der Höhe an Energie, die absorbiert wird, in einem Längsträger eines Kraftfahrzeugs, im Falle eines Unfalls gezielt Explosionen zu zünden (vgl. WO 01/85527 A1). Dadurch wird der Längsträger zumindest teilweise zerstört, wodurch seine Steifigkeit verringert wird, die einen Einfluss auf das Energieabsorptionsvermögen hat. Je nach Stärke des zu erwartenden Aufpralls wird der Längsträger mehr oder weniger geschwächt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Aufprallschutzeinrichtung zu schaffen, die die Sicherheit von Fahrzeuginsassen erhöht, insbesondere die Belastungen bei einer Fahrzeugverzögerung infolge eines Aufpralls reduziert.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Aufprallschutzeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Die erfindungsgemäße Aufprallschutzeinrichtung, die mit einer Fahrzeugtragstruktur verbunden ist, zeichnet sich dadurch aus, dass sie Mittel zum schlagartigen Krafteinleiten und ein diesen Mitteln zugeordnetes Dämpfungselement aufweist. Die Mittel zum Krafteinleiten wirken so mit dem Dämpfungselement zusammen, dass eine Krafteinleitung über das Dämpfungselement in die Fahrzeugkarosserie erfolgt.
• Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von schlagartigem Krafteinleiten die Rede ist, so ist damit das Erzeugen bzw. Aufbauen einer definierten Kraft- also einer Kraft mit einem vorbestimmten Kraftniveau und einer vorbestimmten Richtung – zu einem definierten Zeitpunkt gemeint. Diese Kraft wird durch die vorgegebene Richtung gezielt in Teile des Kraftfahrzeugs weitergeleitet. Schlagartig bedeutet, dass das vorbestimmte Kraftniveau sehr schnell aufgebaut und auch erreicht wird.
• Im Folgenden wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Aufprallschutzeinrichtung näher beschrieben. Im Falle eines Unfalls werden die Mittel zum schlagartigen Krafteinleiten aktiviert. Bevorzugt erfolgt die Krafteinleitung im Moment des ersten Kontaktes des Kraftfahrzeugs mit dem Hindernis, auf das das Kraftfahrzeug aufprallt. Die Kraft, die durch die Mittel zum Krafteinleiten in das Dämpfungselement eingeleitet wird, steigt dann schnell an. Die Kraft wird durch das Dämpfungselement weiter in die Fahrzeugtragstruktur eingeleitet. Das erfolgt bis zu dem Zeitpunkt, bis die Kraft ein gewisses Kraftniveau erreicht hat. Dann wirkt das Dämpfungselement. Das Dämpfungselement bewirkt eine Kraftweiterleitung auf einem konstanten Niveau. Somit wird vermieden, dass zusätzliche Kraftspitzen in die Karosserie eingeleitet werden. Das Deformationselement über nimmt somit die Funktion eines Puffers, der nur ein bestimmtes Maß an Kraft weiterleitet. Die Mittel zur Krafteinleitung und das Dämpfungselement müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass das Dämpfungselement die erzeugte Kraft dosiert in die Fahrzeugtragstruktur weiterleiten kann. Mit anderen Worten: durch Einsetzen des Dämpfungselementes, welches nur eine gewisse Beschleunigung zulässt, kann die Beschleunigung auf einem kontrollierten Wert gehalten werden.
• Die Krafteinleitung über das Dämpfungselement in die Fahrzeugtragstruktur im Falle eines eintretenden Unfalls bewirkt, dass schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt eine entgegen der Aufprallrichtung gerichtete Kraft in das Fahrzeug eingeleitet wird, die eine Verzögerung des Fahrzeugs hervorruft. Eine frühzeitige Fahrzeugverzögerung ist mit einem frühzeitigen Energieabbau verbunden. Ein früher Energieabbau bringt den Vorteil mit sich, dass die gesamte für die Fahrzeugverzögerung zur Verfügung stehende Zeit zum Energieabbau ausgenutzt wird, wodurch vermieden werden kann, dass zum Ende der Fahrzeugverzögerung Verzögerungspeaks mit hohen Beschleunigungswerten für die Insassen entstehen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung können demnach die Verzögerungswerte eines Fahr- Fahrzeugs bei einem Unfall durch eine Beeinflussung des Verzögerungsverlaufs so beeinflusst werden, dass die Belastungen auf einen Fahrzeuginsassen bei einer Fahrzeugverzögerungen reduziert werden, wodurch die Verletzungsgefahr erheblich vermindert wird.
• Gemäß einer Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Aufprallschutzeinrichtung zwischen einem Stoßfänger und einem Längsträger angeordnet. Diese Anordnung entfaltet dann ihre Wirkung, wenn es zu einem Frontal- oder einem Heckaufprall kommt. Es ist auch denkbar die Aufprallschutzvorrichtung an anderen Stellen im Fahrzeug anzuordnen, die bei einem Unfall zwischen Aufprallkrafteinleitung und Fahrzeugtragstruktur angeordnet sind.
• Die Mittel zum schlagartigen Krafteinleiten können beispielsweise aus einem Hohlraum mit einem variablen Volumen bestehen. Über eine Vergrößerung des Volumens des Hohlraums kann auf besonders einfache Art und Weise eine Kraft auf an den Hohlraum angrenzende Bauteile ausgeübt werden. Hinzu kommt, dass ein solcher Hohlraum in seinem Ruhezustand, dass heißt bevor er aktiviert wird, wenig Platz beansprucht, was sich positiv auf die Bauraumverhältnisse in dem Kraftfahrzeug auswirkt. Es ist aber auch denkbar anstelle des Hohlraums eine Teleskopvorrichtung vorzusehen, die zum Zeitpunkt der Krafteinleitung ausgefahren wird.
• Die schlagartige Krafteinleitung bzw. das schlagartige Vergrößern des Volumens kann beispielsweise mittels eines pyrotechnischen Aktuators erfolgen. Ein derartige Aktuator bringt den Vorteil mit sich, dass sich innerhalb kürzester Zeit eine bestimmte Gasmenge erzeugen lässt, die zur Vergrößerung des Volumens eingesetzt werden kann. Hinzu kommt, dass derartige pyrotechnische Aktuatoren in verschiedensten, gut erprobten Ausführungsformen zur Verfügung stehen, so dass es sehr einfach ist, einen geeigneten Aktuator zu finden. Auf diese Weise wird ein sehr zuverlässiges System zur Verfügung gestellt.
• Es sind selbstverständlich auch der Einsatz von anderen Aktuatoren wie elektrischen Motoren oder hydraulischen bzw. pneumatischen Systemen denkbar. Diese bringen den Vorteil mit sich, dass sie reversibel sind.
• Der Hohlraum kann beispielsweise ein in einer Führung angeordneter Balg bew. Gas- oder Luftbalg sein. Ein solcher Balg nimmt in der Ruheposition des Hohlraums eine zusammengefaltete Stellung ein, die wenig Platz beansprucht und entfaltet sich dann bei der Volumenvergrößerung. Die Führung des Balgs dient dazu, dass die Ausdehnung des Balgs in eine gezielte Richtung erfolgt. Dadurch wird sichergestellt, dass die einzuleitende Kraft ebenfalls gezielt in die zur Aufnahme der Kraft vorgesehenen Bauteile erfolgt. Dazu ist es denkbar, die Führung zylinderförmig auszuführen. Wenn der Führungszylinder auf einer Seite verschlossen ist, kann sich der Hohlraum nur noch in eine Richtung ausdehnen und somit seine Kraft auch nur in eine Richtung weiterleiten.
• In der Führung kann koaxial ein mit dem Balg verbundener Abrollkolben angeordnet sein. Balg und Abrollkolben wirken dann so zusammen, dass eine Vergrößerung des den Hohlraum bildenden Balgs eine Verschiebung des Abrollkolbens in der Führung bewirkt. Es ist auch denkbar, anstelle des Balgs und des Abrollkolbens ein Stülprohr vorzusehen, welches bei einer Druckerhöhung in dem Stülprohr ausfährt und eine Kraft in die Ausfahrrichtung weiterleitet. In einem solchen Fall kann auf eine zusätzliche äußere Führung verzichtet werden.
• Der Abrollkolben kann weiterhin mit dem Dämpfungselement verbunden sein. Dadurch wird erreicht, dass die in den Abrollkolben eingeleitete Kraft nicht direkt sondern gedämpft in die Fahrzeugtragstruktur weitergeleitet wird. Wenn in diesem Zusammenhang von Dämpfung die Rede ist, so ist damit gemeint, dass die Kraft die in die Fahrzeugkarosserie weitergeleitet wird, ein vorbestimmtes Maß nicht überschreitet. Dadurch wird vermieden, dass neben der aus dem Unfall resultierenden Auf prallkraft weitere Kraftspitzen in das Fahrzeug eingeleitet werden. Um das zu vermeiden, müssen – neben dem Einsatz eines Dämpfungselementes – die Mittel zur schlagartigen Krafteinleitung und das Dämpfungselement genau aufeinander abgestimmt sein.
• Bei dem Dämpfungselement kann es sich um ein herkömmliches Deformationselement handeln, wie beispielsweise ein Rohr in Form eines Faltenbalg. Über die Auswahl des Materials sowie die Gestaltung der Geometrie des Deformationselements kann genau eingestellt werden, welches Kraftniveau in die Fahrzeugkarosserie weitergeleitet wird. Es ist aber auch die Verwendung anderer energieaufnehmender Elemente denkbar, wie beispielsweise Schaum- oder Wabenstrukturen etc.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Aufprallschutzeinrichtung entlang seiner Längsachse;
• 2 eine Schnittdarstellung gemäß 1 zum Zeitpunkt eines Aufpralls;
• 3 eine Schnittdarstellung gemäß 1 nach einem Aufprall sowie
• 4 ein Verzögerungs-Zeit-Diagramm.
• In 1 ist eine Aufprallschutzeinrichtung 1 entlang deren Längsachse 2 im Schnitt dargestellt. Die Aufprallschutzeinrichtung 1 ist zwischen einem schematisch dargestellten Stoßfänger 3 und einem nicht dargestellten Längsträger, einem Bestandteil einer Fahrzeugtragstruktur, angeordnet. Zwischen dem Stoßfänger 3 und der Aufprallschutzeinrichtung 1 ist ein Befestigungselement 4 vorgesehen. Das Befestigungselement 4 ist mit einem Halter 5 verbunden, an den sich eine Aufnahme 6 für die Aufprallschutzeinrichtung 1 anschließt. Die Aufnahme 6 ist topfförmig ausgebildet und weist an ihrem offenen Ende einen Befestigungsflansch auf, über den sie mit dem Halter 5 verbunden ist. Mit ihrem geschlossenen Ende weist sie in Richtung der Aufprallschutzreinrichtung 1. Auf die topfförmige Aufnahme 6 aufgesetzt ist eine ebenfalls topfförmig ausgeführte Balgaufnahme 10, die mit ihrem geschlossenen Ende ebenfalls in Richtung der Aufprallschutzeinrichtung 1 weist. Die Balgaufnahme 10 weist eine Umfangsnut 10' auf. Diese Nut 10 dient der Aufnahme eines Spannrings 9, über den an der Balgaufnahme 10 ein flexibler Balg 8 festgelegt ist. Weiterhin ist an der Balgaufnahme 10 eine zylinderförmige Führung 7 festgelegt. Die Führung 7 nimmt die flexiblen Balg 8 auf. Der Balg 8 ist also in der Führung 7 angeordnet. Der Balg 8 ist in der Führung 7 zusammengelegt und mit seinem der Balgaufnahme 10 gegenüberliegenden Ende mit einem in der Führung 7 koaxial angeordneten Kolben 11 ebenfalls über einen Spannring 12 verbunden. Der Kolben 11 weist ebenfalls eine Umfangsnut 11' zur Aufnahme des Spannrings 12 auf.
• Sowohl die Balgaufnahme 10 als auch der Kolben 11 weisen an ihrem dem Balg zugewandten Ende eine Abschlusswand 13 bzw. 14 auf. Die Abschlusswände 13 bzw. 14 umschließen mit dem Balg 8 einen Hohlraum 15. In dem Hohlraum 15 ist ein nicht dargestellter pyrotechnischer Aktuator angeordnet.
• Der Kolben 11 ist mit einem faltenbalgförmigen Deformationselement 16 verbunden. Das Deformationselement 16 ist ebenfalls koaxial zur Führung 7 und somit auch koaxial zum Kolben 11 ausgerichtet. Es ist zumindest teilweise in dem Kolben 11 angeordnet. Das Deformationselement 16 ist mit einem Verbindungselement 17 zur Festlegung der Aufprallschutzeinrichtung 1 an der Fahrzeugtragstruktur verbunden.
• Im Folgenden wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Aufprallschutzeinrichtung 1 erläutert. Im Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis wird zum Zeitpunkt des ersten Kontakts der Fahrzeugfront mit einem Hinder nis schlagartig der Druck in dem Hohlraum 15 durch Zündung des pyrotechnischen Aktuators erhöht. Das ist in 2a dargestellt. In Folge des Druckanstiegs in dem Hohlraum vergrößert sich das Volumen des Hohlraums 15, wodurch sich der Balg 8 in der Führung 7 entfaltet und den Kolben 11 gegen den Widerstand des Dämpfungselementes 16 aus der Führung 8 herausschiebt. Dabei wird das Dämpfungselement 16 deformiert, sobald die durch die Volumenvergrößerung des Hohlraums 15 aufgebrachte Kraft ein vorbestimmtes Maß überschreitet. Die einzelnen Falten des Faltenbalgs 16 schieben sich dabei zusammen. Bei der Deformation des Faltenbalgs 16 wird Energie absorbiert, so dass über das Verbindungselement 17 nur noch Kraft eines bestimmten Kraftniveaus in die Fahrzeugtragstruktur eingeleitet wird.
• Dieses Kraft, die entgegen der Aufprallrichtung des Fahrzeugs auf das Hindernis ausgerichtet ist, dient dazu, das Fahrzeug zu verzögern und zwar schon ab einem sehr frühen Zeitpunkt im Laufe des Aufprallgeschehens. Auf diese Weise wird schon sehr früh die dem Fahrzeug aufgrund seiner Geschwindigkeit innewohnende Energie abgebaut.
• Dieser Zusammenhang ist in dem in 4 dargestellten Diagramm verdeutlicht. Das Diagramm gibt schematisch den Verlauf einer Fahrzeugverzögerung über der Zeit wieder, wobei die strichpunktierte Linie die Fahrzeugverzögerung eines Kraftfahrzeugs ohne die erfindungsgemäße Aufprallschutzeinrichtung und die durchgezogene Linie die Fahrzeugverzögerung eines Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Aufprallschutzeinrichtung darstellt. Der Vergleich zeigt, dass das Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Aufprallschutzeinrichtung beim Aufprall durch Aktivieren der Mittel zum schlagartigen Krafteinleiten sehr schnell auf eine hohe Verzögerung gebracht wird, wo es durch eine weitere Kraftfahrzeugverformung gehalten wird. Die längere Verzögerung des Kraftfahrzeugs auf relativ hohem Niveau ergibt eine geringere Belastungen für einen Fahrzeuginsassen.
• Je nach Auslegung von Dämpfungselement und Krafteinleitungsmittel, ist es denkbar, dass die erfindungsgemäße Anordnung auch zum Ausfahren des Stoßfängers verwendet wird. Dies ist insbesondere bei Unfällen mit höheren Geschwindigkeiten von Vorteil, um den Deformationsweg zu verlängern. Eine andere Verwendung ist darin zu sehen, einen gewissen Druck in dem Hohlraum aufzubauen, so dass die Aufprallschutzeinrichtung wie eine Feder wirkt. In diesem Fall kann sie zum Vermeiden von Schäden bei Unfällen mit geringen Geschwindigkeiten eingesetzt werden.

Claims (11)

1. Aufprallschutzeinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, die mit einer Fahrzeugtragstruktur verbunden ist, mit – Mitteln zum schlagartigen Krafteinleiten sowie – einem zwischen den Krafteinleitungsmitteln und der Fahrzeugtragstruktur angeordneten Dämpfungselement (16), wobei – die Krafteinleitungsmittel und das Dämpfungselement (16) so zusammenwirken, dass eine Krafteinleitung über das Dämpfungselement (16) in die Fahrzeugkarosserie erfolgt.
2. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufprallschutzeinrichtung (1) zwischen einem Stoßfänger (3) und einem Längsträger angeordnet ist.
3. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Mittel zum schlagartigen Krafteinleiten ein Hohlraum 15 mit einem variablen Volumen sind, dessen Volumen zum Krafteinleiten vergrößert wird.
4. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergrößerung des Hohlraums (15) mittels eines pyrotechnischen Aktuators erfolgt.
5. Aufprallschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (15) durch einen in einer Führung (7) angeordneten Balg (8) begrenzt wird.
6. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (7) zylinderförmig ist.
7. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Führung (7) ein Abrollkolben (11) koaxial angeordnet ist, wobei der Abrollkolben in der Führung verschiebbar gelagert ist.
8. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abrollkolben (11) mit dem Dämpfungselement (16) verbunden ist.
9. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei der Vergrößerung des Hohlraums (15) der Abrollkolben (11) in der Führung verschiebt.
10. Aufprallschutzeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (16) ein Faltenbalg ist.
11. Aufprallschutzeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das schlagartige Krafteinleiten zum Zeitpunkt des ersten Kontaktes des Fahrzeugs mit dem Hindernis erfolgt.