DE10253270A1

DE10253270A1 - Aufpralldämpfendes Bauelement für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE10253270A1
Application number: DE2002153270
Authority: DE
Inventors: Olaf Insel; Oliver Koslowski
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-06-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein aufpralldämpfendes Bauelement für ein Fahrzeug, mit wenigstens einem Deformationselement, das unter einem Außenhautelement angeordnet ist. Sie löst die Aufgabe, ein derartiges Bauelement so zu gestalten, daß der für die Aufnahme von Aufprallenergie nutzbare Deformationsweg des Deformationselementes bei einem reduzierten Bauraum für dieses maximiert ist. Dazu weist das Bauelement (1) auf der dem Außenhautelement (2) abgewandten Seite eine als Widerlager für das Deformationselement (3) dienende Stützfläche (4) auf, an der dieses (3) mit dem Bauelement (1) fest verbunden ist, wobei das Deformationselement (3) das Bauelement (1) auf der Seite des Außenhautelementes (2) überragt, und die Restblockdicke des zusammengedrückten Deformationselementes (3) entspricht maximal im wesentlichen der Dicke (d) des Bauelementes (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein aufpralldämpfendes Bauelement für ein Fahrzeug, insbesondere für den Front- oder Heckbereich eines Fahrzeugs, zur Aufnahme von Aufprallenergie, die durch einen Fußgänger oder einen anderen Aufprallbeteiligten, insbesondere auch durch einen ein aufprallendes Bein eines Fußgängers simulierenden Beinimpaktor, eingebracht wird.

Frontend- oder Heckendstrukturen eines Fahrzeugs werden in zunehmendem Maße auf einen Schutz von Fußgängern ausgelegt, um die Schwere von Verletzungen, insbesondere Beinverletzungen, bei Fußgängern und bei anderen Aufprallbeteiligten im Falle eines Aufprallunfalles zu reduzieren. Zur Verbesserung des Fußgängerschutzes ist es bekannt geworden, die fußgängergefährdenden Bereiche im Front- oder Heckbereich eines Kraftfahrzeugs aufprallweich zu gestalten, so daß diese besonders wirksam Aufprallenergie aufnehmen können. Aus der DE 199 11 832 A1 ist dazu eine Querträgerkonstruktion bekannt geworden, die bevorzugt nach Art eines Schildrahmens großflächig hinter den Außenhautelementen angeordnet ist. Zwischen dieser eine eigenständige Baugruppe darstellenden Mehrbalkenanordnung und den Außenhautelementen ist wenigstens ein Stoßabsorptionselement (Deformationselement) vorgesehen, das hinsichtlich seines Verformungsverhaltens auf die Anforderungen eines optimalen Fußgängerschutzes ausgelegt ist und bevorzugt als mit dem jeweiligen Außenhautelement konturbündig verbindbarer Hartschaum-Formkörper ausgebildet ist. Das Außenhautelement wird dadurch so abgestützt, daß es einerseits nach Art einer Lastverteilerplatte wirkt und gegenüber dem kollidierenden Fußgänger eine aufprallweiche Kontur darstellt. Solche Deformationselemente können entweder an der Mehrbalkenanordnung oder an dem Außenhautelement selbst zur Erstellung eines Vormontagemoduls befestigt sein. Dabei wird durch die Anordnung eines Deformationselementes zwischen der Mehrbalkenanordnung und der Stoßfängerverkleidung und eines weiteren, unterhalb derselben angeordneten Deformationselementes, das zugleich eine Bodenschürze in sich stabilisiert, ein aufprallweicher Stoßfänger gebildet. Es ist auch bekannt, anstelle von Hartschaum- Formkörpern Wabenstrukturen, beispielsweise aus Aluminium, einzusetzen. Zur Erreichung eines vorgegebenen Grenzwertes für ein Beinverletzungskriterium nach einer entsprechenden Richtlinie des Rates der Europäischen Union (EEVC WG 10/17) oder Euro-NCAP sind die Struktur und Anordnung eines Deformationselementes so zu treffen, daß die bei einem Zusammenstoß eingebrachte Aufprallenergie entsprechend einer idealen Beschleunigungs (a) – Zeit (t) – Kurve aufgenommen werden kann, und daß die Beinverletzungskriterien (Beschleunigung, Biegung und Scherweg) bei einem kleinstmöglichen Eindring-/Verformungsweg klein gehalten werden.

Bei der Anordnung von Deformationselementen im Bereich zwischen front- oder heckendseitigen Außenhautelementen und einem unter diesen angeordneten Bauelement, insbesondere einem Querträger, wird zur Erzielung eines optimierten Verzögerungsverlaufes, bei dem die eingebrachte Aufprallenergie – im Versuch die Impaktorenergie – mit einem praktisch erreichbaren Kraft/Weg-Verlauf mit einem möglichst kleinem Deformationsweg umgewandelt wird, ein ausreichender Bauraum für die Deformationselemente benötigt, da diese bei einem Aufprall „auf Block" deformiert werden. Die sich ergebende Restblockdicke des Deformationselementes ist in Abhängigkeit von dessen Struktur und dem Material bei der Konzipierung des erforderlichen Bauraumes zu berücksichtigen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein aufpralldämpfendes Bauelement für ein Fahrzeug mit wenigstens einem Deformationselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, daß der für die Aufnahme von Aufprallenergie nutzbare Deformationsweg des Deformationselementes bei einem reduzierten Bauraum für dieses maximiert ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Bauelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung besteht darin, daß ein aufpralldämpfendes Bauelement für ein Fahrzeug, das mit einem Deformationselement versehen und unter einem Außenhautelement angeordnet ist, auf der dem Außenhautelement abgewandten Seite eine als Widerlager für das Deformationselement dienende Stützfläche aufweist, an der das Deformationselement mit dem Bauelement fest verbunden ist. Auf der Seite des Außenhautelementes überragt das Deformationselement das Bauelement und steht gegen das Außenhautelement an diesem vor. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß das Deformationselement bei einer Deformation in Richtung auf die Stützfläche zu aufprallenergieaufnehmend verformt wird, wobei die Restblockdicke kleiner als die Ausdehnung des Bauelementes zwischen der Stützfläche und seiner außenhautelementseitigen Begrenzungsfläche oder -linie ist, höchstens jedoch im wesentlichen der Ausdehnung des Bauelementes in Richtung des Außenhautelementes entspricht. Mit dieser Anordnung kann das Deformationselement bis auf das Bauelement deformiert werden, ohne daß die Restblockdicke des Deformationselementes die Deformation bremsen und im Bereich vor dem Bauelement beenden kann. Der Deformationsweg, den das Deformationselement maximal ermöglicht, steht damit bei minimiertem Bauraum für eine Deformation in voller Länge zur Verfügung. Überdies können mit einem Bauelement mit einem derartig angeordneten Deformationselement in der (a) – (t) -Kurve ein kontinuierliches Verzögerungsniveau und ein daraus resultierender kleiner Deformationsweg eingestellt werden.

Vorteilhaft kann beidseits des Bauelementes jeweils ein Deformationselement angeordnet sein, derart, daß sich die beiden Deformationselemente in Parallelanordnung befinden. Im Abstand vor dem Bauelement können diese durch ein Prallblech miteinander verbunden sein und so ein Aufprallschild unter der Außenhaut bilden. Das ebenfalls deformierbare Prallblech sorgt in dem gebildeten Verbund zugleich für eine gezielte Deformation in Richtung des Trägers, da eine Deformation in z-Querrichtung zu diesem durch die Verbindung der Deformationselemente über das Prallblech behindert, zumindest jedoch erheblich erschwert ist.

In bevorzugter Ausführung ist ein solches Deformationselement eine aus mehreren, in vertikalen Ebenen angeordneten Stegen gebildete Stützstruktur, die vor dem Bauelement durch ein parallel zum Außenhautelement positioniertes Prallblech miteinander verbunden sind, wobei die deformierbaren Stege gegenüber der Stützfläche und damit auch gegenüber dem Prallblech in einer X-Y-Ebene in einem Winkel von im wesentlichen 15° bis 30° geneigt und in ihrer Richtung abwechselnd entgegengerichtet angeordnet sind. Bei einem Aufprall werden die Stege und das Prallblech aufprallenergieaufnehmend verbogen, und letzteres auf das Bauelement zu verschoben. Auch diese Ausbildung führt dazu, daß sich das Deformationselement gezielt in Richtung auf das Bauelement zu deformiert. Dieses Deformationsverhalten kann durch die Anordnung von Sollknickstellen an den Stegen, beispielsweise durch eine leichte Abwinklung in deren mittlerem Bereich, an der bei einem Aufprall eine Kraftkomponente quer zum Steg auftritt, begünstigt werden. Eine solche Sollknickstelle kann aber auch durch zwei Sicken gebildet werden, die in Stegrichtung hintereinander und im Abstand voneinander in den Steg eingebracht sind. Die Sicken versteifen in ihrem Anordnungsbereich den jeweiligen Stegbereich, wodurch zwischen den Sicken ein weniger steifer Bereich gegeben ist, der bei einem Aufprall dann zuerst deformiert wird.

Als Werkstoffe für das aus Stegen gebildete Deformationselement und das Prallblech kommen Stahl, Leichtmetall und auch ein schlagzäher Kunststoff in Betracht. Die Befestigung der Stege am Träger und der Prallplatte erfolgt durch Schweißen, Kleben oder auch durch Clipsverbindungen. Schraubverbindungen sind ungeeignet, da die dazu erforderlichen Löcher die Festigkeit des Trägers senken würden.

Alternativ zu den aus Stegen gebildeten Deformationselementen können auch herkömmliche Wabenstrukturen, wegen des niedrigen Gewichtes insbesondere aus Aluminium, und auch Hart-Schaumstoffe eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen schematisch:
1 eine Draufsicht auf einen Teilbereich eines vorderen Stoßfängerquerträgers mit einem Deformationselement,
2 den Stoßfängerquerträger in perspektivischer Ansicht, nicht deformiert,
3 diesen nach einem Frontalaufprall,
4 einen das Deformationselement mitbildenden Steg,
5 einen Vertikalschnitt V-V in Fahrzeuglängsrichtung durch den Stoßfängerquerträger und
6 einen solchen Schnitt VI-VI im deformierten Zustand des Stoßfängerquerträgers.
Der in 1 gezeigte Stoßfängerquerträger 1 weist auf der der Stoßfängerverkleidung 2 abgewandten Seite zwei als Widerlager für jeweils ein Deformationselement 3 dienende Stützflächen 4 auf, die durch jeweils eine Abwinklung 5 im rechten Winkel am Profil des Stoßfängerquerträgers 1 beidseits desselben ausgebildet sind (5). Die Deformationselemente 3 sind aus jeweils acht 1, 2 mm dicken und 12 mm breiten Stegen 6 aus Stahlblech gebildet und durch ein 1 mm dickes Stahl-Prallblech 7 auf der den Stützflächen 4 abgewandten bzw. auf der der Stoßfängerverkleidung 2 zugewandten Seite miteinander verbunden, wobei das Prallblech 7 im Fahrzeug parallel zur Stoßfängerverkleidung 2 angeordnet ist. Die Stege 6 sind gegenüber der jeweiligen Stützfläche 4 und gegenüber dem Prallblech 7 in einem Winkel von im wesentlichen 70° geneigt und abwechselnd in entgegengesetzter Richtung geneigt angeordnet. Der Abstand a der Prallplatte 7 von den beiden Stützflächen 4 beträgt im wesentlichen das Doppelte der Dicke d des Stoßfängerquerträgers 2. Der Raum zwischen den Stützflächen 4 und dem Prallblech 7 dient als Deformationsraum für das Deformationselement 3. Die Stege 6 sind paarweise auf der Stützfläche 4 an den Stoßfängerquerträger 1 angeschweißt und erstrecken sich in einem geringen seitlichen Abstand von diesem zum Prallblech 7, um eine möglichst unbehinderte Deformation derselben im Falle eines Aufpralls zu ermöglichen. Am Beginn einer Deformation ist das Deformationselement 3 steif, und während der Deformation läßt sich ein beliebiges Kraftniveau einstellen, womit der Verzögerungsweg und die Verletzungsgefahr beeinflußt (verringert) werden können. Diese Kraft-Weg-Kennung des Deformationselementes läßt sich über die Anzahl, Ausbildung und Neigung der Stege 6 einstellen.
4 zeigt ein solches Paar Streben 8, die jeweils in ihrer Ausführung zur Ausbildung einer Sollknickstelle S mit zwei in Stegrichtung hintereinander und im Abstand voneinander angeordneten Sicken 9 versehen sind. Der die Sollknickstelle S bildende Bereich zwischen diesen Sicken 9 ist weniger steif als ein mit einer Sicke 9 versehene Bereich, so daß dieser Bereich bei einem Aufprall zuerst verformt wird.
In den 2 und 5 ist die Ausbildung und Anordnung des Deformationselementes verdeutlicht. Insbesondere 5 zeigt, daß das Prallblech 7 einen Abstand a von den Stützflächen 4 des Stoßfängerquerträger 1 hat, der doppelt so groß wie die Dicke d desselben ist. Auch ist ein seitlicher Abstand der Stege 6 vom Stoßfängerquerträger 1 zu erkennen.
Die 3 und 6 zeigen den durch einen Aufprall deformierten Deformationselement 3. Das Prallblech 7 ist im mittleren Bereich bis auf den Stoßfängerquerträger 1 gedrückt, wobei der zur Verfügung stehende Deformationsweg für das Deformationselement 3 maximal ausgenutzt ist, ohne daß dieses bis auf die Restblockdicke zusammengedrückt ist.

1: Stoßfängerquerträger
2: Stoßfängerverkleidung
3: Deformationselement
4: Stützfläche
5: Abwinklung
6: Steg
7: Prallblech
8: Steg
9: Sicke
A: Abstand
D: Dicke
S: Sollknickstelle

Claims

Aufpralldämpfendes Bauelement für ein Fahrzeug, mit wenigstens einem Deformationselement, das unter einem Außenhautelement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (1) auf der dem Außenhautelement (2) abgewandten Seite eine als Widerlager für das Deformationselement (3) dienende Stützfläche (4) aufweist, an der dieses (3) mit dem Bauteil (1) fest verbunden ist, daß das Deformationselement (3) das Bauelement (1) auf der Seite des Außenhautelementes (2) überragt, und daß die Restblockdicke des Deformationselementes (3) maximal im wesentlichen der Dicke (d) des Bauelementes (1) entspricht.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits des Bauelementes (1) ein Deformationselement (3) angeordnet ist.
Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Deformationselemente (3) auf der dem Außenhautelement (2) zugewandten Seite durch ein Prallblech (7) miteinander verbunden sind.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationselement (3) aus mehreren Stegen (6, 8) und einem diese auf der der Stützfläche (4) abgewandten Seite verbindenden Prallblech (7) gebildet ist, das parallel zum Außenhautelement (2) angeordnet ist, wobei die Stege (6, 8) gegenüber der Stützfläche (4) und dem Prallblech (7) in einem Winkel von im wesentlichen 60° bis 75° geneigt und abwechselnd in entgegengesetzter Richtung geneigt angeordnet sind.
Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (6) in ihrem mittleren Bereich zur Ausbildung einer Sollknickstelle leicht abgewinkelt sind.
Bauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8) zur Ausbildung einer Sollknickstelle (S) mit zwei in Stegrichtung hintereinander und im Abstand voneinander angeordneten Sicken (9) versehen sind.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationselement (3) oder die Deformationselemente (3) und das Prallblech (7) aus Stahl, einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder aus einem schlagzähen Kunststoff gefertigt sind.
Deformationselement zur Anordnung an einem Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß dieses (3) aus mehreren Stegen (6, 8) und einem diese verbindenden Prallblech (7) gebildet ist, das auf der einer an dem Bauelement ausgebildeten Stützfläche abgewandten Seite parallel oder im wesentlichen parallel zu einem Außenhautelement (2) angeordnet ist, wobei die Stege (6, 8) gegenüber der Stützfläche und dem Prallblech (7) in einem Winkel von im wesentlichen 60° bis 75° geneigt und abwechselnd in entgegengesetzter Richtung geneigt angeordnet sind.
Deformationselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (6) in ihrem mittleren Bereich zur Ausbildung einer Sollknickstelle leicht abgewinkelt sind.
Deformationselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8) zur Ausbildung einer Sollknickstelle (S) mit zwei in Stegrichtung hintereinander und im Abstand voneinander angeordneten Sicken (9) versehen sind.
Deformationselement nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß dieses aus Stahl, einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, oder aus einem schlagzähen Kunststoff gefertigt ist.
Verwendung des Deformationselementes zur Bildung eines aufprallweichen Bauelementes.