DE19625295A1 - Deforming element for support of section added to structure - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Deformationselement gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1.The invention relates to a deformation element according to the preamble of the patent saying 1.
Ein gattungsgemäßes Deformationselement ist bekannt geworden aus der DE-OS-20 59 197 (B60 R21/02). Diese Schrift zeigt am Beispiel einer Halterung für einen Handgriff ein Deformationselement, bei dem im Falle einer unfallbedingten Belastung mehrere Ele mentabschnitte teleskopartig ineinandergeschoben werden können. In Ihrer Ausgangsstel lung sind die Elementabschnitte über eine statisch schwache Ausbildung miteinander gekoppelt. Bei Überschreitung einer vorgegebenen Aufbaukraft wird die als Sollbruchstelle wirksame statisch schwache Ausbildung zerstört, so daß die einzelnen Elementabschnitte energieverzehrend ineinandergeschoben werden können. Nachteilig an einer Ausbildung als Sollbruchstelle ist jedoch die Tatsache, daß die Umwandlung von Bewegungsenergie in Verformungsenergie durch den Abriß der Sollbruchstellen stufenweise erfolgt. Damit wird bei der Zusammenstauchung des Deformationselementes nur ein kleiner Anteil des Stauchweges zum Energieverzehr genutzt.A generic deformation element has become known from DE-OS-20 59 197 (B60 R21 / 02). This document shows the example of a holder for a handle Deformation element, in which in the event of an accident-related stress, several el ment sections can be telescopically pushed together. In your starting point the element sections are structurally weak with each other coupled. If a predetermined construction force is exceeded, it becomes the predetermined breaking point effective structurally weak training destroyed, so that the individual element sections can be pushed together to consume energy. A disadvantage of an apprenticeship as a predetermined breaking point is the fact that the conversion of kinetic energy into Deformation energy takes place in stages by tearing off the predetermined breaking points. So that will when compressing the deformation element only a small part of the Compression path used for energy consumption.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gattungsgemäße Deformationselemente im Hin blick auf ihr Energieumwandlungsvermögen zu optimieren. Es soll also bei vorgegebenem Verformungsweg ein erhöhter Energieverzehr bereitgestellt werden.The invention has for its object to generic deformation elements in the back to optimize their energy conversion ability. So it should be given Deformation path an increased energy consumption can be provided.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Deformationselement gemäß dem Patentanspruch 1. Die Unteransprüche 2 bis 7 betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen dieses Defor mationselementes. Der Gegenstand des Patentanspruches 8 betrifft eine Lenksäulenver kleidung, in die erfindungsgemäße Deformationselemente in besonders vorteilhafter Weise integriert sind.This object is achieved with a deformation element according to claim 1. The sub-claims 2 to 7 relate to particularly advantageous developments of this defor mation element. The subject matter of claim 8 relates to a steering column ver clothing, in the deformation elements according to the invention in a particularly advantageous manner are integrated.
Erfindungsgemäß ist die statisch schwache Ausbildung zwischen ineinander verschiebba ren Elementabschnitten also nicht als Sollbruchstelle ausgeführt, sondern als Bestandteil eines Stülpringkanals, der in einem Übergangsbereich zwischen zwei Elementabschnitten zumindest abschnittsweise eine von den Elementabschnitten abstehende Stülpwand auf weist. Bei Überschreitung einer vorgegebenen Aufprallkraft reißt die Schwachstelle also zunächst nicht auf, sondern knickt nach innen ein und zieht dabei die nach außen abstehende Stülpwand nach innen mit ein. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß selbst bei späterem Abreißen der Schwachstelle die Reibung zwischen den gegeneinander zu verschiebenden Elementabschnitten so groß ist, daß beim weiteren Zusammenstauchen auch über den Abrißzeitpunkt hinaus noch Energie verzehrt wird.According to the invention, the structurally weak formation can be shifted between one another Ren element sections not designed as a predetermined breaking point, but as a component a Stülpringkanals that in a transition area between two element sections at least in sections on a protruding wall protruding from the element sections points. If a specified impact force is exceeded, the weak point tears initially does not open, but bends inwards and pulls them outwards protruding inside wall. This measure ensures that even if the weak point is later torn off, the friction between them increases displacing element sections is so large that when further collapsing energy is also consumed beyond the point of demolition.
Durch einfache Variation der Wandstärke von Schwachstelle und Stülpwand kann jede be liebige Kraft-Weg-Kennung eingestellt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Wandstärken der Stülpwand und der Schwachstelle in etwa gleich groß, um so bei einem aus einem spritzfähigen Kunststoff hergestellten Deformationselement im Formwerk zeug gute Formfüllungs- und Erstarrungseigenschaften gerade in den für den Umformvor gang besonders wichtigen Übergangsbereichen zwischen den Elementabschnitten einstel len zu können.By simply varying the wall thickness of the weak point and the slip wall, everyone can be any force-displacement identifier can be set. In a preferred embodiment the wall thicknesses of the everted wall and the weak point are roughly the same size, so with a deformation element made of a moldable plastic in the mold good mold filling and solidification properties, especially in those for forming particularly important transition areas between the element sections len.
Mit gemäß dem Patentanspruch 2 ausgefüllten Deformationselementen kann insbesondere der Stülpvorgang sehr gut reproduzierbar eingestellt werden.With filled in according to claim 2 deformation elements can in particular the everting process can be set very reproducibly.
Hervorzuheben ist außerdem, daß die Innenkonturen der erfindungsgemäß ausgefüllten Deformationselemente mit besonders einfach gestalteten Schiebern in einem Kunst stoffspritzwerkzeug erzeugt werden können. Dies erleichtert insbesondere auch die materialeinheitliche Integration erfindungsgemäßer Deformationselemente in Anbauteilen, wie sie insbesondere im Fahrzeugbau häufig Verwendung finden. So hat sich beispielswei se bei praktischen Versuchen herausgestellt, daß bei Lenksäulenverkleidungen die Wand stärke der Elementabschnitte in etwa genauso groß gewählt werden kann, wie bei dem Verkleidungsteil selbst. Auf diese Weise können also gute Formfüllungseigenschaften beim Herstellungsprozeß kombiniert werden mit einem ausreichenden Energieabsorptions vermögen im Belastungsfall.It should also be emphasized that the inner contours of the filled according to the invention Deformation elements with particularly simply designed sliders in one art injection molding tool can be generated. This also facilitates in particular Uniform integration of deformation elements according to the invention into attachments, as they are often used in particular in vehicle construction. For example, se found out in practical tests that the steering column covers the wall thickness of the element sections can be chosen approximately as large as that Cladding part itself. In this way, good mold filling properties can Manufacturing process combined with sufficient energy absorption assets in case of stress.
Der Einsatz von Deformationselementen im Bereich von Lenksäulenverkleidung ist prinzi piell bekannt. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die Schriften DE-OS 24 39 916 (B60 R21/04), US 47 73 674 (B60 R21/05), US 49 46 192 (B60 R21/04), US 52 01 544 (B60 R21/04), US 43 49 214 (B60 R21/04) und DE-42 11 964-A1 (B60 R21/02) hingewie sen. Aus all diesen Entgegenhaltungen geht hervor, daß das eigentliche Verkleidungsteil stets von einem Deformation steil entkoppelt ist. Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Lenksäulenverkleidung das Verkleidungsteil selbst durch entsprechende Plazierung erfindungsgemäß ausgebildeter Deformationselemente als Energieabsorptions element ausgeführt. Die Zusammenfassung von Deformationselement und Verkleidungsteil zu einem Bauteil verringert den Montageaufwand, ohne daß Einbußen bei der Rückhalte wirkung hinzunehmen sind. Darüber hinaus wird die gesamte Energieabsorptionseinrich tung auch leichter, und zwar insbesondere dann, wenn als Werkstoff für das Verkleidungs teil beispielsweise PP oder ABS verwendet wird. Hinsichtlich der optischen Anmutung kön nen derartige Verkleidungsteile so hochwertig ausgeführt sein, daß keine weiteren Ab deckungen oder Aufpolsterungen notwendig sind.The use of deformation elements in the area of steering column cladding is prince piell known. In this connection, for example, the documents DE-OS 24 39th 916 (B60 R21 / 04), US 47 73 674 (B60 R21 / 05), US 49 46 192 (B60 R21 / 04), US 52 01 544 (B60 R21 / 04), US 43 49 214 (B60 R21 / 04) and DE-42 11 964-A1 (B60 R21 / 02) sen. It is clear from all these references that the actual covering part is always is steeply decoupled from a deformation. In contrast, according to the invention trained steering column trim the trim part itself by appropriate Placement of deformation elements designed according to the invention as energy absorption element executed. The combination of deformation element and cladding part to one component reduces the assembly effort without sacrificing retention effect must be accepted. In addition, the entire energy absorption device tion also easier, especially if as a material for the cladding partly PP or ABS is used. With regard to the optical appearance NEN such trim parts are so high quality that no further from covers or upholstery are necessary.
Als besonders vorteilhafter Anwendungsfall für die erfindungsgemäßen Deformationsele mente können beispielsweise auch Verkleidungsteile angesehen werden, die vertikale Säulen des Fahrzeugs bedecken. Das betrifft insbesondere die sogenannten B- oder C-Säulen, die gerade bei Seitenaufprallunfällen ein hohes Kopfverletzungsrisiko darstellen. Mit mehreren über die Länge der jeweiligen Säulen verteilten Deformationselementen kön nen auch die nachteiligen Folgen eines Kopfaufschlages spürbar gemindert werden.As a particularly advantageous application for the deformation elements according to the invention elements can also be viewed, for example, trim parts, the vertical Cover the pillars of the vehicle. This applies in particular to the so-called B or C-pillars, which pose a high risk of head injury, particularly in the event of a side impact. With several deformation elements distributed over the length of the respective columns the disadvantageous consequences of a head impact are also noticeably reduced.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:Advantageous embodiments of the invention are shown in the drawing. It shows:
Fig. 1 ein erstes Deformationselement mit einer relativ weichen Kraft-Weg-Kennung, Fig. 1 shows a first deformation element with a relatively soft force-travel characteristic,
Fig. 2 ein relativ kurz bauendes Deformationselement mit einer relativ großen Kraft-Weg-Kennung, Fig. 2 is a relatively short slung small deformation element with a relatively large force-travel characteristic,
Fig. 3 eine Lenksäulenverkleidung mit gemäß den Fig. 1 und 2 ausgeführten Deformationselementen in einer Vorderansicht und Fig. 3 shows a steering column trim with deformation elements according to FIGS. 1 and 2 in a front view and
Fig. 4 die Lenksäulenverkleidung gemäß Fig. 3 in einer Draufsicht. Fig. 4, the steering column cover according to FIG. 3 in a plan view.
Gleiche Bauteile bzw. Bauteilabschnitte weisen in allen Figuren die gleiche Bezifferung auf.The same components or component sections have the same numbers in all figures.
Man erkennt in Fig. 1 in einer Querschnittsdarstellung ein erstes Deformationselement 1 dessen hier nicht weiter bezeichneter Grundkörper im wesentlichen drei Elementabschnitte 2a bis 2c aufweist. Diese sind zueinander teleskopierend angeordnet und ermöglichen bei Krafteinleitungen gemäß den Pfeilen F eine gegenseitige Durchdringung. Zwischen den Elementabschnitten 2a und 2b bzw. 2b und 2c sind Übergangsbereiche 3a und 3b vorgese hen, deren wesentliche Merkmale hier umlaufende Schwachstellen 4a bzw. 4b und hier um laufende Stülpwände 5a bzw. 5b sind. Letztere stehen von Fußbereichen 6a bzw. 6b der Elementenabschnitte 2a bzw. 2b ab und bilden somit einen hier ringförmigen Stülpkanal. Bei Einleitung von Aufprallkräften in einem Fußbereich 6c des Elementabschnittes 2c wer den die Stülpwände 5a und 5b nach innen gestülpt, sobald ein teleskopartiges Ineinander schieben der Elementabschnitte 2a bis 2c erfolgt. Die Abstützung des gesamten Deforma tionselementes 1 erfolgt in einem Fahrzeug an einem hier nur symbolisch dargestellten Aufbauteil 7. Ein solches Aufbauteil kann die Karosserie selbst oder aber ein an dieser befestigter Träger sein. Aus der Zeichnung wird deutlich, daß die Schwachstellen 4a, 4b und die Stülpwände 5a, 5b in etwa die gleiche Wandstärke aufweisen. Auf diese Weise wird in dem die Übergangsbereiche 3a, 3b betreffenden Zonen eine Materialanhäufung vermieden.It can be seen in Fig. 1 in a cross-sectional view of a first deformation element 1 has its not further specified here base body essentially three element portions 2 a to 2 c. These are arranged telescoping to each other and enable mutual penetration when force is applied according to arrows F. Between the element sections 2 a and 2 b or 2 b and 2 c, transition areas 3 a and 3 b are provided, the essential features of which are circumferential weak points 4 a and 4 b and here are overlay walls 5 a and 5 b. The latter protrude from the base areas 6 a and 6 b of the element sections 2 a and 2 b and thus form an annular slip channel here. Upon initiation of impact forces in a foot area 6 c of the element section 2 c who the inverted walls 5 a and 5 b put inside as soon as a telescopic slide of the element sections 2 a to 2 c takes place. The entire deformation element 1 is supported in a vehicle on a body part 7, which is only shown symbolically here. Such a body part can be the body itself or a carrier attached to it. From the drawing it is clear that the weak points 4 a, 4 b and the slip walls 5 a, 5 b have approximately the same wall thickness. In this manner is avoided in which the transitional areas 3 a, 3 b respective zones a material accumulation.
Besonders hervorzuheben ist an dieser Stelle auch, daß die Innenwand des Deformationse lementes 1 im Bereich der Schwachstellen 4a und 4b, also die Bodenpartie der ringförmi gen Stülpkanals, kegelstumpfartig ausgeführt ist. Diese Gestaltung ermöglicht den Einsatz konstruktiv besonders einfach ausgeführter Formwerkzeug-Schieberelemente. Diese kön nen als einfache Drehteile besonders kostengünstig hergestellt werden. Die Ausformung der hier nicht weiter dargestellten Schieberelemente wird durch hier mit der Bezeichnung a angedeutete Schrägen unterstützt.Particularly noteworthy at this point is that the inner wall of the Deformationse element 1 in the area of weak spots 4 a and 4 b, that is, the bottom part of the ring-shaped slip channel, is frustoconical. This design enables the use of mold slide elements that are particularly simple in construction. These can be produced particularly inexpensively as simple turned parts. The shaping of the slide elements, not shown here, is supported by slants indicated here with the designation a.
Die durch die Stülpwände 5a, 5b sich ergebenden Ringkanäle weisen einen im wesentli chen U-förmigen Querschnitt auf. Dabei laufen vom Kanalboden ausgehend auch die Wangen des U leicht auseinander, so daß auch die Stülpwände 5a, 5b leicht ausgeformt werden können.The resulting through the everting 5 a, 5 b ring channels have a Chen U-shaped cross section in wesentli. Starting from the channel floor, the cheeks of the U also diverge slightly, so that the everting walls 5 a, 5 b can also be easily formed.
Der erfindungsgemäß angestrebte Stülpeffekt wird besonders gut beherrschbar dann erreicht, wenn die Durchmesser der Außenwände des jeweils eindringenden Elementab schnittes kleiner ausgeführt sind als die Durchmesser der Innenwände der jeweils aufneh menden Elementabschnitte. Die gezielte Rücksetzung der eindringenden Außenwände ge genüber den aufnehmenden Innenwänden sorgt für einen möglichst späten Abriß der Schwachstellen 4a, 4b oder ermöglicht sogar die vollständige Vermeidung des Abrisses. Je nach gewünschter Kraft-Weg-Kennung können die Wandstärken der Schwachstellen 4a 4b und der Stülpwände 5a, 5b einerseits und der Betrag der jeweiligen Rücksetzungen variiert werden.The Stülpeffekt sought according to the invention is achieved particularly well controllable when the diameter of the outer walls of each penetrating Elementab section are made smaller than the diameter of the inner walls of the respective element sections. The selective reset of the penetrating outer walls ge genüber the receiving inner walls ensures a late as possible demolition of the vulnerability 4 a, 4 b, or even enables the complete avoidance of the demolition. Depending on the desired force-displacement identifier, the wall thicknesses of the weak points 4 a 4b and the slip walls 5 a, 5 b on the one hand and the amount of the respective resets can be varied.
Das in Fig. 2 dargestellte Deformationselement 1′ ist ebenfalls im unverformten Zustand dargestellt. Abweichend von der in Fig. 1 dargestellten Variante ist jedoch der Durchmes ser der Elementabschnitte 2a′ bis 2c′ größer und deren Längsausdehnung kleiner gewählt. In einem Deckelbereich 8 ist außerdem noch eine Bohrung 9 vorgesehen, die von einem hier nur symbolisch dargestellt Befestigungselement 10 (beispielsweise einer Schraube oder einem Niet) durchdringbar ist. Das Deformationselement 1′ kann damit also auch als Halterung eines materialeinheitlich daran angeformten Verkleidungsteils verwendet werden. Der Durchmesser des Deformationselementes 1′ ist in diesem Fall so groß, daß problemlos ein beispielsweise motorisch betriebener Schraubendreher zur Beaufschlagung des Befesti gungselementes 10 verwendet werden kann.The deformation element 1 'shown in Fig. 2' is also shown in the undeformed state. Deviating from the variant shown in Fig. 1, however, the diam water of the element sections 2 a 'to 2 c' is larger and the longitudinal dimension is chosen smaller. In addition, a bore 9 is provided in a cover area 8 , which can be penetrated by a fastening element 10 (for example, a screw or a rivet), which is only symbolically represented here. The deformation element 1 'can thus also be used as a holder of a molded part integrally molded thereon. The diameter of the deformation element 1 'is so large in this case that, for example, a motor-driven screwdriver for loading the fastening element 10 can be used without problems.
Am Beispiel einer Lenksäulenverkleidung 11 ist in Fig. 3 eine typische Einbausituation für die erfindungsgemäße Deformationselemente 1 bzw. 1′ dargestellt. Im Bereich einer hier nur über eine Achse 12 angedeuteten Lenkspindel ist das hier vergleichsweise kurze und mit einer härteren Kraft-Weg-Kennung ausgelegte Deformationselement 1′ angeordnet. In einem von der Lenkspindel 12 abgewandten Bereich befindet sich dem gegenüber das Deformationselement 1.A typical installation situation for the deformation elements 1 and 1 'according to the invention is shown in FIG. 3 using the example of a steering column lining 11 . In the area of a steering spindle indicated here only via an axis 12 , the here comparatively short and designed with a harder force-displacement identifier deformation element 1 'is arranged. In an area facing away from the steering spindle 12 , the deformation element 1 is located opposite.
Aus der Draufsicht in Fig. 4 ist erkennbar, daß je nach den baulichen Gegebenheiten in einem Fahrzeug die Anordnung der Deformationselemente 1 bzw. 1′ im Prinzip frei wählbar ist. Die Anzahl der jeweils benötigten Deformationselemente kann ebenfalls frei gewählt werden. Auch die Anzahl von Elementabschnitten in einem Deformationselement ist über die Anzahl von zwei hinaus beliebig wählbar. Auf Knautschzonen, wie sie in der gattungs bildenden DE-OS-20 59 197 beschrieben sind, kann daher verzichtet werden. Zu berück sichtigen ist auch, daß die Verwendung erfindungsgemäßer Deformationselemente die Gestaltungsfreiheit beliebiger Anbauteile in keiner Weise beeinträchtigt. Damit ergibt sich insbesondere im Fahrzeugbau ein besonders weites Anwendungsspektrum.From the top view in Fig. 4 it can be seen that depending on the structural conditions in a vehicle, the arrangement of the deformation elements 1 and 1 'is in principle freely selectable. The number of deformation elements required in each case can also be chosen freely. The number of element sections in a deformation element can also be selected as desired in addition to the number of two. Crumple zones, as described in the generic DE-OS-20 59 197, can therefore be dispensed with. It should also be taken into account that the use of deformation elements according to the invention in no way affects the freedom of design of any add-on parts. This results in a particularly wide range of applications, particularly in vehicle construction.
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