DE19650647A1 - Deformationselement für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Deformationselement für ein Kraftfahrzeug zur Absorption von Bewegungsenergie bei einem Aufprall nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

In einem Kraftfahrzeug sind eine Vielzahl von Bauteilen für eine Absorp­ tion von Bewegungsenergie bei einem Aufprall ausgelegt. Grundsätzlich wird dazu bei einer Krafteinleitung Bewegungsenergie in Verformungsar­ beit umgesetzt, wodurch solche Bauteile deformiert, insbesondere verkürzt werden. Solche Bauteile sind insbesondere in der Fahrzeugstruktur und im Fahrzeuginnenbereich angeordnet.

Es ist beispielsweise allgemein bekannt, vordere Längsträger als Falten­ beulrohre auszubilden, die bei einem Frontalaufprall des Kraftfahrzeugs verkürzt und zur Energieabsorption aufgefaltet werden. Allgemein bekannt sind auch Deformationselemente als Bestandteile der Innenverkleidung einer Insassenzelle in einem möglichen Aufschlagbereich eines Insassen bei einem Fahrzeugaufprall.

Allgemein bekannt sind auch Deformationselemente als sog. Typschaden­ elemente. Diese stellen insbesondere eine Verbindung zwischen Längsträ­ gerenden und einem Stoßfängerquerträger eines Kraftfahrzeugs dar. Bei einem Aufprall vorbestimmter Größenordnung verformen sie sich und beu­ gen einer Beschädigung der steiferen Längsträger vor. Dadurch können ggf. Reparaturen einfach, schnell und kostengünstig durch Austausch der Typschadenelemente vorgenommen werden. Solche Typschadenelemente sind in einer Mehrzahl von Ausführungsformen, insbesondere als Stülproh­ re, Pralltöpfe oder Faltenbeulrohre bekannt.

Deformationselemente sollen ein hohes Energieabsorptionsvermögen bei möglichst geringem Gewicht aufweisen und je nach Einsatz auch eine hohe Biegesteifigkeit aufweisen. Zudem soll die Herstellung einfach und preis­ günstig möglich sein. Es besteht das anhaltende Bestreben, diese Eigen­ schaften bei solchen Elementen zu optimieren und zu verbessern.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Deformationselement mit hoher Energieabsorptionsfähigkeit und geringem Gewicht, bei einfacher und preisgünstiger Herstellbarkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist ein Matrixkörper aus abwechselnd aneinanderlie­ genden glatten und gewellten Blechen gebildet. Die Form des Matrixkör­ pers entspricht der Innenraumform eines Mantelrohrs, in der der Matrix­ körper formschlüssig aufgenommen ist. Die Bleche des Matrixkörpers ver­ laufen dabei in Richtung der Rohrachse, so daß eine Vielzahl von waben­ förmig aneinanderliegenden Längskammern gebildet ist.

Ein so aufgebautes Deformationselement ist hervorragend zur Energieum­ wandlung von Aufprallenergie geeignet. Bei entsprechender Dimensionle­ rung ist zudem eine nahezu ideale Kennung mit einem annähernd recht­ winkeligen Kraft-Weg-Verlauf zu erreichen. Das Deformationselement kann zudem einfach und preisgünstig mit geringem Materialeinsatz hergestellt werden.

Ähnliche Strukturen aus einer Trägermatrix und einem relativ dickwandi­ gen Mantelrohr sind als Katalysator-Trägerkörper für Brennkraftmaschinen bekannt (DE 33 11 724 A1). Krafteinleitungen mit Energieabsorptionen sind hier nicht vorgesehen.

Als Mantelrohr kann vorteilhaft gemäß Anspruch 2 ein handelsübliches, glattwandiges und dünnwandiges Metallrohr verwendet werden, das bevor­ zugt nach Anspruch 3 zylindrisch geformt ist. Besonders mit einem dünn­ wandigen Metallrohr läßt sich die gewünschte ideale Kennung erreichen. Das Mantelrohr soll also weich und duktil sein, so daß darüber keine Kraft­ spitzen bei einer Verformung auftreten.

Auch die Bleche des Matrixkörpers werden nach Anspruch 4 vorteilhaft sehr dünnwandig gewählt. Geeignete Wandstarken der Bleche liegen be­ vorzugt in einem Bereich von 0,04 mm.

Eine einfache und preisgünstige Herstellung in Verbindung mit guten Energieabsorptionseigenschaften ergibt sich gemäß Anspruch 5 dann, wenn die Bleche des Matrixkörpers spiralig ineinandergewickelt sind. Die Wickelachse des so gebildeten Matrixkörpers liegt dann bevorzugt in der Mantelrohrachse. Bei der spiraligen Wicklung kann auch von einer Lage aus mehreren Blechen ausgegangen werden, wobei dann diese Lage ge­ wickelt wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 6 werden das Mantelrohr wenigstens jeweils endseitig mit dem Matrixkörper und/oder es werden die Bleche des Matrixkörpers untereinander fügetech­ nisch durch Schweißen, Löten oder Kleben verbunden. Damit ergibt sich in Verbindung mit einer hohen Energieabsorptionsfähigkeit auch eine hohe Biegesteifigkeit. Dies ist von Vorteil, wenn die Krafteinleitung in das De­ formationselement nicht in dessen axialer Richtung sondern schräg erfolgt, insbesondere bei Verwendung der Deformationselemente als Typschaden­ elemente bei einem Schrägaufprall des Fahrzeugs.

Durch diese fügetechnische Verbindung wird die Steifigkeit besonders auch bei Ausführungsformen mit einem dünnwandigen Mantelrohr erhöht. Da üblicherweise solche Deformationselemente als Typschadenelemente die einzige Verbindung zwischen Stoßfänger und Karosserie darstellen, ist eine hohe Steifigkeit für die Halterung und zur Vermeidung eines dynamischen Verhaltens erforderlich.

Je nach Einsatzfall kann das Mantelrohr einseitig oder endseitig mit einem Bund einen kürzeren Matrixkörper überragen oder das Mantelrohr und der Matrixkörper sind gleich lang. Zur Anbindung des Deformationselements an krafteinleitende Teile kann gemäß Anspruch 7 eine jeweils endseitige Stützplatte am Deformationselement erforderlich sein. Nach Anspruch 8 kann für eine verbesserte Halterung und Abstützung auf einer solchen Stützplatte noch eine Ringhalterung angeordnet sein, in die das Mantelrohr jeweils eingesteckt ist.

Das Deformationselement kann vorteilhaft nach Anspruch 9 ganz oder teilweise aus Leichtmetall hergestellt werden, während sich bisher übliche Deformationselemente für eine solche Herstellung aus Leichtmetall nicht oder nur bedingt eignen.

Das Deformationselement kann grundsätzlich je nach Dimensionierung an den Stellen am Kraftfahrzeug eingesetzt werden, wo Bewegungsenergie ab­ sorbiert werden soll. Besonders geeignet ist es nach Anspruch 10 als Typ­ schadenelement zwischen einem Stoßfänger und der Karosserie.

Solche Deformationselemente sind hervorragend für eine Reihenschaltung geeignet, bei der wenigstens zwei Deformationselemente mit unterschied­ lichen Kennungen hintereinander angeordnet sind. Ein weicheres Defor­ mationselement kann dabei Bewegungsenergie durch Deformation bei einem Aufprall mit geringerer Bewegungsenergie aufnehmen, während das zweite Deformationselement erst zusätzlich bei einem Aufprall mit höheren Bewegungsenergien verformt wird. Bevorzugt liegt dabei das weichere Deformationselement vorne in Richtung der Krafteinwirkung.

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann eine solche Reihenschaltung mit unterschiedlichen Kennungen dadurch erreicht werden, daß zwei Ma­ trixkörper mit unterschiedlichen Kennungen in einem gemeinsamen Man­ telrohr hintereinander angeordnet sind.

Anhand einer Zeichnung wird eine Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Deformationselements, und

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Deformationselement entlang der Linie A-A aus Fig. 1.

In den Figuren ist ein zylindrisches Deformationselemente 1 für ein Kraft­ fahrzeug zur Absorption von Bewegungsenergie bei einem Aufprall darge­ stellt. Das Deformationselement 1 besteht aus einem dünnwandigen Man­ telrohr 2, in dem ein Matrixkörper 3 formschlüssig enthalten und fügetech­ nisch bevorzugt durch Löten oder Schweißen verbunden ist.

Der Matrixkörper besteht aus mehreren Lagen aus abwechselnd aneinan­ derliegenden glatten Blechen 4 und gewellten Blechen 5, die untereinander fügetechnisch verbunden und insgesamt spiralig ineinander gewickelt sind.

Die Bleche sind sehr dünnwandig mit einer Wandstärke im Bereich von 0,04 mm. Die Wickelachse 6 der spiraligen Wicklung liegt etwa in der Mitte entsprechend der Mantelrohrachse 7.

Die Bleche verlaufen in Richtung der Mantelrohrachse 7, wodurch eine Vielzahl von wabenförmig aneinanderliegenden Längskammern 8 gebildet ist.

Die Endseiten des Deformationselements 1 sind mit (strichliert eingezeich­ neten) Stützplatten 9, 10 abgeschlossen, die jeweils einen Stützring 11, 12 aufweisen, in dem das Mantelrohr 2 endseitig eingesteckt ist. Das Deforma­ tionselement 1 stellt eine Verbindung zwischen einem (schematisch ange­ deuteten) Karosserieteil 13 und einem Stoßfangerträger 14 dar.

Das Deformationselement 1 hat folgende Funktion: bei einem Frontaufprall (Pfeil 15) wird der Stoßfängerträger 14 in Richtung auf das Karosserieteil 13 verschoben, wobei sich das Mantelrohr 2 und insbesondere die Struktur des Matrixkörpers 3 unter Aufnahme von Bewegungsenergie verformen. Wenn die Aufprallenergie unterhalb einer vorbestimmten Grenze liegt, die u. a. durch die Dimensionierung des Deformationselements 1 bestimmt ist, wird die gesamte Aufprallenergie im Deformationselement 1 absorbiert, wodurch eine Beschädigung von anschließenden steiferen Karosseriebau­ teilen verhindert wird. Zudem ist das Deformationselement 1 biegesteif, so daß auch eine Abstützung mit Energieabsorption bei einem schrägen Auf­ prall erfolgt.

Claims (10)

1. Deformationselement für ein Kraftfahrzeug zur Absorption von Bewe­ gungsenergie bei einem Aufprall,
mit einem deformierbaren, an den Endseiten abstützbaren Rohrteil,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rohrteil ein Mantelrohr (2) ist,
daß ein Matrixkörper (3) aus abwechselnd aneinanderliegenden glatten Blechen (4) und gewellten Blechen (5) gebildet ist,
daß die Form des Matrixkörpers (3) der Innenraumform des Mantel­ rohrs (2) entspricht, wobei die Bleche (4, 5) in Richtung der Mantel­ rohrachse (7) verlaufen, wodurch eine Vielzahl von wabenförmigen Längskammern (8) gebildet ist, und
daß der Matrixkörper (3) im Mantelrohr (2) aufgenommen ist.

2. Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (2) ein glattwandiges, dünnwandiges Metallrohr ist.

3. Deformationselement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Mantelrohr (2) und der zugeordnete Matrixkör­ per (3) zylindrisch ausgebildet sind.

4. Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bleche (4, 5) des Matrixkörpers (3) dünnwandig sind.

5. Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bleche (4, 5) des Matrixkörpers (3) spiralig in­ einandergewickelt sind und die Wickelachse (6) des so gebildeten Ma­ trixkörpers (3) bevorzugt in der Bauteilrohrachse (7) liegt.

6. Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Mantelrohr (2) wenigstens jeweils endseitig mit dem Matrixkörper (3) und/oder daß die Bleche (4, 5) des Matrixkörpers (3) untereinander fügetechnisch durch Schweißen, Löten oder Kleben verbunden sind.

7. Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Endseiten des Deformationselements (1) zur An­ bindung an krafteinleitende Teile (13, 14) mit Stützplatten (9, 10) ab­ geschlossen sind.

8. Deformationselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stützplatten (9, 10) jeweils ein das Mantelrohr (2) endseitig formschlüssig aufnehmender Stützring (11, 12) angeordnet ist.

9. Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Mantelrohr (2) und/oder der Matrixkörper (3) aus Leichtmetall hergestellt sind.

10. Deformationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Deformationselement (1) ein Typschadenele­ ment ist.