DE19918535A1

DE19918535A1 - Deformable element especially for use in combination with a vehicle impact absorption system

Info

Publication number: DE19918535A1
Application number: DE1999118535
Authority: DE
Inventors: Hans-Guenther Haldenwanger; Christof Haberling
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 1999-09-23

Abstract

A deformable element consists of a deformable tube (10) enclosing an energy absorbent light metal foam body (1) with a solid outer skin formed by selective chilling during foaming.

Description

Die Erfindung betrifft ein Deformationselement, insbesondere zum Einsatz in Verbindung mit einem Stoßfängersystem für Fahrzeuge nach dem Ober begriff des Anspruchs 1.The invention relates to a deformation element, in particular for use in conjunction with a bumper system for vehicles to the upper Concept of claim 1.

Moderne Personenkraftwagen weisen ein abgestuftes Deformationsverhal ten des Vorderwagens in Abhängigkeit einer Aufprallgeschwindigkeit auf. Entsprechend der Aufprallgeschwindigkeit werden nacheinander ein oder mehrere gezielt für diesen Zweck ausgebildete Bauteile beansprucht. So werden kleinere Stöße von reversiblen Pralldämpfern aufgenommen. An die Pralldämpfer schließen sich Deformationselemente an, welche durch plastische Verformung die Energie bei einer Aufprallgeschwindigkeit bis ca. 20 km/h umwandeln. Bei höheren Aufprallgeschwindigkeiten werden die die Deformationselemente aufnehmenden Längsträger mitverformt. Erst bei noch höheren Aufprallgeschwindigkeiten und dementsprechend hohen Kräften erfolgt eine Verformung der eigentlichen Fahrzeugstruktur. Diese abgestufte Struktur ergibt eine gewünschte Vorderwagendeforma tionskette, welche einen optimalen Schutz und eine kostengünstige Repa ratur sicherstellt.Modern passenger cars have a graded deformation behavior ten of the front end depending on an impact speed. Depending on the impact speed, one or more are successively claimed several components designed specifically for this purpose. So small impacts are absorbed by reversible impact absorbers. On the impact absorbers are connected to deformation elements which are caused by plastic deformation the energy at an impact speed up convert approx. 20 km / h. At higher impact speeds the longitudinal members receiving the deformation elements are also deformed. Only at even higher impact speeds and accordingly high forces cause the actual vehicle structure to deform. This graded structure results in a desired front end deformity chain, which provides optimal protection and cost-effective repairs guaranteed.

Ein dafür geeignetes, bekanntes und gattungsgemäßes Deformationsele ment (DE-AS 22 62 293) besteht aus einem für eine gezielte Verformung ausgelegten Rohrkörper und einem von diesem umschlossenen, energieab sorbierenden Schaummaterial. Der Rohrkörper umfaßt als Mantel- und Stützrohr ausgeführte Rohrelemente, die über die Länge des Deformations bereichs mehrmals fest miteinander verbunden sind. Das Stützrohr ist da bei mit einem Kunststoffschaum ausgeschäumt. Ein solches Deformations element ist durch die erforderliche Doppelrohrstruktur nur kostenintensiv herstellbar und die Energieabsorption der Kunststoffschaumfüllung ist rela tiv gering.A suitable, known and generic Deformationsele ment (DE-AS 22 62 293) consists of a for a targeted deformation designed tubular body and one enclosed by this, energy dependent sorbent foam material. The tubular body includes as a jacket and Support tube made of tubular elements, the length of the deformation are firmly connected to each other several times. The support tube is there when foamed with a plastic foam. Such a deformation element is only expensive due to the required double tube structure producible and the energy absorption of the plastic foam filling is rela tiv low.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Deformationselement so weiterzubilden, daß bei einfacher Herstellung eine verbesserte Energie absorption möglich ist.The object of the invention is a generic deformation element to develop so that with simple production improved energy absorption is possible.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of claim 1.

Gemäß Anspruch 1 wird als Schaummaterial ein Leichtmetall-Schaumkör per verwendet, der in einer Schäumform hergestellt ist. Dieser Leichtme tall-Schaumkörper weist eine durch gezielte Abkühlung beim Schäumvor gang hergestellte, feste Wandaußenhaut an Außenwandseiten auf. Diese Wandaußenhaut bildet eine materialeinheitliche Verbindung zu einem In nenschaumkern. Diese materialeinheitliche Verbindung erfolgt in einer Übergangszone von dem festen, nicht porösen Wandaußenhautbereich zum Innenschaumkern. Die Stärke und damit die Stabilität der Wandaußenhaut ist durch gezielte Abkühlbedingungen beim Schäumvorgang beeinflußbar und einstellbar. Diese Abkühlbedingungen sind empirisch ermittelbar und festlegbar, wodurch der Leichtmetall-Schaumkörper an unterschiedliche Gegebenheiten anpaßbar ist. Bei einem langgestreckten Leichtmetall- Schaumkörper ergibt sich somit eine Rohrstruktur aus der festen Wand außenhaut mit einem materialeinheitlichen Innenschaumkern. Diese Struktur ermöglicht eine besonders hohe Absorption von Verformungs energie, wobei zudem ein günstiger Kraft-Weg-Verlauf erzielbar ist. According to claim 1, a light metal foam body is used as the foam material per used, which is made in a foam mold. This light weight Tall foam body has a targeted cooling during foaming made, firm outer wall skin on outer wall sides. This Wall outer skin forms a material-uniform connection to an In foam core. This material-uniform connection takes place in one Transition zone from the solid, non-porous wall outer skin area to Inner foam core. The strength and thus the stability of the outer wall skin can be influenced by targeted cooling conditions during the foaming process and adjustable. These cooling conditions can be determined empirically and lockable, whereby the light metal foam body to different Circumstances is customizable. With an elongated light metal Foam body thus results in a tubular structure from the solid wall outer skin with a material-internal foam core. This Structure enables a particularly high absorption of deformation energy, whereby a favorable force-displacement curve can also be achieved.

Wenn der Leichtmetall-Schaumkörper den gesamten Innenraum des Rohr körpers ausfüllt, kann dies zu einer unerwünscht hohen Kraftspitze zu Be ginn der Verformung des Rohrkörpers führen und ebenso zu einem unerwünscht hohen Kraftanstieg nach einer bestimmten Verformungsstrecke, wenn im wesentlichen alle Poren des Schaumkerns zusammengedrückt sind. Es wird daher nach Anspruch 2 vorgeschlagen, daß der Leichtmetall- Schaumkörper wenigstens einen Hohlraum aufweist und lediglich ab schnittweise an der Innenseite des Rohrkörpers anliegt.If the light metal foam body covers the entire interior of the pipe Fills the body, this can lead to an undesirably high peak force start the deformation of the tubular body and also lead to an undesirable high force increase after a certain deformation distance, when essentially all of the pores of the foam core are compressed are. It is therefore proposed according to claim 2 that the light metal Foam body has at least one cavity and only from cuts against the inside of the tube body.

Zudem soll nach Anspruch 3 auf der Seite der Krafteinleitung der Leicht metall-Schaumkörper gegenüber dem Rand des Rohrkörpers zur Vermei dung einer anfänglichen Kraftspitze zurückversetzt sein. Zur Einstellung und Dimensionierung soll weiter ausgehend von der Seite der Krafteinleitung der wirksame Querschnitt des Leichtmetall-Schaumkörpers zumindest abschnittweise zunehmen.In addition, according to claim 3 on the side of the force application of the light metal foam body opposite the edge of the tubular body to avoid an initial peak of force. For setting and dimensioning should continue starting from the side of the force application the effective cross section of the light metal foam body at least increase in sections.

Mit Anspruch 4 wird eine bevorzugte rohrförmige, vorzugsweise kreiszy lindrische Ausführung eines Leichtmetall-Schaumkörpers vorgeschlagen. Durch dessen Verfestigung an den Außenseiten zu einer stabilen Wand außenhaut ergibt sich dabei eine Doppelrohrstruktur aus einer rohmußen seitigen, festen Wandaußenhaut und einer rohrinnenseitigen, festen Wand außenhaut mit einem dazwischenliegenden Innenschaumkern. Mit einer solchen Doppelrohrstruktur und deren inniger Verbindung zum Innen schaumkern wird mit besonders wenig Materialeinsatz und günstigem Ge wicht eine vorteilhaft hohe Energieabsorption erreicht.With claim 4 is a preferred tubular, preferably circular Lindrische execution of a light metal foam body proposed. By solidifying it on the outside to form a stable wall The outer skin results in a double tube structure made from a raw base -sided, solid wall outer skin and a pipe-inside, fixed wall outer skin with an inner foam core in between. With a such double tube structure and their intimate connection to the inside Foam core is made with particularly little material and inexpensive Ge important achieved an advantageously high energy absorption.

In einer Weiterbildung nach Anspruch 5 eines solchen Leichtmetall- Schaumkörpers mit Doppelrohrstruktur wird vorgeschlagen, diesen mit über die Längserstreckung unterschiedlichen Querschnitten auszubilden. Dabei soll ein erster, auf der Seite der Krafteinleitung offener Rohrabschnitt gegenüber dem Innendurchmesser des Rohrkörpers einen kleineren Außendurchmesser aufweisen. Ein zweiter, entgegen der Seite der Kraftein leitung offener Rohrabschnitt soll einen Außendurchmesser entsprechend dem Innendurchmesser des Rohrkörpers für eine flächige Anlage aufwei sen. Durch den Zwischenraum zwischen dem Rohrkörper und dem ersten Rohrabschnitt wird bei entsprechender Dimensionierung beispielsweise ein Verformen des Rohrkörpers durch Faltenbeulen durch den Leichtmetall- Schaumkörper nicht behindert.In a further development according to claim 5 of such a light metal Foam body with a double tube structure is proposed with this to form different cross sections over the longitudinal extent. A first pipe section, which is open on the force introduction side, is to be used smaller than the inside diameter of the tubular body Have outside diameter. A second, against the side of the force pipe open pipe section should correspond to an outer diameter the inner diameter of the tubular body for a flat system sen. Through the space between the tubular body and the first Pipe section is, for example, with appropriate dimensioning Deformation of the tube body due to fold bulges due to the light metal Foam body not hindered.

In einer bevorzugten Weiterbildung eines solchen rohrförmigen Leichtme tall-Schaumkörpers wird mit Anspruch 6 vorgeschlagen, den ersten Rohr abschnitt und den zweiten Rohrabschnitt über eine Querwand und mit Längsübergangsschrägen zu verbinden. Damit können der Kraft-Weg-Ver lauf günstig beeinflußt und das Energieabsorptionsvermögen zudem ge steigert werden.In a preferred development of such a tubular light weight tall foam body is proposed with claim 6, the first tube section and the second pipe section over a transverse wall and with To connect longitudinal transition slopes. This allows the force-displacement ver run favorably influenced and the energy absorption capacity also ge be increased.

Für eine Kraftaufnahme des Leichtmetall-Schaumkörpers kann nach An spruch 7 der Rohrkörper gegenüberliegend zur Krafteinleitungsseite unmit telbar oder mittelbar eine Abstützung für den Leichtmetall-Schaumkörper aufweisen, indem Stützelemente unmittelbar an der Rückseite des Rohr körpers angebracht sind oder der Rohrkörper vor abstützenden Elementen angebracht ist. Alternativ oder zusätzlich kann ggf. auch der zweite Rohr abschnitt mit dem Rohrkörper an den Anlageflächen zur Halterung und Krafteinleitung verbunden sein. Als geeignete Verbindungstechniken kön nen hier insbesondere Laserschweißungen und Verklebungen verwendet werden.For a force absorption of the light metal foam body according to An Say 7 of the tubular body opposite to the force application side Directly or indirectly, a support for the light metal foam body have by supporting elements directly on the back of the tube body are attached or the tubular body in front of supporting elements is appropriate. As an alternative or in addition, the second tube may also be used Section with the tubular body on the contact surfaces for mounting and Force transmission must be connected. As suitable connection techniques can In particular, laser welding and bonding are used here become.

Ein vorstehend genannter Leichtmetall-Schaumkörper kann in Verbindung mit seit langem bekannten, durch Faltenbildung verformbaren Rohrkör pern nach Anspruch 9 verwendet werden. An aforementioned light metal foam body can be used with long-known, deformable tube body by wrinkling pern be used according to claim 9.

Eine besonders günstige Kombination eines Leichtmetall-Schaumkörpers mit einem Rohrkörper ergibt sich nach Anspruch 8 mit einem Rohrkörper aus einem Faserverbund, vorzugsweise aus Kohlenstoff- oder Glasfasern und Aramidfasern, der durch Umstülpen verformbar ist (DE 196 27 061 C2).A particularly favorable combination of a light metal foam body with a tubular body results according to claim 8 with a tubular body from a fiber composite, preferably from carbon or glass fibers and aramid fibers, which can be deformed by turning inside out (DE 196 27 061 C2).

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to a drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen in einer Schäumform hergestellten Leichtmetall-Schaumkörper, Fig. 1 shows a schematic cross section through a prepared in a foaming light metal foam body,

Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines vorderen Bereichs eines Deformationselementes, bei dem der Rohrkörper durch Faltenbildung verformbar ist, und Fig. 2 is a schematic cross-section through a first embodiment of a front portion of a deformation element, wherein the tubular body can be deformed by wrinkles, and

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausführungs form eines vorderen Bereichs eines Deformationselementes, bei dem der Rohrkörper durch Umstülpen verformbar ist. Fig. 3 shows a schematic cross section through a second embodiment form of a front region of a deformation element, in which the tubular body is deformable by everting.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Leichtmetall-Schaumkörper 1 dargestellt. Dieser Leichtmetall-Schaumkörper 1 wird in einer Schäumform hergestellt, wobei durch eine gezielte Abkühlung beim Schäumvorgang eine feste Wandaußenhaut 2 am Leichtmetall-Schaumkörper 1 ausgebildet wird. Diese Wandaußenhaut 2 bildet eine materialeinheitliche Verbindung zu einem Innenschaumkern 3. Die Stärke und damit die Stabilität der Wand außenhaut 2 ist durch gezielte Abkühlbedingungen beim Schäumvorgang einstellbar. In Fig. 1, a light metal foam body 1 is shown schematically. This light metal foam body 1 is produced in a foam mold, a solid outer wall skin 2 being formed on the light metal foam body 1 by targeted cooling during the foaming process. This outer wall skin 2 forms a material-uniform connection to an inner foam core 3 . The thickness and thus the stability of the wall outer skin 2 can be adjusted by targeted cooling conditions during the foaming process.

Wie dies aus der Fig. 1 weiter ersichtlich ist, besteht der Leichtmetall- Schaumkörper 1 aus einem ersten Rohrabschnitt 4 und einem zweiten Rohrabschnitt 5. Dabei sind der erste Rohrabschnitt 4 und der zweite Rohrabschnitt 5 über eine Querwand 6 mit Längsübergangsschrägen 7 verbunden. Zudem weist der Leichtmetall-Schaumkörper 1 zur Ausbildung von offenen Rohrabschnitten 4, 5 Hohlräume 8, 9 auf.As can also be seen from FIG. 1, the light metal foam body 1 consists of a first pipe section 4 and a second pipe section 5 . The first pipe section 4 and the second pipe section 5 are connected to longitudinal transition slopes 7 via a transverse wall 6 . In addition, the light metal foam body 1 has cavities 8 , 9 for forming open tube sections 4 , 5 .

In Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform eines Deformationselementes 11 dargestellt. Dieses Deformationselement 11 umfaßt einen zylindrischen Rohrkörper 10, in dem der Leichtmetall-Schaumkörper 1 aufgenommen ist. Dabei entspricht der Innendurchmesser des Rohrkörpers 10 dem Außen durchmesser des zweiten offenen Rohrabschnitts 5, wobei der Rohrkörper 10 mit dem zweiten Rohrabschnitt 5 an den Anlageflächen z. B. durch La serschweißung oder Verklebung verbunden ist, was hier allerdings nicht dargestellt ist.In FIG. 2, a first embodiment of a deformation element 11 is shown. This deformation element 11 comprises a cylindrical tubular body 10 , in which the light metal foam body 1 is received. The inner diameter of the tubular body 10 corresponds to the outer diameter of the second open pipe section 5 , the tubular body 10 with the second pipe section 5 on the contact surfaces z. B. is connected by laser welding or gluing, but this is not shown here.

Wie dies aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, weist der erste offene Rohrab schnitt 4 einen Außendurchmesser auf, der kleiner als der Innendurchmes ser des Rohrkörpers 10 ist, so daß dieser erste offene Rohrabschnitt 4 mit einem Abstand zum Rohrkörper 10 angeordnet ist. Weiter ist der Leichtme tall-Schaumkörper 1 mit seinem ersten offenen Rohrabschnitt 4 auf der Krafteinleitungsseite 12 gegenüber dem Rand 13 des Rohrkörpers 10 zu rückversetzt.As is further apparent from Fig. 2, the first open Rohrab section 4 has an outer diameter which is smaller than the Innendurchmes ser of the tubular body 10 so that this first open pipe section 4 is arranged at a distance from the tubular body 10. Next, the Leichtme tall foam body 1 with its first open tube section 4 on the force introduction side 12 relative to the edge 13 of the tube body 10 is set back.

Da der Leichtmetall-Schaumkörper 1 gegenüber dem vorderen Rand 13 des Rohrkörpers 10 zurückversetzt ist, kann die Verformung des Rohrkörpers 10 unbeeinflußt von dem Leichtmetall-Schaumkörper 1 eingeleitet werden. Dabei verformt sich zuerst der Rohrkörper 10 durch Faltenbeulen, wie dies in der Fig. 2 strichpunktiert dargestellt ist. Der Rohrkörper 10 ist dabei auf der der Krafteinleitungsseite 12 gegenüberliegenden Seite abgestützt, was hier allerdings nicht dargestellt ist. Erst in einer weiteren Deformationsstu fe kommt es dann zu einer Energieabsorption mittels des Leichtmetall- Schaumkörpers 1, der eine besonders hohe Absorption von Verformungs energie für einen günstiger Kraft-Weg-Verlauf ermöglicht.Since the light metal foam body 1 is set back with respect to the front edge 13 of the tubular body 10 , the deformation of the tubular body 10 can be initiated unaffected by the light metal foam body 1 . The tubular body 10 is first deformed by fold bulges, as shown in dash-dot lines in FIG. 2. The tubular body 10 is supported on the side opposite the force application side 12 , which is not shown here, however. Only in a further Deformationsstu fe there is an energy absorption by means of the light metal foam body 1 , which enables a particularly high absorption of deformation energy for a favorable force-displacement curve.

In der Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform eines Deformationselementes 14 dargestellt, das bis auf einen Rohrkörper 15 einen identischen Aufbau mit dem Deformationselement 11 aufweist. Der Rohrkörper 15 ist hier aus einem Faserverbund aus Kohlenstoff- oder Glasfasern und Aramidfasern hergestellt. Der Rohrkörper 15 ist nach dem Stülpprinzip verformbar. FIG. 3 shows a second embodiment of a deformation element 14 which, apart from a tubular body 15, has an identical structure to the deformation element 11 . The tubular body 15 is here made of a fiber composite made of carbon or glass fibers and aramid fibers. The tubular body 15 is deformable according to the inverted principle.

Zur Einleitung des Umstülpvorgangs schließt sich an das freie Rohrende ein Bauteil 16 mit einer konkaven, den äußeren Stülpradius bestimmenden Hohlkehle 17 an. Die Hohlkehle 17 dient dazu, daß bei einer Beaufschla gung des Deformationselementes 14 mit einer entsprechend großen Kraft der Endbereich des ersten Rohrabschnitts 4 nach außen hin umgestülpt wird, was in der Darstellung der Fig. 3 strichpunktiert eingezeichnet ist. Auch hier kann die Verformung des Rohrkörpers 10 unbeeinflußt von dem Leichtmetall-Schaumkörper 1 eingeleitet werden und erst in einer weiteren Deformationsstufe kommt es dann zu einer Energieabsorption mittels des Leichtmetall-Schaumkörpers 1, der eine besonders hohe Absorption von Verformungsenergie für einen günstigen Kraft-Weg-Verlauf ermöglicht.To initiate the everting process, a component 16 with a concave groove 17 , which determines the outer turning radius, adjoins the free pipe end. The fillet 17 is used to turn the end region of the first pipe section 4 inside out when the deformation element 14 is subjected to a correspondingly large force, which is shown in dash-dot lines in the illustration in FIG. 3. Here, too, the deformation of the tubular body 10 can be initiated unaffected by the light metal foam body 1 , and only in a further deformation stage is energy absorption by means of the light metal foam body 1 , which results in a particularly high absorption of deformation energy for a favorable force-displacement Allows history.

Claims

1. Deformation element, in particular for use in connection with a bumper system for vehicles, with a tubular body designed for targeted deformation and an energy-absorbing foam material enclosed by this, characterized in that the foam material is a light metal foam body ( 1 ) produced in a foam mold. is that has a solid outer wall skin ( 2 ) with a material-uniform connection to an inner foam core ( 3 ) by targeted cooling during the foaming process on the outer wall sides.

2. Deformation element according to claim 1, characterized in that the light metal foam body ( 1 ) abuts in sections on the inside of the tubular body ( 10 ) and has at least one cavity ( 8 , 9 ).

3. Deformation element according to claim 1 or claim 2, characterized in that on the side ( 12 ) of the force transmission of the Leichtme tall foam body ( 1 ) against the edge ( 13 ) of the tubular body ( 10 ; 15 ) is set back and starting from the Side ( 12 ) of the force introduction, the effective cross section of the light metal foam body ( 1 ) increases at least in sections.

4. Deformation element according to claim 1 or claim 2, characterized in that the light metal foam body ( 1 ) is tubular, preferably circular cylindrical in front with a double tube structure made of a pipe outer, solid wall outer skin ( 2 ) and a pipe inner, solid wall outer skin ( 2nd ) with the material-uniform connection to the inner foam core ( 3 ).

5. Deformation element according to claim 4, characterized in
that the light metal foam body (1) against the side (12) has a first open on the side of the driving tube portion (4) and a second of the force introduction open tube portion (5), and
that the tubular body designed for targeted deformation ( 10 ; 15 ) has a larger inner diameter compared to a smaller outer diameter of the first pipe section ( 4 ) and the second pipe section ( 5 ) has an outer diameter corresponding to the inner diameter of the tubular body ( 10 ; 15 ).

6. Deformation element according to claim 5, characterized in that the first pipe section ( 4 ) and the second pipe section ( 5 ) via a transverse wall ( 6 ) and with longitudinal transition bevels ( 7 ) are connected.

7. Deformation element according to one of claims 1 to 6, characterized in that the tubular body ( 10 ; 15 ) opposite to the force introduction side ( 12 ) directly or indirectly has a support for the light metal foam body ( 1 ) and / or that if appropriate the second pipe section ( 5 ) is connected to the pipe body ( 10 ; 15 ) on the contact surfaces.

8. Deformation element according to one of claims 1 to 7, characterized in that the tubular body ( 15 ) from a fiber composite before preferably made of carbon or glass fibers and aramid fibers is Herge and - is deformable by everting.

9. Deformation element according to one of claims 1 to 7, characterized in that the tubular body ( 10 ) is deformable by wrinkling.