DE4003952A1 - Kniefaenger als sicherheitseinrichtung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kniefänger als Sicherheitsein­ richtung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Kniefänger sind langgestreckte Bauteile, die im Bereich unter dem Armaturenbrett in Fahrzeugquerrichtung sowohl auf der Fahrer- als auch auf der Beifahrerseite angeordnet sind. Knie­ fänger dienen dazu, bei einem Aufprall die Knie abzustützen und die Energie des Knieaufpralls zu absorbieren, wobei die Kniekraft aufgrund gesetzlicher Vorschriften beispielsweise 10 K Newton nicht überschreiten darf.

Ein bekanntes Knieaufprallelement (DE-OS 38 03 643) ist als langgestrecktes, rohrförmiges Bauteil in die Klappe eines Handschuhkastens integriert. Das rohrförmige Knieaufprallele­ ment stützt sich über die Seitenwände des Handschuhkastens stabil an einem Querträger 7 ab. Die Seitenwände dienen somit zur Kraftweiterleitung, die Energieabsorption erfolgt dagegen durch eine Formänderung des rohrförmigen, langgestreckten Knieaufprallelements. Das Knieaufprallelement dient somit hier sowohl zur Abstützung beim Knieaufprall als auch zu­ gleich zur Energieabsorption durch Formänderung.

In einer ähnlichen, bekannten Kniefängereinrichtung (DE-PS 37 40 687) ist ebenfalls ein langgestrecktes Knieaufprallelement in Fahrzeugquerrichtung vor den Vordersitzen im Bereich unter dem Armaturenbrett angeordnet. Das Knieaufprallelement be­ steht aus einem Rohrkörper, der von einem festen Verband von Schaumstoffkugeln umgeben ist. Auch hier dient das Knieauf­ prallelement zur Abstützung der Knie bei einem Aufprall und zugleich zur Energieabsorption in dem langgestreckten Element durch Formänderung des Rohrkörpers und Schaumstoffs.

Wegen der Energieabsorption in den Knieaufprallelementen selbst nach dem Stand der Technik sind relativ großvolumige, langgestreckte Körper erforderlich, die einen großen Einbau­ raum vor den Vordersitzen im Bereich der Lenkeinrichtung und des Handschuhkastens beanspruchen, wo ohnehin nur wenig Platz zur Verfügung steht. Zudem ist das Blockmaß für ein verform­ tes Knieaufprallelement nach dem Stand der Technik, insbeson­ dere bei ausgeschäumten Aufprallelementen, groß, wodurch eben­ falls ein großer Einbauraum zur Verfügung stehen muß.

Bei den teilweise komplizierten, geometrischen Ausbildungen und - je nach Knieaufprallage - unterschiedlichen Krafteinlei­ tungen ist eine Abstimmung der Elemente ersichtlich schwierig und auch die Serienproduktion mit größeren Toleranzen behaf­ tet.

Für eine optimale Energieabsorption wäre eine Kraft-Weg-Kenn­ linie anzustreben, die zunächst sehr stark ansteigt und dann, möglichst ohne überzuschwingen, bis zum Erreichen der Grenze der Energieabsorptionsfähigkeit, einen angenähert waagrechten Verlauf aufweist. Dazu wird eine Lösung im Stand der Technik (DE-PS 37 40 687) in der Weise angegeben, däß einzelne Rohr­ körper zu einem Rohrbündel zusammengefaßt werden, das zueinan­ der durch Schaumstofflagen fixiert ist. Eine solche Ausfüh­ rung ist ersichtlich aufwendig und teuer sowie schwierig her­ stellbar.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen gattungsge­ mäßen Kniefänger so weiterzubilden, daß bei einem einfachen Aufbau weniger Einbauraum erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist das Knieaufprallelement als biegesteifer Querträger ausgeführt, der zumindest einseitig über wenig­ stens ein Deformationselement an der Karosserie abgestützt ist.

Die Energieabsorption soll somit nicht in dem biegesteifen Querträger erfolgen, so daß dieser schmal und etwa plattenför­ mig ausgeführt sein kann, ohne großen Volumenbereich für eine Verformung. Eine Verformung und Energieabsorption soll da­ gegen in dem wenigstens einem Deformationselement erfolgen, mit dem der Querträger an der Karosserie abgestützt ist. Der Raum hinter dem biegesteifen, schmalen Querträger steht somit vor dem Fahrersitz als Platzgewinn für die Lenksäule und vor dem Beifahrersitz als Platzgewinn für den Handschuhkasten zur Verfügung.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Kniefängers ist zudem ein­ fach und kostengünstig. Eine Abstimmung für die Energieabsorp­ tion ist einfach und mit geringen Toleranzen für eine Serien­ fertigung über einfach aufbaubare Deformationselemente mög­ lich.

In einer bevorzugten Ausführung nach Anspruch 2 ist der biege­ steife Querträger an beiden Enden durch jeweils wenigstens ein Deformationselement in Fahrzeuglängsrichtung abgestützt. Damit wird eine Energieabsorption an beiden Seitenbereichen des biegesteifen Querträgers über jeweils wenigstens ein De­ formationselement durchgeführt, wodurch insbesondere auch eine günstige Energieabsorption bei unterschiedlichen Auf­ prallorten am Querträger erfolgt.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung nach Anspruch 3 ist der Querträger als biegesteife Blechschale mit einer äuße­ ren Schaumstoffauflage ausgeführt und die Blechschale im unte­ ren Randbereich drehbar gelagert. Diese drehbare Lagerung kann beispielsweise auch als leichte Abbiegemöglichkeit ausge­ führt sein. Die Deformationselemente sind dabei im oberen Sei­ tenbereich angeordnet.

Der Querträger wirkt daher wie eine im unteren Randbereich ge­ lagerte Klappe, die in Fahrtrichtung bei einem Aufprall nach vorne gegen die Deformationselemente bewegt wird. Damit wird der Querträger bzw. die Blechschale gegen eine seitliche Ver­ schiebung stabilisiert, so daß die Deformationselemente in der optimal abgestimmten Richtung, nämlich der Fahrtrichtung, im Aufprallfall belastet werden.

Nach Anspruch 4 sind die Deformationselemente als an sich be­ kannte Hohlkörper ausgebildet, die durch Formänderung Energie absorbieren sollen. Bevorzugt sind hierbei an sich bekannte Hohlkörper, wie z. B. Wellrohre, vorzusehen, bei denen eine be­ stimmte Deformation und Deformationsrichtung schon vorgegeben sind.

Nach Anspruch 5 sollen die Deformationselemente als offene, kurze Rohrstücke mit einer Achsrichtung in Querträgerrichtung ausgeführt sein. Solche Deformationselemente sind preisgün­ stig in der Herstellung und Montage sowie gewichtsgünstig und einfach zu dimensionieren.

Eine besonders bevorzugte Ausführung solcher Rohrstücke hat nach Anspruch 6 eine sechseckige Wabenstruktur. Es hat sich gezeigt, daß mit einer solchen Struktur eine Mehrzahl von er­ heblichen Vorteilen zu erreichen sind:

Mit einer solchen Wabenstruktur ist ohne zusätzliche Maß­ nahmen eine praktisch ideale Kraft-Weg-Kennlinie erreichbar, wobei im Aufprallfall die Kraft extrem stark ansteigt und nach Erreichen der Grenze der Energieabsorptionsfähigkeit ohne überzuschwingen, einen angenähert waagrechten Verlauf aufweist. Dies entspricht einer optimalen, sofortigen, maxi­ malen Energieaufnahme ohne Kraftspitzen über den gesamten Deformationsweg.

Bei einer insgesamt geringen, möglichen Wandstärke entspricht das Blockmaß nur dem zweifachen dieser Wandstärke und ist somit äußerst gering. Die Anordnung selbst braucht damit nur eine geringe Einbautiefe im Bereich der Deformationselemente.

Die Herstellung und Abstimmung solcher wabenförmiger Deforma­ tionselemente ist sehr einfach, da sie nur von einem ent­ sprechenden wabenförmigen Rohrprofil als Rohrstücke abge­ trennt werden müssen. Eine Abstimmung, d. h. die Größe der Kraftaufnahme, kann einfach über die Rohrstücklänge erfolgen. Solche wabenförmigen Deformationselemente erfüllen gut die zu stellenden Anforderungen hinsichtlich ihrer Funktion und sind dazu sehr preisgünstig.

Je nach den Gegebenheiten können nach Anspruch 7 auch mehrere Deformationselemente hintereinandergeschaltet sein. Besonders vorteilhaft kann dies mit den wabenförmig strukturierten De­ formationselementen durchgeführt werden, die lediglich mit ihren geraden Flächen aneinandergesetzt werden müssen.

Bei der Ausführungsform in Anspruch 8 werden vorteilhaft De­ formationselemente unterschiedlicher Energieabsorptionsfähig­ keit hintereinandergeschaltet. Damit kann beispielsweise ein erstes Deformationselement schon bei geringerer Aufprallkraft ansprechen, beispielsweise bei einem weniger starken Aufprall oder bei einer leichteren Person und ein dahintergeschaltetes Deformationselement erst bei einer stärkeren Krafteinwirkung verformt werden. Damit ist eine gestaffelte Energieabsorption mit einfachen Mitteln realisierbar.

Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische prinzipielle Anordnung eines Knie­ fängers,

Fig. 2 ein Kraft-Weg-Diagramm zur Erläuterung der gewünschten Energieabsorption,

Fig. 3 eine schematisierte Seitenansicht eines Kniefängers als biegesteife Blechschale,

Fig. 4 und 5 ein Deformationsteil aus zwei wabenförmigen De­ formationselementen.

In der schematischen Darstellung nach Fig. 1 ist die grund­ sätzliche Anordnung des erfindungsgemäßen Kniefängers 1 ge­ zeigt, bei dem das Knieaufprallelement als biegesteifer Quer­ träger 2 ausgeführt ist, der in einem Bereich unter dem Arma­ turenbrett und in Fahrzeugquerrichtung angeordnet ist und der an beiden Enden durch je ein Deformationselement 3, 4 an einem festen Bauteil der Karosserie 5 abgestützt ist.

In Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform darge­ stellt, bei der der Querträger als biegesteife Blechschale 6 ausgeführt ist, die zur Fahrgastraumseite hin mit einem Schaumstoffüberzug 7 belegt ist. Die Blechschale 6 ist in ihrem unteren Randbereich an einem Drehpunkt 8 bzw. einer Achse drehbar gelagert und mit ihrem oberen Randbereich über zwei hintereinandergeschaltete Deformationselemente 9, 10 gegen die Karosserie 5 abgestützt.

Die Deformationselemente 9, 10 sind beidseitig offene Rohr­ stücke mit einer sechseckigen Wabenstruktur und liegen je­ weils mit einer flachen Seite an.

Für den Fall eines Knieaufpralls wird die Blechschale 6 um den Drehpunkt 8 geschwenkt (Pfeil 11), so daß der obere Rand der Blechschale 6 gegen die Deformationselemente 9, 10 ge­ preßt wird und diese verformt und zusammenfaltet.

Es hat sich gezeigt, daß Deformationselemente mit der darge­ stellten Wabenstruktur eine praktisch optimale Energieauf­ nahme, entsprechend der Fig. 2, aufweisen. In dem dort ge­ zeichneten Kraft-Weg-Diagramm ist zu ersehen, daß in einem ersten Bereich 12 die Kraft über den Weg sehr steil ansteigt und in einem zweiten Bereich 13 über den Weg konstant bleibt, so daß sich ein angenäherter Rechteckverlauf ergibt. Bekannte Deformationselemente und Anordnungen aus dem Stand der Tech­ nik haben dagegen üblicherweise eine über den Weg meist linear ansteigende Kennlinie entsprechend der strichlierten Geraden 14. Damit wird zu Anfang der Deformation viel Weg für eine relativ geringe Energieabsorption vergeben.

Bei anderen, bekannten Anordnungen erfolgt dagegen ein Über­ schwingen (strichlierte Kurve 15), wo nach einer unerwünscht harten, anfänglichen Deformationsphase die Reaktionskraft und damit die Energieabsorption im Deformationselement im Verlauf des Deformationsweges abnimmt.

In den Fig. 4 und 5 sind zwei Ansichten eines Deformations­ teils 15 dargestellt, bei dem ein wabenförmiges Deformations­ element 16 über ein Distanzteil 17 mit einem im Durchmesser geringeren, ebenfalls wabenförmigen, Deformationselement 18 verbunden ist.

Das Deformationsteil 15 stellt somit, ähnlich wie in Fig. 3, eine Hintereinanderschaltung zweier wabenförmiger Deforma­ tionselemente 16, 18 dar. Während in Fig. 3 aber gleiche De­ formationselemente 9, 10 hintereinandergeschaltet sind, haben die in Fig. 4 und 5 hintereinandergeschalteten Deformations­ elemente 16, 18 eine unterschiedliche Energieabsorptionsfähig­ keit. Bei einem Aufprall wird somit zuerst das leichter ver­ formbare Deformationselement verformt und erst bei einer er­ höhten Krafteinwirkung erfolgt in einer nächsten Stufe die Verformung des zweiten Deformationselements.

Das Distanzteil 17 dient beispielsweise zur Überbrückung bau­ lich gegebener, größerer Einbautiefen und zur Einstellung des Querverlaufs des Querträgers. Die Deformationselemente und insbesondere das Distanzteil 17 können zudem als Träger und Halterungen für weitere Bauteile, Kabelführungen, etc., die­ nen.

Als Material für die wabenförmigen Deformationselemente 9, 10 bzw. 16, 18 wird bevorzugt und vorteilhaft Stahl verwendet, der eine hohe dynamische Deformationskraft, etwa das 1,5-fache der statischen Deformationskraft, aufweist. Damit sind geringe Wandstärken und eine Steuerung im Material möglich.

Claims (8)

1. Kniefänger als Sicherheitseinrichtung für Kraftfahrzeuge, mit einem im Bereich unter dem Armaturenbrett angeordneten und sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Knieauf­ prallelement mit Deformationsmitteln zur Energieabsorp­ tion, dadurch gekennzeichnet,
daß das Knieaufprallelement als biegesteifer Querträger (2; 6) ausgeführt ist und
daß der biegesteife Querträger (2; 6) zumindest einseitig über wenigstens ein Deformationselement (3, 4; 9, 10; 16, 18) an der Karosserie (5) abgestützt ist.

2. Kniefänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querträger (2; 6) an beiden Enden durch jeweils wenig­ stens ein Deformationselement (3, 4; 9, 10; 16, 18) in Fahrzeuglängsrichtung abgestützt ist.

3. Kniefänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querträger als biegesteife Blechschale (6) mit einer Schaumstoffauflage (7) ausgeführt ist,
daß die Blechschale (5) im unteren Randbereich drehbar (Drehpunkt 8) gelagert ist, und
daß die Deformationselemente (9, 10) je im oberen Seitenbe­ reich angeordnet sind.

4. Kniefänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Deformationselemente (3, 4; 9, 10; 16, 18) als Hohlkörper ausgebildet sind.

5. Kniefänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationselemente (3, 4; 9, 10; 16, 18) als offene, kurze Rohrstücke mit einer Achsrichtung in Querträgerrich­ tung ausgeführt sind.

6. Kniefänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationselemente (9, 10; 16, 18) eine sechseckige Wabenstruktur aufweisen.

7. Kniefänger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere Deformationselemente (9, 10; 16, 18) hintereinandergeschaltet sind.

8. Kniefänger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Deformationselemente (16, 18) unterschiedlicher Energieab­ sorptionsfähigkeit hintereinandergeschaltet sind.