DE69400849T2

DE69400849T2 - Energieabsorptionsträger, insbesondere für Rahmenlängsträger oder Rahmenseitenträger für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE69400849T2
Application number: DE1994600849
Authority: DE
Inventors: Smet Gabriel De
Original assignee: Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
Current assignee: Sollac SA
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1994-08-01
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2014-08-02
Also published as: FR2708690B1; ES2096423T3; EP0637538B1; FR2708690A1; EP0637538A1; DE69400849D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Energieabsorptionsträger, insbesondere für Rahmenlängsträger und Rahmenseitenträger von Fahrzeugen.
Im allgemeinen bestehen Energieabsorptionsträger, insbesondere für Rahmenlängsträger und Rahmenseitenträger von Fahrzeugen, aus zwei zur Bildung einer längsverlaufenden Zelle miteinander verschweißten Elementen.
Es ist die Aufgabe dieser Träger bei mechanischer Belastung, beispielsweise einem Stoß, Energie, insbesondere Kompressionsenergie, durch plastische Verformung des konstitutiven Materials des Trägers zu absorbieren.
Um eine bestimmte Kompressionsenergiemenge unter Beachtung der geforderten Sicherheitsnormen absorbieren zu können, sind bei dieser Art von Trägern Wände mit erheblicher Dicke erforderlich, wodurch der Nachteil eines erheblich gesteigerten Trägergewichts und damit eines gesteigerten Fahrzeuggesamtgewichts entsteht.
Trotz der Tatsache, daß die Wanddickenverstärkung das Absorbieren einer größeren Energiemenge bei einem gleichen Profilabschnitt ermöglicht, weist ein solcher Träger den Nachteil eines nicht kontrollierten Verformungsbeginns auf.
Bei dieser Art von Trägern befindet sich der Verformungsbeginn im allgemeinen an der mechanisch schwächsten Stelle, wie beispielsweise einem fehlerhaften Schweißpunkt oder einem lokalen Fehler in dem Stahl, aus dem der Träger besteht
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden, indem sie einen Energieabsorptionsträger, insbesondere für Rahmenlängsträger und Rahmenseitenträger von Fahrzeugen, schafft, der eine Erhöhung der absorbierten Kompressionsenergiemenge in seinem Querschnitt bei gleichem Gewicht und das Vermeiden zufälliger Verformung einer mechanischen Belastung ermöglicht.
Die Erfindung betrifft somit einen Energieabsorptionsträger, insbesondere für Rahmenlängsträger und Rahmenseitenträger von Fahrzeugen, der im Schnitt die allgemeine Form eines I hat und zwei Profilelemente aufweist, die zur Bildung zweier Zellen zusammenwirken, welche miteinander durch einen Mittelsteg verbunden und an ihren Seitenrändern sowie an ihren den Mittelsteg bildenden Teilen miteinander verschweißt sind (siehe DE-A-4 104 894). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Träger Einrichtungen zum Organisieren und Steuern der Verformung des Trägers durch eine axiale mechanische Druckbelastung aufweist, die durch Vorsprünge und Vertiefungen gebildet sind, welche in jedem Bereich der den Mittelsteg bildenden Profilelemente und einander gegenüberliegend ausgebildet sind, um auf dem Steg eine längsgerichtete Abfolge von Kontaktbereichen und Hohlräumen zu bilden, wobei die Kontaktbereiche miteinander verschweißt sind.
Nach anderen Merkmalen der Erfindung ist vorgesehen,
- daß die Vertiefungen durch Tiefziehen hergestellt sind und in Querrichtung des Trägers Eiform haben,
- daß die Vertiefungen in die Teile der Profilelemente hinein verlängert sind, die den den Mittelsteg bildenden Teilen benachbart sind,
- daß die zwischen den Vertiefungen befindlichen Vorsprünge durch gekrümmte Flächenbereiche gebildet sind,
- daß die Vorsprünge und die Vertiefungen eine Abfolge von nicht abwickelbaren fortlaufenden Wellen bilden,
- daß der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vertiefungen in Abhängigkeit von der gewünschten Organisation der Verformung des Trägers bei einer axialen mechanischen Druckbelastung bestimmt ist,
- daß die Einrichtungen zum Organisieren und Steuern der Verformung des Trägers durch ein zwischen den beiden Profilelementen angeordnetes ebenes Blech gebildet sind, das jede Zelle durchquert und mit den Elementen an deren Seitenrändern und deren den Mittelsteg bildenden Teilen verschweißt ist, wobei das ebene Blech in jeder Zelle von wenigstens einer Reihe von Öffnungen durchsetzt ist und die Öffnungen jeder in der ersten Zelle befindlichen Reihe in bezug auf den Mittelsteg symmetrisch zu den Öffnungen jeder Reihe in der zweiten Zelle sind,
- daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Öffnungen jeder Reihe in Abhängigkeit von der gewünschten Organisation der Verformung des Trägers bei einer axialen mechanischen Druckbelastung bestimmt ist,
- daß jede Zelle einen asymmetrischen Querschnitt in bezug auf die Abmessungen der Wände der Zellen aufweist,
- daß jede Zelle einen asymmetrischen Querschnitt in bezug auf den von zwei Wänden der Zelle gebildeten Winkel aufweist,
- daß jede Zelle einen asymmetrischen Querschnitt in bezug auf den Krümmungsradius aufweist, der zwei benachbarte Wände der Zelle miteinander verbindet,
- daß jede Zelle einen asymmetrischen Querschnitt in bezug auf die Abmessungen der Wände der Zelle, des von zwei benachbarten Wänden gebildeten Winkels und des zwei benachbarte Wände verbindenden Krümmungswinkels aufweist,
- daß die Wände der Zellen nicht abwickelbare fortlaufende und in Längsrichtung des Trägers gerichtete Wellen aufweisen.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der lediglich Beispielszwecken dienenden nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen, welche zeigen:
Fig. 1 - eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Energieabsorptionsträgers,
Fig. 2 - eine Schnittdarstellung entlang der Linie 2-2 der Fig. 1,
Fig. 3 - eine Schnittdarstellung entlang der Linie 3-3 in Fig. 1,
Fig. 4 - eine Schnittdarstellung entlang der Linie 4-4 der Fig. 1,
Fig. 5 - eine perspektivische Explosionsdarstellung eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Energieabsorptionsträgers,
Fig. 6 - zwei Kurven, welche das Stauchen zweier Träger gleicher Masse in Abhängigkeit von der für diese Stauchung erforderlichen Kraft darstellen.
Fig. 1 zeigt einen Energieabsorptionsträger, insbesondere für Rahmenlängsträger und Rahmenseitenträger von Fahrzeugen, der in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist.
Dieser Träger 1 hat die allgemeine Form eines I und weist zwei Profilelemente 10 und 20 auf die zur Bildung zweier Zellen 2 und 3 zusammenwirken, welche miteinander durch einen Mittelsteg 4 verbunden und an ihren Seitenrändern 11, 21 und 12, 22 sowie an ihren den Mittelsteg 4 bildenden Teilen 13 und 23 miteinander verschweißt sind.
Dieser Träger 1 weist ferner Einrichtungen zum Organisieren und Steuern der Verformung des Trägers 1 bei einer axialen mechanischen Druckbelastung, beispielsweise einem Stoß, auf.
Wie in den Figuren 1 bis 4 dargestellt bestehen die Einrichtungen zum Organisieren und Steuern der Verformung des Trägers 1 aus einer Abfolge von Vorsprüngen 14 bzw. 24 und Vertiefungen 15 bzw. 25, die an den Teilen 13 bzw. 23 der Profilelemente 10 bzw. 20 ausgebildet sind, welche den Mittelsteg 4 bilden.
Die Vorsprünge 14 und 24 sowie die Vertiefungen 15 und 25 sind einander gegenüberliegend angeordnet, um auf dem Mittelsteg 4 eine längsgerichtete Abfolge von Kontaktbereichen 5 und Hohlräumen 6 zu schaffen.
Die Kontaktbereiche 5 sind miteinander verschweißt.
Die Vertiefungen 15 und 25 werden durch Tiefziehen hergestellt und weisen in Querrichtung des Trägers 1 Eiform auf.
Die zwischen den Vertiefungen 15 und 25 befindlichen Vorsprünge 14 und 24 sind, wie in Figur 4 dargestellt, durch Teile mit gekrümmter Oberfläche gebildet.
Die Vorsprünge 14 und 24 und die Vertiefungen 15 und 25 bilden eine Abfolge nicht abwickelbarer fortlaufender Wellen.
Unter einer nicht abwickelbaren Fläche wird eine Fläche verstanden, die zum Bilden einer Ebene wenigstens örtlich begrenzte plastische Verformungen des Materials der Fläche erfordert.
Somit sind die Teile 13 und 23 der Profilelemente 10 und 20, die mit derartigen Wellen versehen sind, solche nicht abwickelbaren Flächen.
Bei einer im wesentlichen als axialer Druck wirkenden mechanischen Belastung des Trägers 1, verformt sich dieser Träger 1 daher gemäß den vorgeformten Wellen des Mittelstegs 4.
Da diese Wellen auf beiden Seiten des Mittelstegs 4 symmetrisch sind, erfolgt die Verformung des Trägers 1 organisiert um diese beim Tiefziehen ausgebildeten Wellen und die Verformung des Trägers 1 ist symmetrisch.
Die natürliche Verformung eines Trägers ohne vorgeformte Wellen verläuft asymmetrisch, das heißt, daß auf der gegenüberliegenden Seite einer auf einer Seite entstandenen Vertiefung eine Verformungsfalte gebildet wird.
Die Art der symmetrischen Verformung des erfindungsgemäßen Trägers 1 ermöglicht das Absorbieren größerer Energiemengen bei gleicher Masse als dies bei einer asymmetrischen Verformung der Fall ist.
Ferner wird durch die Tatsache des Vorsehens von nicht abwickelbaren Wellen erreicht, daß sich diese beim Verformen des Trägers 1 nicht abwickeln und ferner wird durch das akkordeonartige Falten des Trägers 1 eine Längung des den Träger bildenden Metalls bewirkt, wodurch die absorbierbare Energiemenge noch weiter erhöht wird.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungen 15 und 25 auf die Teile der Profilelemente 10 und 20 verlängert, die den den Mittelsteg 4 bildenden Teilen 13 und 23 benachbart sind.
Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vertiefungen 15 und 25 wird in Abhängigkeit von der gewünschten Organisation der Verformung des Trägers 1 bei einer axialen mechanischen Druckbelastung bestimmt.
Nach einer in Figur 5 dargestellten Variante bestehen die Einrichtungen zum Organisieren und Steuern der Verformung des Trägers 1 aus einem ebenen Blech 30, das zwischen den beiden Profilelementen 10 und 20 eingesetzt ist, jede Zelle 2 und 3 durchquert und mit den Profilelementen 10 und 20 an ihren jeweiligen Seitenrändern 11, 21 und 12, 22 sowie mit deren den Mittelsteg 4 bildenden Teilen 13 und verschweißt ist.
Dieses ebene Blech 30 ist bei jeder Zelle 2 und 3 von mindestens einer Reihe 31 bzw. 32 von Öffnungen 33 durchsetzt.
Die Öffnungen 33 jeder in der ersten Zelle 2 befindlichen Reihe 31 sind mit den Öffnungen 33 jeder in der zweiten Zelle 3 in bezug zum Mittelsteg 4 symmetrisch.
Diese Öffnungen 33 schwächen das Blech 30, wodurch es ermöglicht ist, die Verformung des Trägers 1 bei einer axialen mechanischen Druckbelastung in bestimmten Bereichen zu organisieren.
Der Abstand zwischen zwei benachbarten Öffnungen 33 jeder Reihe 31 und 32 hängt von der gewünschten Organisation der Verformung des Trägers 1 bei einer axialen mechanischen Druckbelastung ab.
Jede Zelle 2 und 3 weist hinsichtlich der Abmessungen der Wände der Zelle und/oder des von zwei benachbarten Wänden gebildeten Winkels und/oder des zwei benachbarte Wände verbindenden Krümmungsradius eine asymmetrische Form auf
Diese Konstruktionsasymmetrie der Zellen 2 und 3 des Trägers 1 ermöglicht es, einen in allen Raumrichtungen eine größere Torsions- und Biegefestigkeit zu erhalten als dies bei einem vollkommen symmetrischen Träger der Fall ist.
Nach einer Variante können die Wände der Zellen 2 und 3 des Trägers 1 zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Ausbildungen in Längsrichtung des Trägers verlaufende, nicht abwickelbare fortlaufende Wellen aufweisen, die hier nicht dargestellt sind.
In Figur 6 zeigt die erste Kurve A die Stauchung eines ersten Trägers nach dem Stand der Technik in Millimetern und eine zweite Kurve B zeigt, in Millimetern, die Stauchung eines zweiten, erfindungsgemäßen Trägers mit gleicher Masse in Abhängigkeit von der zum Bewirken dieser Stauchung erforderlichen Kraft.
Es ist festzustellen, daß bei der Kurve A nach einer für den Verformungsbeginn erforderlichen Spitze von 40 kN die zum Stauchen des entsprechenden Trägers erforderliche durchschnittliche Kraft 18 kN beträgt.
Bei der Kurve B beträgt die zu Beginn der Verformung erforderliche Spitze 60 kN und die zur Stauchung des entsprechenden Trägers erforderliche durchschnittliche Kraft beträgt 55 kN.
Ferner ist festzustellen, daß die Kurve B flacher verläuft als die Kurve A und die Spitze zu Verformungsbeginn niedrig ist.
Es ist somit aus diesen Kurven zu ersehen, daß, bei gleicher Masse, die durchschnittliche Kraft zur Verformung des erfindungsgemäßen Trägers größer als die zur Verformung des bekannten Trägers erforderliche durchschnittliche Kraft ist.
Infolgedessen reicht es zum Absorbieren der selben Energiemenge aus, einen erfindungsgemäßen Träger mit der etwa Hälfte der gesamten Masse eines bekannten Trägers zu verwenden, woraus sich bei gleicher Leistung eine Gewichtsersparnis von 50% ergibt.
Die Organisation der Verformung betrifft bei einem erfindungsgemäßen Träger die Gesamtheit der lokalen Verformungen und vermeidet somit ein Reißen des Metalls durch übermäßige Verformung.
Der Träger kann beispielsweise in Kraftfahrzeugen oder Schienenfahrzeugen und im allgemeinen in sämtlichen Strukturen eingesetzt werden, bei denen Energieabsorptionsorgane nützlich sind.

Claims

1. Energieabsorptionsträger, insbesondere für Rahmenlängsträger und Rahmenseitenträger von Fahrzeugen, der im Schnitt die allgemeine Form eines I hat und zwei Profilelemente (10, 20) aufweist, die zur Bildung zweier Zellen (2, 3) zusammenwirken, welche miteinander durch einen Mittelsteg (4) verbunden und an ihren Seitenrändern (11, 21; 12, 22) sowie an ihren den Mittelsteg (4) bildenden Teilen (13; 23) miteinander verschweißt sind, dadurch gekennzeichnet, daß er Einrichtungen (14, 15, 24,25,30,31,32,33) zum Organisieren und Steuern der Verformung des Trägers (1) durch eine axiale mechanische Druckbelastung aufweist, die durch Vorsprünge (14, 24) und Vertiefungen (15, 25) gebildet sind, welche in jedem Bereich (13, 23) der den Mittelsteg (4) bildenden Profilelemente (10, 20) und einander gegenüberliegend ausgebildet sind, um auf dem Steg (4) eine längsgerichtete Abfolge von Kontaktbereichen (5) und Hohlräumen (6) zu bilden, wobei die Kontaktbereiche (5) miteinander verschweißt sind.

2. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (15, 25) durch Tiefziehen hergestellt sind und in Querrichtung des Trägers Eiform haben.

3. Träger nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (15, 25) in die Teile der Profilelemente (10, 20) hinein verlängert sind, die den den Mittelsteg (4) bildenden Teilen (13, 23) benachbart sind.

4. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Vertiefungen (15, 25) befindlichen Vorsprünge (14, 24) durch gekrümmte Flächenbereiche gebildet sind.

5. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (14, 24) und die Vertiefungen (15, 25) eine Abfolge von nicht abwickelbaren fortlaufenden Wellen bilden.

6. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vertiefungen (15 bzw. 25) in Abhängigkeit von der gewünschten Organisation der Verformung des Trägers (1) bei einer axialen mechanischen Druckbelastung bestimmt ist.

7. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Organisieren und Steuern der Verformung des Trägers (1) durch ein zwischen den beiden Profilelementen (10, 20) angeordnetes ebenes Blech (30) gebildet sind, das jede Zelle (2, 3) durchquert und mit den Elementen (10,20) an deren Seitenrändern (11, 21; 12, 22) und deren den Mittelsteg (4) bildenden Teilen (13; 23) verschweißt ist, wobei das ebene Blech (30) in jeder Zelle (2, 3) von wenigstens einer Reihe (31, 32) von Öffnungen (33) durchsetzt ist und die Öffnungen (33) jeder in der ersten Zelle (2) befindlichen Reihe (31) in bezug auf den Mittelsteg (4) symmetrisch zu den Öffnungen (33) jeder Reihe (32) in der zweiten Zelle (3) sind.

8. Träger nach einem der Ansprüche 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Öffnungen (33) jeder Reihe (31, 32) in Abhängigkeit von der gewünschten Organisation der Verformung des Trägers bei einer axialen mechanischen Druckbelastung bestimmt ist.

9. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle (2, 3) einen asymmetrischen Querschnitt in bezug auf die Abmessungen der Wände der Zellen (2, 3) aufweist.

10. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle (2, 3) einen asymmetrischen Querschnitt in bezug auf den von zwei Wänden der Zelle (2, 3) gebildeten Winkel aufweist.

11. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle (2, 3) einen asymmetrischen Querschnitt in bezug auf den Krümmungsradius aufweist, der zwei benachbarte Wände der Zelle (2, 3) miteinander verbindet.

12. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle (2, 3) einen asymmetrischen Querschnitt in bezug auf die Abmessungen der Wände der Zelle (2, 3), des von zwei benachbarten Wänden gebildeten Winkels und des zwei benachbarte Wände verbindenden Krümmungswinkels aufweist.

13. Träger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Zellen (2, 3) nicht abwickelbare fortlaufende und in Längsrichtung des Trägers (1) gerichtete Wellen aufweisen.