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WO2014029586A1 - Fahrzeug mit einem aufprallschutz - Google Patents

Fahrzeug mit einem aufprallschutz Download PDF

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Publication number
WO2014029586A1
WO2014029586A1 PCT/EP2013/065835 EP2013065835W WO2014029586A1 WO 2014029586 A1 WO2014029586 A1 WO 2014029586A1 EP 2013065835 W EP2013065835 W EP 2013065835W WO 2014029586 A1 WO2014029586 A1 WO 2014029586A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
wall
elements
hole
cross
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/065835
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Timm FREUDENBERG
Wolfgang Hahn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to CN201380043658.4A priority Critical patent/CN104583019A/zh
Publication of WO2014029586A1 publication Critical patent/WO2014029586A1/de
Priority to US14/625,058 priority patent/US20150158443A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
    • B60R19/02—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects
    • B60R19/24—Arrangements for mounting bumpers on vehicles
    • B60R19/26—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means
    • B60R19/34—Arrangements for mounting bumpers on vehicles comprising yieldable mounting means destroyed upon impact, e.g. one-shot type

Definitions

  • the invention relates to a vehicle, in particular a passenger car, comprising a first, hollow element made of fiber composite material, e.g. a motor carrier, and a second element longitudinally displaceable in the hollow body, e.g. a so-called crash box.
  • a vehicle in particular a passenger car, comprising a first, hollow element made of fiber composite material, e.g. a motor carrier, and a second element longitudinally displaceable in the hollow body, e.g. a so-called crash box.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • tubular support with prismatic (for example rectangular) or round profile used, in which a so-called crash box is inserted.
  • the crash box is connected to a bumper at the other end.
  • the bumper serves as the crash box as an energy absorber. If their energy absorption capacity is exhausted and the kinetic energy has not yet completely dissipated, the deformed / destroyed bumper or Chrashbox collide on the engine mount. This will initiate a failure on the engine mount.
  • Failure mechanisms are designed, largely uncontrolled and catastrophic, e.g. by buckling.
  • a vehicle comprising a first, hollow element made of fiber composite material, a second element longitudinally displaceable in the hollow element and at least one third element, which passes through an associated hole of a wall of the firstly element is guided, wherein the at least one third element is arranged in a path of the second element and has a higher strength, in particular breaking strength, than the first element.
  • This structure has the advantage that upon insertion of the second element into the first element, for example in the case of a frontal impact, the second element abuts against the at least one third element and carries it along. Since the third element has a higher breaking strength than the first element, it is not destroyed, but ruptures the wall of the first element, whereby a large amount of energy is absorbed.
  • a location of the force input by the position of the hole and the third element is well defined.
  • a force transmission from the third element to the first element is quantitatively easily adjustable, for example via a size, shape and position of the third element or the associated hole as well as a number of third elements.
  • the design for transverse force is thus largely decoupled from the design to axial force.
  • the first to third elements may in particular at least a part of a
  • the first element may be a plain bearing for the second element.
  • the second element In a (normal) initial state, ie not in a crash case, the second element may be located entirely outside the first element or may be partially plugged into the first element.
  • the nature of the fiber composite material is basically not limited and may in particular include or consist of carbon-reinforced or glass-fiber reinforced plastic.
  • the third element may be fixed in the associated hole without or with practically negligible bearing pressure, so that, in the event of an impact, a force exerted by the second element is transmitted directly to the first element.
  • the third element may be secured in the associated hole with a predetermined non-negligible bearing pressure.
  • the associated failure mode may be considered as a failure on bearing created by the third member being pulled by the first member.
  • the path of the second element can be understood as its path in the first element in the event of an impact.
  • the track can also be used as a path o.a. be designated.
  • the web may represent a linear path in the direction of movement of the second element.
  • At least a third element (at least in the region of the wall of the first element) has a round cross-section. Due to the round shape, the failure mode or energy dissipation is independent of a force application angle, the third element is always pulled for energy absorption by the laminate. In this case, an at least in the movement direction quasi-isotropic structure of the composite material is advantageous.
  • the force level F exerted by the third element which is proportional to a diameter D (at least in the area of the wall of the first element) of the third element, ie F ⁇ D.
  • the cross-sectional shape of the third member is not limited to a round shape and may be e.g. also oval, elliptical, polygonal, concave, convex, free-formed, etc.
  • At least a third element is designed as a bolt inserted from the outside into the wall of the first element. This is particularly easy to assemble and reliable. Particularly preferred is a bolt with a round cross-section. The bolt may in particular also be designed as a screw.
  • At least a third element comprises a rod guided by the first element.
  • the rod is connected to two guided through the wall and has the advantage that it allows a high energy absorption with a low installation cost.
  • the first element has a plurality of third elements, which are arranged side by side or offset with respect to the path of the second element.
  • the wall can be torn in parallel at several points to the direction of movement of the second element or to the longitudinal direction of the first element, which results in a particularly high energy transfer.
  • the second elements can be arranged in the same direction or depth on the first element in the direction of movement and / or offset in the direction of movement, which enables a graduated power transmission.
  • the at least one third element is formed in the form of a plurality of adjacent third elements and a ratio ("W / D ratio") between a distance W of adjacent holes to a cross-sectional width of the associated third elements (eg the diameter D) is at least five (5), to ensure that the third elements are not so close together that, in the event of an impact, they excessively weaken the wall strands between them or even fail prematurely, prior to the bearing being imparted.
  • first element ⁇ a hollow prismatic element (with an angular cross-section). This prevents rotational movement of the second element in the first element.
  • first element may have any desired cross-sectional shape, e.g. a circular shape.
  • Section width is at least three (3). Thereby, a reduced energy absorption by the first carrier in the region of an edge as well as a deformation of the edge can be prevented.
  • an edge can be understood to mean an edge extending in the longitudinal direction of the first carrier. An edge corresponds in particular to a corner of a cross section of the first element.
  • the vehicle has a plurality of third elements, which are arranged on different wall portions of the first element.
  • a wall section may, in particular, be understood as a region which can be delimited in the circumferential direction. The demarcation may, for example, be made by an edge.
  • a wall section may be a section that is rectilinear in cross section between two corners.
  • an upper side i, an underside, a right side and a left side of the first element can represent different wall sections with possibly different properties, in particular strengths.
  • At least one hole has a greater width than a third element guided thereby and in the hole a matching insert element is inserted, through which the third element is passed suitably or with little play.
  • a third element having a first width eg, a first diameter
  • the force level can be lowered by a suitable choice of an outer width, in particular an outer diameter, of the insert element by lowering the W / D ratio.
  • the insert element has an inner hole, which has a shape and size (for example, diameter) corresponding to the third element, in particular for accurately fitting the third element.
  • An outside shape and size (e.g., diameter) of the insert member may correspond to a shape and size of the hole, particularly for a snug fit of the insert member into the hole of the first member.
  • a W / D ratio may then relate in particular to the inner hole.
  • the second element is connected to a bumper connecting element.
  • the second element may in particular a
  • the first element is a motor carrier.
  • a crash structure may in particular have a (front or rear) bumper, at least two second elements attached thereto, and respective third elements.
  • the above first to third elements or a crash structure having them may constitute a part of a front body structure or a rear body structure.
  • the crash structure may also be used to record a side view.
  • FIG. 1 shows a top view of a sketch of a front body structure with a corresponding crash structure with first and second elements
  • FIG. 2 shows a front view of a first element with a plurality of third elements according to a first embodiment
  • FIG. 3 shows a sectional side view of a wall of a first element with a third element guided therein in a normal state
  • FIG. 5 shows a front view of a first element with a plurality of third elements according to a secondentesbeispiei
  • Fig. 6 shows in an oblique view the first element with a plurality of third elements inserted therein in a normal state
  • Hole thereof used third element and additionally an insert element.
  • the crash structure 3 has a front bumper 4, which is fastened to two second elements in the form of crash boxes 5.
  • the crash boxes 5 are partly inserted in the normal state shown in first elements in the form of motor supports 6.
  • the engine mounts 6 are formed as tubular hollow profiles made of CFRP with a rectangular cross-sectional shape.
  • the crash boxes 5 also have a rectangular basic shape and are arranged longitudinally displaceably in the motor mount 6.
  • the bumper 4 In a frontal collision at a higher speed, which is indicated by the arrow C, the bumper 4 is moved with the crash boxes 5 so that they bounce on the motor carrier 6 and destroy them with energy release. Since the engine mount 6 off CFK, energy is not absorbed by plastic deformation, but the motor carrier 6 are destroyed by complete disintegration (pulverization) and / or deflection of the CFRP material. Under the influence of shear forces, as they occur, for example, in a side impact, previous engine mount but largely uncontrolled and catastrophic, for example, by buckling, under a noticeably lower energy consumption.
  • FIG. 2 shows a front view of a motor support 6 with four third elements in the form of bolts 7.
  • the bolts 7 eg bolts in the strict sense, screws, rivets, pins, etc.
  • the bolts 7 are from the outside through each associated, matching holes 8 in a wall 9 has been used and thus passed through the hole 8.
  • the bolts 7 are made e.g. made of metal, e.g. Steel, and thus have a higher strength, in particular breaking strength, as the motor support 6.
  • the bolts 7 here have a round cross section with a constant diameter D (see also Figure 3).
  • two bolts 7 are arranged mirror-symmetrically at different opposite wall portions corresponding to a left side wall 91 (left side) and a right side wall 9r (right side) of the wall 9.
  • the bolts 7 are arranged side by side with respect to the path of the crash box and thus also here with respect to a longitudinal direction L of the motor carrier 6.
  • the arrangement next to each other is arranged one above the other when arranged on the side walls 91 and 9r.
  • the arrangement next to each other corresponds to a same position on a longitudinal axis L (see also Fig.1). 3 shows the inserted bolt 7 in greater detail.
  • the bolts 7 Starting from a voltage applied to the outside of the wall 9 of the motor mount 6 head 7k of the bolt 7, it extends through the wall 9 with its wall thickness t in a hollow interior 10 of the engine mount 6.
  • the bolts 7 thus protrude into the interior 10 and thus lie in a path of the associated crash box 5 in Aufprallfali.
  • the bolts 7 are fastened to the wall 9 in particular under a predetermined bearing pressure.
  • the bolts 7 have a constant diameter D.
  • a W / D ratio between a distance W between adjacent holes 8, in particular their centers, and the diameter D of the bolts 7 is (see also FIG. 2) at least five.
  • the distance W is thus at least five times as large as the diameter D. This prevents that the bolts 7 in Aufprallfali weaken the bearing cross-section of the engine mount 6 crucial.
  • the engine mount 6 has four edges 12, which correspond in cross section to the corners of the outer contour. It is preferable that an E / D ratio between a distance E of a hole 8 from an edge 12 of the motor carrier 6 to a diameter D is at least three,
  • Fig.5 shows the engine mount 6, in soft but now no bolts, but alternatively or additionally rods 13 are inserted continuously.
  • FIG. 6 shows an oblique view of a motor support 14 in a normal state, in which four bolts 7 are inserted one above the other in a side wall 9r and two bolts 7 are inserted next to one another in an upper wall section 15 ("upper side").
  • the respective opposite walls or wall sections may also contain bolts, in particular in a mirror-symmetrical manner, which is not shown here.
  • the bolts 7 are located in relation to the longitudinal axis L of the engine mount 14 in the same position.
  • the crash box 5, not shown, is inserted into the illustrated front opening of the engine mount 14, specifically to a maximum stop with the bolt.
  • FIG. 7 shows an oblique view of the engine mount 14 in Aufprallfali.
  • the crash box 5 has now moved the bolt 7 to the rear, which form in the wall 9 behind it crack marks 6, is consumed to the formation of energy.
  • 8 shows a section through a wall 9 of the motor carrier 6 with a bolt 7 or rod 13 inserted into a hole 8 thereof and additionally an insert element 17.
  • a bolt 7 etc. can also be used without clearance, which has a diameter D, is smaller than a diameter D2 of the hole 8.
  • the insert element 17 is tubular and has an outer diameter corresponding to the diameter D2 of the hole 8 and an inner diameter corresponding to the diameter D.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Dampers (AREA)

Description

Beschreibung
FAHRZEUG M IT EINEM AUFPRALLSCHUTZ Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, aufweisend ein erstes, hohles Element aus Faserverbundwerkstoff, z.B. einen Motorträger, und ein zweites in dem Hohlkörper längsverschiebliches Element, z.B. eine sog. Crashbox.
Für Aufprall- oder Crashstrukturen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) in Personenkraftwagen werden heute überwiegend röhrenförmige Träger mit prismatischem (z.B. rechteckigem) oder rundem Profil verwendet, in welche eine sog, Crashbox eingesteckt ist. Die Crashbox ist an ihrem anderen Ende mit einem Stoßfänger verbunden. Beim frontalen Aufprall dient zunächst der Stoßfänger dann die Crashbox als Energieabsorber. Ist ihr Energieaufnahmevermögen erschöpft und die kinetische Energie noch nicht vollständig abgebaut, prallen der deformierte/zerstörte Stoßfänger bzw. Chrashbox auf den Motorträger. Dadurch wird ein Versagen am Motorträger eingeleitet. Besteht der Träger aus CFK, folgt das Versagen dem sog.„Crushing". Beim Versagensmechanismus "Crushing" erfolgt die vollständige Desintegration (Pulverisierung) des Trägers vorrangig im Sprödbmch. Eine weitere Form des Crushings ist die definierte Umlenkung des CFK- Mate als um 180° direkt an der Aufprallfläche. Dabei kommt zum Abbau der kinetischen Energie ein Faserbruchmechanismus in Verbindung mit Reibung zur Wirkung. Diese beiden Versagensmechanismen funktionieren effektiv bei frontalem Aufprall, bei welchem die Kraft auf den Träger senkrecht zu einem Trägerquerschnitt steht. Unter Einfluss von Querkräften, wo Kraftanteife ungleich der Richtung der Flächennormalen der
TrägerquerschnittsfSäche auftreten, versagen Strukturen, die auf diese
Versagensmechanismen ausgelegt sind, weitgehend unkontrolliert und katastrophal, z.B. durch Einknicken.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere einen verbesserten Aufprallschutz für Insassen von Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrzeug, aufweisend ein erstes, hohles Element aus Faserverbundwerkstoff, ein zweites, in dem hohlen Element längsverschiebliches Element und mindestens ein drittes Element, welches durch ein zugehöriges Loch einer Wand des erstens Elements geführt ist, wobei das mindestens eine dritte Element in einer Bahn des zweiten Elements angeordnet ist und eine höhere Festigkeit, insbesondere Bruchfestigkeit, aufweist als das erste Element. Dieser Aufbau weist den Vorteil auf, dass bei einem Einschieben des zweiten Elements in das erste Element, z.B. im Fall eines Frontalaufpralls, das zweite Elements gegen das mindestens eine dritte Element stößt und es mitnimmt. Da das dritte Element eine höhere Bruchfestigkeit aufweist als das erste Element, wird es dabei nicht zerstört, sondern reißt die Wand des ersten Elements auf, wodurch eine hohe Menge an Energie absorbiert wird. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass ein Ort der Krafteinieitung durch die Lage des Lochs und des dritten Elements gut definierbar ist. Auch ist eine Kraftübertragung von dem dritten Element auf das erste Element quantitativ einfach einstellbar, z.B. über eine Größe, Form und Lage des dritten Elements oder des zugehörigen Lochs als auch über eine Zahl der dritten Elemente. Darüber hinaus ist es nun auch bei einem seitlichen, bzw. nicht- frontalen Aufprall möglich, die Kraft zumindest zu einem erheblichen Teil in Längsrichtung des ersten Elements zu richten, so dass auch dann noch eine große Menge an Energie absorbiert werden kann. Erreicht wird also eine Entkopplung des Versagensmodus von dem Angriffswinkel der äußeren Kraft im Fall eines Aufpralls. Beim ersten Element ist die Auslegung auf Querkraft damit weitestgehend von der Auslegung auf Axialkraft entkop- pelt.
Die ersten bis dritten Elemente können insbesondere zumindest einen Teil einer
Crashstruktur des Fahrzeugs darstellen. Das erste Element kann insbesondere ein Gleitlager für das zweite Element darstellen.
In einem (normalen) Ausgangszustand, also nicht in einem Aufprallfaü, mag das zweite Element gänzlich außerhalb des ersten Elements angeordnet sein oder mag teilweise in das erste Element eingesteckt sein.
Die Art des Faserverbundwerkstoffs ist grundsätzlich nicht beschränkt und mag insbesondere kohlenstoffverstärkten oder glasfaserverstärkten Kunststoff aufweisen oder daraus bestehen. Das dritte Element mag in dem zugehörigen Loch ohne bzw. mit praktisch vernachlässigbarem Lochleibungsdruck befestigt sein, so dass im Aufprallfall eine durch das zweite Element ausgeübte Kraft unmittelbar auf das erste Element übertragen wird. Alternativ mag das dritte Element in dem zugehörigen Loch mit einem vorbestimmten, nicht vernachlässigbaren Lochleibungsdruck befestigt sein.
In beiden Fällen kann der zugehörige Versagensmodus als ein Versagen auf Lochleibung angesehen werden, das durch das dritte Element, welches durch das erste Element gezogen wird, initiiert wird.
Die Bahn des zweiten Elements kann insbesondere als sein Pfad in dem ersten Element im Aufprallfall verstanden werden. Die Bahn kann auch als Pfad o.a. bezeichnet werden. Die Bahn mag insbesondere eine lineare Bahn in Bewegungsrichtung des zweiten Elements darstellen.
Es ist eine Ausgestaltung, dass mindestens ein drittes Element (zumindest im Bereich der Wand des ersten Elements) einen runden Querschnitt aufweist. Aufgrund der runden Form ist der Versagensmodus bzw. der Energieabbau von einem Kraftangriffswinkel unabhängig, das dritte Element wird immer zur Energieabsorption durch das Laminat gezogen. Dabei ist ein zumindest in Bewegungsrichtung quasi isotroper Aufbau des Verbundwerkstoffs vorteilhaft. Insbesondere für den Fall eines runden Querschnitts besteht ein Zusammenhang für das von dem dritten Element ausgeübte Kraftniveau F, welches proportional zu einem Durchmesser D (zumindest im Bereich der Wand des ersten Elements) des dritten Elements ist, also F ~ D. Analytisch kann ein maximales Kraftniveau Fu als Fu = RL * D * t mit RL einer maximal erreichbaren Lochleibungsfestigkeit, D dem Durchmesser und t einer Wandstär- ke der Wand des ersten Elements ausgedrückt werden.
Jedoch ist die Querschnittsform des dritten Elements nicht auf eine runde Form beschränkt und mag z.B. auch oval, elliptisch, mehreckig, konkav, konvex, freigeformt usw. sein.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein drittes Element als ein von außen in die Wand des ersten Elements eingesetzter Bolzen ausgebildet ist. Dieser ist besonders einfach montierbar und zuverlässig nutzbar. Besonders bevorzugt wird ein Bolzen mit einem runden Querschnitt. Der Bolzen mag insbesondere auch als eine Schraube ausge- staltet sein.
Es ist eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung, dass mindestens ein drittes Element eine durch das erste Element geführte Stange umfasst. Die Stange ist an zwei Posi- tionen durch die Wand geführt und weist den Vorteil auf, dass sie mit einem geringen Montageaufwand eine hohe Energieabsorption ermöglicht.
Es ist eine wettere Ausgestaltung, dass das erste Element mehrere dritte Elemente auf- weist, welche in Bezug auf die Bahn des zweiten Elements nebeneinander oder versetzt angeordnet sind. Dadurch kann die Wand an mehreren Stellen zur Bewegungsrichtung des zweiten Elements bzw. zur Längsrichtung des ersten Elements parallel aufgerissen werden, was einen besonders hohen Energieübertrag ergibt. Die zweiten Elemente können in Bewegungsrichtung an gleicher Position bzw. Tiefe an dem ersten Element ange- ordnet sein und/oder in Bewegungsrichtung versetzt, was eine abgestufte Kraftübertragung ermöglicht.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das mindestens eine dritte Element in Form mehrerer benachbarter dritter Elemente ausgebildet ist und ein Verhältnis („W/D- Verhältnis") zwischen einem Abstand W benachbarter Löcher zu einer Querschnittsbreite der zugehörigen dritten Elemente (z.B. dem Durchmesser D) mindestens fünf (5) beträgt. Dadurch wird sichergestellt, dass die dritten Elemente nicht so nahe beieinander liegen, dass sie im Aufprallfall die zwischen sich befindlichen Wandstreifen übermäßig schwächen oder sogar frühzeitig, vor Eintreten der Lochleibung, versagen.
Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das erste Element ein hohles prismatisches Element (mit eckigem Querschnitt) äst. Dies verhindert eine Drehbewegung des zweiten Elements in dem ersten Element. Alternativ mag das erste Element aber jede gewünschte Querschnittsform aufweisen, z.B. eine kreisrunde Form.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass ein Verhältnis („E/D-Verhältnis") zwischen einem Abstand E eines Lochs von einer Kante des ersten Elements zu seiner
Querschnittsbreite mindestens drei (3) beträgt. Dadurch können eine verringerte Energieaufnahme durch den ersten Träger im Bereich einer Kante als auch eine Deformation der Kante verhindert werden. Unter einer Kante kann insbesondere eine sich in Längsrichtung des ersten Trägers erstreckende Kante verstanden werden. Eine Kante entspricht insbesondere einer Ecke eines Querschnitts des ersten Elements.
Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das Fahrzeug mehrere dritte Elemente auf- weist, welche an unterschiedlichen Wandabschnitten des ersten Elements anordnet sind. Dadurch kann eine besonders hohe Energieabsorption erreicht werden. Unter einem Wandabschnitt kann insbesondere ein in Umfangsrichtung abgrenzbarer Bereich verstanden werden. Die Abgrenzung mag beispielsweise durch eine Kante erfolgen. Insbesonde- re mag ein Wandabschnitt ein im Querschnitt geradliniger Bereich zwischen zwei Ecken sein. Für den Fall eines im Querschnitt rechteckigen ersten Elements können beispielsweise eine Oberseitei eine Unterseite, eine rechte Seite und eine linke Seite des ersten Elements unterschiedliche Wandabschnitte mit ggf. unterschiedlichen Eigenschaften, ins- besondere Festigkeiten, darstellen.
Es ist darüber hinaus eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Loch eine größere Breite aufweist als ein dadurch geführtes drittes Element und in dem Loch ein dazu passendes Einsatzelement eingesetzt ist, durch welches das dritte Element passend oder mit gerin- gern Spiel geführt ist. Dies ergibt den Vorteil, dass durch Nutzen des„Baukastenprinzips" ein drittes Element mit einer ersten Breite (z.B. einem ersten Durchmesser) für ein erstes vorgegebenes Kraftniveau verwendet werden kann und höhere Kraftniveaus durch das Einsatzelement erzeugt werden. Auf diese Weise kann eine Skalierung des Kraftniveaus bei konstanter Bauteilgeometrie (Profilquerschnitt und Wandstärke) durchgeführt werden. Ferner kann das Kraftniveau über eine geeignete Wahl einer Außenbreite, insbesondere eines Außendurchmessers, des Einsatzelements durch Senkung des W/D-Verhältnisses abgesenkt werden.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Einsatzelement ein Innenloch aufweist, weiches ein dem dritten Element entsprechende Form und Größe (z.B. Durchmesser) aufweist, insbesondere zum passgenauen Einsatz des dritten Elements. Eine außenseitige Form und Größe (z.B. Durchmesser) des Einsatzelements mag einer Form und Größe des Lochs entsprechen, insbesondere zum passgenauen Einsatz des Einsatzelements in das Loch des ersten Elements. Ein W/D-Verhältnis kann sich dann insbesondere auf das Innenloch beziehen.
Es ist noch eine Ausgestaltung, dass das zweite Element ein mit einem Stoßfänger verbundenes Verbindungselement ist. Das zweite Element kann insbesondere eine
Crashbox sein.
Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass das erste Element ein Motorträger ist.
Eine Crashstruktur mag insbesondere einen (vorderen oder hinteren) Stoßfänger, mindestens zwei daran angebrachte zweite Elemente und jeweilige dritte Elemente aufweisen.
Die obigen ersten bis dritten Elemente bzw. eine diese aufweisende Crashstruktur mag einen Teil eines Vorderwagenaufbaus oder eines Hinterwagenaufbaus darstellen. Die Crashstruktur mag auch zur Aufnahme eines Seitenaufprails verwendet werden. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispie- len, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Fig.1 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Vorderwagenaufbaus mit einer zuge- hörigen Crashstruktur mit ersten und zweiten Elementen;
Fig.2 zeigt in Vorderansicht ein erstes Element mit mehreren dritten Elementen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig.3 zeigt als Schnittdarsteilung in Seitenansicht eine Wand eines ersten Elements mit einem darin geführten dritten Element in einem normalen Zu- stand;
Fig.4 zeigt in Draufsicht von außen die Wand aus Fig.4 mit dem ersten Element im Aufprailfail;
Fig.5 zeigt in Vorderansicht ein erstes Element mit mehreren dritten Elementen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiei;
Fig.6 zeigt in Schräganstcht das erste Element mit mehreren darin eingesetzten dritten Elementen in einem normalen Zustand;
Fig.7 zeigt in Schrägansicht das erste Element aus Fig.6 im Aufprallfall; und
Fig.8 zeigt einen Schnitt durch eine Wand des ersten Elements mit einem in ein
Loch davon eingesetzten dritten Element und zusätzlich einem Einsatzele- ment.
Fig.1 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Vorderwagenaufbaus 1 eines Personenkraftwagens 2 mit einer zugehörigen Crashstruktur 3. Die Crashstruktur 3 weist einen vorderen Stoßfänger 4 auf, weicher an zwei zweiten Elementen in Form von Crashboxen 5 be- festigt ist. Die Crashboxen 5 sind in dem gezeigten normalen Zustand teilweise in erste Elemente in Form von Motorträgern 6 eingeführt. Die Motorträger 6 sind als röhrenförmige Hohlprofile aus CFK mit einer rechteckigen Querschnittsform ausgebildet. Auch die Crashboxen 5 weisen eine rechteckige Grundform auf und sind in dem Motorträger 6 längsverschiebiich angeordnet.
Bei einem Frontalaufprall mit höherer Geschwindigkeit, welcher durch den Pfeil C angedeutet ist, wird der Stoßfänger 4 mit den Crashboxen 5 so verschoben, dass sie auf die Motorträger 6 prallen und diese unter Energieabgabe zerstören. Da die Motorträger 6 aus CFK bestehen, wird Energie nicht durch plastische Verformung aufgenommen, sondern die Motorträger 6 werden durch vollständige Desintegration (Pulverisierung) und/oder Umlenkung des CFK-Materials zerstört. Unter Einfluss von Querkräften, wie sie beispielsweise bei einem seitlichen Aufprall auftreten, versagen bisherige Motorträger jedoch weitgehend unkontrolliert und katastrophal, z.B. durch Einknicken, unter einer merklich geringeren Energieaufnahme.
Fig.2 zeigt in Vorderansicht einen Motorträger 6 mit vier dritten Elementen in Form von Bolzen 7. Die Bolzen 7 (z.B. Bolzen im engeren Sinne, Schrauben, Niete, Stifte usw.) sind von außen durch jeweils zugehörige, passende Löcher 8 in eine Wand 9 eingesetzt worden und damit durch das Loch 8 geführt. Die Bolzen 7 bestehen z.B. aus Metall, z.B. Stahl, und weisen folglich eine höhere Festigkeit, insbesondere Bruchfestigkeit, auf als der Motorträger 6. Die Bolzen 7 weisen hier einen runden Querschnitt mit einem konstanten Durchmesser D (siehe auch Fig.3) auf.
Genauer gesagt sind hier zwei Bolzen 7 an unterschiedlichen, gegenüberliegenden Wandabschnitten, welche einer linken Seitenwand 91 (linke Seite) und einer rechten Seitenwand 9r (rechte Seite) der Wand 9 entsprechen, spiegelsymmetrisch angeordnet. Die Bolzen 7 sind dabei in Bezug auf die Bahn der Crashbox und damit hier auch in Bezug auf eine Längsrichtung L des Motorträgers 6 nebeneinander angeordnet. Die Anordnung nebeneinander ist bei Anordnung an den Seitenwänden 91 und 9r eine Anordnung übereinander. Die Anordnung nebeneinander entspricht einer gleichen Position auf einer Längsachse L (siehe auch Fig.1). Fig.3 zeigt den eingesetzten Bolzen 7 in größerem Detail. Ausgehend von einem außen an der Wand 9 des Motorträgers 6 anliegenden Kopf 7k des Bolzens 7 erstreckt er sich durch die Wand 9 mit ihrer Wanddicke t in einen hohlen Innenraum 10 des Motorträgers 6. Die Bolzen 7 ragen also in den Innenraum 10 und liegen somit in einer Bahn der zugehörigen Crashbox 5 im Aufprallfali. Die Bolzen 7 sind insbesondere unter einem vorbe- stimmten Lochleibungsdruck an der Wand 9 befestigt. Die Bolzen 7 weisen einen konstanten Durchmesser D auf.
Ein W/D-Verhältnis zwischen einem Abstand W zwischen benachbarten Löchern 8, insbesondere deren Mittelpunkten, und dem Durchmesser D der Bolzen 7 beträgt (siehe auch Fig.2) mindestens fünf. Der Abstand W ist also mindestens fünfmal so groß wie der Durchmesser D. Dadurch wird verhindert, dass die Bolzen 7 im Aufprallfali den tragenden Querschnitt des Motorträgers 6 entscheidend schwächen. Wie wieder in Fig.2 gezeigt, weist der Motorträger 6 vier Kanten 12 auf, weiche im Querschnitt den Ecken der Außenkontur entsprechen. Es wird bevorzugt, dass ein E/D- Verhältnis zwischen einem Abstand E eines Lochs 8 von einer Kante 12 des Motorträgers 6 zu einem Durchmesser D mindestens drei beträgt,
Fig.4 zeigt eine Bewegung eines Bolzens 7, wenn dieser durch die Crashbox 5 um eine Strecke ΔΙ nach hinten verschoben wird, wie durch den Pfeil angedeutet. Dabei reißt der Bolzen 7, der höhere Festigkeiten als der Motorträger 6 aufweist, die Wand 9 hinter sich auf Energie absorbiert wird.
Fig.5 zeigt den Motorträger 6, in weichen nun aber keine Bolzen, sondern alternativ oder zusätzlich Stangen 13 durchgehend eingeführt sind.
Fig.6 zeigt in Schrägansicht einen Motorträger 14 in einem normalen Zustand, bei wel- ehern in einer Seitenwand 9r vier Bolzen 7 übereinander eingeführt sind und in einem oberen Wandabschnitt 15 ("Oberseite") zwei Bolzen 7 nebeneinander eingeführt sind. Die jeweils gegenüberliegenden Wände oder Wandabschnitte können ebenfalls Bolzen enthalten, insbesondere auf eine spiegelsymmetrische Art, was hier nicht dargestellt ist. Daneben ist es denkbar eine zweite Reihe Bolzen 7 vorzusehen, welche versetzt zur ersten Reihe angeordnet ist. Diese ist hier ebenso nicht abgebildet,
Die gezeigten Bolzen 7 befinden sind in Bezug auf die Längsachse L des Motorträgers 14 auf gleicher Position. Die nicht dargestellte Crashbox 5 ist in die gezeigte vordere Öffnung des Motorträgers 14 eingeführt, und zwar maximal auf Anschlag mit den Bolzen.
Fig.7 zeigt in Schrägansicht den Motorträger 14 im Aufprallfali. Die Crashbox 5 hat nun die Bolzen 7 nach hinten verschoben, wobei diese in der Wand 9 hinter sich Rissspuren 6 bilden, zu deren Bildung Energie verbraucht wird. Fig.8 zeigt einen Schnitt durch eine Wand 9 des Motorträgers 6 mit einem in ein Loch 8 davon eingesetzten Bolzen 7 oder Stange 13 und zusätzlich einem Einsatzelement 17. So kann auch ein Bolzen 7 usw. spielfrei eingesetzt werden, welcher einen Durchmesser D aufweist, der geringer ist als ein Durchmesser D2 des Lochs 8. Das Einsatzelement 17 ist rohrförmig ausgebildet und weist einen Außendurchmesser entsprechend dem Durch- messer D2 des Lochs 8 und einen Innendurchmesser entsprechend dem Durchmesser D auf. Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
1 Q
Bezugszeichenliste
1 Vorderwagenaufbau
2 Personenkraftwagen
3 Crashstruktur
4 Stoßfänger
5 Crashbox
6 Motorträger
7 Boizen
7k anliegender Kopf
8 Loch
9 Wand
9i linke Seitenwand
9r rechte Seitenwand
10 Innenraum
12 Kante
13 Stange
14 Motorträger
15 oberer Wandabschnitt
16 Rissspur
17 Einsatzelement
C Pfeil
D Durchmesser
ΔΙ Strecke
E Abstand
L Längsrichtung
t Wanddicke
W Abstand

Claims

Patentansprüche
Fahrzeug (1), aufweisend
- ein erstes, hohles Element (6) aus Faserverbundwerkstoff,
ein zweites, in dem hohlen Element (6) längsverschiebliches Element (5) und mindestens ein drittes Element (7; 13), welches durch ein zugehöriges Loch (8) einer Wand (9) des ersten Elements (6) geführt ist,
- wobei das mindestens eine dritte Element (7; 13) in einer Bahn des zweiten Elements
(5) angeordnet ist und eine höhere Festigkeit aufweist als das erste Element (6).
Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 1 , wobei mindestens ein drittes Element (7; 13) einen runden Querschnitt aufweist.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein drittes Element (7; 13) als ein von außen in die Wand (9) des ersten Elements
(6) eingesetzter Bolzen
(7) ausgebildet ist.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein drittes Element (7; 13) als eine durch das erste Element (6) geführte Stange (13) ausgebildet ist.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mehrere dritte Elemente (7; 3), welche in Bezug auf die Bahn des zweiten Elements (5) nebeneinander, insbesondere versetzt zueinander, angeordnet sind.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine dritte Element (7; 13) in Form mehrerer benachbarter dritter Elemente (7; 13) ausgebildet ist und ein W/D-Verhältnis zwischen einem Abstand (W) benachbarter Löcher (8) zu einer Querschnittsbreite (D) der zugehörigen dritten Elemente (7; 13) mindestens fünf beträgt.
Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Element (6) ein hohlzyiindrisches Element mit eckigem Querschnitt ist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 8, wobei E/D-Verhältnis zwischen einem Abstand (E) eines Lochs
(8) von einer Kante (12) des ersten Elements (6) zu seiner
Querschnittsbreite (D) mindestens drei beträgt.
9. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mehrere dritte Elemente (7; 13), welche in an unterschiedlichen Wandabschnttten (91, 9r; 9r, 15) des ersten Elements anordnet sind.
10. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- mindestens ein Loch (8) eine größere Brette aufweist als ein dadurch geführtes drittes Element (7; 13) und
in dem Loch (8) ein dazu passendes Einsatzelement ( 7) eingesetzt ist, durch welches das dritte Element (7; 13) passend geführt ist.
11. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Element (5) ein mit einem Stoßfänger (4) verbundenes Verbindungselement, insbesondere Crashbox, ist.
12. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Element (6) ein Motorträger ist.
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