DE102008048678A1

DE102008048678A1 - Vorrichtung zum Absorbieren von Bewegungsenergie, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008048678A1
Application number: DE200810048678
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dorfner; Karl-Heinz Haberer; Matthew Clarke
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2010-03-25

Abstract

Bei einer bevorzugt im Frontbereich eines Kraftfahrzeuges einzubauenden Vorrichtung zum Absorbieren von Bewegungsenergie ist ein erstes, stationäres Bauteil (7) und ein zweites, relativ zu dem ersten Bauteil (7) bewegliches Bauteil (9) vorgesehen. Durch eine Koppelungseinrichtung (5) lässt sich das erste Bauteil (7) und das zweite Bauteil (9) miteinander verbinden, derart, dass bei nicht aktivierter Koppelungseinrichtung (5) die beiden Bauteile (7, 9) im Wesentlichen ohne oder nur mit geringer Energieumwandlung relativ zueinander bewegbar sind, und dass bei aktivierter Koppelungseinrichtung (5) die Kräfte von einem Bauteil auf das andere Bauteil übertragen werden und ab einem vorbestimmten Kraftniveau sich eines der beiden Bauteile gezielt plastisch verformt. Durch die vorgeschlagene Vorrichtung ist es möglich, das Kraftniveau an zwei verschiedene Belastungsfälle anzupassen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Absorbieren von Bewegungsenergie, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten, stationären Bauteil und einem zweiten, relativ zu dem ersten Bauteil beweglichem Bauteil, wobei eines der Bauteile bei Überschreiten eines vorbestimmten Kraftniveaus durch plastische Verformung Energie umwandelt.
Gattungsgemäße Vorrichtungen sind in den vielfältigsten Variationen bekannt. Sie werden bspw. eingesetzt, um bei einem Frontaufprall eines Kraftfahrzeuges die Bewegungsenergie so in Verformungsenergie umzuwandeln, dass bis zu einer bestimmten Aufprallgeschwindigkeit die verformten Bauteile leicht ausgetauscht werden können. Dies reduziert die Reparaturkosten und schafft die Voraussetzung für die Einstufung in eine günstige Typschadenklasse der Kasko-Versicherung.
Waren es bis vor einigen Jahren im Wesentlichen die oben genannten Voraussetzungen, die ein Stoßfängersystem erfüllen musste, so sollen die neuen Systeme auch dazu beitragen, das Verletzungsrisiko eines auftreffenden Fußgängers oder Zweiradfahrers zu reduzieren. Neben anderen Maßnahmen hat das dazu geführt, dass im Endbereich des Stoßfängersystems Deformationselemente angeordnet werden, die auf ein relativ niedriges Kraftniveau ausgelegt sind und dadurch einen guten Schutz für eine aufschlagende Person bilden. Ein solches Deformationselement kann bspw. aus einem Deformationsschaum bestehen. Dieser Deformationsschaum kann unmittelbar hinter einem Stoßfängerüberzug angeordnet sein.
Ein modernes Stoßfängersystem sollte also in der Lage sein, einen guten Fußgängerschutz zu gewährleisten und darüber hinaus auch ein größeres Energieniveau beim Aufprall des Fahrzeuges auf ein Hindernis zu absorbieren. Diese Aufgabe hat man bisher dadurch gelöst, dass beide Systeme, also eines für ein niedriges und eines für ein höheres Kraftniveau, hintereinander geschaltet hat. Der Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass bei einem Typschaden oder einer höheren Aufprallgeschwindigkeit des Fahrzeuges der vorgehaltene Verformungsweg für ein relativ niedriges Kraftniveau fast vollständig verloren geht. Das heißt, dass in dem genannten Belastungsfall sich natürlich zuerst das auf das niedrige Kraftniveau ausgelegte Deformationselement für den Fußgängerschutz verformt, jedoch ohne dabei wesentlich Energie umzuwandeln. Erst wenn dieses Deformationselement zusammengepresst ist (auf Block), beginnt das zweite, für das höhere Kraftniveau ausgelegte Deformationselement, sich zu verformen. Dieser Umstand führt dazu, dass entweder der Fahrzeugvorbau entsprechend verlängert werden muss oder dass nur ein kürzerer Verformungsweg zur Verfügung steht.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Absorbieren von Bewegungsenergie so auszubilden, dass der genannte Wegverlust nicht auftritt und trotzdem für beide Belastungsfälle entsprechend den unterschiedlichen Kraftniveaus optimale Verzögerungswerte erreicht werden können.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Koppelungseinrichtung umfasst, durch welche das erste und das zweite Bauteil in Wirkverbindung bringbar sind, derart, dass bei nicht aktiver Koppelungseinrichtung die beiden Bauteile im Wesentlichen ohne oder nur mit geringer Energieumwandlung relativ zueinander bewegbar sind, und dass bei aktiver Koppelungseinrichtung die Kräfte von einem Bauteil auf das andere Bauteil übertragen werden und ab einem vorbestimmten Kraftniveau sich eines der beiden Bauteile gezielt plastisch verformt.
Durch das Koppelungselement lässt sich also gezielt das eine oder andere Kraftniveau auswählen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Absorbieren von Bewegungsenergie ist also kein passives Element, sondern ein aktives Bauteil, das auf bestimmte Voraussetzungen reagieren kann. Es ist selbstverständlich, dass zum Betreiben der erfindungsgemäßen Vorrichtung Sensoren und eine dazugehörige Steuereinrichtung notwendig sind, um die jeweiligen Belastungsfälle zu erfassen. Dies ist nicht zwingend mit einem Mehraufwand verbunden, da moderne Fahrzeuge meist ohnehin entsprechende Erfassungseinrichtungen aufweisen, bspw. zur Erfassung des Aufpralls eines Fußgängers oder Zweiradfahrers. Über eine solche Einrichtung würde dann nicht nur bspw. die Anhebung der Frontklappe gesteuert, sondern darüber hinaus auch die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Absorbieren von Bewegungsenergie.
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann bspw. so ausgeführt sein, dass dann, wenn kein Fußgängeraufschlag sensiert wird, über die Koppelungseinrichtung das erste und das zweite Bauteil miteinander verbunden werden, wodurch ohne Wegverlust eine plastische Verformung eines der beiden Bauteile bei einem relativ hohen Kraftniveau eingeleitet wird. Anders hingegen, wenn die Sensoren den Aufschlag einer Person ermitteln, erfolgt keine Koppelung der beiden Bauteile, wodurch sich die beiden Bauteile relativ zueinander bewegen und darüber Energie auf einem Kraftniveau umwandeln, welches an den Fußgängeraufschlag angepasst ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Absorbieren von Bewegungsenergie kann darin bestehen, dass das erste Bauteil das zweite Bauteil teilweise umschließt und dass die Koppelungseinrichtung aus dem zweiten Bauteil heraus bewegbare Sperrelemente umfasst, welche sich bei aktiver Koppelungseinrichtung und Kraftbeaufschlagung an dem ersten Bauteil anlegen und im weiteren Bewegungsablauf dessen Verformung einleiten. Diese Verformung ist auf ein höheres Kraftniveau, bspw. auf einen Fahrzeugaufprall mit 25 km/h ausgelegt. Werden hingegen die Sperrelemente nicht ausgefahren, d. h. es findet keine Koppelung statt, dann kann das zweite Bauteil in das erste Bauteil eintauchen und hierbei ein Deformationselement für ein niedriges Kraftniveau verformen, wodurch ein guter Fußgängerschutz erreicht wird.
Alternativ ist es natürlich möglich, dass das erste Bauteil das zweite Bauteil umschließt, und dass die Koppelungseinrichtung aus dem ersten Bauteil heraus bewegbare Sperrelemente umfasst, welche bei aktivierter Koppelungseinrichtung und Kraftbeaufschlagung in zugeordnete Öffnungen im zweiten Bauteil eingreifen und im weiteren Bewegungsablauf dessen Verformung einleiten. Der Unterschied zu der erstbeschriebenen Bauform besteht im Wesentlichen darin, dass die Sperrelemente nicht in dem sich bewegenden zweiten Bauteil angeordnet sind, sondern Bestandteil des stationären, ersten Bauteils sind. Von diesem aus werden die Sperrelemente in zugeordnete Öffnungen des zweiten Bauteils eingebracht, so dass sich eine formschlüssige Verbindung ergibt.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen
1 als Prinzipbild eine Vorrichtung zum Absorbieren von Bewegungsenergie mit einer Koppelungseinrichtung, welche in dem beweglichen Bauteil untergebracht ist,
2 als Prinzipbild eine weitere Vorrichtung, bei der die Koppelungseinrichtung an dem stationären Bauteil (sogenannte Crashbox) angeordnet ist und
3a–3b verschiedene Koppelungseinrichtungen.
Die Darstellungen in den 1 und 2 zeigen Vorrichtungen zum Absorbieren von Bewegungsenergie zum Einbau in den Frontbereich eines Kraftfahrzeuges. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist es möglich, durch eine aktive Steuerung zu erreichen, dass sie in Abhängigkeit von dem Belastungsfall auf zwei verschiedenen Energieniveaus Energie umwandeln können. Dabei entspricht das niedrigere Energieniveau einer Belastung, wie sie typischerweise beim Aufprall eines Fußgängers oder Zweiradfahrers auftritt. Das höhere Belastungsniveau bemisst sich an den Kräften, die beim Aufprall des Fahrzeugs mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit auftreten.
Alle in den Figuren dargestellten Vorrichtungen umfassen Koppelungseinrichtungen 5, die in Abhängigkeit vom Belastungsfall ein erstes, stationäres Bauteil 7 mit einem zweiten, relativ zu dem ersten Bauteil 7 beweglichen Bauteil 9 der Vorrichtung verbinden. Das bewegliche Bauteil 9 kann bspw. durch einen Stoßfängerquerträger (aktiver Querträger) gebildet sein.
Zur Erkennung des jeweiligen Belastungsfalles sind an sich bekannte und deshalb nicht gezeigte und beschriebene Einrichtungen vorgesehen. Je nach detektiertem Belastungsfall wird die Koppelungseinrichtung entweder aktiviert oder bleibt deaktiviert. Jede Koppelungseinrichtung 5 umfasst zumindest ein bewegbares Sperrelement 11 und eine nicht näher dargestellte Einrichtung, durch welche die Sperrelemente 11 ausgefahren bzw. eingezogen werden.
Die Vorrichtung gemäß 1 weist ein als stationäres Bauteil 7 ausgebildetes Deformationselement auf. Dieses Deformationselement besteht aus einem Blechkörper, welcher bestimmt und geeignet ist, ab einer vorgegebenen Kraft durch Faltenbildung Energie umzuwandeln. Wie die Zeichnung zeigt, umschließt das stationäre Bauteil 7 teilweise das bewegliche Bauteil 9. Im Inneren des als Querträger ausgebildeten, beweglichen Bauteiles 9 ist eine Betätigungseinrichtung 13 für die Sperrelemente 11 untergebracht. Diese können durch die Betätigungseinrichtung 13 von ihrer gegenüber der Außenkontur des beweglichen Bauteils 9 nicht vorstehenden Position (gestrichelt gezeichnet) in die mit durchgezogenen Linien dargestellte Sperrstellung bewegt werden. Wirkt nun in der Sperrstellung eine ausreichend große Kraft (angedeutet durch den Pfeil 15) auf das bewegliche Bauteil 9 ein, dann wird diese Kraft über die Sperrelemente 11 in das stationäre Bauteil 7 eingeleitet, welches sich zur Umwandlung der auftretenden Energie plastisch verformt (faltet).
Wenn die Vorrichtung nur geringe Kräfte aufnehmen soll (Fußgängerschutz), dann werden die Sperrelemente 11 nicht aktiviert, d. h. sie verbleiben in ihrer zurückgezogenen Stellung, in der sie nicht nach außen vorstehen. Das bewegliche Bauteil 9 kann dadurch um einen Betrag a in das stationäre Bauteil 7 eindringen.
Bei der Ausführungsform gemäß 2 sind die Sperrelemente 11 in dem stationären Bauteil 7 angeordnet. Soll eine Koppelung mit dem beweglichen Bauteil 9 erfolgen, dann werden die Sperrelemente 11 durch eine hier nicht gezeigte Einrichtung in Richtung auf das Bauteil 9 verschoben. Die Sperrelemente 11 greifen dort in Öffnungen 21 ein, so dass ein Formschluss erreicht wird und das Bauteil 9 fixiert ist. Anders als bei der Ausführungsform gemäß 1 ist bei der in 2 gezeigten Einrichtung das bewegliche Bauteil 9 so ausgebildet, dass es sich ab einem vorbestimmten Kraftniveau gezielt plastisch verformt und darüber die bei einem Aufprall des Fahrzeuges auftretenden Kräfte absorbiert. Dieses Kraftniveau wird durch Festigkeitswerte und Wandstärken des Werkstoffes von Bauteil 9 erreicht, bei Bedarf können auch Sicken als ”Anfalthilfe” eingebracht sein.
Wird die Koppelungseinrichtung 5 nicht bewegt, d. h. die Sperrelemente 11 greifen nicht in die Öffnung 21 in das Bauteil 9 ein, dann kann sich dieses um einen Betrag a relativ zu dem stationären Bauteil 7 bei einem niedrigeren Kraftniveau bewegen (Fußgängerschutz). Dieses niedrige Kraftniveau wird durch die Massenträgheit des Bauteils 9 und anderen Bauteilen, die mit Bauteil 9 verbunden sind (wie z. B. Stoßfängerquerträger) bestimmt. Ggf. kann das Kraftniveau auch durch Reibung zwischen Bauteil 9 und Bauteil 7 oder einem zusätzlichen Deformationselement erhöht werden.
Schließlich zeigen die 3a bis 3c verschiedene Möglichkeiten zum Koppeln der Bauteile 7 und 9. Während gemäß 3a in Öffnungen 21 eingreifende, kreisrunde Sperrelemente 11 (Bolzen) vorgesehen sind, zeigt 3b eine Lösung mit einem rechteckigen, mit einer angepassten Öffnung 21 zusammenwirkendes Sperrelement 11. Bei der in 3c gezeigten Bauform besteht das Sperrelement 11 aus einem Anschlag, der die Kräfte von dem Bauteil 9 auf das Bauteil 7 überträgt.

Claims

Vorrichtung zum Absorbieren von Bewegungsenergie, insbesondere zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten, stationären Bauteil und einem zweiten, relativ zu dem ersten Bauteil beweglichem Bauteil, wobei eines der Bauteile bei Überschreiten eines vorbestimmten Kraftniveaus durch plastische Verformung Energie umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Koppelungseinrichtung (5) vorgesehen ist, durch welche das erste (7) und das zweite Bauteil (9) in Wirkverbindung bringbar sind, derart, dass bei nicht aktivierter Koppelungseinrichtung (5) die beiden Bauteile (7, 9) im Wesentlichen ohne oder nur mit geringer Energieumwandlung relativ zueinander bewegbar sind, und dass bei aktivierter Koppelungseinrichtung (5) die Kräfte von einem Bauteil auf das andere Bauteil übertragen werden und ab einem vorbestimmten Kraftniveau sich eines der beiden Bauteile gezielt plastisch verformt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (7) das zweite Bauteil (9) teilweise umschließt, und dass die Koppelungseinrichtung (5) aus dem zweiten Bauteil (9) heraus bewegbare Sperrelemente (11) umfasst, welche sich bei aktivierter Koppelungseinrichtung (5) und Kraftbeaufschlagung an dem ersten Bauteil anlegen (7) und im weiteren Bewegungsablauf dessen Verformung einleiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (7) das zweite Bauteil (9) teilweise umschließt, und dass die Koppelungseinrichtung (5) aus dem ersten Bauteil (7) heraus bewegbare Sperrelemente (11) umfasst, welche bei aktivierter Koppelungseinrichtung (5) und Kraftbeaufschlagung in zugeordnete Öffnungen (21) im zweiten Bauteil (9) eingreifen und im weiteren Bewegungsablauf dessen Verformung einleiten.