Crashstruktur mit einstellbarer Steifigkeit für ein Deformationselement für ein Fahrzeug Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Crashstruktur mit einstellbarer Steifigkeit für ein Deformationselement für ein Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs.

Aus EP 1 792 786 A2 ist eine Crashbox bekannt, die ein gehäuseartiges

Deformationsprofil mit einer längsträgerseitigen Flanschplatte aufweist und als Faltkonstruktion aus Metallblech ausgebildet ist. Das Deformationsprofil besteht aus zwei Schalenbauteilen, wobei an jedem Schalenbauteil ein

Flanschplattenabschnitt angeformt ist. Die Schalenbauteile werden aus

Ausgangsplatinen aus Metallblech gefaltet, anschließend zusammengesetzt und mittels Widerstandsschweißpunkten aneinander gefügt. Dies stellt eine herkömmliche Crashbox dar ohne jede Adaption auf einen Crashvorgang. Eine solche Adaption ist jedoch beispielsweise aus DE 197 45 656 AI bekannt. Dabei wird ein Pralldämpfer für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei in Abhängigkeit von einem Precrash-Signal, das ist ein Signal einer Rundumsichtsensorik wie an einer Radarsensorik oder einem Aufprallsignal eine Deformation gesteuert werden kann. Vorgeschlagen wird, dass an einem Deformationselement

Schieber sich senkrecht zur Kraftrichtung bewegen und Deformationselemente dadurch sperren, so dass durch die Kraftwirkung diese Deformationselemente durch plastische Verformung aufgrund der Sperrung Crashenergie abbauen. Durch eine parallele Anordnung oder durch einen Ineinanderbau von solchen Deformationselementen ist eine Adaption auf den Crashvorgang möglich. Als weiteres Beispiel wird vorgeschlagen, ein Deformationselement durch eine Verjüngung zum Abbau von Crashenergie zu benutzen. Dabei ist ein Element zur Verjüngung fixiert und ein weiteres kann durch einen Schieber frei gegeben werden, um die Verjüngung zu reduzieren. Die Bewegung des Schiebers erfolgt dabei radial, d.h. senkrecht zur Kraftrichtung und damit zur Längsachse des Deformationselements, üblicherweise ein Zylinder mit einer vorgegebenen Wanddicke.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Crashstruktur mit einstellbarer Steifigkeit für ein

Deformationselement für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat den Vorteil, dass nunmehr die Steifigkeit stufenlos eingestellt werden kann, indem zwei Profile derart gegeneinander bewegt werden, dass eine Stellung der zwei Profile gegeneinander erreicht wird, die einen Grad der Steifigkeit festlegt. Da diese Bewegung in sehr kleinen

Abständen erfolgen kann, ist mithin eine stufenlose Einstellung der Steifigkeit möglich. Dieses erfindungsgemäße Prinzip der stufenlosen Einstellung der Steifigkeit ist beispielsweise auf die sogenannte Verjüngung anwendbar, bei der ein Deformationselement durch die Crashstruktur verjüngt wird. Der Grad der Verjüngung, also wie stark die Verjüngung erfolgt kann nunmehr stufenlos erfolgen. Aber auch andere Absorptionstechniken für Crashenergie wie das Ausweiten können von dieser Erfindung Gebrauch machen.

Die Gegeneinanderbewegung von zwei Profilen der Crashstruktur ermöglicht eine Vielzahl von Ausgestaltungsmöglichkeiten, die beispielsweise in den abhängigen Ansprüchen definiert sind. Insbesondere wird dadurch eine konstruktiv einfache und kostengünstige Lösung der Einstellung der Steifigkeit erreicht.

Die Crashstruktur ist ein Karosserieelement, das zwischen einem Längsträger und einem Querträger des Fahrzeugs an der Fahrzeugfront eingebaut wird. Diese Crashstruktur ist mit einer einstellbaren Steifigkeit versehen, um auf den jeweiligen Crash mit einer angepassten Steifigkeit reagieren zu können. Die Funktion einer solchen Crashstruktur ist, den Längsträger vor einer Deformation von Crash bis zu einer bestimmten Stärke zu schützen. Damit kann dann später die Reparatur des Fahrzeugs nach dem Crash bezüglich der Crashstruktur erfolgen. Eine Deformation des Längsträgers könnte jedoch in einem

Totalschaden enden. Eine solche Crashstruktur kann mit einer eigenen Sensorik und Elektronik versehen sein, um die Adaption der Steifigkeit vornehmen zu können. Die Auswertung der Sensorsignale von Senoren, die an der

Crashstruktur angebracht sind, kann auch von einem Steuergerät außerhalb der Crashstruktur durchgeführt werden. Beispielsweise kann hierfür das

Airbagsteuergerät oder das ESP-Steuergerät oder ein anderes Steuergerät verwendet werden. Es ist jedoch möglich, das die Crashstruktur ein eigenes Steuergerät aufweist. Auch dieses Steuergerät kann sich innerhalb oder außerhalb der Crashstruktur befinden. Als Sensoren können dabei üblicherweise Beschleunigungssensoren, Luftdrucksensoren, Abstandssensoren oder andere geeignete Sensoren verwendet werden.

Die Steifigkeit ist demnach das Maß, welchen mechanischen Widerstand die Crashstruktur dem Crash entgegenstellt. Dieser Widerstand kann wie oben angegeben, beispielsweise durch eine Verjüngung eines Deformationselements realisiert sein oder durch ein Aufweiten oder ein Abschälen oder andere

Strukturen, die die Crashenergie in Deformationsenergie umwandeln. Es sind jedoch anstatt der Deformationsenergie auch andere Wirkungen möglich, nämlich beispielsweise eine Drosselwirkung.

Stufenlos heißt vorliegend, dass eine gewünschte Steifigkeit einstellbar ist. Diese Steifigkeit muss sich innerhalb eines vorgegebenen Bandes befinden, das durch die Struktur definiert ist. Es ist also eine maximale und eine minimale Steifigkeit möglich. Um bei schweren Crashs immer mit der höchsten Steifigkeit reagieren zu können, ist die Grundeinstellung der Crashstruktur auf die höchste Steifigkeit.

Mit den Profilen könnten die verschiedenen Strukturen, wie sie denn auch in den abhängigen Ansprüchen definiert sind, gemeint sein. Die Profile können beispielsweise rohrartig gebildet sein und insbesondere in den abhängigen Ansprüchen definiert aus mehreren Segmenten oder Abschnitten bestehen. Aber auch jede andere Form kann unter dem Begriff Profil subsumiert werden. Die Stellung der zwei Profile gegeneinander definiert den Grad der Steifigkeit. Das heißt, jede unterschiedliche Stellung ist mit einer unterschiedlichen Steifigkeit verbunden. Wie aus den abhängigen Ansprüchen hervorgeht, kann dadurch beispielsweise die Öffnung, durch die ein Deformationselement getrieben wird, um es zu verjüngen, verschiedene Ausprägungen insbesondere Durchmesser je nach Einstellung aufweisen. Die Crashstruktur ist derart, dass innerhalb des

Bandes dann jeder Durchmesser möglich ist. Dem Fachmann ist klar, dass unter stufenlos oder jeder Steifigkeit auch eine gewisse Rasterung gemeint sein kann, die beispielsweise je nach Aktuatorik vorgegeben ist. Die Rasterung weist derart viele Rasterschritte auf, dass für den Fachmann unter dem Begriff stufenlos zu subsumieren ist.

Der Grad der Steifigkeit heißt, wie steif sich die Crashstruktur im Bezug auf

beispielsweise ein Deformationselement verhält. Mit dem Begriff Festlegen kann auch ein Einstellen oder andere Synonyme gemeint sein.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und

Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen

Patentanspruch angegebenen Crashstruktur möglich.

Vorteilhafter Weise wird wie oben angegeben, das Deformationselement durch eine Öffnung verjüngt, wobei die Öffnung durch die zwei Profile und

insbesondere deren Stellung gegeneinander definiert ist. Dadurch wird

Crashenergie in Verformungsenergie gewandelt und zwar durch die Verjüngung.

Dabei hat vorteilhafter Weise ein erstes der zwei Profile eine Verjüngungsstruktur, die wenigstens einen Luftspalt aufweist, der durch das zweite Profil eingestellt wird. Dabei ist beispielsweise von Vorteil, dass die Verjüngungsstruktur eine Außenstruktur aufweist, die im Zusammenwirken mit dem zweiten Profil den Luftspalt einstellt. Das heißt, ist der Luftspalt aufgebraucht, ist die höchste Steifigkeit gegeben, weist er eine maximal mögliche Größe auf, die geringste Steifigkeit. Der Luftspalt muss jedoch nicht zwingend vorhanden sein. Wenn das zu verjüngende Rohr bereits am ersten Profil (das der Verjüngung) anliegt und die Verjüngung bereits im Gang ist, dann aber der Sperrring verschoben wird, bewegt sich das Matrizenelement gleichzeitig mit, so dass ständig Kontakt zwischen Sperrring und Matrizensegment und zwischen

Matrizensegment und Rohr vorhanden ist. Trotzdem wird dabei die Steifigkeit variiert. Dabei ist vorteilhaft, dass das zweite Profil ringartig ausgebildet ist, um über die Verjüngungsstruktur angeordnet zu werden und dann je nach Stellung dieses

Sperrrings gegenüber der Verjüngungsstruktur wird die jeweilige Steifigkeit

definiert.

Dabei kann vorteilhafter Weise diese Verjüngungsstruktur aus mehreren

Segmenten bestehen, wobei diese Segmente durch wenigstens eine Feder insbesondere Biegefeder zusammengehalten werden. Die Segmente können beispielsweise bei geringster Steifigkeit eine konzentrische Öffnung und bei höchster Steifigkeit eine quadratische Öffnung mit abgebogenen Kanten bilden.

Es kann aber auch genau umgekehrt sein, so dass sich beim Verjüngen mit geringerer Steifigkeit unter Umständen Längsriefen im Rohr bilden. Dann wird zusätzlich mittels Schabvorgängen Energie umgewandelt.

Die Verjüngungsstruktur kann bei einer Ausbildung aus mehreren Segmenten

Sollbruchstellen aufweisen, um je nach Stellung der Verjüngungsstruktur zum zweiten Profil durch das Deformationselement zu brechen und damit die Öffnung zu definieren.

Die Außenstruktur kann eine Bahnkurve oder wenigstens eine Schräge

aufweisen, die in Zusammenwirken mit dem zweiten Profil die Steifigkeit festlegt. Damit wird dann klar, dass auch wenn der Ring den gleichen Durchmesser immer aufweist und damit keine Kraft auf die Verjüngungsstruktur ausübt, dann aber durch das Deformationselement beim Durchtreiben durch die

Verjüngungsstruktur die Verjüngungsstruktur gegen den Sperrring als dem

zweiten Profil überbrückt wird und so die Steifigkeit eingestellt wird. Auch dieser Sperrring als das zweite Profil kann aus mehreren Segmenten bestehen, die nunmehr Sperrelemente genannt werden und zu den jeweiligen Segmenten der Verjüngungsstruktur korrespondieren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und

werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt schematisch, wo die Crashstruktur im Fahrzeug eingesetzt wird. Die Figuren 2 bis 4 zeigen die Verjüngungsstruktur mit Sperrring in einer Schrägansicht und zwei um den Winkel von 45° zueinander gedrehten Schnitten. Die Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf die Verjüngungsstruktur mit Sperrring bei höchster Steifigkeit und die Figur 6 bei geringster Steifigkeit.

Figur 1 zeigt schematisch, wo die Crashstruktur CS im Fahrzeug FZ eingesetzt wird. Crashstruktur CS befindet sich jeweils zwischen einem Querträger QT und den jeweiligen Längsträgern LT. Wie oben angegeben, ist die vorliegend relevante Funktion der Crashstruktur CS, den Längsträger LT möglichst vor vielen Crashs zu schützen, um eine Deformation dieser Längsträger LT zu vermeiden und so eine Totalschaden des Fahrzeugs FZ zu verhindern. Die wichtigste Funktion ist jedoch der Insassenschutz, während eine weitere optionale Funktion der Fußgängerschutz ist. Erfindungsgemäß weisen die Crashstrukturen eine stufenlos einstellbare Steifigkeit auf.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen die Ausprägung der Verjüngung als Deformation in den Spalten a, b und c für verschiedene Steifigkeiten eine Ansicht der

Verjüngungsstruktur mit Sperrring, b einen Schnitt durch die Verjüngungsstruktur mit Sperrring und c eine zur Schnittansicht b um 45° gedrehte Schnittansicht. Erfindungsgemäß erfolgt vorliegend die stufenlos einstellbare Verjüngung mittels einer gegenüber der Verjüngungsstruktur oder Matrizenplatten achsparalleler Verschiebung eines Sperrrings SR. Die Figuren 2 bis 4 zeigen ein

Ausführungsbeispiel mit vier Matrizensegmenten MS und acht Biegefedern BF, welche die Matrizensegmente MS zusammenhalten. Statt acht solcher Federn können hierfür aber auch weniger oder insbesondere nur eine Feder verwendet werden. Vorliegend ist eine Variante dargestellt, die prinzipiell auch während eines fortgeschrittenen Crashs angepasst werden kann.

Die Figuren 2 bis 4 zeigen drei verschiedene Lagen des Sperrelements SR und damit eine entsprechende Einstellung der Steifigkeit: In Figur 2 eine steife, in Figur 3 eine mittlere und in Figur 4 die weichste Einstellung. Jede andere Position ist jedoch ebenso möglich. Die Abstützung der Matrizensegnente MR ist in der dargestellten Variante derart realisiert, dass auf dem Matrizensegment MS Abstützflächen AF angebracht sind, die in einer Ebene derart gekrümmt sind, dass bei stärkster Einstellung der Sperrring ganz oben wie in Figur 2 der Sperrring SR an den Matrizensegmenten MS anliegt. Bei allen anderen Lagen des Sperrrings SR bildet sich im Laufe des Crashs an diesen Kontaktstellen zunächst Linienberührung aus, die dann durch elastische oder auch plastische Formänderungen der Bauteile flächig werden können. Vorteilhaft ist die

Krümmung daher, weil sich dadurch Stellzeiten reduzieren. So kann der Winkel der Bahnkurve an jeder Stelle optimiert werden, dass die Reibkräfte während eines Crashs zwar groß genug sind, den Sperrring SR in der gewünschten Lage jedoch festhalten, aber der Stellweg des Sperrrings SR dennoch klein gehalten wird. Es ist auch möglich, eine konvexe Kontaktfläche auf die Matrizensegmente MS aufzubringen, so dass zwar Punktkontakte auftreten können, aber kein Kantentragen auftritt. Ist die Reibung zwischen Sperrring und Matrizensegment klein und/oder der Winkel groß, muss eine Aktuatorik oder eine andere Mechanik den Sperrring in Position halten. In den Figuren 2 bis 4 ist ein Sperrring abgebildet, der alle Matrizensegmente in der gleichen Lage abstützt. Denkbar ist auch für jedes Matrizensegment individuell ein Sperrelement zu verwenden. Der flächige Kontakt ist durch FK, die Bahnkurve durch BK und der Linienkontakt durch LK in den Figuren 2 bis 4 angegeben.

Die Figuren 5 und 6 zeigen die Matrizensegmente MS mit dem Sperrring SR und dem Deformationselement R bei steifster, Figur 5 und bei weichster Einstellung, Figur 6 der adaptiven Crashstruktur CS. Die Matrizensegmente wurden vorwiegend so gestaltet, dass deren Innendurchmesser bei weichster Einstellung der adaptiven Crashstruktur konzentrisch ist. Bei steiferer Einstellung sind die Matrizensegmente nach innen verschoben, bis sie bei steifster Einstellung aneinander anliegen. Dadurch bilden Innendurchmesser eine Art Quadrat mit gebogenen Quanten. Das Rohr R wird beim Verjüngen seinen rohrförmigen Querschnitt in eine Zwischenform zwischen Rohr- und Vierkantrohr einnehmen. Es treten keine Kanteneingrabungen auf. Würden die Innendurchmesser der Matrizensegmente MS bei steifster Einstellung der adaptiven Crashstruktur konzentrisch sein, so würden sich die Kanten der Matrizensegmente bei weichster Einstellung in das Rohr eingraben. Dies muss nicht unbedingt nachteilig sein, wenn der durch die Riefen gebildete Anteil der Crashenergie kontrolliert abgebaut wird. Möglich ist auch die Verjüngungsstruktur aus einem Stück mit Sollbruchstellen herzustellen. Dann kann man sich die Federn ganz einsparen. Auch ist die Anzahl der Matrizensegmente in beiden Richtungen anpassbar. Der Schnitt der Figuren 2b bis 4b erfolgt bei AA bzw. EE und der Schnitt der Figuren 2c bis 4c bei BB bzw. FF.