DE10360124A1

DE10360124A1 - Knieaufprallelement für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10360124A1
Application number: DE10360124A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Nykiel; Thomas Dipl.-Ing. Schmid; Andreas Dipl.-Ing. Sigloch (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-12-20
Filing date: 2003-12-20
Publication date: 2005-07-28
Also published as: US20050156421A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Knieaufprallelement (2) für Kraftfahrzeuge, mit einem energieverzehrenden Schaumstoffabschnitt (10), der im wesentlichen quer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs anordenbar ist und an einem Trägerelement (8) gelagert ist, wobei das Trägerelement (8) mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei der Schaumstoffabschnitt (10) und das Trägerelement (8) über zueinander komplementäre und einander zugewandte Vorsprünge (24, 28, 30, 32) und Ausnehmungen (20, 22, 26) aneinander gelagert sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Energieabsorption bei Aufprall des Kniebereichs eines Kraftfahrzeuginsassen auf dem Kniebereich vorgelagerte Teile eines Kraftfahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Knieaufprallelement für Kraftfahrzeuge, mit einem energieverzehrenden Schaumstoffabschnitt, der im Wesentlichen quer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs anordenbar ist und in einem Trägerelement gelagert ist, wobei das Trägerelement mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs verbindbar ist.

Ein Hauptziel bei der Entwicklung von neuen Kraftfahrzeugen ist die Verbesserung der aktiven und passiven Sicherheit. Die Entwicklungsingenieure orientieren sich dabei am Stand der Technik und an gesetzlichen Vorschriften, die für die Zulassung von Kraftfahrzeugen in verschiedenen Staaten gelten. Aufgrund von besonderen Vorschriften, die in nur einigen Ländern gelten, kann es erforderlich sein, bestimmte Sicherheitsaspekte besonders intensiv zu behandeln. So ist beispielsweise für die Zulassung von Kraftfahrzeugen im US-amerikanischen Raum ein Crashtest vorgesehen, bei dem die Insassen nicht angegurtet sind. Für diesen Fall kommt dem Schutz des Kniebereichs eines Fahrzeuginsassen, der bei einem Front- oder Offsetaufprall relativ zum Fahrzeug nach vorne beschleunigt wird, eine besondere Bedeutung zu. Selbstverständlich kann ein für US-amerikanische Verhältnisse optimal abgestimmter Knieschutz auch im nicht-amerikanischen Raum große Vorteile habe, insbesondere dann, wenn die Fahrzeuginsassen trotz Gurtpflicht nicht angeschnallt sein sollten.

Bei der Entwicklung von Knieschutzsystemen werden zwei Entwicklungslinien verfolgt. Eine erste Entwicklungslinie sieht vor, dass im Kniebereich der Fahrzeuginsassen relativ harte Aufprallelemente vorgesehen sind. Diese leiten durch die Knie eines Insassen eingeleitete Energie an eine nachgeschaltete, verformbare Trägerstruktur weiter. Eine solche Trägerstruktur kann beispielsweise als Bügel ausgeführt sein. Eine solche Konstruktion ist aus der DE 195 11 512 C2 bekannt.

Die Trägerstruktur kann auch als Wabenstruktur ausgebildet sein, wobei die Wabenstruktur durch Verformung geeignet ist, Stoßenergie aufzunehmen. Eine solche Konstruktion ist aus der EP 0 678 425 B1 bekannt. Nachteilig bei den beiden genannten Konstruktionen ist, dass die Entwicklung, Herstellung und Abstimmung der Trägerkonstruktionen auf bestimmte Fahrzeugtypen sehr aufwändig ist. Die verwendeten Trägerkonstruktionen sind üblicherweise aus Blechteilen zusammengesetzt, die für eine Großserienherstellung teure Werkzeuge erfordern. Eine endgültige Dimensionierung der einzelnen Bestandteile der Trägerkonstruktionen kann erst nach langwierigen und teuren Crashtests erfolgen.

Eine zweite Entwicklungslinie für die Optimierung des Knieschutzes von Fahrzeuginsassen sieht vor, dass die Energieaufnahme durch energieabsorbierende Elemente erfolgt, die in dem dem Kniebereich eines Insassen vorgeschalteten Bereich eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Im einfachsten Fall kann ein einstückiges Schaumstoffteil verwendet werden, dass sich nahezu über die ganze Breite der Fahrerseite eines Kraftfahrzeugs erstreckt. Eine solche Vorrichtung ist aus der US 3,897,848 bekannt. Verbesserte Ausführungen weisen mehrteilige Schaumstoffteilkonstruktionen auf, die in der DE 36 11 486 C2 und in der DE 198 10 481 A1 vorgeschlagen sind.

Die in der letztgenannten Druckschrift offenbarte Konstruktion sieht ein großvolumiges Schaumstoffteil vor, dass über Kunststoffdübel an einem Haltewinkel fixiert ist. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist, dass sich das Schaumstoffteil im Crashfall vom Haltewinkel lösen kann und dementsprechend keine oder nur noch eine kleine Energiemenge absorbieren kann.

Hiervor ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Knieaufprallelement für Kraftfahrzeuge zu schaffen, das preisgünstig herstellbar ist, hohe Energiemengen aufnehmen kann und besonders zuverlässig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schaumstoffabschnitt und das Trägerelement über zueinander komplementäre und einander zugewandte Vorsprünge und Ausnehmungen aneinander gelagert sind. Durch diese Maßnahme können der Schaumstoffabschnitt und das Trägerelement formschlüssig aneinander gelagert werden, so dass eine Relativbewegung zwischen Schaumstoffabschnitt und Trägerelement im Crashfall verhindert wird. Mit "zueinander komplementär" ist gemeint, dass Vorsprünge und Ausnehmungen so ausgebildet sind, dass die Relativlage von Trägerelement und Schaumstoffabschnitt definiert ist. So kann der Schaumstoffabschnitt Vorsprünge aufweisen, die in Ausnehmungen, die am Trägerelement ausgebildet sind, eingreifen. Genauso kann das Trägerelement Vorsprünge aufweisen, die in Ausnehmungen im Schaumstoffabschnitt eingreifen. Auch eine Kombination dieser beiden Möglichkeiten ist denkbar. Darüber hinaus ist es keinesfalls erforderlich, dass der Schaumstoffabschnitt spielfrei am Trägerelement gelagert ist. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass es sich bei dem Schaumstoffabschnitt um ein biegeschlaffes Bauteil handeln kann, wenn der Schaumstoffabschnitt relativ weich ist, kann es vorteilhaft sein, dass die Ausnehmungen etwas größer ausgebildet sind als die komplementär hierzu ausgebildeten Vorsprünge. In einem solchen Fall wird die Montage des Schaumstoffabschnitts am Träger erleichtert. Dabei muss jedoch nicht in Kauf genommen werden, dass sich im Crashfall der Schaumstoffabschnitt relativ zum Trägerelement unzulässig weit verschiebt oder abhebt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Trägerelement als Rippen ausgebildete Vorsprünge aufweist, die in im Schaumstoffabschnitt ausgebildete Ausnehmungen eingreifen. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die Vorsprünge des Schaumstoffabschnitts relativ großvolumig ausgebildet sein können, so dass der Schaumstoffabschnitt einen guten Halt am Trägerelement findet, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Vorsprünge des Schaumstoffabschnitts abscheren können.

Die Vorsprünge und Ausnehmungen können länglich ausgebildet sein und insbesondere im Wesentlichen quer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Hierdurch kann der Schaumstoffabschnitt großflächig am Trägerelement gelagert werden und die im Crashfall auftretenden Druck- und Schubkräfte gleichmäßig in den Schaumstoffabschnitt und das Trägerelement eingeleitet werden. Hierdurch wird die Gefahr vermieden, dass der Schaumstoffabschnitt im Crashfall bereits in einem relativ kleinen Bereich versagt, bevor das Energieaufnahmevermögen des gesamten Schaumstoffabschnitts ausgeschöpft ist.

Das Trägerelement kann als Profilelement ausgebildet sein und beispielsweise im Stranggussverfahren hergestellt werden. Hierdurch kann das Trägerelement mit angeformten Vorsprüngen und/oder Rippen preisgünstig hergestellt werden. Das Profilelement kann außerdem leicht an verschiedene Fahrzeugbreiten angepasst werden.

Das Trägerelement ist vorzugsweise aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium und/oder Magnesium gebildet. Hierdurch baut das Knieaufprallelement relativ leicht, was einem insgesamt niedrigen Kraftfahrzeuggewicht zugute kommt. Außerdem kann hierdurch erreicht werden, dass das Trägerelement in sich und insbesondere die Vorsprünge und/oder Ausnehmungen des Trägerelements verformbar sind, wodurch zusätzlich zur Energieabsorption durch den Schaumstoffabschnitt Energie durch Verformung des Trägerelements abgebaut werden kann.

Das Trägerelement und der Schaumstoffabschnitt können über zusätzliche Fixiermittel aneinander gelagert sein. Vorteilhafterweise sind die Fixiermittel durch am Trägerelement vorgesehene Dorne und/oder Stege gebildet, die lokal in den Schaumstoffabschnitt eindringen. Dies bedeutet, dass im Bereich der Dorne und/oder Stege, die dem Schaumstoffabschnitt zugewandt sein, keine Ausnehmungen vorgesehen sind, in denen die Dorne und/oder Stege aufgenommen sind. Vielmehr können die Dorne und/oder Stege in das Material des Schaumstoffabschnitts eindringen, um eine Fixierung des Schaumstoffabschnitts am Trägerelement zu bewirken.

Vorzugsweise ist das Trägerelement mit einem Querträger des Kraftfahrzeugs verbindbar. Durch diese Maßnahme können die in das Knieaufprallelement eingeleiteten Kräfte in die Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs eingeleitet werden. Die Verbindung zum Querträger des Kraftfahrzeugs oder allgemein zur Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs kann über einen schalenförmigen Halter erfolgen, der an einem Ende mit der Karosseriestruktur und am anderen Ende mit dem Trägerelement verbunden ist. Hierdurch kann einerseits eventuell vorhandener Bauraum beispielsweise zwischen dem Querträger und dem Trägerelement überbrückt werden und andererseits ein weiteres Element geschaffen werden, dass im Crashfall geeignet ist, Energie aufzunehmen.

Der Schaumstoffabschnitt kann auf der dem Trägerelement abgewandten Seite eine Verkleidung aufweisen. Diese ist den Insassen des Fahrzeugs zugewandt und ermöglicht es, das Knieaufprallelement an das Design des Fahrzeuginnenraums anzupassen.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Energieabsorption bei Aufprall des Kniebereichs eines Kraftfahrzeuginsassen auf dem Kniebereich vorgelagerte Teile eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird in einer ersten Absorptionsstufe ein Schaumstoffabschnitt verformt, der im Wesentlichen quer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und an einem Trägerelement gelagert ist, wobei das Trägerelement mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeug verbunden ist. In einer zweiten Absorptionsstufe werden zueinander komplementäre und einander zugewandte Vorsprünge und/oder Ausnehmungen, über die das Trägerelement und der Schaumstoffabschnitt aneinander gelagert sind, verformt. Durch diese mehrstufige Energieaufnahme kann ein optimaler Schutz der Fahrzeuginsassen erreicht werden.

Dieser Energieaufnahme können weitere Absorptionsstufen nachgeschaltet werden, so kann sich beispielsweise das Trägerelement in sich verformen. Hieran anschließend, direkt der zweiten Absorptionsstufe folgend, kann auch ein Halter verformt werden, über den das Trägerelement mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Hierdurch wird der Schutz des Kniebereichs der Fahrzeuginsassen weiter optimiert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.
Die Zeichnung zeigt einen Schnitt eines insgesamt mit Bezugszeichen bezeichneten Knieaufprallelements in einer Seitenansicht. Das Knieaufprallelement 2 umfasst einen rohrförmigen Querträger 4, der sich zwischen den A-Säulen eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs erstreckt. Am Querträger 4 ist ein schalenförmiger Halter 6 befestigt. Dieser ist über nicht weiter dargestellte Mittel mit einem Trägerelement 8 verbunden, an dem auf der dem Halter 6 abgewandten Seite ein Schaumstoffabschnitt 10 gelagert ist. Der Schaumstoffabschnitt 10 weist auf der dem Trägerelement 8 abgewandten Seite eine Verkleidung 12 auf, die dem Innenraum 14 des Fahrzeugs zugewandt ist.
Die Verkleidung 12 umfasst eine Außenschicht 16, die für eine gute Haptik der Verkleidung 12 verformbar sein kann. An die Außenschicht 16 der Verkleidung 12 grenzt eine Innenschicht 18, die eine Trägerschicht für die Außenschicht 16 bildet.
Der zwischen dem Trägerelement 8 und der Verkleidung 12 angeordnete Schaumstoffabschnitt 10 weist auf der dem Trägerelement 8 zugewandten Seite schmale Ausnehmungen 20 und eine breite Ausnehmung 22 auf. Ferner ist, benachbart zur in der Zeichnung untersten Ausnehmung 20, ein Vorsprung 24 des Schaumstoffabschnitts 10 vorgesehen. Die Ausnehmungen 20 und 22 sowie der Vorsprung 24 sind länglich und erstrecken sich quer zur Längsrichtung des nicht dargestellten Kraftfahrzeugs.
Das Trägerelement 8 weist eine Ausnehmung 26 auf, in der der Vorsprung 24 des Schaumstoffabschnitts 10 aufgenommen ist. Die Ausnehmung 26 des Trägerelements 8 ist abschnittsweise begrenzt durch einen rippenförmigen Vorsprung 28, der in die unterste Ausnehmung 20 des Schaumstoffabschnitts 10 eingreift. In entsprechender Weise sind parallel zum rippenförmigen Vorsprung 28 weitere rippenförmige Vorsprünge 30 am Trägerelement 8 vorgesehen, die in den Ausnehmungen 20 des Schaumstoffabschnitts 10 aufgenommen sind.
Das Trägerelement 8 weist an seinem in der Zeichnung oberen Ende zwei weitere rippenförmige Vorsprünge 32 auf, die gemeinsam in der im Schaumstoffabschnitt 10 ausgebildeten Ausnehmung 22 aufgenommen sind. Sowohl die Ausnehmung 26 als auch die Vorsprünge 28, 30 und 32 sind länglich ausgebildet und erstrecken sich, komplementär zu dem Vorsprung 24 beziehungsweise den Ausnehmungen 20 und 22 des Schaumstoffabschnitts 10 quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs. Durch die Ausnehmungen 20, 22 und 26, die mit korrespondierenden Vor sprüngen 24, 28, 30 und 32 zusammenwirken, kann der Schaumstoffabschnitt 10 zuverlässig am Trägerelement 8 gelagert werden. Hierdurch kann im Crashfall vermieden werden, dass sich der Schaumstoffabschnitt 10 vom Trägerelement 8 löst oder relativ zu diesem um ein unzulässiges Maß verschoben wird.
Das Trägerelement 8 weist ferner zwei zwischen den Vorsprüngen 30 angeordnete, längliche Stege 34 auf. Diese Stege sind dem Schaumstoffabschnitt 10 zugewandt und dringen in Materialabschnitte 36 des Schaumstoffabschnitts 10 ein. Auch hierdurch kann der Schaumstoffabschnitt 10 zuverlässig am Trägerelement 8 gelagert werden.
Das Trägerelement 8 ist auf der dem Schaumstoffabschnitt 10 abgewandten Seite mit einem Bodenabschnitt 38 des Halters 6 verbunden. Der Bodenabschnitt 38 des Halters 6 geht zu beiden Seiten in Seitenwangen 40 und 42 über, die über Verbindungsabschnitte 44 und 46 am Querträger 4 des Fahrzeugs befestigt sind.
Im Crashfall prallen die Knie eines im Innenraum 14 des Fahrzeugs befindlichen Fahrzeuginsassen auf die Verkleidung 12. In diesem Fall wird die Energie zunächst durch den Schaumstoffabschnitt 10 aufgenommen. Sollte das Energieaufnahmevermögen des Schaumstoffabschnitts 10 nicht ausreichen, kann in einer folgenden Absorptionsstufe eine Verformung der Vorsprünge 24, 28, 30 und 32 sowie der Ausnehmungen 20, 22 und 26 erfolgen. In einer weiteren Absorptionsstufe kann das Trägerelement 8 insgesamt sowie gegebenenfalls auch der Halter 6 verformt werden.

Claims

Knieaufprallelement (2) für Kraftfahrzeuge, mit einem energieverzehrenden Schaumstoffabschnitt (10), der im wesentlichen quer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs anordenbar ist und an einem Trägerelement (8) gelagert ist, wobei das Trägerelement (8) mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoffabschnitt (10) und das Trägerelement (8) über zueinander komplementäre und einander zugewandte Vorsprünge (24, 28, 30, 32) und Ausnehmungen (20, 22, 26) aneinander gelagert sind.
Knieaufprallelement (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (8) als Rippen ausgebildete Vorsprünge (28, 30, 32) aufweist, die in im Schaumstoffabschnitt (10) ausgebildete Ausnehmungen (20, 22) eingreifen.
Knieaufprallelement (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (24, 28, 30, 32) und Ausnehmungen (20, 22, 26) länglich ausgebildet sind.
Knieaufprallelement (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (24, 28, 30, 32) und Ausnehmungen (20, 22, 26) im Wesentlichen quer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs anordenbar sind.
Knieaufprallelement (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (8) als Profilelement ausgebildet ist.
Knieaufprallelement (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (8) aus Leichtmetall, insbesondere Aluminium und/oder Magnesium, gebildet ist.
Knieaufprallelement (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (24, 28, 30, 32) und/oder Ausnehmungen (20, 22, 26) verformbar sind.
Knieaufprallelement (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (8) und der Schaumstoffabschnitt (10) über zusätzliche Fixiermittel aneinander gelagert sind.
Knieaufprallelement (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiermittel durch am Trägerelement (8) vorgesehene Dorne und/oder Stege (34) gebildet sind, die lokal in den Schaumstoffabschnitt eindringen.
Knieaufprallelement (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (8) mit einem Querträger (4) des Kraftfahrzeugs verbindbar ist.
Knieaufprallelement (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Knieaufprallelement (2) einen schalenförmigen Halter (6) umfasst, über den das Trägerelement (8) mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs verbindbar ist.
Knieaufprallelement (2) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoffabschnitt (10) auf der dem Trägerelement (8) abgewandten Seite eine Verkleidung (12) aufweist.
Verfahren zur Energieabsorption bei Aufprall des Kniebereichs eines Kraftfahrzeuginsassen auf dem Kniebereich vorgelagerte Teile eines Kraftfahrzeugs, insbesondere unter Verwendung eines Knieaufprallelements (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer ersten Absorptionsstufe ein Schaumstoffabschnitt (10) verformt wird, der im wesentlichen quer zur Längsachse des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und an einem Trägerelement (8) gelagert ist, wobei das Trägerelement (8) mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Absorptionsstufe zueinander komplementäre und einander zugewandte Vorsprünge (24, 28, 30, 32) und/oder Ausnehmungen (20, 22, 26), über die das Trägerelement (8) und der Schaumstoffabschnitt (10) aneinander gelagert sind, verformt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einer folgenden Absorptionsstufe das Trägerelement (8) in sich verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einer folgenden Absorptionsstufe ein Halter (6) verformt wird, über den das Trägerelement (8) mit der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs verbunden ist.