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Die
Erfindung betrifft eine Tragstruktur oder ein Chassis eines Fahrerhauses
für ein
Nutzfahrzeug gemäß den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Derartige
Tragstrukturen von Lkw-Fahrerhäusern
weisen zum Aufnehmen und Tragen der Fahrgastzelle parallel zur Längsachse
des Fahrzeuges verlaufende Längsträger auf.
Die Fahrgastzellen von Nutzfahrzeugen sind dabei gegenüber einer
Verformung bei Kollisionen relativ schlecht geschützt, da sich
nicht wie bei einem Personenkraftfahrzeug ein langgestreckter Motorbereich
vor dem eigentlichen Fahrzeugsitz befindet. Der Sitzbereich der
Insassen ist relativ weit vorne angeordnet, wobei bekannte derartige
Tragstrukturen eine Bodenplatte aufweisen, unter welcher beispielsweise
zwei parallel zueinander verlaufende Längsträger vorgesehen sind. Die Längsträger der
Tragstruktur verlaufen im Bereich der Fahrzeugräder gegenüber dem vorderen Bereich des
Fahrerhauses erhöht,
um ausreichend Raum für die
Radkästen
und den Antriebsstrang unterhalb der Fahrgastzelle zu bieten.
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Im
Falle von frontalen Kollisionen solcher Nutzfahrzeuge besteht eine
erhöhte
Gefahr einer Verformung des Fahrerhauses insbesondere in dem für die Insassen
kritischen Bereich vor dem Fahrzeugsitz, das heißt dem Fußraum des Fahrers. Demgemäß wurde
zum Erhöhen
des Schutzes von Insassen derartiger Nutzfahrzeuge eine Tragstruktur
gemäß der deutschen
Patentanmel dung
DE 101 24 271.9 des
gleichen Anmelders vorgeschlagen, wobei zwei parallel zueinander
sich erstreckende Längsträger über eine
Bodenplatte hinaus verlängert
und winkelförmig
nach oben sich über
die Bodenplatte hinaus erstrecken. Durch die winkelförmige Ausgestaltung
der Längsträger ist
der Frontbereich des Fahrerhauses besonders steif ausgebildet, und
eine Aufprallenergie im Falle einer Kollision kann direkt über die
vorragenden Längsträgerabschnitte
in die bodenseitige Tragstruktur weitergeleitet werden. Der Fußbereich
bzw. vordere Bereich der Fahrgastzelle ist so besser geschützt. Jedoch
besteht im Falle von starken Kollisionen die Gefahr, dass sich die
gesamte Fahrgastzelle mitsamt dem Längsträger dennoch im für den Fahrer
kritischen Bereich verformen kann.
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Demgegenüber besteht
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Tragstruktur
für ein Fahrerhaus
eines Nutzfahrzeuges bereitzustellen, die hinsichtlich der Versteifung
und Festigkeit der Tragstruktur im vorderen Sitzbereich des Fahrers weiter
verbessert ist und auch stärkeren
Kollisionen ohne wesentliche Beschädigung dieses Bereichs standhält. Die
Sicherheit von Insassen solcher Fahrgastzellen soll auch bei frontalen
Kollisionen ausreichend gegeben sein.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Tragstruktur eines Fahrerhauses für ein Nutzfahrzeug
mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der
abhängigen
Ansprüche.
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Die
erfindungsgemäße Tragstruktur
für ein Fahrerhaus
von Nutzfahrzeugen weist unterhalb der Fahrgastzelle verlaufende
Längsträger auf.
Die Längsträger sind
zur Aufnahme von Aufprallenergie im Falle einer Fahrzeugkollision
ausgebildet und dementsprechend angeordnet. Das heißt, dass
die Längsträger sich
im Wesentlichen über
die gesamte Länge
der Fahrgastzelle und insbesondere bis an ihr vorderes Ende hin
erstrecken, sodass im Falle von Kollisionen die Längsträger zur
Versteifung der gesamten Tragstruktur einen wesentlichen Beitrag
leisten.
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Die
Längsträger sind
mit deformierbaren Crash-Boxen im Bereich der Fahrzeugräder derart versehen,
dass gezielt eine Verformung hinter einem Sitzbereich des Fahrers
im Falle einer frontalen Fahrzeugkollision durch die Crash-Boxen
entsteht. Die Crash-Boxen oder Deformationselemente sind an den
Längsträgern derart
vorgesehen und mit diesen verbunden, dass bei einer frontalen Beanspruchung der
Längsträger sich
diese im hinteren, rückwärtigen Bereich
der Fahrgastzelle gezielt verformen. Die entstehende Knautschzone
wird somit gezielt hinter den Sitzbereich verlegt, sodass insbesondere
der für
Verletzungen kritische Fußraum
des Fahrers auch bei stärkeren
Kollisionen erhalten bleibt und sich nicht verformt. Die Crash-Boxen
dienen einer Energieabsorption der Aufprallenergie, und zwar dies
nicht wie gewöhnlich
im vorderen Frontbereich des Fahrerhauses, sondern gezielt in dem
hinter einem Fahrersitz liegenden und daher unkritischeren Bereich.
Die Tragkonstruktionen können
insbesondere entlang einer weitgehend horizontalen Line angeordnet
oder derart ausgebildet sein, dass die Längsträger gegenüber dem Bereich der Fahrzeugräder im vorderen Abschnitt
tiefer liegen, das heißt
abgesenkt sind. Normalerweise besteht die Gefahr, dass sich die
Abschnitte der Längsträger gegeneinander
verschieben und im nach unten gebogenen Mittenbereich einknicken.
Durch den nach unten führenden
Zwischenbereich besteht nämlich
hinsichtlich der Kraftaufnahme und Belastbarkeit des Trägers hier
eine Schwachstelle. Mit dem erfindungsgemäßen Bereitstellen von Crash-Boxen
gezielt im hinteren und oberen Bereich der Längsträger wird ein solches Verformen
wirksam verhindert. Die Crash-Box kann als ein Deformationskörper reversibel
oder irreversibel verformbar ausgebildet sein. Die Crash-Box kann
auch mit aktiven Energieabsorptions-Modulen versehen sein.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Längsträger im vorderen
Bereich der Fahrgastzelle gegenüber
dem in Fahrtrichtung dahinterliegenden Bereich abgesenkt. Die Längsträger sind
insbesondere zwischen dem vorderen und dem Fahrzeugräderbereich
gekröpft
und die Crash-Boxen befinden sich in einem rückseitigen Endbereich der Fahrgastzelle.
Die Längsträger sind also
zwischen den beiden Bereichen der Fahrgastzelle doppelt geknickt,
um im hinteren Bereich gegenüber
dem vorderen Bereich erhöht
zu sein für
den erforderlichen Raum für
die Räder
und den Antriebsstrang. Da eine derartige Form an den Biegestellen der
Kröpfung
gegenüber
einer geradlinigen, durchgehenden Form von Längsträgern hier geschwächt ist, würde normalerweise
bei einem frontalen Aufprall die Tragstruktur an der Stelle der
Kröpfung
sich weiter verbiegen. Dies wird erfindungsgemäß durch Deformationselemente
oder Crash-Boxen vermieden, die im rückseitigen Endbereich der Fahrgastzelle
angeordnet sind. Die Tragstruktur weist somit eine gezielt nach
hinten verlegte Knautschzone für
stärkere
Kollisionen auf, außerhalb
des für
die Insassen kritischen vorderen Sitzbereichs. Die Anordnung an
einem rückseitigen
Endbereich der Fahrgastzelle hat den Vorteil, dass die Crash-Boxen leicht zu montieren sind
und gegebenenfalls auch austauschbar ausgebildet sein können.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Längsträger mit
einer versteiften Kröpfung
zwischen dem Bereich der Fahrzeugräder und dem demgegenüber abgesenkten, vorderen
Bereich ausgebildet. Hierdurch wird sicher vermieden, dass die Längsträger sich
an der Kröpfung
im Falle eines Aufpralls verformen. Die Aufprallenergie wird durch
die Längsträger bis
an die Crash-Boxen weitergeleitet, und erst durch letztere wird
die Energie durch Verformung oder Verformung und aktive Gegensteuerung
abgebaut. Die Sicherheit der Insassen bei einem frontalen Aufprall
ist weiter erhöht.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Crash-Boxen als plastisch verformbare Längsträgerabschnitte in den Längsträgern integriert.
Die integrierte Anordnung in den Längsträgern selbst erfordert keinen
zusätzlichen
Raumbedarf für
die Crash-Boxen und ihre Montagemittel. Die Tragstruktur muss gegenüber bestehenden
Konstruktionen in der Umgebung der Crash-Boxen nicht verändert werden.
Außerdem können die
plastisch verformbaren Längsträgerabschnitte
bereits beim Herstellen der Längsträger miteingebaut
werden. Alternativ können
die Crash-Boxen als zusätzliche
Bauteile über
Befestigungsflansche oder ähnliche
Mittel an einem Ende der Längsträger montiert
sein. Die Deformationselemente oder Crash-Boxen können jede
dem Fachmann hierfür
bekannte Form aufweisen und beispielsweise aus Wandabschnitten in
den Längsträgern bestehen,
die gegenüber
der Längsrichtung
leichter verformbar sind als gegenüber einer Querrichtung. Die
Ausbildung der Crash-Boxen kann beispielsweise über mäanderförmig geformte Wandabschnitte,
gezielte Einschnürungen
eines Hohlprofils oder Ähnliches
hergestellt werden. Alternativ ist es auch möglich, die Crash-Boxen durch
nachgiebige Verbundmaterialien, wie zum Beispiel wabenförmige Blech-
oder Kunststoffkörper
oder dergleichen, zu realisieren.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Crash-Boxen reversibel
verformbar. Somit ist es nicht erforderlich, im Falle einer Fahrzeugkollision und
der Verformung in diesem Bereich die Längsträger und/oder die Crash-Boxen
auszutauschen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen
die Längsträger einen
am vorderen Ende des Nutzfahrzeugs nach oben hin abgewinkelten Abschnitt
auf, an welchem ein Querträger
befestigt ist. Die Tragstruktur ist beispielsweise durch eine Bodenplatte
gebildet, unter welcher die Längsträger im Wesentlichen
parallel zueinander verlaufen und über die vordere Kante hinaus
verlängert
und nach oben abgewinkelt sind. Es werden so etwa L-förmige Längsträger gebildet,
die einen zusätzlichen
frontalen Schutz der Insassen der Fahrgastzelle bedeuten. Durch
den Querträger
wird eine stabile und steife Frontstruktur des Fahrerhauses bereitgestellt.
Bei einem frontalen Aufprall wird die gesamte Aufprallenergie über den
Querträger
und die Längsträger bis
hin zu den Crash-Boxen
weitergeleitet und von diesen weitestgehend vernichtet. Der gesamte
vordere Bereich des Fahrerhauses bleibt geschützt vor einer starken Verformung,
sodass die Sicherheit der Insassen auch bei stärkeren Fahrzeugkollisionen
gewährleistet
ist.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind im
Winkelbereich, das heißt am
vorderen Ende, der Längsträger zusätzliche Crash-Boxen
vorgesehen, die leichter verformbar sind als die Crash-Boxen hinter
dem Sitzbereich. Bei leichten Fahrzeugkollisionen werden zunächst die Crash-Boxen
im Winkelbereich der Längsträger verformt,
und erst bei stärkeren
Kollisionen, die eine Gefahr einer erheblichen Beschädigung im
Sitzbereich bedeuten würden,
werden die erfindungsgemäßen Crash-Boxen
hinter dem Sitzbereich verformt. Somit können gleichermaßen leichte
Unfälle
und daraus resultierende Aufprallenergien durch die Tragstruktur gezielt
aufgefangen werden, wie auch stärkere
Fahrzeugkollisionen. Die Tragstruktur weist somit eine gestaffelte,
gezielte Aufprallenergie-Absorptionsfähigkeit auf. Die Crash-Boxen
können
auch hier in jeder dem Fachmann bekannten Form ausgebildet sein und
an den Längsträgern beispielsweise über Verschraubungsflansche
oder durch Verschweißung
befestigt sein.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden, detaillierten
Beschreibung zu entnehmen, in welcher die Erfindung mehr im Detail
in Bezug auf die in den beigefügten
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
beschrieben wird.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Schrägansicht
einer Fahrgastzelle eines Nutzfahrzeuges mit einem Ausführungsbeispiel
einer Tragstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Schrägansicht
von unten eines Ausführungsbeispiels
einer Tragstruktur gemäß der Erfindung
mit zwei parallelen Längsträgern unterhalb einer
Bodenplatte;
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3 eine
schematische Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Tragstruktur
für eine
Fahrgastzelle eines Lkw; und
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4 eine
schematische Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Tragstruktur.
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Die 1 zeigt
in einer Schrägansicht
von vorne eine Fahrgastzelle 1 eines Lastkraftwagens bzw.
Nutzfahrzeuges eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Tragstruktur 10 im
Bodenbereich der Fahrgastzelle 1. Derartige Nutzfahrzeuge sind
mit einer Fahrgastzelle 1 im Bereich der Vorderräder 5 versehen,
wobei vor der Fahrgastzelle 1 im Wesentlichen kein sich
nach vorne erstreckender Karosseriebereich bzw. keine langgestreckte
Motorhaube vorhanden ist, wie es bei Personenkraftwagen der Fall
ist. Daher besteht bei frontalen Unfällen oder Kollisionen eine
erhöhte
Gefahr für
die Insassen und insbesondere den Fahrer derartiger Nutzfahrzeuge.
Die Fahrgastzelle 1 ist im Wesentlichen rechteckig aufgebaut
und weist eine bodenseitige Tragstruktur 10 auf, die bei
diesem Ausführungsbeispiel
im Bereich der Vorderräder 5,
welcher gleichzeitig der Sitzbereich 2 ist, gegenüber dem
vorderen Bereich 12 oder Fußraum erhöht ist. Durch die nicht zwingend
vorzusehende Erhöhung
können
die Radkästen
der Vorderräder 5 untergebracht
werden. Erfindungsgemäß kann die
Tragstruktur 10 auch keine Erhöhung vorsehen, sondern entlang
einer Ebene (d.h. geradlinig) ausgebildet sein. Außerdem kann
in der Regel der Antriebsstrang (nicht dargestellt) unterhalb des
hinteren Bereichs der Fahrgastzelle 1 ebenfalls angeordnet
sein.
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Die
Tragstruktur 10 einer solchen Fahrgastzelle 1 kann
deshalb bodenseitig eine in 2 näher gezeigte,
allgemeine, gekröpfte
Form aufweisen, das heißt,
eine Bodenplatte 13 und Längsträger 3, 4 sind im
hinteren Bereich 2 gegenüber dem vorderen Fußraumbereich 12 erhöht. Die
Längsträger 3, 4 sind
bei diesem Ausführungsbeispiel
unterhalb einer Bodenplatte 13 angebracht und weisen am
vorderen Ende rechtwinklig nach oben abgewinkelte Abschnitte 8 auf,
die sich hinter der vorderen Front der Fahrgastzelle 1 (vgl. 1)
im eingebauten Zustand befinden. Durch die nach oben abgewinkelten
Abschnitte 8 wird ein zusätzlicher Schutz des Fußraumbereichs 12 bereitgestellt,
da frontale Kollisionen von den abgewinkelten Abschnitten 8 aufgefangen
werden. Die Längsträger 3, 4 sind
hier in etwa der Mitte mit jeweils einer Kröpfung 11 versehen,
das heißt,
sie sind doppelt gebogen, um einen hinteren, erhöhten Abschnitt im hinteren
Bereich 2 der Fahrgastzelle 1 bereitzustellen.
Die Kröpfung 11 kann
beispielsweise durch Biegen oder Umformen hergestellt werden, oder
es können
Profilabschnitte zugesägt
und in der entsprechenden Form wieder verschweißt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel
sind zwei parallele Längsträger 3, 4 vorgesehen,
es kann jedoch auch eine andere Anzahl oder lediglich ein einziger
zentraler, mittiger Längsträger vorgesehen
sein.
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Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
sind die Längsträger 3, 4 an
ihrem in Fahrtrichtung rückwärtigen Ende
mit zwei Crash-Boxen 6, 7 versehen, die im Querschnitt
zu den Längsträgern 3, 4 gleich
sind. Die Crash-Boxen 6, 7 sind gegenüber den
Längsträgern 3, 4 weniger
steif und in Längsrichtung
der Längsträger 3, 4 relativ
leicht verformbar. Sie stellen einen spezifischen Knautschabschnitt
im hinteren Endbereich der Fahrgastzelle 1 bereit, sodass
im Falle einer frontalen Fahrzeugkollision die Aufprallenergie,
welche durch die Abschnitte 8 auf die Längsträger 3, 4 übertragen
wird, nicht zu einer Verformung vor oder an der Kröpfung 11 führt, sondern
der Aufprall durch eine Verformung der Crash-Boxen 6, 7 aufgefangen werden
kann. Hierdurch wird vermieden, dass in dem gekröpften Bereich 11 die
Längsträger 3 einknicken können und
eine erhebliche Verkürzung
und Deformierung des vorderen Fußraumbereichs 12 hierdurch
entstehen kann. Im Fußraumbereich
vor dem Fahrersitz befinden sich normalerweise auch die Lenksäule und
die Pedalmechaniken (nicht gezeigt), welche beim Frontalaufprall
zu den Füßen des
Fahrers hin gedrückt
werden können.
Da erfindungsgemäß jedoch
eine Verformung gezielt in den hinteren Bereich der Fahrgastzelle 1 durch
die Crash-Boxen 6, 7 verlegt wird, kann dies zu
einer erheblichen Erhöhung
der Sicherheit von Insassen der Fahrgastzelle 1 beitragen.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Längsträger 3, 4 nicht
extra miteinander verbunden, sondern über die Bodenplatte 13 montiert.
Zur weiteren Erhöhung
der Sicherheit kann am vorderen Ende der abgewinkelten Abschnitte 8 der
Längsträger 3 ein
sie verbindender Querträger
vorgesehen sein. Die Crash-Boxen 6, 7 können – wie in 2 dargestellt – endseitig
an den Längsträgern 3, 4 montiert
sein oder in einem Zwischenbereich des erhöhten hinteren Abschnitts von
diesen oder als integraler Bestandteil in den Längsträgern mit ausgeformt sein. Auch
eine teleskopförmige
Ausgestaltung der Längsträger 3, 4 ist
denkbar, wobei dann die Crashboxen 6, 7 auch im
Inneren angeordnet sein können.
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In 3 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Tragstruktur
für eine
Fahrgastzelle in einer schematischen Seitenansicht wiedergegeben.
Der Längsträger 3 unterhalb
des Fahrersitzes 14 ist im hinteren Sitzbereich 2 gegenüber dem
vorderen Bereich 12 erhöht.
Eine Kröpfung 11 verbindet
die beiden Abschnitte des Längsträgers 3. Die
Tragstruktur ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel mit nach vorne
hin verlängerten
und nach oben hin abgewinkelten Abschnitten 8 des Längsträgers 3 versehen.
Am Ende des abgewinkelten Abschnitts 8 ist ein Querträger 9 fest
verbunden, der den vorderen Bereich 12 zusätzlich vor
einer Verformung schützt. Erfindungsgemäß ist auch
hier eine gezielte Knautschzone hinter dem Fahrzeugsitz 14 vorgesehen,
indem eine Crash-Box 6 in diesem Längsträgerabschnitt eingebaut ist.
Die Crash-Box 6 ist hier vor dem eigentlichen Ende des
Längsträgers 3 eingesetzt
und erstreckt sich über
eine gewisse Länge
des Längsträgers, sodass
sich in diesem Bereich eine gezielte und verstärkte Verformung im Falle eines
frontalen Aufpralls ausreichend einstellen wird. Der Bereich hinter
dem Fahrzeugsitz 14 dient gewöhnlicherweise bei herkömmlichen
Fahrgastzellen für
Nutzfahrzeuge für
eine Schlafmöglichkeit
oder Liegepritsche (nicht gezeigt), die bei Bedarf auch weggeklappt werden
kann. Beim Fahren des Nutzfahrzeuges ist dieser Bereich somit nicht
genutzt, und eine Verformung der Crash-Box 6 führt nicht
zu Personenschäden.
Die Crash-Box 6 kann reversibel verformbar sein, beispielsweise
durch Vorsehen eines elastisch verformbaren Materialabschnitts.
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Bei
dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kröpfung 11 versteift
ausgebildet gegenüber
den anderen Abschnitten des Längsträgers 3. Die
biegesteife Ausbildung der Kröpfung 11 ist
hier über
eine von außen
aufgesetzte Manschette 15 realisiert. Die Manschette 15 kann
aus zwei schalenförmigen
Hälften
gebildet sein. Eine Versteifung kann ebenso auch über seitliche
Flanschabschnitte oder dergleichen realisiert werden. Die Versteifung
gegenüber
einer Biegeverformung der Kröpfung 11 hat
den Vorteil, dass die Längsträger 3 auch
bei heftigen Kollisionen des Fahrzeuges an dieser Stelle nicht "einknicken" bzw. dort beschädigt werden.
Der Fußraumbereich 12 bleibt
daher auch in diesem Fall erhalten, und die Aufprallenergie wird
durch die sich verformende Crash-Box 6 vollständig aufgefangen,
die sich hinter dem Fahrzeugsitz 14 befindet. Die Längsträger 3, 4 können ein
kastenförmiges
Hohlprofil oder ein einseitig offenes U-Profil aus Metallblech aufweisen.
Die Crash-Box 6 kann ebenso aus Metallwandabschnitten gebildet
sein oder aus einem Verbund aus Kunststoff- und Metallschichten.
Die Crash-Box 6 kann fest mit dem Längsträger 3 verbunden sein
oder auf lösbar
Weise, durch Schrauben oder Ähnliches.
In letztem Fall kann im Falle eines Unfalls die Crash-Box ausgewechselt
werden, ohne dass die vollständige
Tragstruktur 10 ausgetauscht werden muss.
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Die 4 zeigt
eine alternative Ausführungsform
der Erfindung mit gerade ausgebildeten Längsträgern 3, 4 ohne
Abkröp fung.
Die Verbindungs- oder Versteifungsmanschette 15 ist ebenfalls gerade
geformt, um die beiden Abschnitte der Längsträger miteinander zu verbinden.
Die Längsträger 3, 4 können auch
einstückig
und durchgehend ausgebildet sein: Jedenfalls sind auch hier Crash-Boxen 5 gezielt
hinter dem Bereich der Insassen, d.h. dem Sitzbereich, angeordnet,
wodurch die Zone einer Verformung im Falle eines Unfalls erfindungsgemäß hinter
den kritischen Bereich für
den Fahrer (bzw. Insassen) verlegt ist.
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Sämtliche
in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen sowie in der Zeichnung
dargestellten Merkmale und Elemente können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.