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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer vorderen Tragstruktur mit einem rechten und einem linken Längsträger sowie einem die Längsträger verbindenden Zugelement.
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Ein derartiges Kraftfahrzeug ist beispielsweise aus der
EP 1 355 078 B1 ,
1 bis 3 bekannt. Bei einem sogenannten „Pfahlaufprall“ des Kraftfahrzeugs, bei dem ein Hindernis mit einer begrenzten Breitenerstreckung zwischen den vorderen Längsträgern des Kraftfahrzeugs auftrifft, wird die Crashlast über das als Zugband ausgebildete Zugelement auf beide Längsträger übertragen.
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Des Weiteren ist auch aus der
US 2001/0013705 A1 ein derartiges Kraftfahrzeug bekannt, dessen Tragstruktur zusätzlich zwei Druckstreben aufweist, die in einer Ebene mit den Längsträgern liegen und, ausgehend von ihren Verbindungsstellen mit den Längsträgern, diagonal in Richtung der Längsmittenebene des Kraftfahrzeugs verlaufen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von der
US 2001/0013705 A1 ein Kraftfahrzeug mit einer verbesserten Übertragung der Crashlast bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit einer vorderen Tragstruktur mit einem rechten und einem linken Längsträger sowie einem die Längsträger verbindenden Zugelement gelöst, wobei zwei Druckstreben vorgesehen sind, die in einer von den Längsträgern aufgespannten Ebene angeordnet sind, wobei die Druckstreben ausgehend von ihren Verbindungsstellen mit den Längsträgern diagonal in Richtung der Längsmittenebene des Kraftfahrzeugs verlaufen und zusammen mit dem Zugelement einen Fachwerkverbund bilden, der Crashkräfte, die zwischen den Längsträgern in den Fachwerkverbund eingeleitet werden, in die Längsträger weiterleitet.
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Kerngedanke der Erfindung ist es, aus dem Zugelement und den zwei diagonal verlaufenden Druckstreben einen Fachwerkverbund zu bilden, der im Crashfall den Bereich zwischen den Längsträgern aussteift und Crashkräfte, die zwischen den Längsträgern in den Fachwerkverbund eingeleitet werden, in die Längsträger weiterleitet.
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Durch den zwischen den beiden Längsträgern erfindungsgemäß angeordneten Fachwerkverbund wird bei einem Pfahlaufprall wirksam verhindert, dass das Hindernis in den Bereich zwischen den Längsträgern eintreten kann. Dies ist insbesondere bei solchen Kraftfahrzeugen von Bedeutung, die zwischen den Längsträgern kein Antriebsaggregat aufweisen, so dass dort eine vergleichsweise weiche Struktur vorliegt, die an sich einem Eindringen des pfahlförmigen Hindernisses nur einen geringen Widerstand entgegensetzt. Beim Auftreffen des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis wird die Crashlast erfindungsgemäß in die Druckstreben eingeleitet und hierdurch das Zugelement gespannt und/oder durch die Crashlast das Zugelement gespannt und hierdurch eine Druckkraft in den beiden Druckstreben erzeugt. Wesentlich ist hierbei, dass der Verbund aus den Druckstreben und dem die freien Enden der Druckstreben verbindenden Zugelement unter der Crashlast wie „normale, fest verbundene Fachwerkstreben“ wirkt, wodurch eine Weiterleitung der seitlich versetzt zu den Wirkungslinien der Längsträger auftreffenden Crashlast in die Längsträger erfolgt. Damit können die Längsträger auch bei einem Pfahlaufprall die Crashlasten in analoger Weise zu einem Crashfall mit Überdeckung einer oder beider Längsträger aufnehmen. Die „Verspannung“ des Fachwerkverbundes im Crashfall führt außerdem dazu, dass eine Einwärtsbewegung der Längsträger in Richtung der Fahrzeugmitte, also ein Einklappen, wie es üblicherweise bei einem Pfahlaufprall auftritt, verhindert wird. Die beschriebene „Verspannung“ des Fachwerkverbundes aus Zugelement und Druckstreben unter Last schafft quasi eine „starre Einheit“, vergleichbar mit einem massiv ausgeführten Bauteil mit den Abmessungen des Fachwerkverbundes, wobei sich der Fachwerkverbund aufgrund seiner „tensegren Konstruktion“ jedoch durch ein deutlich geringeres Gewicht auszeichnet.
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Außerdem wird ein Teil der auftretenden Crashlast von den beiden Druckstreben aufgenommen und durch elastische und/oder plastische Verformung abgebaut. Auch das Zugelement ist in der Lage, durch elastische und/oder plastische Verformung Energie aufzunehmen.
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Das System aus Druckstreben und Zugelement wird einem konventionellen Kraftfahrzeug mit einer herkömmlichen Vorderwagenstruktur beispielsweise dann hinzugefügt, wenn kein Antriebsaggregat zwischen den vorderen Längsträgern vorgesehen ist, ohne dass dabei nennenswerte Veränderungen der bestehenden Tragstruktur des Kraftfahrzeugs erforderlich sind. Dies ist zum Beispiel bei einer Kraftfahrzeug-Baureihe der Fall, die neben einer Variante mit einer Antriebseinheit (beispielsweise Verbrennungs- oder Elektromotor) an der Vorderachse auch eine Variante mit einer Antriebseinheit im Heck des Kraftfahrzeugs oder eine Variante mit Radnabenmotoren aufweist.
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Maßgeblich ist ferner, dass bei einem Aufprall mit teilweiser Überdeckung und bei einem Aufprall mit vollständiger Überdeckung die Crashlast unverändert direkt in die Längsträger eingeleitet wird, ohne nennenswerte Einbeziehung des „Zusatzsystems“ aus Druckstreben und Zugelement, so dass die konventionelle Tragstruktur des Kraftfahrzeugs in bestimmungsgemäßer Weise unverändert die Crashenergie abbauen kann.
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Bei einem Kraftfahrzeug, das grundsätzlich einen „leeren Vorderwagen“ hat, also in keiner der Fahrzeugvarianten ein Antriebsaggregat zwischen den vorderen Längsträgern aufweist, kann das System aus Zugelement und Druckstreben so ausgelegt werden, dass die Druckstreben unter Zugspannung dauerhaft wirksame Aussteifungen im regulären Fahrbetrieb darstellen, also auch ohne Deformation des Vorderwagens permanent kraftführend sind. Dies setzt eine entsprechende Vorspannung des Zugelements voraus, was in besonders vorteilhafter Weise mit einem seil- oder bandförmigen Zugelement realisiert werden kann.
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In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Zugelement“ jedes langgestreckte Element verstanden, das in der Lage ist, in nennenswertem Maße Zugkräfte zu übertragen. Das Zugelement kann je nach Ausgestaltung der Erfindung als biegesteife Zugstange oder als biegeelastisches (flexibles) Zugband oder Zugseil ausgebildet sein. Bei Ausgestaltung als Zugband oder Zugseil ist eine Richtungsänderung des Zugelementes mittels einer Umlenkeinrichtung möglich. Das Zugelement weist eine ausreichende Zugfestigkeit und idealerweise entsprechend gute Energieabsorptionseigenschaften auf. Die „Druckstreben“ sind bevorzugt als stabförmige Elemente ausgebildet und in der Lage, in hohem Maße Druckkräfte aufzunehmen. Die „Längsträger“ sind tragende Strukturbauteile, zur Einleitung von Crashlasten und zur Aufnahme von Elementen des Fahrwerks, die beispielsweise auf einem Hilfsrahmen angeordnet sind. Ebenso dienen die Längsträger gegebenenfalls der Aufnahme eines Antriebsaggregates. Bevorzugt sind an den Längsträgern Deformationselemente zum Abbau der Crashenergie vorgesehen.
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Druckstreben und/oder Zugelement und/oder Längsträger sind gelenkig miteinander verbunden, so dass unter Krafteinleitung eine Winkeländerung der einzelnen Komponenten zueinander möglich ist.
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Aus Gründen der sprachlichen Vereinfachung ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ausschließlich Bezug genommen auf eine „vordere Tragstruktur“. Demzufolge zielen auch die weiteren Bezugnahmen auf die vordere Tragstruktur ab, so dass beispielsweise die freien (äußeren) Endabschnitte der Längsträger als „vordere Endabschnitte“ bezeichnet sind. Auch die übrigen geometrischen Angaben beziehen sich auf eine vordere Tragstruktur des Kraftfahrzeugs. Unabhängig von dieser sprachlichen Vereinfachung umfasst die Erfindung gleichermaßen auch solche Tragstrukturen, die am hinteren Endabschnitt eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind, wobei die Positionsangaben zu den einzelnen Elementen sinngemäß anzupassen sind.
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Eine erste grundsätzliche Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die vorderen Enden der Druckstreben im Bereich der Längsmittenebene des Kraftfahrzeugs zusammenlaufen und in Fahrtrichtung vor dem Zugelement angeordnet sind. Hierbei sind die Druckstreben in Form eines in Fahrtrichtung weisenden V-förmigen Gebildes angeordnet, das rückseitig durch das Zugelement zu einem Dreieck geschlossen wird, das sich zwischen den Längsträgern in der durch die Längsträger aufgespannten Ebene erstreckt. Trifft das Kraftfahrzeug so auf ein Hindernis, dass keine Überdeckung mit wenigstens einem Längsträger vorliegt („Pfahlaufprall“), wird eine Druckkraft in die Druckstreben eingebracht, die aufgrund der diagonal zur Fahrzeugaußenseite gerichteten Druckstreben in dem Zugelement, das die beiden hinteren Enden der Druckstreben miteinander verbindet, eine Zugspannung erzeugt. Hierdurch erfolgt die oben beschriebene „Verspannung“ des dreieckförmigen Fachwerkverbundes aus Druckstreben und Zugelement zu einem quasi starren Gebilde, das ein Eindringen des Hindernisses zwischen die Längsträger verhindert, die Crashlast über die Verbindungspunkte des Fachwerkverbundes mit den Längsträgern in die Längsträger einleitet und einem Einwärtsknicken der Längsträger entgegenwirkt.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass an den vorderen Endabschnitten der Längsträger Deformationselemente vorgesehen sind und das Zugelement mit den Längsträgern jeweils im Anbindungsbereich der Deformationselemente an die Längsträger oder hinter dem Anbindungsbereich der Deformationselemente an die Längsträger angebunden ist. Hierbei ist der dreieckförmige Fachwerkverbund im Bereich vor der eigentlichen tragenden Struktur des Kraftfahrzeugs angeordnet. In diesem Bereich sind in an sich bekannter Weise Deformationselemente den Längsträgern vorgeschaltet. Diese Deformationselemente, häufig als „Prallboxen“ bezeichnet, absorbieren im Fall einer leichten Kollision die Aufprallenergie vollständig und verhindern eine Deformation der dahinter liegenden Längsträger. Die Deformationselemente können im Unterschied zu den Längsträgern mit geringem Aufwand ausgetauscht werden. Da sich in demjenigen vordersten Bereich eines Kraftfahrzeugs, in dem die Deformationselemente angeordnet sind, üblicherweise relativ wenige Einbauten befinden, kann der erfindungsgemäße Fachwerkverbund aus Druckstreben und Zugelement in einfacher Weise untergebracht werden.
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In vorteilhafter Weise sind die vorderen Enden der Druckstreben an einem quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufenden Stoßfänger angeordnet. Derartige Stoßfänger bilden die vorderste Fahrzeugbegrenzung und weisen in der Regel einen stabilen Stoßfängerquerträger auf, der außenseitig verkleidet ist. Bei einer crashbedingten Krafteinleitung in den Stoßfängerquerträger erfolgt somit eine Kraftweiterleitung in die Druckstreben.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die vorderen Enden der Druckstreben nicht unmittelbar zusammenzuführen, sondern im Bereich der Längsmittenebene des Kraftfahrzeugs ein Ausgleichselement vorzusehen, das die „Spitze“ des von den Druckstreben gebildeten „V“ abflacht und bei bestimmten Kollisionsfällen die Krafteinleitung in die beiden Druckstreben verbessert. Das Ausgleichselement kann als separates Bauteil ausgebildet oder beispielsweise einstückig mit dem Stoßfängerquerträger ausgebildet sein. Das Ausgleichselement hat eine im Vergleich zur Breite des Kraftfahrzeugs geringe Ausdehnung.
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In einer zweiten grundsätzlichen Ausführungsform der Erfindung ist das Zugelement als Zugband (oder Zugseil) ausgeführt. Das Zugband verbindet die beiden vorderen, Crash zugewandten Endabschnitte der Längsträger und ist nach hinten verlängert, wobei die nach hinten geführten Abschnitte des Zugbands zu einer geschlossenen Schleife zusammen geführt sind. Im Inneren der Schleife sind die beiden Druckstreben angeordnet. Die hinteren Enden der Druckstreben stützen sich ebenso wie die vorderen Enden der Druckstreben mittelbar oder unmittelbar an der Zugband-Schleife ab.
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Damit liegt ein Fachwerkverbund in der durch die beiden Längsträger aufgespannten Ebene vor, der sich aus einer geschlossenen Zugband-Schleife und zwei im Inneren der Zugband-Schleife diagonal verlaufenden Druckstreben zusammensetzt. Die beiden Druckstreben bilden ein nach vorne offenes „V“. Bei einem „Pfahlaufprall“ wird die Zugband-Schleife gespannt und übt dadurch eine Druckkraft auf die beiden Druckstreben aus, so dass der Verbund aus Druckstreben und Zugband unter Druckspannung wie „normale, fest verbundene Fachwerkstreben“ wirkt, der den Vorderwagen aussteift und ein Eindringen des pfahlförmigen Hindernisses verhindert. Durch das Spannen der Zugband-Schleife werden die diagonal verlaufenden Druckstreben derart nach außen gedrückt, dass sie einer Einwärtsbewegung der Längsträger in Richtung der Fahrzeugmitte im Crashfall entgegenwirken. Ein Teil der auftretenden Crashlast wird von den beiden Druckstreben aufgenommen und gegebenenfalls durch elastische und/oder plastische Verformung abgebaut. Außerdem nimmt auch das Zugband durch elastische und/oder plastische Verformung Energie auf.
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Bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis mit Überdeckung eines oder beider Längsträger wird die Zugband-Schleife nicht gespannt, da die Umlenkeinrichtung am vorderen Endabschnitt des Längsträgers, in der das Zugband geführt ist, infolge der Stauchung des Längsträgers nach hinten verlagert wird.
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Somit ergibt sich als Vorteil, dass unabhängig von der Art des Aufpralls in jedem Fall eine angemessene Verzögerung des Kraftfahrzeugs über Verformung der Längsträger (gegebenenfalls in Verbindung mit an den Längsträgern vorgesehenen spezifischen Deformationselementen) erfolgt. Dies ermöglicht eine einheitliche Auslegung der Längsträger und deren Crashelemente für eine Mehrzahl von Fahrzeugvarianten, beispielsweise mit unterschiedlichen Antriebskonzepten.
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Die Druckstreben sind mit ihren vorderen Enden beispielsweise in die Umlenkeinrichtungen für das Zugband an den vorderen Endabschnitten der Längsträger so eingebracht, dass in die Druckstreben überwiegend nur Druckkräfte eingeleitet werden. Die Gelenke, mit denen sich die hinteren Enden der Druckstreben an der Zugband-Schleife abstützen, sind so gestaltet, dass eine Winkelbewegung der Druckstreben ermöglicht wird. Die Gelenke können beispielsweise nach Art eines Kugel-Pfanne-Gelenkes ausgeführt sein.
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Die hinteren Enden der Druckstreben können in einem gemeinsamen winkeltoleranten Gelenk zusammengeführt sein, das etwa im Bereich der Längsmittenebene des Kraftfahrzeugs liegt. Alternativ können die beiden hinteren Enden der Druckstreben auch in jeweils eigenen winkeltoleranten Gelenken enden.
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Das Gelenk oder die Gelenke zur Aufnahme der hinteren Enden der Druckstreben kann bzw. können am Zugband ortsfest fixiert oder in Längsrichtung des Zugbands verschieblich geführt sein.
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Wesentlich ist, dass der Fachwerkverbund so aufgebaut ist, dass im Offset-Crash und/oder bei vollständiger Überdeckung „Seillänge freigegeben“ werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der zweiten Ausführungsform der Erfindung verläuft das Zugband, ausgehend von den vorderen Endabschnitten der Längsträger, etwa parallel zu den Druckstreben. Damit bildet die Zugband-Schleife ein gleichseitiges Dreieck, mit einer Basis zwischen den beiden vorderen Endabschnitten der Längsträger und zwei Schenkeln, die von den vorderen Endabschnitten der Längsträger ausgehend nach hinten zur Längsmittenebene des Kraftfahrzeugs führen.
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Alternativ kann das Zugband, ausgehend von den vorderen Endabschnitten der Längsträger, auch parallel zu den Längsträgern geführt sein, außerhalb der Längsträger oder im Inneren derselben. Hierbei ergibt sich eine rechteckförmige Zugband-Schleife, mit insgesamt vier Umlenkeinrichtungen, von denen jeweils eine Umlenkeinrichtung an dem vorderen und an dem hinteren Endabschnitt des linken und des rechten Längsträgers angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung sind die Längsträger in den von dem Zugelement und den Druckstreben gebildeten Fachwerkverbund einbezogen.
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Durch das Zugband zwischen den nach vorne offenen, V-förmig angeordneten Druckstreben wird zudem erreicht, dass ein unmittelbar benachbart zum Längsträger auftreffendes pfahlförmiges Hindernis tendenziell in Richtung der Längsmittenebene des Kraftfahrzeugs geleitet wird, also selbsttätig vom Beifahrer bzw. vom Fahrer und dem ihm zugeordneten Lenkrad und Fußhebelwerk weggeleitet wird, indem das Zugband ein Abgleiten des Hindernisses in Richtung der Längsmittenebene des Kraftfahrzeugs bewirkt.
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Die Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden: Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem Zugelement zwischen den Längsträgern der vorderen Tragstruktur des Kraftfahrzeugs weist diagonal zur Längsmittenebene des Kraftfahrzeugs verlaufende Druckstreben auf. Bei Einleitung einer Crashlast außerhalb der Wirkungslinien der Längsträger bilden die Druckstreben zusammen mit dem Zugelement einen stabilen Fachwerkverbund, der die Crashlast in die Längsträger weiterleitet und den Bereich zwischen den Längsträgern aussteift.
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Mögliche Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Vorderwagens eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
- 2 eine vergrößerte Detaildarstellung aus 1,
- 3 eine der 1 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung und
- 4 eine der 2 entsprechende Darstellung einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels.
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Die 1 bis 4 zeigen einen in seiner Gesamtheit mit 2 bezeichneten Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs. Der Vorderwagen 2 weist einen rechten und einen linken Längsträger 4 auf. Die hinteren Endabschnitte 6 der Längsträger 4 sind über eine sich über die Fahrzeugbreite erstreckende Tragstruktur 8, beispielsweise eine Tragstruktur 8 im Bereich der Stirnwand, miteinander verbunden. Die vorderen Endabschnitte der Längsträger 4 sind mit 10 bezeichnet.
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Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß 1 schließen sich an die vorderen Endabschnitte 10 der Längsträger 4 Deformationselemente 90 an, die beispielsweise über Flansche 92 mit den Längsträgern 4 verbunden sind. In dem in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs von den Deformationselementen 90 belegten Deformationsbereich D, der nach vorne durch einen Stoßfänger 80 mit einer vorderseitigen Verkleidung 82 und einem dahinter angeordneten Stoßfängerquerträger 84 begrenzt wird, ist erfindungsgemäß eine fachwerkartige Konstruktion aus zwei Druckstreben 40 und einem Zugelement 20 vorgesehen. Dieser Fachwerkverbund befindet sich außerhalb des Einbauraums E zwischen den beiden Längsträgern 4, der üblicherweise für die Anordnung eines Antriebsaggregats vorgesehen ist. Falls das Antriebsaggregat anderweitig im Kraftfahrzeug angeordnet ist, steht der Einbauraum E für andere Zwecke zur Verfügung, beispielsweise als Gepäckraum.
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Die Deformationselemente 90 dienen der Absorption von Crashlasten, die bei vergleichsweise geringen Kollisionsgeschwindigkeiten auftreten, und schützen hierdurch die dahinter liegenden Längsträger 4 vor Beschädigung, beispielsweise bei Parkremplern und anderen Bagatellunfällen. Dieser Lastfall wird zum Beispiel durch einen Pendelschlagtest gemäß FMVSS 581 oder ECE-R 42 nachgebildet.
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Die beiden Druckstreben 40 sind mit ihren vorderen Enden 42 im Bereich der Fahrzeugmittenebene M mit dem Stoßfängerquerträger 84 gelenkig verbunden (Verbindungsstelle 86) und bilden so ein entgegen der Fahrtrichtung FR geöffnetes „V“. Die hinteren Enden 44 der Druckstreben 40 sind gelenkig mit den Flanschen 92 verbunden (Verbindungsstellen 94). Zwischen den hinteren Enden 44 der Druckstreben 40 erstreckt sich das als Zugstrebe 20 ausgebildete Zugelement. Die Zugstrebe 20 ist ebenfalls gelenkig an die Flansche 92 angebunden (Verbindungsstellen 96). Somit bilden die beiden Druckstreben 40 und die Zugstrebe 20 einen Fachwerkverbund in Form eines gleichseitigen Dreiecks. Die Verbindungsstellen 94 und 96 können auch zu einer gemeinsamen Verbindungsstelle zusammengeführt sein.
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Beim Auftreffen des Vorderwagens 2 auf ein pfahlförmiges Hindernis PM etwa im Bereich der Längsmittenebene M des Kraftfahrzeugs hat das oben beschriebene Dreieck unter der Einwirkung der Crashlast die Tendenz, zu einem Dreieck mit geringerer Höhe gestaucht zu werden. Hierdurch werden in die beiden Druckstreben 40 Druckkräfte eingeleitet, mit der Folge einer Verlagerung der Druckstreben 40 nach schräg hinten außen gemäß den Pfeilen 56. Dieser Verlagerung wirkt jedoch die Zugstrebe 20 entgegen, die die beiden hinteren Enden 44 der Druckstreben 40 verbindet. Hierdurch entsteht in der Zugstrebe 20 eine Zugspannung, symbolisiert durch den Doppelpfeil 58. Unter Wirkung dieser Druck- und Zugspannungen „verspannt“ sich das dreieckförmige fachwerkartige Gebilde aus den beiden Druckstreben 40 und der Zugstrebe 20 zu einem quasi steifen Gebilde, vergleichbar mit einer starren dreieckförmigen Platte. Hierdurch wird die pfahlförmig außerhalb der Wirkungslinien W der Längsträger 4 eingeleitete Crashlast über die Verbindungsstellen 94 und/oder 96 an den Flanschen 92 annähern gleichmäßig in die beiden Längsträger 4 eingeleitet. Somit steht bei einem Pfahlaufprall des Kraftfahrzeugs die tragende Struktur des Vorderwagens 2 für einen Energieabbau in vollem Umfang zur Verfügung. Zusätzlich wird das Eindringen des pfahlförmigen Hindernisses PM in den Einbauraum E zwischen den beiden Längsträgern 4 verhindert.
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Auch bei einem Aufprall auf ein pfahlförmiges Hindernis PA im Bereich unmittelbar benachbart zu einem vorderen Endabschnitt 10 eines Längsträgers 4 wirkt sich der Fachwerkverbund aus Druckstreben 40 und Zugstrebe 20 grundsätzlich so aus wie oben beschrieben. Der Stoßfängerquerträger 84 leitet bei diesem Lastfall über die Verbindungsstelle 86 einen Teil der Crashlast in den Fachwerkverbund ein. Ein anderer Kraftanteil wird in das Deformationselement 90 und gegebenenfalls weiter in den Längsträger 4 eingeleitet.
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Bei einem pfahlförmigen Hindernis etwa in der Mitte einer Hälfte des Vorderwagens 2 kann es zu einer Durchbiegung des Stoßfängerquerträgers 84 kommen, mit direkter Anlage an der betreffenden Druckstrebe 40. Unter der Voraussetzung einer ausreichenden Steifigkeit der Druckstrebe 40 ist die Wirkung des Fachwerkverbundes jedoch die gleiche wie oben beschrieben, da auch bei dieser Krafteinleitung das Dreieck aus Druckstreben 40 und Zugstrebe 20 gestaucht wird und somit ein „Verspannen“ des Fachwerkverbundes eintritt.
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Zusätzlich erfolgt ein Energieabbau durch elastische und/oder plastische Verformung in den Druckstreben 40 und in der Zugstrebe 20. Vorteilhaft wirkt sich weiterhin aus, dass der unter Last sehr steife Fachwerkverbund innerhalb des Vorderwagens 2 ein Einklappen der Längsträger 4 in Richtung der Längsmittenebene M des Kraftfahrzeugs verhindert.
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Im Fall eines Aufpralls mit vollständiger Überdeckung durch ein Hindernis V erfolgt eine direkte Krafteinleitung entlang der Wirkungslinien W der Längsträger 4. Um hierbei die Wirksamkeit der Deformationselemente 90 für den Pendelschlagtest zu erhalten, ist die Verbindungsstelle 86 so ausgeführt, dass eine Relativbewegung der beiden vorderen Enden 42 der Druckstreben 40 erfolgen kann, wie aus der Detaildarstellung der 2 näher hervorgeht.
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Hierzu sind die vorderen Enden 42 der Druckstreben 40 im Ausgangszustand zueinander um das Maß y beabstandet. Bei einer Stauchung der Deformationselemente 90 können sich die beiden vorderen Enden 42 der Druckstreben 40 aufeinander zu bewegen, um die Verkürzung der Höhe des Dreieckes aus den Druckstreben 40 und dem Zugelement 20 auszugleichen, wie in 2 mit gestrichelten Linien dargestellt. Der Verschiebeweg y ist so auszulegen, dass er mit der Längenverkürzung der Deformationselemente 90 korreliert.
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Hierzu kann ein Ausgleichselement 88 zwischen den Enden 42 der Druckstreben 40 vorgesehen sein, das bei entsprechender Druckkraft gestaucht wird. Hierzu ist in 2 beispielhaft ein Ausgleichselement 88 mit Kammern nach Art einer Ziehharmonika dargestellt, wobei sich die Trennwände der Kammern unter Einwirkung einer Druckkraft aneinanderlegen. Alternativ ist es beispielsweise möglich, im Stoßfängerquerträger 84 einen Schiebesitz in Form eines Langloches 89 vorzusehen, der durch entsprechend bemessene Reibkräfte der Schraubverbindungen 87 im Langloch 89 eine Verschiebung ermöglicht.
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Das Ausgleichselement 88 kann insbesondere auch so ausgelegt werden, dass es eine vergleichsweise geringe, punktförmig im Bereich der Längsmittenebene M eingebrachte Last aufnimmt und damit eine Beschädigung der betroffenen Druckstrebe 40 verhindert. Dieser Lastfall wird beispielsweise durch einen Pendelschlagtest gemäß FMVSS 581 oder ECE-R 42 simuliert.
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Die Aufnahme der Energie bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs kann grundsätzlich durch einander ergänzende, gleichzeitig oder nacheinander wirkende Systeme erfolgen, so dass also durch elastische und/oder plastische Verformung von Stoßfängerquerträger 84 und/oder Ausgleichselement 88 und/oder Deformationselement 90 und/oder Druckstreben 40 die Crashenergie oder ein Teil der Crashenergie abgebaut wird, bevor gegebenenfalls die Krafteinleitung in den oder die Längsträger 4 erfolgt. So kann beispielsweise bei einer auf Durchbiegung des Stoßfängerquerträgers 84 gerichteten Auslegung für den Abbau von Crashenergie bei mittiger Krafteinleitung der Anteil der Energieaufnahme durch das Ausgleichselement 88 reduziert werden, so dass hauptsächlich der Stoßfängerquerträger 84 wirken kann und die Deformationselemente 90 nicht nennenswert beaufschlagt werden.
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Aus der Detaildarstellung der 2 geht weiter hervor, dass die hinteren Enden 44 der Druckstreben 40 und die Endabschnitte des Zugelements 20 in gemeinsamen Durchgangslöchern der Flansche 92 festgelegt sind, so dass die Verbindungsstellen 94 und 96 unmittelbar übereinander liegen.
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Auch bei einem Offset-Crash, also einem Aufprall des Vorderwagens 2 des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis O, das nur einen der Längsträger 4 überdeckt, hier den rechten Längsträger 4, wirkt das System aus Stoßfängerquerträger 84, Druckstreben 40 und Zugelement 20 in vorteilhafter Weise. Mit geringer werdendem Überdeckungsgrad nimmt dabei die Bedeutung der Druckstreben 40 ab. Nach Aufzehrung des Verformungswegs des Deformationselements 90 auf der Aufprallseite übernimmt das Zugelement 20 die Krafteinleitung in die crashabgewandte Seite des Kraftfahrzeugs und bindet damit die tragende Struktur des gesamten Vorderwagens 2 in den Lastpfad ein.
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Das Zugelement 20 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als biegesteife Zugstrebe ausgebildet. Da das Zugelement 20 hauptsächlich nur zur Aufnahme von Zugkräften vorgesehen ist, kann es gleichwirkend auch als biegeelastisches Zugband oder Zugseil ausgeführt sein. In der Ausgestaltung als Zugstrebe ergeben sich im Vergleich zu einem Zugband oder Zugseil jedoch Vorteile hinsichtlich des Schwingungs- und Geräuschverhaltens.
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Die 3 und 4 zeigen Varianten eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Hierbei ist jeweils an den vorderen Endabschnitten 10 der Längsträger 4 eine rechte und eine linke Umlenkeinrichtung 12 vorgesehen, durch die ein in seiner Gesamtheit mit 20 bezeichnetes Zugelement hindurchgeführt ist. Das Zugelement 20 ist als biegeelastisches Zugband ausgeführt. Die Umlenkeinrichtungen 12 sind verschiebe- und verdrehfest mit den Längsträgern 4 verbunden.
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Bei der ersten Variante gemäß 3 ist das Zugband 20, ausgehend von den Umlenkeinrichtungen 12, schräg einwärts entgegen der Fahrtrichtung FR nach hinten geführt, bis in den Bereich der Längsmittenebene M des Kraftfahrzeugs. Am hintersten Punkt der Zugband-Schleife 20 ist eine weitere Umlenkeinrichtung 30 für das Zugband 20 vorgesehen, die dem Zugband 20 insgesamt einen geschlossenen dreieckförmigen Verlauf gibt. Damit weist die Zugband-Schleife 20 einen vorderen Abschnitt 22, im Sinn einer Basis des vom Zugband 20 gebildeten Dreiecks, sowie zwei schenkelartige Abschnitte 24 auf.
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Im Inneren der von dem Zugband 20 gebildeten Schleife sind zwei Druckstreben 40 vorgesehen, die sich mit ihren vorderen Enden 42 winkeltolerant an den Umlenkeinrichtungen 12 abstützen. Die hinteren Enden 44 der Druckstreben 40 laufen im Bereich der Umlenkeinrichtung 30 zusammen, derart, dass die beiden Druckstreben 40 sowohl zueinander als auch in Bezug auf die Umlenkeinrichtung 30 winkelbeweglich sind. Somit bilden die Druckstreben 40 ein nach vorne offenes „V“, das durch den vorderen Abschnitt 22 des Zugbandes 20 zu einem Dreieck geschlossen wird.
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Beim Auftreffen des Vorderwagens 2 auf ein pfahlförmiges Hindernis PM etwa im Bereich der Längsmittenebene M des Kraftfahrzeugs wird der vordere Bereich 22 des Zugbands 20 nach hinten in Richtung des Pfeils 50 gedrückt. Hierdurch wird über die Umlenkeinrichtungen 12 das Zugband 20 auch in seinen seitlichen Abschnitten 24 gespannt. Dadurch wird eine Druckkraft auf die beiden Druckstreben 40 ausgeübt, die zwischen den Umlenkeinrichtungen 12 und 30 verlaufen, indem die Umlenkeinrichtung 30 über die Zugspannung im Zugband 20 in Fahrtrichtung FR nach vorne gezogen wird. Hierdurch verspannt sich der Fachwerkverbund aus Zugband 20 und Druckstreben 40 zu einem steifen Gebilde. Vorteilhaft wirkt sich weiterhin aus, dass die Druckstreben 40 durch den Fachwerkverbund innerhalb des Vorderwagens 2 nach außen in Richtung der Pfeile 52 gedrückt werden und hierdurch die Längsträger 4 von einem Einklappen in Richtung der Längsmittenebene M des Kraftfahrzeugs abgehalten werden. Außerdem kann im Zugband 20 ein Energieabbau durch elastische und/oder plastische Verformung erfolgen. Die Druckstreben 24 können durch elastische und/oder plastische Verformung ebenfalls Crashenergie abbauen.
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Trifft der Vorderwagen 2 des Kraftfahrzeugs mit geringem seitlichen Versatz zu einem vorderen Endabschnitt 10 eines Längsträgers 4 auf ein pfahlförmiges Hindernis PA auf, so wird durch die Ausbauchung des Zugbandes 20, dargestellt durch die gestrichelte Linie 22a, das Hindernis PA - relativ betrachtet - in Richtung der Längsmittenebene M des Kraftfahrzeugs abgelenkt.
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Bei dem Aufprall des Vorderwagens 2 des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis O, das einen der Längsträger 4 überdeckt (Offset-Crash), wird mit dem Stauchen des Längsträgers 4 entsprechend dem Pfeil 54 auch die zugehörige Umlenkeinrichtung 12 nach hinten in Richtung des Pfeils 54 bewegt, wodurch das Zugband 20 nicht gespannt wird. Damit ist die zugehörige Druckstrebe 40 ohne Funktion. Der Abbau der Crashkraft erfolgt alleine durch den Längsträger 4.
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Im Fall der vollständigen Überdeckung durch ein Hindernis V werden beide Längsträger 4 entsprechend den Pfeilen 54 entgegen der Fahrtrichtung FR gestaucht. Da sich auch hier mit der Verkürzung der Längsträger 4 die beiden zugeordneten Umlenkeinrichtungen 12 nach hinten in Richtung des Pfeils 54 bewegen, bleiben die beiden Druckstreben 40 frei von Druckkräften.
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Bei der Variante des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 4 verlaufen die nach hinten gerichteten Abschnitte des Zugbandes 20 parallel zu den Längsträgern 4. Hierdurch ergibt sich eine etwa rechteckförmige Zugband-Schleife, mit einem vorderen Abschnitt 22 des Zugbandes 20, parallel zu den Längsträgern 4 verlaufenden Abschnitten 26 sowie einem parallel zum vorderen Abschnitt 22 verlaufenden hinteren Abschnitt 28 des Zugbandes 20. Der hintere Abschnitt 28 endet in seitlichen Umlenkeinrichtungen 14, die sich im hinteren Endabschnitt 6 der Längsträger 4 befinden. Die Druckstreben 40 laufen in einer hinteren Aufnahme 60 zusammen, die räumlich getrennt die beiden hinteren Enden 44 der Druckstreben 40 in Kugel-Pfanne-Gelenken 62 aufnimmt. Die Aufnahme 60 ist unverschieblich mit dem Zugband 20 verbunden.
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Bei einem Aufprall auf ein pfahlförmiges Hindernis PM oder PA wird der vordere Abschnitt 22 des Zugbandes 20 gespannt. Dadurch zieht sich die Zugband-Schleife zusammen, wodurch über die Umlenkeinrichtungen 12 und 14 eine Druckkraft auf die Druckstreben 40 ausgeübt wird, in analoger Weise wie oben stehend zu 3 erläutert. Im Fall einer außermittigen Kollision mit einem pfahlförmigen Hindernis PA wird der Vorderwagen 2 des Kraftfahrzeugs in Richtung der Längsmittenebene M abgelenkt.
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Bei Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Hindernis O, das nur einen der beiden Längsträger 4 erfasst (Offset-Crash), erfolgt durch die Verlagerung der Umlenkeinrichtung 12 am betreffenden vorderen Endabschnitt 10 des Längsträgers 4 mit dessen Stauchung in Richtung des Pfeils 54 wiederum eine Rückwärtsverlagerung der Umlenkeinrichtung 12 entsprechend dem Pfeil 54, so dass die Aufnahme 60 ausweichen kann. Da die Aufnahme 60 in Längserstreckung des Zugbandes 20 ortsfest fixiert ist, erfolgt eine Drehung der Zugband-Schleife 20 im Uhrzeigersinn gemäß dem Pfeil 70, wodurch in die zugehörige Druckstrebe 40 keine Druckkräfte eingeleitet werden. In gleicher Weise ergibt sich bei einem Offsetaufprall an dem gegenüberliegenden linken Längsträger 4 eine Verdrehung der Schleife des Zugbandes 20 entgegen dem Uhrzeigersinn gemäß Pfeil 72.
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Beim Aufprall auf ein Hindernis V mit Überdeckung beider Längsträger 4 werden beide Umlenkeinrichtungen 12 in Richtung der Pfeile 54 verlagert, wodurch keine Spannung auf das Zugband 20 aufgebracht wird.
