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Die
Erfindung betrifft eine Tragstruktur für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Eine
derartige Tragstruktur ist beispielsweise in
EP 1044863 A1 offenbart,
wobei dort eine aus der Fahrtrichtung gesehen schräg nach unten
verlaufende Abweisfläche
jeweils für
ein zugeordnetes Rad eines Kraftwagens vorgesehen ist, wobei das
entsprechende Rad infolge einer crashbedingten Verformung der Knautschzone
der dort beschriebenen Kraftwagen-Tragstruktur gegen die Abweisfläche bewegt
wird und infolge der weiteren Bewegung bei Verformung der Knautschzone
entlang der Abweisfläche
in Richtung einer Sicherheitsfahrgastzelle der Kraftwagen-Tragstruktur
unter einen Boden dieser Struktur absenkend geführt wird. Durch die in der
genannten Druckschrift beschriebene Kraftwagen-Tragstruktur soll
erreicht werden, dass selbst bei vollständig deformierter Knautschzone
aufgrund der Abweisfunktion für
die Räder
diese die Abweisfläche und
die Sicherheitsfahrgastzelle möglichst
nicht verformen, um so eine Öffnungsfähigkeit
der Seitentüren
der Sicherheitsfahrgastzelle auch nach einem Crash sicherstellen
zu können.
Eine besondere Reduzierung crashbedingt auftretender Verzögerungskräfte auf
Personen im Innern der Sicherheitsfahrgastzelle, insbesondere durch
Auftreffen des relativ steifen Radfelgenkörpers auf die entsprechende
Abweisfläche,
ist dort jedoch nicht vorgesehen.
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Das
deutsche Gebrauchsmuster 9312073.7 zeigt eine zwischen einem Reifen
und einer Fahrgastkabine vorgesehene destruktiv verformbare Deformationszone,
um eine relativ steife Fahrgastkabine bei gleichzeitig verbessert
absorbierter Aufprallenergie vorzusehen. Kinematische Probleme,
welche sich beispielsweise durch das crashbedingte sogenannte "Eintauchen" des Vorderwagens
eines Fahrzeugs hinsichtlich der Krafteinwirkung auf die Fahrzeuginsassen
ergeben, insbesondere auch hinsichtlich eventuellen möglichen
Verletzungen aufgrund Kontakt mit entsprechenden Innenflächen der
Fahrgastkabine, werden in dem genannten Gebrauchsmuster jedoch nicht
behandelt.
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Das
Dokument
DE 101 02
212 A1 beschreibt ein Radstützteil für ein Fahrzeug, an welchem
sich die jeweiligen, in einem Crashfall nach hinten bewegenden Vorderräder zur
zusätzlichen
Energie-Absorption abstützen.
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Generell
besteht beim Deformationsablauf im Zuge eines Frontalaufpralls eines
Kraftfahrzeugs das Problem, dass es hinsichtlich der zur Deformation
der Felgen der Vorderräder
notwendigen Kräfte
zu einem sprunghaften Anstieg der auf die Fahrzeuginsassen wirkenden
Verzögerungs-
bzw. Kraftwerte in einer relativ späten Aufprallphase nach bereits
erfolgter weitestgehender Deformation der Knautschzone der Kraftwagen-Tragstruktur kommt.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile
von Kraftwagen-Tragstrukturen des Standes der Technik zu überwinden,
insbesondere eine Tragstruktur für
einen Kraftwagen vorzusehen, bei welcher ein sprunghafter Anstieg
der Verzögerungs-
und Kraftwerte, welche in der Aufprallphase auf die Insassen wirken,
vermieden wird. Ferner soll erfindungsgemäß eine ungünstige Insassen-Kinematik,
das heißt
insbesondere ein Anschlagen besonders des Kopfbereichs von Insassen
an der Innenseite einer Sicherheitsfahrgastzelle eines Fahrzeugs,
verhindert werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Tragstruktur für
einen Kraftwagen gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Tragstruktur
sind in den Unteransprüchen
definiert.
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Erfindungsgemäß vorgesehen
ist eine Tragstruktur für
einen Kraftwagen, die an einem vorderen Ende einer Sicherheitsfahrgastzelle
mit einem Vorderwagen mit einer Knautschzone und zwei im Bereich
der Knautschzone seitlich angeordneten Radläufen versehen ist, in denen
jeweils ein Rad, bestehend aus einem luftgefüllten Radreifen und einer relativ
steifen Radfelge, angeordnet ist. Aus der Fahrtrichtung gesehen
weist die erfindungsgemäße Tragstruktur
für einen
Kraftwagen eine schräg
nach unten verlaufende Radabstützrampe
auf, durch welche das jeweilige Rad, das infolge einer crashbedingten
Verformung der Knautschzone gegen die Radabstützrampe bewegt wird, in Richtung
der Sicherheitsfahrgastzelle nach unten führbar ist. Erfindungsgemäß ist des
Weiteren für
jedes Rad jeweils ein zusätzliches
Radprallelement vorgesehen, welches durch das infolge der crashbedingten
Verformung der Knautschzone bewegte jeweilige Rad zur entsprechenden
zusätzlichen
Energieaufnahme, insbesondere der Energie, welche zur Verformung
der relativ steifen Radfelge benötigt
wird, verformbar ist.
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Aufgrund
des erfindungsgemäßen Vorsehens
sowohl einer Radabstützrampe
als auch eines zusätzlichen
Radprallelements ist es somit zum einen möglich, sowohl eine ausreichend
stabile und sichere Radführung
vorzusehen, welche das Eintauchen des Vorderwagens und somit die
Gefahr eines Anstoßens
von Insassen mit dem Kopf gegen die Innenseite der Sicherheitsfahrgastzelle
in bestimmten Bereichen, beispielsweise der A-Säule
der Fahrgastzelle, verhindert. Zum andern wird zusätzlich ein durch
die stabile Radführung
eigentlich auftretender sprunghafter Anstieg des Kraftniveaus bzw.
der Verzögerungs werte,
welches/welche auf die Insassen insbesondere in der späteren Aufprallphase
nach bereits weitgehender Verformung der Knautschzone aufgrund der
Verformung insbesondere der Radfelge wirkt/wirken, durch das jeweilige
zusätzliche
Radprallelement vermieden. Durch dieses erfindungsgemäße Zusammenwirken
wird somit die Sicherheit für die
Fahrzeuginsassen in besonderer Weise zusätzlich erhöht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Kraft bzw. die Verzögerung, welche aufgrund der
Bewegung infolge der crashbedingten Verformung der Knautschzone
des jeweiligen Rades auf die Radabstützrampe wirkt, über geeignete Konstruktionsparameter
der Radabstützrampe und/oder
des jeweiligen Radprallelements mit einer Kraft bzw. einer Verzögerung abstimmbar,
welche aufgrund der Bewegung infolge der crashbedingten Verformung
der Knautschzone des jeweiligen Rades auf das jeweilige Radprallelement
wirkt.
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Durch
diese Abstimmung der Radabstützrampe
mit dem jeweiligen Radprallelement lässt sich das Zusammenspiel
zwischen dem Kraft- bzw. Verzögerungsverlauf
und der Fahrzeug-Kinematik (Fahrzeugneigung, Absinken des Fahrzeug-Vorderwagens) über die
entsprechenden Konstruktionsparameter der Radabstützrampe
und/oder des jeweiligen Radprallelements besonders einfach steuern. Dadurch
ist auf besonders zuverlässige
Weise ein sprunghafter Anstieg der Kraft- bzw. Verzögerungswerte,
die auf die Insassen wirken, insbesondere in einer späteren Aufprallphase,
besonders sicher vermeidbar. Insbesondere können über die geeigneten abstimmbaren
Konstruktionsparameter der Radabstützrampe und/oder des jeweiligen
Radprallelements sowohl die Verzögerung
und damit die Energieabsorption als auch die Kinematik des Fahrzeugs
beeinflussbar sein. So kann durch geeignete Auswahl der jeweiligen
Konstruktionsparameter das Fahrzeug während eines Aufpralls in eine
bestimmte Richtung lenkbar sein, wobei insbesondere ein Eintauchen
des Vorderwagens bei dennoch gleichzeitig zur Verfügung stehender
Deformationszone durch das Radprallelement verhinderbar ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind geeignete Konstruktionsparameter die Materialeigenschaften
der Radabstützrampe und/oder
des jeweiligen Radprallelements, wobei als Materialeigenschaften
insbesondere die Festigkeit und Steifigkeit der Radabstützrampe
und des jeweiligen Radprallelements eine besondere Rolle spielen können. Auch
die Deformationswege der Radabstützrampe
und/oder des jeweiligen Radprallelements können alleine oder in Kombination
mit den anderen Konstruktionsparametern als geeignete Parameter
zur Abstimmung von Radabstützrampe und/oder
jeweiligem Radprallelement dienen. Bevorzugt ist als geeigneter
Konstruktionsparameter für sich
oder in Kombination mit den bereits genannten Konstruktionsparametern
des Weiteren auch die Geometrie der Radabstützrampe und/oder des jeweiligen
Radprallelements, wobei bezüglich
der Geometrie der Radabstützrampe
insbesondere der Winkel α der
schräg
nach unten verlaufenden Radabstützrampe
und/oder der konstruktiv vorgegebene Abstand des Rades vom Radprallelement
geeignete Geometrie-Parameter sein können. Bevorzugt ist insbesondere,
falls das Radprallelement im Fall eines Crashs im Wesentlichen auf
Höhe der
Achse des jeweiligen Rades liegt, um so eine möglichst zuverlässige zusätzliche
Energieaufnahme durch entsprechende Verformung des jeweiligen Radprallelements
sicherzustellen.
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Besonders
einfach ist eine erfindungsgemäß bevorzugte
Gestaltung einer Kraftfahrzeug-Tragstruktur zu realisieren, bei
welcher das jeweilige Radprallelement als Verlängerung eines jeweiligen Schwellers
der Sicherheitsfahrgastzelle in Richtung des jeweiligen Rads ausgebildet
ist. Somit ist das entsprechend konstruierte jeweilige Radprallelement
besonders einfach und zuverlässig
durch das jeweilige Rad im Crashfall verformbar.
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Es
sei angemerkt, dass die wesentlichen Konstruktionselemente der erfindungsgemäßen Tragstruktur,
wie die Sicherheitsfahrgastzelle, die Knautschzone, die Radabstützrampe
und das jeweilige Radprallelement, bevorzugt aus geeigneten Leichtmetallmaterialien
oder entsprechend geeigneten Stahlblechen bestehen können, wobei
durch geeignete Materialauswahl jeweils Abstimmungen hinsichtlich
der geforderten Steifigkeits- und
Verformbarkeitswerte konstruktiv einstellbar sind.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung, wobei
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1a–d
fünf schematische
Seitenansichten auf die vordere Knautschzone und den sich dahinter
anschließenden
vorderen Bereich der Sicherheitsfahrgastzelle einer Tragstruktur
eines Kraftwagens gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zeigen, wobei in den vier Darstellungen zeitlich aufeinanderfolgende
Stadien eines Frontalaufpralls eines entsprechenden Kraftwagens
auf ein Hindernis gezeigt sind, und
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2 schematisch
Kraft- und Bewegungsrichtungen einzelner konstruktiver Elemente
der Tragstruktur gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der 1 verdeutlicht.
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In 1 sind
fünf schematische
Seitenansichten des Bereichs des Vorderwagens eines Kraftwagens
mit einer Tragstruktur gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche Konstruktionsmerkmale
sind dabei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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1a zeigt einen Vorderteil einer Tragstruktur
eines Kraftwagens vor dem Aufprall auf ein festes Hindernis 9.
Die erfindungsgemäße Tragstruktur
wird gebildet durch eine Sicherheitsfahrgastzelle 1 mit
einem Vorderwagen mit einer Knautschzone 2, welche sich
beim Aufprall zur Energieaufnahme verformt, wobei die erfindungsgemäße Tragstruktur
mit zwei im Bereich der Knautschzone seitlich angeordneten Radläufen versehen
ist, in denen jeweils ein Rad 3, bestehend aus einem Radreifen 4,
welcher üblicherweise
durch einen handelsüblichen
schlauchlosen Luft-Reifen gebildet ist, und einer Radfelge 5, üblicherweise
aus Edelstahl oder Aluminium, angeordnet ist. Aus der Fahrtrichtung
von vorne gesehen weist die erfindungsgemäße Tragstruktur eine nach unten
verlaufende Radabstützrampe 6 im
vorderen Bereich der Sicherheitsfahrgastzelle 1 auf, durch
welche das infolge einer crashbedingten Verformung der Knautschzone 2 gegen
die Radabstützrampe 6 bewegte
jeweilige Rad 3 in Richtung der Sicherheitsfahrgastzelle 1 nach
unten in den Bereich des Bodens der Sicherheitsfahrgastzelle 1 führbar ist.
Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Tragstruktur ein zusätzliches Radprallelement 7 auf,
welches durch das infolge einer crashbedingten Verformung der Knautschzone 2 bewegte
jeweilige Rad 3 zur entsprechenden zusätzlichen Energieaufnahme, insbesondere
zur Aufnahme von weiterer Verformungsenergie aufgrund der Radfelge 5,
verformbar ist. Generell können
die konstruktiven Elemente der erfindungsgemäßen Tragstruktur durch geeignete
Stahl- oder Aluminiummaterialien, welche im Automobilbau gut bekannt sind
und daher hier nicht weiter beschrieben werden, ausgebildet sein.
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1b zeigt die erfindungsgemäße Tragstruktur
eines Kraftwagens im Moment des Auftreffens des entsprechenden Kraftwagens
auf das Hindernis 9, wobei hier die crashbedingte Verformung
der vorderen Knautschzone 2 gerade beginnt. Wie bereits
in 1a dargestellt, ist das Radprallelement 7 als
Verlängerung
eines Schwellers 8 der Sicherheitsfahrgastzelle 1 in
Richtung des Rades 3 ausgebildet.
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1c zeigt den weiteren Verlauf des Aufpralls,
wobei die Knautschzone 2 nun weitestgehend zur Aufnahme
der Energie des crashbedingten Aufpralls verformt ist. Nun erfolgt
eine Verformung des Rades 3, wobei dieses bereits gegen
die Rad abstützrampe 6 und
gleichzeitig bereits in Richtung des zusätzlichen entsprechenden Radprallelements 7 geschoben
ist. Der luftgefüllte
Radreifen 4 hat sich dabei bereits entsprechend verformt.
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Im Übergang
zwischen der Darstellung der 1c zu
Darstellung der 1d zeigt sich, dass das
entsprechende Rad 3 entlang der schrägen Fläche der Radabstützrampe 6 nach
unten in den Bereich des Bodens der erfindungsgemäßen Tragstruktur
geführt
wird. Dies erfolgt aufgrund der weiteren crashbedingten Vorwärtsbewegung
der gesamten Tragstruktur des Kraftwagens. Zur Aufnahme der zusätzlich auftretenden
Energie, welche sich aus der Bewegung des Rades 3, insbesondere
der relativ steifen Radfelge 5 des Rades, in diesem weiteren Crashverlauf
ergibt, ist in 1d durch entsprechende
Zacken eine Verformung des zusätzlichen
Radprallelements 7 zur entsprechenden zusätzlichen
Energieaufnahme dargestellt. Erfindungsgemäß bevorzugt befindet sich zu
diesem späten
Aufprallzeitpunkt das zusätzliche
Radprallelement 7 ungefähr
auf Höhe
der Achse des Rades 3.
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Wie
aus den schematischen Darstellungen der 1 ersichtlich,
erfolgt durch entsprechendes Zusammenwirken der Radabstützrampe 6 mit
dem zusätzlichen
Radprallelement 7 einerseits eine sichere Führung des
crashbedingt bewegten Rades 3, andererseits wird durch
das zusätzliche
Radprallelement 7 die auftretende Energie, welche durch
Kontakt des Rades 3 mit der Radabstützrampe 6 und dem
Radprallelement 7 erfolgt, durch entsprechende Verformung
des Radprallelements 7 von diesem weitgehend aufgenommen,
ohne die sichere Führung
durch die Radabstützrampe 6 zu
behindern. Insbesondere kann durch diese erfindungsgemäße Gestaltung
der Tragstruktur die Energie, welche sich aus der entsprechenden
Bewegung und/oder Verformung des Rades 3 zu einem späteren Zeitpunkt
des Aufpralls ergibt, besonders sicher durch entsprechende Verformung
des Radprallelements 7 aufgenommen sein.
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2 zeigt
schematisch die Bewegungs- und Kraftrichtungen, welche sich bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gemäß 1 ergeben.
Der von rechts unten nach links oben weisende Pfeil der 2,
welcher einen Winkel α gegen
die Waagrechte einnimmt, gibt die Richtung wieder, in der die Radabstützrampe 6 konstruktiv
in einem Winkel schräg
nach unten verlaufend (aus der Fahrtrichtung gesehen) verläuft. Der
in 2 schräg nach
oben gerichtete Pfeil gibt dabei die Relativbewegung der Radabstützrampe 6 bezüglich des
Rades 3 an, welches ja entsprechend durch die Radabstützrampe
nach unten (aus der Fahrtrichtung gesehen) führbar ist. Der waagrechte Pfeil
in 2 gibt zum einen das Kraftniveau F1 und die entsprechende
Kraftrichtung sowie den Deformationsweg δs1 des erfindungsgemäß vorgesehenen
zusätzlichen
Radprallelements 7 unter Einfluss der Bewegung des crashbedingt
bewegten Rades 3 an. Der von links unten nach rechts oben
gerichtete Pfeil in 2 gibt das Kraftniveau F2, die
entsprechende Kraftrichtung und den Deformationsweg δs2 des infolge
des Crashs bewegten Rades 3 an. Wie aus 2 ersichtlich,
wird ein Großteil
der crashbedingt auftretenden Kraft aufgrund der Bewegung des Rades 3 durch
das entsprechende zusätzliche
Radprallelement 7 aufgenommen (waagrechter langer Pfeil in 2),
während
aufgrund des entsprechenden Zusammenwirkens nur ein geringer Teil
der Kraft aufgrund der crashbedingten Bewegung des Rades 3 auf
die Radabstützrampe 6 wirkt
(nach schräg
rechts oben verlaufender Pfeil δs2,
F2 der 2). Die Relativbewegung des Rades 3 und
der Radabstützrampe 6 ist
durch den im Winkel α nach
oben verlaufenden Pfeil in 2 angegeben.
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Wie
aus 2 ersichtlich, kann eine Abstimmung der Kraftverläufe F1,
F2 und der Deformationswege δs1, δs2 über entsprechende
Konstruktionsparameter der erfindungsgemäßen Tragstruktur erfolgen,
insbesondere auch über
die Nachgiebigkeit des Radprallelements 7 (Kraftniveau
F1, Deformationsweg δs1)
sowie dessen Position in Bezug zum Rad (siehe 1d)
und der Nachgiebigkeit, der Position und des Neigungswinkels α der Radabstützrampe 6 im
Zusammenwirken mit der crashbedingten Bewegung des Rades 3 (Kraftniveau
F2, Deformationsweg δs2).