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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Kraftfahrzeuge der üblichen
Bauart umfassen eine Fahrgastzelle, an die sich die Fahrzeugfront und
das Heckbereich als weitere Fahrzeugteile anschließen. Die
Fahrgastzelle unterscheidet sich von diesen übrigen Fahrzeugteilen durch
eine starre und stabile Rahmenkonstruktion nach Art eines Käfigs, die
die Fahrzeuginsassen bei einer Kollision optimal schützen soll.
Hingegen sind die sich daran anschließenden Fahrzeugteile so konstruiert,
dass sie die Kollisionsenergie weitgehend aufnehmen. Die vor und
hinter der Fahrgastzelle befindlichen Fahrzeugteile umfassen daher
Knautschzonen, d. h., Karosseriebereiche, die beim Aufprall eines
Objekts in vorbestimmter Weise verformt und gestaucht werden und auf
diese Weise die kinetische Energie abbauen, so dass die an die Fahrgastzelle übertragenen
Kräfte gering
gehalten werden.
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Dieses Prinzip einer Kombination
aus einer schwer verformbaren Fahrgastzelle und leichter deformierbaren
Fahrzeugteilen stößt jedoch
an seine Grenzen, wenn die auf das Fahrzeug wirkenden Kollisionskräfte sehr
groß sind.
In diesem Fall besteht die Gefahr, dass die Aufprallenergie durch
die Knautschzone und auch durch die Fahrgastzelle nicht ausreichend
abgebaut wird, so dass letztere zerstört wird und die Fahrzeuginsassen
schwere oder sogar tödliche
Verletzungen erleiden. Eines der Risiken der bekannten Konstruktionen
besteht darin, dass Teile des vorderen bzw. hinteren Fahrzeugteils in
die Fahrgastzelle hineingedrückt
werden, also im Fall eines Frontalaufpralls insbesondere die Lenksäule, die
Pedale und dergleichen. Im ungünstigsten Fall
kann sogar der Motorblock teilweise in die Fahrgastzelle hineingeschoben
werden. Ist die Kollisionsgeschwindigkeit sehr hoch, kann dies auch
durch sehr aufwendige Knautschzonen- und Fahrgastzellenkonstruktionen
nicht verhindert werden. Darüber hinaus
sind die auf die Fahrzeuginsassen wirkenden Bremsbeschleunigungen
beim Aufprall erheblich, da die Fahrgastzelle mit dem gesamten Fahrzeug schlagartig
zum Stehen kommt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es daher, ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen,
das auch bei hohen Aufprallgeschwindigkeiten ein hohes Maß von Sicherheit
für die
Fahrzeuginsassen gewährleistet
und deren Verletzungsrisiko minimiert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Kraftfahrzeug gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug sind
die Fahrgastzelle und der oder die sich daran anschließenden Fahrzeugteile
gegeneinander verschiebbar verbunden, und die Verschiebungsebene ist
gegenüber
der Fahrbahnebene, auf der sich das Fahrzeug bewegt, geneigt. Die
Neigung ist hierbei so gewählt,
dass die Fahrgastzelle schräg
nach oben über
den sich anschließenden
Fahrzeugteil hinweg verschiebbar ist.
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Wirkt eine starke Kraft in horizontaler
Richtung, also parallel zur Fahrbahnebene, in Richtung der Fahrgastzelle
auf den davor befindlichen Fahrzeugteil, so kann dieser schräg unter
die Fahrgastzelle gleiten, während
diese gleichzeitig angehoben wird und dem sich beim Aufprall verformenden
Fahrzeugteil ausweicht. Hierdurch werden die Fahrzeuginsassen weitgehend
vor Verletzungen geschützt,
da sie mitsamt der Fahrgastzelle automatisch aus der Bewegungsbahn
des Kollisionsgegenstands und des in Richtung des Fahrzeugs geschobenen
Fahrzeugteils befördert
werden. Außerdem kann
die beim Aufprall auftretende Bremsbeschleunigung vermindert werden,
da die Fahrgastzelle auf ihrem Weg entlang der Verschiebungsebene
während des
Aufpralls noch einen vergleichsweise langen Bremsweg zurücklegt und
während
der Verschiebung verhältnismäßig sanft
gestoppt werden kann. Gegenüber
den Kraftfahrzeugen herkömmlicher Bauart,
bei denen die Fahrgastzelle gemeinsam mit dem Fahrzeugteil der vollen
Bremsbeschleunigung ausgesetzt ist, bedeutet dies einen erheblichen
Vorteil, da dies eine weitere Verminderung des Verletzungsrisikos
mit sich bringt.
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Die Verbindung der Fahrgastzelle
mit dem sich daran anschließenden
Fahrzeugteil wird vorzugsweise durch Teleskopauszüge geschaffen,
die in- oder aneinander verschiebbar befestigte Elemente umfassen,
von denen eines mit der Fahr gastzelle und das verbleibende mit dem
entsprechenden Fahrzeugteil verbunden ist. Diese Elemente können in
bekannter Art konstruiert sein und Schienen, Rohre oder dergleichen
umfassen, also stabförmige
Elemente, die sich ineinanderschieben lassen oder aufeinander gleiten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
umfassen die Teleskopauszüge
eine Gleitschiene, in bzw. an der ein entlang der Gleitschiene verschiebbares
Führungselement
angebracht ist, wie beispielsweise eine weitere Schiene oder dergleichen, die
in die Gleitschiene eingreift.
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Vorzugsweise umfassen die Teleskopauszüge Anschläge, die
die maximale Auszugslänge
begrenzen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
sind diese Anschläge
gefedert, so dass auch bei Erreichen der maximalen Auszugslänge ein
harter Anschlag vermieden wird und die hierbei auftretende Bremsbeschleunigung
stark verringert wird. Beispielsweise können die Anschläge Stoßdämpfer oder dergleichen
umfassen.
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Bevorzugt umfassen die Teleskopauszüge Bremseinrichtungen,
die unterhalb einer vorbestimmten Krafteinwirkungs-Schwelle die
Verschiebung blockieren und bei Überschreiten
dieser Schwelle freigeben. Auf diese Weise wird verhindert, dass
eine Verschiebung der Fahrgastzelle gegenüber den übrigen Fahrzeugteilen während des
normalen Fahrzeugbetriebs stattfindet. Die Integrität der Gesamtkonstruktion
bleibt somit auch in Fahrsituationen gewahrt, bei denen starke Verformungskräfte wirken, wie
sie etwa bei schlechten Strassenverhältnissen auftreten. Erst wenn
die wirkenden Kräfte
so groß werden,
dass eine Verformung der Fahrgastzelle droht, wird die erfindungsgemäße Verschiebung
zwischen Fahrgastzelle und sich daran anschließendem Fahrzeugteil möglich. Auf
diese Weise wird gewährleistet,
dass die Verschiebung nur im Kollisionsfall auftritt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind Teile des Kraftfahrzeugs, die von einem vorderen oder hinteren
Fahrzeugteil ausgehen und die Fahrgastzelle hineinragen, durch lösbare Kupplungen
mit dem jeweiligen Fahrzeugteil verbunden, welche bei der erfindungsgemäßen Verschiebung des
Fahrzeugteils gegenüber
der Fahrgastzelle selbsttätig
gelöst
werden.
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Durch dieses automatische Entkuppeln
stellen auch die in die Fahrgastzelle ragenden Teile kein Hindernis
für die
Ausweichbewegung der Fahrgastzelle dar.
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Vorzugsweise ist die Lenksäule des
Kraftfahrzeugs durch eine lösbare
Kupplung in einen im vorderen Fahrzeugteil angeordneten Abschnitt
und einen in die Fahrgastzelle ragenden Abschnitt unterteilt.
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Bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug,
das sowohl einen sich am Frontbereich an die Fahrgastzelle anschließenden vorderen
Fahrzeugteil als auch einen dem Heck entsprechenden hinteren Fahrzeugteil
umfaßt,
sind vorzugsweise diese beiden Fahrzeugteile durch eine horizontale
Tragkonstruktion im Fahrzeug-Unterbau
verbunden, die an den jeweiligen Fahrzeugteilen fest angebrachte,
in-oder aneinander
in der Längsrichtung
des Fahrzeugs verschiebbare Elemente umfaßt. Durch diese Tragkonstruktion
bleiben diese Fahrzeugteile auch dann verbunden, wenn die Fahrgastzelle
beim Aufprall angehoben wird, und die verbundenen Fahrzeugteile
werden in diesem Fall zusammengeschoben. Diese Tragkonstruktion
vergrößert die
Stabilität
und insbesondere die Verwindungssteifigkeit des Fahrzeug-Unterbaus.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Verschiebungsebene zwischen der Fahrgastzelle und dem sich
daran anschließenden
Fahrzeugteil gegenüber
der Ebene der Fahrbahn um 45° geneigt.
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Im folgenden wird ein bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert.
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1 ist
eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
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2 ist
eine Seitenansicht des Kraftfahrzeugs aus 1 in einer Situation nach einem Aufprall;
und
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3 ist
eine Hinteransicht des Kraftfahrzeugs aus 1.
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Das Kraftfahrzeug 10 in 1 umfaßt insgesamt eine Karosserie 12,
die auf einem Fahrzeug-Unterbau 14 ruht, der lediglich
schematisch angedeutet ist und dessen Einzelheiten im folgenden noch
näher erläutert werden
sollen. Über
die an der Vorder- und der Hinterachse 16,18 angebrachten
Räder 20 ruht
das Fahrzeug 10 auf der Fahrbahnebene 22 und bewegt
sich auf dieser in einer Richtung, die in 1 durch einen Pfeil A bezeichnet ist.
Das äußere Erscheinungsbild
des Kraftfahrzeugs 10 und seine fahrzeugtypischen Betriebseinrichtungen
entsprechend den bekannten Fahrzeugen, so dass hierauf im folgenden
nicht näher
bezug genommen werden soll.
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Wie auch die herkömmlichen Fahrzeuge umfaßt das Kraftfahrzeug 10 eine
Fahrgastzelle 24, die bezüglich der Längsrichtung des Fahrzeugs 10 in dessen
Mitte angeordnet ist und den Raum zur Unterbringung der Fahrzeuginsassen 26,28 beinhaltet. Es
handelt sich bei dieser Fahrgastzelle 24 im wesentlichen
um eine starre, vergleichsweise stabile Rahmenkonstruktion. An die
Fahrgastzelle 24 schließen sich jeweils ein vorderer
Fahrzeugteil 30 und ein hinterer Fahrzeugteil 32 an,
die die Fahrzeugfront und das Heck bilden. Ob jeweils der Motor
oder der Kofferraum vorn oder hinten in diesen Fahrzeugteilen 30,32 angeordnet
sind, ist für
die Erfindung ohne Bedeutung und kann daher in Abhängigkeit
von den Betriebs- und Konstruktionserfordernissen des Fahrzeugs
frei gewählt
werden. Die Art und Weise der Anbringung der vorderen und hinteren
Fahrzeugteile 30,32 an der Fahrgastzelle 24 soll
nachfolgend beschrieben werden.
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Die vorderen und hinteren Fahrzeugteile 30,32 sind
verschiebbar an der Fahrgastzelle 24 angebracht. Die Verschiebungsebene
B ist hierbei gegenüber
der Fahrbahnebene 22 geneigt und erstreckt sich jeweils
von einem im Bereich des Unterbaus 14 des Fahrzeugs 10 liegenden
Punkt zum entsprechenden Fahrzeugende hin schräg nach oben, d.h., die Verschiebungsebene
B, auf der der vordere Fahrzeugteil 30 entlang der Fahrgastzelle 24 verschoben
wird, ist schräg
nach oben und vorn geneigt, während
die andere Verschiebungsebene B zur Verschiebung des hinteren Fahrzeugteils 32 schräg nach oben
und hinten geneigt ist. Im einzelnen wird die Verbindung durch Gleitschienen 34,36 geschaffen,
die jeweils paarweise fest am vorderen und hinteren Fahrzeugteil 30,32 angebracht
sind, sowie durch Übergriffschienen 38,40,
die fest an der Fahrgastzelle 24 angebracht sind und in
den Gleitschienen 34,36 verschiebbar einliegen.
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Zur Befestigung des vorderen Fahrzeugteils 30,
der dessen Front abschließt,
dient somit ein Paar von Gleitschienen 34, die im seitlichen
Bereich des Fahrzeugs 10 angebracht sind und von denen
in 1 lediglich eine
Gleitschiene sichtbar ist, sowie ein entsprechendes Paar von Übergriffsschienen 38. In
gleicher Weise ist das Fahrzeugheck 32 durch ein Paar Gleitschienen 36 sowie Übergriffschienen 40 am
hinteren Ende der Fahrgastzelle 24 angebracht. Im normalen
Betriebszustand des Fahrzeugs 10, der in 1 dargestellt ist, sind die Übergriffschienen 38,40 vollständig in
die Gleitschienen 34,36 eingeschoben und durch
an den Gleitschienen 34,36 angebrachte Bremsbacken 42 gesichert,
so dass bei den vergleichsweise geringen Verformungskräften, die
während
der Fahrt des Fahrzeugs auftreten, keine Verschiebebewegung der
Fahrgastzelle 24 gegenüber
den übrigen
Fahrzeugteilen 30,32 stattfinden kann und diese
fest aneinander gesichert sind. Somit wird die Integrität der Gesamtkonstruktion
gewährleistet,
und das Fahrzeug 10 bleibt gegenüber den während der Fahrt auftretenden
Kräften
stabil.
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Prallt das Kraftfahrzeug 10 auf
einen Gegenstand, wie etwa die in 2 dargestellte
Mauer 44, so wird eine starke Kraft auf den vorderen Fahrzeugteil 30 ausgeübt, der
diesen entgegen der Fahrtrichtung gegen die Fahrgastzelle 24 drückt. Da
die Bremsbacken 42 auf solche Weise angebracht sind, dass
sie sich bei Überschreiten
einer bestimmten Krafteinwirkungs-Schwelle lösen, können die Übergriffschienen 38 am
vorderen Ende der Fahrgastzelle 24 gelöst werden und aus den Gleitschienen 34 aus diesen
heraus schräg
nach vorn und oben gleiten, so dass die Fahrgastzelle 24 in
der Verschiebungsebene B über
die Fahrzeugfront 30 hinweg verschoben und angehoben wird.
Anders gesagt, falls die Fahrzeugfront 30 durch die Mauer 44 beim
Aufprall abrupt gestoppt wird, wird die Fahrgastzelle 24 durch
die auf sie wirkende Trägheitskraft
schräg
nach vorn über den
vorderen Fahrzeugteil 30 angehoben und gleitet über diesen
hinweg. Die Gleitschienen 34 bilden gemeinsam mit den Übergriffschienen 38 Teleskopauszüge, entlang
derer eine Verschiebung der Fahrgastzelle 24 in der Verschiebungsebene
B ermöglicht wird.
Die maximale Auszugslänge
wird hierbei durch Stoßdämpfer 46 begrenzt,
die an den oberen Enden der Gleitschienen 34 angebracht
sind und an denen entsprechende Anschläge an den unteren Enden der Übergriffschiene 38 anschlagen.
Die Stoßdämpfer 46 bilden
eine Dämpfung,
die verhindert, dass beim Erreichen des Anschlags schlagartige Bremskräfte auf die
Fahrzeuginsassen 26,28 wirken.
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Der Unterbau 14 des Fahrzeugs
umfaßt
Elemente 54, 56, die sich in Längsrichtung des Fahrzeugs 10 erstrecken
und jeweils an den unterschiedlichen vorderen und hinteren Fahrzeugteilen 30,32 befestigt
sind und ineinander verschiebbar sind. Gemäß 3 hat das Element 54, das fest
mit dem Fahrzeugheck 32 verbunden ist, in Querrichtung
des Fahrzeugs 10 einen etwa U-förmigen, nach oben offenen Querschnitt
und nimmt die Element 56 verschiebbar auf, welche Längsträger sind,
die fest am vorderen Fahrzeugteil 30 angebracht sind. Auf
diese Weise sind die Fahrzeugteile 30,32 gegeneinander verschiebbar.
Gleichzeitig gewährleistet
die Unterbau-Konstruktion 14 eine gewisse Stabilität des Fahrzeugs 10 und
erhöht
dessen Steifigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Verwindungskräften. 3 zeigt auch schematisch
die Position der Gleitschienen 36, die zu beiden Seiten
des Fahrzeugs im Fahrzeugheck 32 angebracht sind.
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Da die Fahrzeugteile 20 und 32 durch
den Unterbau 14 aneinander gekoppelt sind, findet bei dem
zuvor beschriebenen Frontalaufprall notwendigerweise auch eine Verschiebung
der Fahrgastzelle 24 über
den hinteren Fahrzeugteil 32 hinweg statt, wie es in 2 dargestellt ist. Dementsprechend
ergibt sich die Situation aus 2 auch
bei einem Aufprall von hinten, bei dem das Heck 32 in Fahrtrichtung
des Fahrzeugs 10 gegen die Fahrgastzelle 24 geschoben
wird, beispielsweise durch ein auffahrendes Fahrzeug. Das Heck 32 gleitet
unter die Fahrgastzelle 24, während diese sich gleichzeitig
anhebt. Die Verschiebung der Fahrgastzelle 24 in der Verschiebungsebene
B findet also in einer Richtung schräg nach hinten und oben statt.
Die Funktionsweise des Stoßdämpfers 46 als
Anschlag für
die maximale Auszugslänge
der Übergriffschiene 40 in
der Gleitschiene 36 ist die gleiche wie an der Vorderseite der
Fahrgastzelle 24.
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Damit die freie Verschiebbarkeit
der Fahrgastzelle 24 an den jeweiligen übrigen Fahrzeugteilen 30,32 gewährleistet
wird, ist es notwendig, gegebenenfalls von den Fahrzeugteilen 30,32 ausgehende,
in die Fahrgastzelle 24 ragende Teile wie beispielsweise
die Lenksäule 48 beim
Aufprall vollständig
zu entkoppeln. Insbesondere die Lenksäule 48 ist mit einer
lösbaren
Kupplung 50 versehen, die beim Auftreten einer starken
Verschiebungskraft selbsttätig
gelöst
wird. Die Lenksäule 48 wird
somit durch die Kupplung 50 unterteilt in den in die Fahrgastzelle 24 ragenden
Endabschnitt 52, der das Lenkrad trägt, und den übrigen Teil
der Len kung, insbesondere einen Abschnitt 53, der im zusammengefügten Zustand
durch die Kupplung 50 unmittelbar mit dem Endabschnitt 52 verbunden
ist. Die Kupplung 50 kann elektrisch oder mechanisch ausgeführt sein.
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Der Neigungswinkel der Verschiebungsebene
B kann so gewählt
werden, dass die beim Aufprall wirkenden Kräfte optimal abgefangen werden.
In der hier dargestellten Ausführungsform
beträgt
der Winkel zwischen der Verschiebungsebene B und der Fahrbahnebene 22 45°, während beide
Verschiebungsebenen B vorn und hinten an der Fahrgastzelle 24 einen
rechten Winkel einschließen.
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Die Wahl dieses Winkels ist jedoch
nicht einschränkend
zu verstehen, sondern der Winkel kann vielmehr in Abhängigkeit
von den jeweiligen konstruktiven Erfordernissen abgewandelt werden,
so dass der Vorgang des Verschiebens der Fahrgastzelle im Kollisionsfall
ungehindert stattfinden kann, während
gleichzeitig die Raumverteilung in der Fahrgastzelle und dem sich
anschließenden
Fahrzeugteil den jeweiligen Bedürfnissen
entsprechend gestaltet ist. Diesbezüglich ergibt sich ein gewisser
Gestaltungsspielraum.
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Die erfindungsgemäße Anbringung der vorderen
und hinteren Fahrzeugteile 30,32 an der Fahrgastzelle 24 kann
zur Erhöhung
der Sicherheit auch mit Merkmalen der herkömmlichen Konstruktion kombiniert
werden. Insbesondere können
die vorderen und hinteren Fahrzeugteile 30,32 Knautschzonen umfassen,
also Karosseriebereiche, die dazu vorgesehen sind, beim Aufprall
auf definierte Weise verformt zu werden und somit die Kollisionsenergie
aufzunehmen.