DE4208408C2 - Kraftfahrzeugkörper mit Seitenschutz - Google Patents
Kraftfahrzeugkörper mit SeitenschutzInfo
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Description
Die Erfindung handelt von einem Kraftfahrzeugkörper, dessen
Fahrgastzelle eine zumindest aus hohlen Schwellern und Quer
trägern bestehende Tragstruktur aufweist.
Ein solcher, selbstragender Kraftfahrzeugkörper ist beispiel
weise aus der DE-AS 11 42 114 bekannt und in praktisch allen
modernen Personenkraftwagen vorgesehen. Der Kraftfahrzeug
körper bildet eine steife Fahrgastzelle, an die ein Vorder
wagen, meist auch einen Hinterwagen, anschließt, die als
Knautschzonen ausgebildet sind.
Dadurch wird bei Zusammenstößen in Fahrzeuglängsrichtung
Stoßenergie in plastische Verformung der Knautschzonen um
gesetzt und die Fahrgastzelle selbst wird möglichst wenig
verformt.
Bei Zusammenstößen, bei denen eines der Fahrzeuge (im folgen
den das passive Fahrzeug genannt), seitlich getroffen wird,
ist die Fahrgastzelle jedoch durch keine Knautschzone ge
schützt und der Bug des aktiven Fahrzeuges verformt die Trag
struktur, vor allem die Schweller und gegebenenfalls auch
Säulen und Dachholme, die dabei in den "Überlebensraum" ein
dringen.
Es ist bekannt, die Verformung der seitlichen Teile der Trag
struktur durch Versteifungen oder entsprechend angeordnete und
auf hohe Verformungsarbeit ausgelegte Querträger zu unter
stützen, insbesondere im Bereich der Schweller (ST PS-Schutz
system im Volvo 850 GLT; Prospekt Volvo 850 GLT, MS/PV 4780-
92/2).
Die Wirkung dieser Verstärkungen ist jedoch in hohem Maße
abhängig von Stoßangriffspunkt und Stoßrichtung (die ja nicht
immer genau quer zur Fahrtrichtung ist). Derartige Verstärkun
gen verursachen zwar eine Erhöhung des Fahrzeuggewichtes, kön
nen aber nicht die Stoßenergie auf alle Elemente der Trag
struktur verteilen.
Aus der DE 36 27 558 C1 ist es bekannt, durch geeignet ver
legte Seile ein Eindringen der Lenksäule in den Fahrgastraum
beim Frontalzusammenstoß zu verhindern und die Sicherheits
gurte zu strammen. Diese Vorrichtung wirkt nur beim Frontal
zusammenstoß gegen eine ganz bestimmte Gefahr - nämlich daß
die Lenksäule in den Körper des Fahrers eindringt - erhöht
jedoch in keiner Weise den Verformungswiderstand der Fahrgast
zelle.
Aus der nachveröffentlichten DE 40 31 678 A1 sind Zugele
mente zur Verstärkung in Hohlprofilen angeordnet. Die Zugele
mente sind jedoch nicht in sich geschlossen, sondern mit ihren
Enden an der Karosserie befestigt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Fahrgastzelle eines Kraftfahr
zeuges so auszugestalten, daß bei möglichst geringem Fahrzeug
gewicht im Falle eines seitlichen Zusammenstoßes zum Schutz
der Fahrzeuginsassen möglichst viel Energie aufgenommen wird
und die Verformung der Tragstruktur in der Umgebung des Stoß
punktes möglichst klein bleibt.
Ausgehend von dem gattungsgemäßen Stand der Technik wird
die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
dadurch gelöst, daß im Inneren der Schweller und Querträger
ein in sich geschlossenes erstes Zugelement angebracht ist.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Fahrgastzelle werden
sämtliche von einem Zugelement durchsetzten Träger, also auch
die nicht am Stoßpunkt in den Schweller mündenden Querträger
zur Verstärkung des betroffenen Schwellers und zur Energieauf
nahme herangezogen. Das im getroffenen Schweller verlegte
Zugelement nimmt die Stoßkraft unabhängig vom Stoßpunkt auf
und leitet sie an den Umlenkpunkten als Zugkraft in die Quer
träger ein, wodurch diese auf Druck und
Knickung, die besonders viel Verformungsarbeit konsumieren,
beansprucht werden.
Im Gegensatz zu einem auf Druck beanspruchten Querträger be
wirkt das erfindungsgemäße Zugelement auch beim schrägen seit
lichen Stoß eine Weiterleitung der Stoßkraft auf alle anderen
Teile der Tragstruktur und durch seine Flexibilität übt es dann
sogar eine Abweiswirkung auf das aktive Fahrzeug aus.
In dieser Grundform ist die Erfindung sogar für offene Kraft
fahrzeuge, etwa Cabriolets, geeignet. In einer Weiterbildung
der Erfindung für geschlossene Fahrzeuge mit seitlichen Säulen
und Dach ist erfindungsgemäß in den Dachholmen ein in sich ge
schlossenes zweites Zugelement angebracht, das über durch je
eine Säule führende Zugtrume mit dem ersten Zugelement verbun
den ist.
Dadurch sind auch noch die jeweiligen Säulen und die Dachholme
in die Verstärkung und Energieaufnahme einbezogen, bzw. wird
bei einem Stoßangriffspunkt in der Dachregion oder an einer der
Säulen auch Dachholm bzw. Säule durch die Wirkung des Zugglie
des verstärkt.
Weiters liegt es im Bereich der Erfindung, bei Kraftfahrzeugen
mit Dach beiderseits ein in sich geschlossenes drittes Zugele
ment in Schweller, A-Säule, seitlichem Dachholm und C-Säule zu
verlegen. Dadurch wird der Verformungswiderstand der Trag
struktur weiter erhöht, so daß der jeweils betroffene Teil der
Tragstruktur immer durch alle anderen vom Zugelement durch
setzten Teile verstärkt wird.
In Ausgestaltung der Erfindung sind an den Umlenkungsstellen
der Zugelemente Führungen angeordnet. Diese Führungen stellen
sicher, daß das jeweilige Zugelement an den Umlenkpunkten mit
geringer Reibung umgelenkt wird, ohne an einer scharfen Kante
der Tragstruktur zu reißen, und hohe Zugkräfte um eine und
mehrere Ecken weiterleiten kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind diese Führungen
mittels verformbarer Unterstützungen mit der Tragstruktur
verbunden. Dadurch werden bei geringerer Stoßenergie bei
Verformung des betroffenen Teiles nur die Unterstützungen
verformt, wodurch der Schaden an der Gesamtstruktur begrenzt
bleibt und bei höherer Stoßenergie werden vor den anderen
Teilen der Tragstruktur die Unterstützungen verformt.
Das hat die überaus vorteilhafte Wirkung, anfängliche Span
nungsspitzen des Zugelementes abzutragen. Solche anfänglichen
Spannungsspitzen entstehen geometrisch bedingt in der Anfangs
phase des Stoßes, in der die durch den Stoßpunkt getrennten
Trume des Zugelementes noch einen beinahe gestreckten Winkel
einschließen und die Komponentenzerlegung der Stoßkraft dadurch
zu sehr hohen Seilkräften führen würde.
Schließlich liegt es noch im Rahmen der Erfindung, als Führun
gen entsprechend gelagerte Rollen einzusetzen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen er
läutert:
Fig. 1 Achsonometrische Darstellung eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Kraftfahrzeugkörpers in einer ersten
Ausführungsform,
Fig. 2 Wie Fig. 1, in einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3 Detail A aus Fig. 2 in einer ersten Variante,
stark vergrößert,
Fig. 4 Wie Fig. 3, jedoch in einer zweiten Variante,
Fig. 5 Schnitt nach V-V in Fig. 4.
In dem in Fig. 1 dargestellten Kraftfahrzeugkörper besteht die
Tragstruktur der Fahrgastzelle aus seitlichen Schwellern 1, 2
und einem vorderen, einem hinteren und einem mittleren Quer
träger 3, 4, 5, die die Bodengruppe bilden, sowie den seitlichen
Säulen 6, 7 (A-Säule), 8, 9 (B-Säule) und 10, 11 (C-Säule) und den
Dachholmen 12, 13, 14, 15. Die C-Säulen 10, 11 sind nach hinten ab
gewinkelt und durch einen oberen Querträger 16 miteinander ver
bunden. Die übrigen - nicht bezeichneten - Teile der Tragstruk
tur bilden die Knautschzonen und sind konventionell ausgebil
det.
Erfindungsgemäß ist nun ein erstes in sich geschlossenes Zug
element 20 verlegt, das der Reihe nach den vorderen Querträger
3, den linken Schweller 1, den unteren Teil der linken C-Säule
10, den oberen Querträger 16, den unteren Teil der rechten C-
Säule 11 und schließlich den rechten Schweller 2 durchsetzt.
Das Zugelement soll einen möglichst hohen Elastizitätsmodul
aufweisen und biegeweich sein. Geeignet sind Drahtseile oder
Seile aus hochfestem Kunststoff bzw. aus einem Verbundmaterial,
das für besonders hohe Festigkeit, z. B. Kunststoffasern, enthält.
Es ist möglich, aber keinesfalls notwendig, dem Zugelement bei
der Montage eine Vorspannung zu geben. Das hier Gesagte gilt für
alle in der Beschreibung erwähnten auf Zug beanspruchten Ele
mente.
Weiters ist ein zweites, in sich geschlossenes Zugelement 21 in
den vier Dachholmen 12, 13, 14, 15 verlegt und beiderseits über in
den B-Säulen 8, 9 untergebrachte Zugtrume 22 mit dem ersten Zug
element 20 verbunden. Die Verbindung kann etwa durch bekannte
Seilkauschen 24 erfolgen, die nur angedeutet sind.
Weiters ist nur auf einer Seite noch strichliert ein drittes, in
sich geschlossenes Zugelement 23 dargestellt. Es durchläuft der
Reihe nach den Schweller 1, die gesamte C-Säule 10, den längs
gerichteten linken Dachholm 12 und die gesamte A-Säule 6.
Fig. 2 zeigt die Tragstruktur eines Cabriolets. Bei dieser
bilden die Schweller 31, 32 und die Querträger 33, 34 eine Bo
dengruppe, in der ein erstes, in sich geschlossenes Zugele
ment 40 verlegt ist, das an den Stellen 25 umgelenkt wird. Die
restlichen Teile der Tragstruktur sind nicht bezeichnet, da sie
wegen des offenen Aufbaus für die Verlegung der erfindungs
gemäßen Zugelemente weniger gut geeignet sind. Nebst der erfin
dungsgemäßen Wirkung erhöht das Zugelement 40 auch die Festig
keit der Bodengruppe, was bei Cabriolets erwünscht ist.
Fig. 3 zeigt nun eine Möglichkeit, die Zugelemente umzulenken,
unabhängig davon, um welches der Zugelemente es sich handelt,
und auch unabhängig vom Umlenkwinkel. Beispielsweise ist hier
die Umlenkung des ersten Zugelementes 40 vom Schweller 31 in
den hinteren Querträger 34 dargestellt. Diese Umlenkung erfolgt
durch eine Führung 42, die aus einer Umlenkschiene 43 und einer
Unterstützung 44 besteht. Die Umlenkschiene 43 ist ein in einer
Richtung einwärts und im rechten Winkel dazu auswärts gebogener
Blechstreifen, die Unterstützung 44 ein zickzackförmiger Blech
streifen, der in geeigneter Weise mit dem Schweller 31 und/oder
dem Querträger 34 verbunden ist. Das Zugelement 40 ist, wenn es
horizontal verläuft, durch die Umlenkschiene 43 seitlich ge
führt, so daß es nicht abgleiten kann. Wesentlich ist dabei,
daß die Unterstützung 44 sich unter möglichst großer Energie
aufnahme verformt.
Fig. 4 zeigt als Variante eine Führung 45, die aus einer Um
lenkrolle 47 und einem Bolzen 46 besteht, der den Schweller 31
quer zur Richtung des jeweiligen Zugelementes durchsetzt und
Drehachse für die Umlenkrolle 47 ist.
Im folgenden wird die Wirkungsweise der Erfindung der Ein
fachheit halber anhand der Fig. 2 erläutert. Wenn der
Schweller 31 am Stoßpunkt 26 gerammt wird, was durch einen
Pfeil dargestellt ist, biegt sich der Schweller 31 nach innen,
wodurch das Zugelement 40, gegebenenfalls unter Verformung der
Unterstützungen 44, gespannt wird. Diese Spannung wirkt einer
seits dem Stoß und dem Eindringen des aktiven Fahrzeuges ent
gegen und erzeugt andererseits in allen Umlenkpunkten 25 eine
einwärts gerichtete Kraft, die die Querträger 33, 34 und den
anderen Schweller 32 auf Druck und/oder Knickung beansprucht
und bei ausreichend starkem Stoß verformt. Die Richtung des
strichlierten Stoßpfeiles deutet einen schrägen Stoß an, bei
dem der Stoßpunkt unter dem Einfluß der Längskomponente des
Stoßes sich nach hinten verschiebt. Dabei wird weitere Energie
verzehrt und das aktive Fahrzeug abgelenkt. Die Wirkung der
anderen Zugelemente ist analog.
Claims (6)
1. Kraftfahrzeugkörper, dessen Fahrgastzelle eine zumindest aus
hohlen Schwellern und Querträgern bestehende Tragstruktur auf
weist, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Schweller
(1, 2; 31, 32) und Querträger (3, 4, 5, 16; 33, 34) ein in sich
geschlossenes erstes Zugelement (20, 40) angebracht ist.
2. Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dessen Tragstruktur
seitliche Säulen (6, 7, 8, 9, 10, 11) und ein Dach mit
Dachholmen (12, 13, 14, 15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
in den Dachholmen (12, 13, 14, 15) ein in sich geschlossenes zwei
tes Zugelement (21) angebracht ist, das über durch je eine Säu
le (8, 9) führende Zugtrume (22) mit dem ersten Zugelement (20)
verbunden ist.
3. Kraftfahrzeugskörper nach Anspruch 1 und 2, dessen Tragstruktur
seitliche Säulen (6, 7, 8, 9, 10, 11) und ein Dach mit Dach
holmen (12, 13, 14, 15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß bei
derseits ein in sich geschlossenes drittes Zugelement (23) in
Schweller (1, 2), A-Säule (6, 7), seitlichem Dachholm (12, 13)
und C-Säule (10, 11) verlegt ist.
4. Kraftfahrzeugskörper nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß an den Umlenkungsstellen (25) der
Zugelemente (20, 21, 23; 40) Führungen (42, 45) angeordnet sind.
5. Kraftfahrzeugskörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Führungen (42, 45) mittels verformbarer Unter
stützungen (44, 46) mit der Tragstruktur verbunden sind.
6. Kraftfahrzeugskörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Führungen (45) auf Bolzen (46) gelagerte Umlenk
rollen (47) sind.
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