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Die
Erfindung betrifft Fahrzeuge, insbesondere PKW, mit einer gestaltfesten
Karosseriestruktur aus einer vorzugsweise steifen Zelle und vorzugsweise
Energie absorbierenden Anbauten bestehend, die bei Anprall an Hindernisse
oder anderweitigem Einwirken äußerer Kräfte deformiert
werden kann. Die Erfindung betrifft ebenso Fahrzeuge, die aus einer
Kombination einer Karosseriestruktur und einem Rahmen bzw. einzelner
Rahmenpartien aufgebaut sind.
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Karosseriestrukturen,
insbesondere Karosseriestrukturen von Personenkraftwagen, werden
einerseits nach Festigkeitsgesichtspunkten, andererseits nach Gesichtspunkten
der Crash-Sicherheit ausgelegt. Dabei werden verformungssteife Partien, wie
die Fahrgastzellen und verformungsweiche Partien so miteinander
kombiniert, dass von außen
auf die Karosseriestruktur wirkende Kräfte einerseits wirksam abgebaut
werden, andererseits die Insassen des Fahrzeuges weitgehend vor
Verletzungen geschützt
sind.
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Bei
der Entwicklung der Karosseriestruktur sind jedoch Kompromisse einzugehen,
die sich durch unterschiedliche Ausstattungen der Fahrzeuge, unterschiedliche Motorisierungen
und dergleichen ergeben. Die ausgeführte Gesamtkombination ergibt dabei
in keinem Fall eine Optimallösung.
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Um
Karosseriestrukturen im Fall geringer äußerer Kräfte vor dauerhaften Beschädigungen
zu schützen,
werden Anpralldämpfer
eingesetzt, die entweder als Feder- und/oder Dämpferelemente oder als Deformationselemente
ausgeführt
sind und nach einem Anprall leicht ausgetauscht werden können, während die
Karosseriestruktur im Übrigen
nicht beeinträchtigt
ist. Solche Lösungen
sind für
die Aufhängung
der Stoßfänger bekannt.
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Es
ist auch bekannt, stoßempfindliche
Bauteile, wie beispielsweise die zumeist im Frontbereich angeordneten
Kühler,
durch Kombination mit Deformationselementen zu schützen, um
zu vermeiden, dass bei Deformationen geringen Umfangs die Kühler leck
werden und Umweltschäden
auftreten.
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Nach
einem Vorschlag in der
EP
1 323 566 A1 soll die untere Lagerung eines Kühlers mit
einem Deformationselement für
den Stoßfänger in
der Weise kombiniert sein, dass bei Deformation der untere Bereich
des Kühlers
einschwenkt, während
der Kühler
oben schwenkbar gelagert ist und dort zumindest in seiner Position
bleibt.
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Ebenso
ist bekannt, dass bestimmte Fahrzeugkomponenten, wie die Motor-Getriebe-Einheit, Batterie,
Klimaanlage und dergleichen größere Einzelmassen
haben, die im Falle eines Anpralls erhebliche Verzögerungskräfte entwickeln.
Bei derzeitigen Karosseriestrukturen werden diese Kräfte nicht
oder nur unzureichend abgebaut. Folgeerscheinung ist häufig das
Abreißen
von Halterungen, übernormale Deformationen
der Karosseriestruktur und nicht selten beim Anprall umherfliegende
Teile, die ein erhebliches Gefahrenpotenzial haben.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere solche Bestandteile
des Fahrzeuges, die aufgrund ihrer Massen zusätzliche Gefahrenpotenziale
haben, durch den Einsatz zusätzlich
dämpfender
Mittel zu sichern, entstehende Kräfte wirksam abzubauen, bestehende
Karosseriestrukturen zu schonen und Schadeinwirkungen auf das Gesamtfahrzeug
auch bei höheren
Anprallgeschwindigkeiten zu reduzieren.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Fahrzeug gemäß den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen
gelöst.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung bilden die Gegenstände
der Unteransprüche.
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Nach
der Erfindung sollen an den Verbindungsstellen der Hauptkomponenten
des Fahrzeuges zur Karosseriestruktur und/oder zwischen einzelnen
Fahrzeugkomponenten Energie absorbierende Elemente angeordnet werden.
Diese Elemente werden entweder zusätzlich zu bereits vorhandenen
Energie absorbierenden Elementen, wie beispielsweise den Schwingungsdämpfern der
Motoraufhängung, eingesetzt
oder konstruktiv mit diesen vereinigt. Die innerhalb des Fahrzeugaufbaus vorhandenen
Freiräume,
das heißt
verfügbare
Verformungswege, können
mit deren Hilfe genutzt werden, Anprall- oder Verzögerungskräfte abzubauen.
So kann sich beispielsweise die verformungsweiche Frontpartie eines Fahrzeugs über Energie
absorbierende Elemente an der Motor-Getriebe-Einheit abstützen, wodurch
erheblich mehr Verformungsarbeit geleistet wird.
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Besonders
vorteilhaft ist die Ausgestaltung von so genannten Lastpfaden innerhalb
des Fahrzeugaufbaus, wobei durch gezielte Anordnung von Energie
absorbierenden Elementen eine Krafteinleitung in die Karosseriestruktur,
von einer Fahrzeugkomponente zu einer anderen und dergleichen erreicht
werden kann, die es ermöglicht,
Verformungsenergie von der Fahrgastzelle weitgehend fernzuhalten.
So kann beispielsweise ein Stoßfänger, ein Front-End-Modul
mit integrierten Kühlern,
eine Motor-Getriebe-Einheit in Folge so mit Energie absorbierenden
Elementen versehen sein, dass abhängig von einwirkenden Kräften in
Stufen und mit ausreichend langen Verformungswegen über die
angeordneten Elemente Energie abgebaut werden kann.
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Ein
solcher Lastpfad kann insbesondere so angeordnet werden, dass er
sich im Vorderwagen oben liegend befindet. Damit ergibt sich eine
zusätzliche
Linie, in der eine besondere Steifigkeit des Fahrzeugaufbaus vorhanden
ist. Im Falle eines Anpralls des Fahrzeuges sind so zwei übereinander
liegende Verformungsebenen vorhanden, sodass ein Nachobenschlagen
des Fahrzeugaufbaus vermieden wird. Die in diese zweite, oben liegende
Verformungsebene eingeleiteten Kräfte werden bei einer weiteren
Ausführungsform
vor und/oder über
die Frontseite der Fahrgastzelle in die unten liegende Verformungsebene
abgeleitet, sodass die Fahrgastzelle keine zusätzlichen Belastungen aufnehmen muss.
Es ist selbstverständlich
auch möglich,
die Kräfte
der oben liegenden Verformungsebene im Bereich der Vorderwand der
Fahrgastzelle in dieselbe einzuleiten.
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Lastpfade
können
durch Aufteilung der Energieabsorption auf mehrere nebeneinander
angeordnete Elemente auch weiter aufgeteilt werden. Damit können beispielsweise
in Fahrtrichtung links und/oder rechts oder auch von der Fahrtrichtung
abweichend ausgerichtete Lastpfade verwirklicht werden.
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Weiterhin
können
nicht direkt innerhalb von Lastpfaden angeordnete massereiche Bauteile,
wie Hydraulik-, Kühlmittelpumpen
und -behälter,
Batterien, Elektronikeinheiten, Lenkgetriebe und dergleichen jeweils
an Energie absorbierenden Elementen befestigt sein.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
solcher Elemente ist die Ausgestaltung als Deformationselemente,
die bei Überlastung
eine bleibende Deformation erfahren, jedoch kostengünstig herstellbar
und gegebenenfalls leicht austauschbar sind.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
solcher Elemente können
Feder-, Feder-Dämpfer-
oder hydraulische Dämpferelemente
sein. Solche Energie absorbierende Elemente sind bei geringeren
Verformungskräften
vorteilhaft und deshalb zweckmäßig bei Fahrzeugkonzepten
einsetzbar, bei denen die Gestalt gebende Struktur zunächst nicht
deformiert werden soll.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung zu einem Fahrzeug mit Energie absorbierenden Elementen
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit
den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher beschrieben.
In der Beschreibung, in den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und
in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen
verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In
der Zeichnung bedeutet:
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1 eine
schematische Darstellung eines Personenkraftwagens mit Fahrzeugkomponenten
in Front- und Heckbereich;
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2 eine
schematische Darstellung des Vorderbaus eines Personenkraftwagens,
und
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3 eine
schematische Darstellung des Vorderwagens eines Personenkraftwagens
in der Draufsicht.
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Ein
Fahrzeug in der Form eines Personenkraftwagens 1 ist mit
verschiedenen erfindungsgemäßen Energie
absorbierenden Elementen ausgestattet. Der Vorderwagen 2 weist
an der Fahrzeugfront 3 eine Kühlereinheit 4 auf,
die durch die Energie absorbierenden Elemente 5 und 6 gesichert
ist. Frontpartie 3 und Kühlereinheit 4 sind
verformungsweiche Partien des Fahrzeugs, sodass im Falle eines Anpralls
bei geringeren Verformungskräften
zunächst
die Front 3, dann die Kühlereinheit 4 deformiert
und beschädigt
würde.
Eine Beschädigung
der Kühlereinheit 4 kann
dadurch vermieden werden, dass die Energie absorbierenden Elemente 5 und 6 in
ihrem Dämpfungsverhalten
so ausgelegt sind, dass sie vor der Kühlereinheit 4 verformt
werden bzw. ihre dämpfende
Wirkung entfalten.
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Bei
größeren äußeren Kräften wird
das Fahrzeug 1 stark verzögert, wodurch die Motor-Getriebe-Einheit 7 aufgrund
ihrer großen
Eigenmasse zunächst
eine Trägheitskraft
in Fahrtrichtung entwickelt. In dieser Situation wirkt der gesamte
Vorbau, bestehend aus Fahrzeugfront 3, Kühlereinheit 4,
Energie absorbierendes Element 5 und 6 für die Motor-Getriebe-Einheit 7 anpralldämpfend.
Bei noch größeren Anprallkräften schiebt
sich dann das Fahrzeug mit seiner Karosseriestruktur gegen die bereits voll
verzögerte
Motor-Getriebe-Einheit 7 und wird dabei durch Energie absorbierende
Elemente 8 und 9, die vor dem Frontbereich 3 der
Fahrgastzelle bzw. Cockpit-Bauteilen
angeordnet sind, gedämpft.
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Im
Heckbereich ist zwischen den Bodenträgern 10 des Kofferraums 11 und
dem Hinterachstunnel 12 wenigstens ein Energie absorbierendes
Element 13 eingebaut, das auf das Heck 14 des
Fahrzeuges 1 einwirkende Anprallkräfte dämpft.
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Bei
einer solchen Anordnung von Energie absorbierenden Elementen kann
wesentlich mehr Anprallenergie abgebaut werden, als bei den herkömmlichen
Fahrzeugen.
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Bei
einem anderen Aufbau des Vorderwagens ist berücksichtigt, dass im Falle eines
Anpralls auch ein Kippmoment auftritt, da herkömmliche Fahrzeuge lediglich
im Bereich des Fahrzeugbodens eine Steifigkeitsebene ausbilden,
die als Lastpfad dienen kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist deshalb
an der Fahrzeugfront 15 vor der Kühlereinheit 16 eine Dämpfungseinheit 17 und
hinter der Kühlereinheit 16 eine
weitere Dämpfungseinheit 18 angeordnet,
die beide im Vorderwagen möglichst
hoch angeordnet sind. Damit wird erreicht, dass der Vorderbau eine zweite
Steifigkeitsebene erhält.
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Das
Energie absorbierende Element 18 stützt sich gegen den Motor 19 ab,
wobei dieser sich weiterhin gegen das Energie absorbierende Element 20,
eine beliebige Fahrzeugkomponente 21 und ein weiteres Energie
absorbierendes Element 22 abstützt. Von diesem werden die
Verformungskräfte über die
lediglich schematisiert eingezeichnete Spritzwand 23 in
die Bodengruppe 24 der Fahrgastzelle eingeleitet. Die Fahrgastzelle
bleibt weitgehend frei von zusätzlichen
Kräften.
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Der
in diesem Ausführungsbeispiel
vorhandene zweite Lastpfad kann beispielsweise verhindern, dass
ein anprallendes Fahrzeug hinten aufsteigt und es durch einen nachfolgenden
Aufprall des Daches der Fahrgastzelle zu Deformationen derselben
kommt.
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Eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung
besteht darin, dass in der Front 25 eines Fahrzeuges hinter
dem Stoßfänger 26 ein
in Fahrtrichtung rechts 27 und ein in Fahrtrichtung links 28 angeordnetes
Energie absorbierendes Element vor der Kühlereinheit 29 angeordnet
ist. Nach der Kühlereinheit 29 folgt
wiederum je ein linkes 30 und rechtes Energie absorbierendes
Element 31, die sich beide gegen den Motor 32 abstützen. Hinter
dem Motor 32 ist wiederum ein linkes 33 sowie
ein rechtes Energie absorbierendes Element 34 angeordnet,
die vor Fahrzeugkomponenten 35 und 36 liegen.
Dahinter ist wiederum ein linkes 37 und ein rechtes Energie absorbierendes
Element 38 angeordnet, die sich gegen die Spritzwand 39 der
Fahrgastzelle abstützen.
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Diese
Ausführungsform
der Erfindung ermöglicht
es im Zusammenhang mit den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen,
bis zu vier Lastpfade zusätzlich
in ein Fahrzeug zu integrieren, wobei bei entsprechender Auslegung
und Anordnung anderer Fahrzeugkomponenten gegenüber Fahrzeugen bekannter Bauart
ein wesentlich verbessertes Verformungsverhalten erreicht wird.
Selbst bei seitlich versetztem Anprall kann ein Aufsteigen des Fahrzeughecks
vermieden werden. In Verbindung mit den verformungsweichen Partien
der Karosseriestruktur können
erheblich größere äußere Kräfte abgebaut werden.
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Die
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass gegenüber bekannten Fahrzeugen, vorzugsweise
PKW, zusätzliche
Lastpfade in das Fahrzeug integriert werden, die gemeinsam mit der
Karosseriestruktur äußere und/oder innere
Kräfte
dadurch abbauen, dass zusätzliche
Energie absorbierende Elemente vorgesehen werden, die bei Einwirken
von Kräften
diese zumindest teilweise abbauen. Die Energie absorbierenden Elemente
können
als Feder-, Feder-Dämpfer-
oder sich deformierende Elemente oder als Kombinationen aus vorgenannten
Merkmalen ausgeführt
sein. Die erfindungsgemäße Anordnung
macht es möglich,
nicht zur Karosseriestruktur gehörende
Fahrzeugkomponenten mit Energie absorbierenden Elementen auszustatten,
mehrere zusätzliche
Lastpfade in das Fahrzeug zu integrieren und insbesondere über dem
durch die Karosseriestruktur ausgebildeten Lastpfad liegende Lastpfade auszuführen.
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Vorderwagen
- 3
- Fahrzeugfront
- 4
- Kühlereinheit
- 5
- Energie
absorbierendes Element
- 6
- Energie
absorbierendes Element
- 7
- Motor-Getriebe-Einheit
- 8
- Energie
absorbierendes Element
- 9
- Energie
absorbierendes Element
- 10
- Bodenträger
- 11
- Kofferraum
- 12
- Hinterachstunnel
- 13
- Energie
absorbierendes Element
- 14
- Heck
- 15
- Fahrzeugfront
- 16
- Kühlereinheit
- 17
- Energie
absorbierendes Element
- 18
- Energie
absorbierendes Element
- 19
- Motor
- 20
- Energie
absorbierendes Element
- 21
- Fahrzeugkomponente
- 22
- Energie
absorbierendes Element
- 23
- Spritzwand
- 24
- Bodengruppe
- 25
- Front
- 26
- Stoßfänger
- 27
- Energie
absorbierendes Element (rechts)
- 28
- Energie
absorbierendes Element (links)
- 29
- Kühlereinheit
- 30
- Energie
absorbierendes Element (links)
- 31
- Energie
absorbierendes Element (rechts)
- 32
- Motor
- 33
- Energie
absorbierendes Element (links)
- 34
- Energie
absorbierendes Element (rechts)
- 35
- Fahrzeugkomponenten
- 36
- Fahrzeugkomponenten
- 37
- Energie
absorbierendes Element (links)
- 38
- Energie
absorbierendes Element (rechts)
- 39
- Spritzwand