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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen
Personenkraftwagen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Im
Falle eines Unfalls soll möglichst
viel der kinematischen Energie in Verformungsenergie umgewandelt
werden und dadurch die Folgen des Aufpralls für im Fahrzeug befindliche Personen
gemildert werden. Zur Aufnahme der Deformationsenergie sind sogenannte
Knautschzonen bzw. Crashbereiche in einem vorderen Bereich des Kraftfahrzeuges ausgebildet,
die sich je nach Stärke
des Aufpralls des Kraftfahrzeuges unterschiedlich stark verformen.
Insbesondere im Zusammenwirken mit weiteren Sicherheitseinrichtungen,
wie beispielsweise Airbags, können
dadurch Fahrzeuginsassen besser geschützt werden.
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Aus
der
DE 43 35 586 A1 ist
eine hintere Karosserie-Unterkonstruktion eines Kraftfahrzeuges
bekannt, welche ein Paar von hinteren Boden-Längsträgern umfasst, die in einer
Längsrichtung
einer Fahrzeugkarosserie in jeweiliger Nachbarschaft von den in
einer Querrichtung der Karosserie einander gegenüberliegenden beiden Endabschnitten
einer hinteren unteren Sektion der Karosserie angeordnet sind. Des
Weiteren umfasst die hintere Karosserie-Unterkonstruktion einen
Querträger,
dessen auf die Querrichtung der Karosserie bezogenen jeweiligen
Endabschnitte mit einander entgegengesetzten Seitenflächen des
Paars von hinteren Boden-Längsträgern verbunden
sind und der sich im wesentlichen gerade in der Querrichtung der
Karosserie sowie mit Abstand von einem hinteren Bodenblech erstreckt und
einen unteren Lenkerträger,
der mit dem Querträger
verbunden ist, sowie einen hinteren unteren Querlenker lagert. Hierdurch
soll insbesondere bewirkt werden, dass eine Vibration des hinteren
Bodenbleches in ausreichender Weise beherrscht werden kann und dadurch
Straßengeräusche beträchtlich
vermindert werden können.
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Aus
der
US 6,029,765 ist
ein Kraftfahrzeug mit einem Chassis und einer am Chassis angeordneten
Antriebseinrichtung bekannt. Die Anbindung der Antriebseinrichtung
bzw. eines damit verbundenen Getriebes am Chassis erfolgt mittels
Verbindungselementen, beispielsweise Schrauben, welche durch entgegen
der Fahrtrichtung ausgerichteten Langlöchern geführt sind. Dies soll bei einem
Crash eine gewisse Beweglichkeit der Antriebseinrichtung in Fahrtrichtung
ermöglichen,
wobei die Bewegung unter gleichzeitiger Deformation von seitlich
in das Langloch hineinragenden Materialvorsprüngen erfolgt. Hierdurch sollen
bei einem Unfall Bewegungsenergie in Deformationsenergie umgewandelt
werden und dadurch die Unfallfolgen für Fahrzeuginsassen abgemildert
werden.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, ein Kraftfahrzeug eingangs erwähnter Art
dahingehend zu verbessern, dass im Falle eines Unfalls mehr Bewegungsenergie
in Verformungsenergie umgewandelt werden kann und dadurch mögliche Unfallfolgen
für Fahrzeuginsassen abgemildert
werden können.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Kraftfahrzeug
mit einem Chassis und einem Fahrschemel, welcher über seine Tragarme
am Chassis angeordnet ist, eine Verbindung zwischen den Tragarmen
des Fahrschemels und dem Chassis so auszubilden, dass sich der Fahrschemel
im Falle eines Unfalls entgegen der Fahrtrichtung bezüglich des
Chassis verstellen kann und sich dabei gleichzeitig energieabsorbierend
verformt. Dazu weist der Fahrschemel an seinen Tragarmen mehrere
Durchgangsöffnungen
auf, durch welche jeweils ein Verbindungselement geführt ist. Über die Verbindungselemente
ist der jeweilige Tragarm des Fahrschemels mit dem Chassis, insbesondere
einem Fahrzeuglängsträger, verbunden.
Dabei ist der Fahrschemel im Bereich einer Vorderachse an das Chassis
angebunden und weist in wenigstens einer eine der Durchgangsöffnungen
aufweisenden Verbindungszone in Fahrtrichtung gesehen vor der Durchgangsöffnung einen
Deformationsbereich auf. Bei einem Unfalls verstellt sich das der
jeweiligen Durchgangsöffnung
zugeordnete Verbindungselement energieabsorbierend in den Deformationsbereich
hinein und verformt denselben, wobei kinematische Energie in Deformationsenergie
umgewandelt wird. Dies mindert zum einen Unfallfolgen für im Kraftfahrzeug
befindliche Personen und gleichzeitig kann dadurch ein Beitrag dazu
geleistet werden, dass der Fahrschemel bei einem Aufprall nicht
zerbricht.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lösung ist
vorgesehen, dass der Deformationsbereich als in die Durchgangsöffnung übergehendes
und den Verbindungsbereich durchdringendes und sich in Fahrtrichtung
konisch verjüngendes
Langloch ausgebildet ist. Durch die sich in Fahrtrichtung verjüngende konische
Ausbildung des Langloches wird ein Verstellen des zugehörigen Verbindungselementes
bei einem Aufprall des Fahrzeugs in das konische Langloch hinein
mit zunehmendem Verstellweg erschwert, so dass mit zunehmender Verstellung
auch zunehmend mehr Deformationsenergie aufgenommen bzw. absorbiert werden
kann. Zusätzlich
oder alternativ kann dabei vorgesehen sein, dass das konische Langloch
nicht durchgehend ausgebildet ist, das heißt zumindest teilweise durch
eine quer zur Achse des Verbindungselements verlaufende Wand verschlossen
ist. Dies bedeutet bei einem Crashfall einen zusätzlichen Materialwiderstand,
welcher zusätzliche
Bewegungsenergie absorbiert. Je nach Ausbildung des Langloches bzw.
je nach Anordnung zusätzlicher
mechanischer Widerstände
kann somit auf die aufzunehmende Deformationsenergie im Crashfall
Einfluss genommen werden.
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Zweckmäßig weist
der Deformationsbereich eine zur Durchgangsöffnung für das Verbindungselement parallele Öffnung auf,
welche nicht mit der Durchgangsöffnung
in Verbindung steht. Somit bleibt zwischen der Durchgangsöffnung und
der parallelen Öffnung
eine wenige Millimeter starke Wand stehen, welche einen zusätzlichen
Deformationswiderstand bildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass
diese Wand bei einem Anstieg der Kraft über einen gewissen Wert hinaus
zerbricht und das Verbindungselement in die parallele Bohrung, welche
beispielsweise einen kleineren Durchmesser aufweisen kann, hineinverstellt
wird.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist
in dem Langloch oder in der parallelen Öffnung eine Hülse angeordnet,
welche darüber
hinaus aus Stahl ausgebildet sein kann. Dabei kann die parallele Öffnung einen
gleichen Durchmesser wie die Durchgangsöffnung aufweisen oder das Langloch
mit parallelen Seitenwänden
ausgeführt
sein. Die eingelegte Hülse bewirkt
dabei einen zusätzlichen
Deformationswiderstand, welcher überwunden
werden muss, sofern sich das Verbindungselement beispielsweise entlang des
Langloches in den Deformationsbereich hinein verstellen will und
dabei die Hülse
verformt.
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Zweckmäßig weist
zumindest ein Tragarm des Fahrschemels in der jeweiligen Verbindungszone
eine Materialverdickung auf. Derartige Materialverdickungen sind
einfach herzustellen und bewirken ebenfalls einen zusätzlichen
Deformationswiderstand, so dass im Falle eines Unfalls mehr Bewegungsenergie
in Deformationsenergie umgewandelt werden kann. Gleichzeitig gewährleisten
derartige Materialverdickungen eine besonders zuverlässige Anbindung
des Fahrschemels an das Chassis, wodurch die Qualität der Anbindung
verbessert werden kann.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
stark schematisierte Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem
erfindungsgemäß an ein
Chassis angebundenen Fahrschemel,
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2a bis 2d verschieden
ausgestaltete Deformationsbereiche in einer Verbindungszone zwischen
Fahrschemel und Chassis,
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3 einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Verbindungszone,
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4 bis 6 verschiedene
Ausführungsformen
der Deformationsbereiche in der Verbindungszone zwischen Fahrschemel
und Chassis.
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Entsprechend 1 weist
ein Kraftfahrzeug 1, insbesondere ein Personenkraftwagen,
ein Chassis 2 und einen Fahrschemel 3 auf. Das
Chassis 2 umfasst zumindest zwei Längsträger 4 und 4' sowie nicht
gezeigte Querträger,
wobei auch der Fahrschemel 3 als Querträger fungieren kann. Der Fahrschemel 3 weist
insgesamt vier Tragarme 5, 5', 5'' und 5''' auf, über welche
er an dem jeweiligen Längsträger 4, 4' angeordnet
ist. Zur Befestigung des Fahrschemels 3 am Chassis 2 respektive
an den Längsträgern 4 und 4', weist der
Fahrschemel 3 an seinen Tragarmen 5 bis 5''' mehrere
Durchgangsöffnungen 6 auf, durch
welche jeweils ein Verbindungselement 7, insbesondere ein
Bolzen oder eine Schraube, geführt ist.
Dabei ist gemäß 1 der
Fahrschemel 3 im Bereich einer Vorderachse, das heißt im Bereich
von Vorderrädern 8 und 8' an das Chassis 2 angebunden.
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Um
bei einem Aufprall des Kraftfahrzeuges 1 in Fahrtrichtung 9 auf
ein Hindernis möglichst
viel Bewegungsenergie in Deformationsenergie umwandeln zu können und
damit die Unfallfolgen für
Fahrzeuginsassen abmildern zu können,
weist der Fahrschemel 3 in wenigstens einer eine der Durchgangsöffnungen 6 aufweisenden
Verbindungszone 11 in Fahrtrichtung 9 gesehen
vor der Durchgangsöffnung 6 einen
Deformationsbereich 10 auf (vergleiche auch 2 bis 6). In diesen
Deformationsbereich 10 kann sich das Verbindungselement 7 bei
einem Crashtest des Kraftfahrzeugs 1 energieabsorbierend
hineinverstellen und dabei den Deformationsbereich 10 verformen.
Dabei sind die Deformationsbereiche 10 vorzugsweise an
den beiden hinteren Tragarmen 5 und 5''' vorgesehen,
wobei jeder der beiden Tragarme 5 und 5''' vorzugsweise
jeweils zwei Verbindungszonen 11 und dadurch insbesondere
je zwei Deformationsbereiche 10 aufweist. An den in Fahrtrichtung 9 vorderen
Tragarme 5 und 5'' ist der Fahrschemel 3 ebenfalls
am Chassis 2 angebunden, wobei hier vorzugsweise eine starre
Verbindung ohne Deformationsbereich 10 vorgesehen sind.
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Bei
einem Aufprall des Kraftfahrzeuges 1 in Fahrtrichtung 9 auf
ein Hindernis bewirkt die starre Verbindung der beiden vorderen
Tragarme 5' und 5'' des Fahrschemels 3, dass über diese
bei einer Stauchung der jeweiligen Längsträger 4 und 4' Aufprallenergie
an die hinteren Tragarme 5 und 5''' übertragen und
von diesen über
die Verbindungselemente 7 in die jeweiligen Längsträger 4 und 4' eingeleitet
wird. Gleichzeitig wird jedoch durch eine Verformung der Deformationsbereiche 10 Aufprallenergie
in Deformationsenergie umgewandelt, wobei sich die Verbindungselemente 7 der
hinteren Tragarme 5 und 5''' in die jeweils
zugeordneten Deformationsbereiche 10 energieabsorbierend
hineinverstellen. Dies bietet zum einen den Vorteil, dass kinematische
Energie, das heißt
Bewegungsenergie in Deformationsenergie umgewandelt, das heißt abgebaut
wird, wodurch Unfallfolgen für
Fahrzeuginsassen abgemildert werden können. Zum anderen wird durch
die Deformationsbereiche 10 ein Brechen des Fahrschemels 3 vermieden
oder zumindest erschwert, wodurch ein insgesamt besseres, da besser
vorhersagbares Crashverhalten des Kraftfahrzeuges 1 erreicht
werden kann.
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Gemäß 1 sind
an den beiden hinteren Tragarmen 5 und 5''' unterschiedliche
Ausführungsformen
von Deformationsbereichen 10 dargestellt, welche in Detailansichten
gemäß den 2 bis 6 näher erläutert werden
sollen. Allen Ausführungsformen
der Deformationsbereiche 10 ist dabei gemein, dass der
Deformationsbereich 10 jeweils ungefähr gleich groß ist wie
oder kleiner ist als ein Durchmesser des zugeordneten Verbindungselements 7.
Ein für
eine Stauchung des Deformationsbereiches 10 zur Verfügung stehende
Weg ist somit vordefiniert und berechenbar. Außerdem sind bei den gezeigten
Varianten die Verbindungszonen 11 in der dargestellten
Blickrichtung etwa kreisförmig
ausgestaltet.
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In
den 2a bis 2d sind
unterschiedlich ausgebildete Deformationsbereiche 10 dargestellt,
welche alle als in die Durchgangsöffnung 6 übergehendes
und die Verbindungszone 11 durchdringendes und sich in
Fahrtrichtung 9 konisch verjüngendes Langloch 12 ausgebildet
sind. Dabei kann die konische Verjüngung unterschiedlich stark
ausgeprägt
sein, was sich in einem unterschiedlichen Winkel ⌷⌷ gemäß den 2a bis 2d widerspiegelt.
Gleichzeitig variiert gemäß den 2a bis 2d ein
Durchmesser d eines konisch verjüngten Endes 13 des
Langloches 12. Je nach Verjüngungsgrad muss mehr oder weniger
Deformationsenergie zum Verstellen des Verbindungselements 7 in
den Deformationsbereich 10 hinein aufgebracht werden. Dabei
ist die bei der Variante gemäß 2a aufzubringende
Deformationsenergie aufgrund des kleinen Durchmessers d am verjüngten Ende 13 größer als
die aufzubringende Deformationsenergie bei der in 2d gezeigten
Variante.
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Um
die Verformung des Deformationsbereiches 10 zusätzlich zu
erschweren, kann das konische Langloch 12, wie in 3 gezeigt,
nicht durchgehend ausgebildet sein, das heißt zumindest teilweise durch
eine quer zur Achse 14 des Verbindungselementes 7 verlaufende
Wand 15 verschlossen sein. Dabei ist eine geringere Wanddicke
der Wand 15 in Achsrichtung 14 für eine geringe
Deformationsenergie zu wählen,
während
die Dicke der Wand 15 für
eine höhere
Deformationsenergie dicker in Achsrichtung 14 ausgeführt sein
sollte.
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Um
die Verbindung zwischen den Tragarmen 5 bis 5''' und
dem Chassis 2 möglichst
stabil auszuführen,
weisen darüber
hinaus zumindest ein Tragarm 5, vorzugsweise beide hinteren
Tragarme 5 und 5''', oder alle vier Tragarme 5 bis 5''' des
Fahrschemels 3 in der jeweiligen Verbindungszone 11 eine Materialverdickung
auf. Selbstverständlich
ist auch eine Ausführung
des Langloches 12 als gerades, das heißt nicht konisch ausgebildetes
Langloch 12, denkbar, wobei die zur Verformung des Deformationsbereiches 10 benötigte Deformationsenergie
dann allein von der Dicke der Wand 15 beeinflusst wird.
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Wie
in 4 zeigt, kann der Deformationsbereich 10 ein
im wesentlichen quer zur Fahrtrichtung 9 angeordnetes und
gekrümmtes
Langloch 12' aufweisen,
wobei die Krümmung
des Langloches 12' durch
einen Radius bezüglich
der Achse 14 des Verbindungselementes 7 bestimmt
ist. Die Achse 14 des Verbindungselementes 7 verläuft gemäß den 4 bis 6 senkrecht
zur Seitenebene. Dabei stellt ein zwischen dem gekrümmten Langloch 12' und dem Verbindungselement 7 angeordneter
Steg 16 eine Sollbruchstelle dar, welche bei einer bestimmten
Aufprallkraft des Kraftfahrzeuges 1 bricht, so dass das Verbindungselement 7 in
den Deformationsbereich 10 verstellt wird und diesen deformiert.
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Hinter
dem Prinzip der Verbindungszone 11 gemäß 5 verbirgt
sich ein in Fahrtrichtung 9 gerade, das heißt nicht
konisches Langloch 12, in das eine zusätzliche Hülse 17 eingelegt ist.
Ein Außendurchmesser
der Hülse 17 ist
dabei an einen Innendurchmesser des Langloches 12 derart
angepasst, dass die Hülse 17 ohne
Spiel im Langloch 12 positioniert werden kann. Die Hülse 17 bietet
einen Deformationswiderstand gegen das bei einem Aufprall des Kraftfahrzeuges 1 in
den Deformationsbereich 10 drängende Verbindungselement 7. Über eine
Wandstärke
der Hülse 17 kann
somit Einfluss auf einen vordefinierten Deformationswiderstand genommen werden
und dadurch vorbestimmte Deformationseigenschaften festgelegt werden.
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Gemäß 6 weist
die Verbindungszone 11 im Deformationsbereich 10 eine
zur Durchgangsöffnung 6 für das Verbindungselement 7 parallele Öffnung 18 auf.
Dabei kann die parallele Öffnung 18 einen
gleich großen
Durchmesser wie oder einen kleineren Durchmesser als die Durchgangsöffnung 6 für das Verbindungselement 7 aufweisen.
Gemäß 6 ist
darüber
hinaus ein Abstand zwischen der Achse 14, der Durchgangsöffnung 6 und
einer Achse 14' der parallelen Öffnung 18 größer als
die Summe der beiden Radien der Durchgangsöffnung 6 und der parallelen Öffnung 18,
wodurch ähnlich
zu 4 zwischen der Durchgangsöffnung 6 und der parallelen Öffnung 18 ein
Steg 16 ausgebildet ist. Dieser Steg 16 kann entsprechend
den Erläuterungen
zu 4 ebenfalls als Sollbruchstelle ausgebildet sein.
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Generell
gilt für
alle Darstellungen, dass sowohl bei einem konischen als auch bei
einem nicht konischen Langloch 12 dieses komplett durchgehend oder
von einer quer zur Achse 14 des Verbindungselementes 7 verlaufenden
Wand 15 zumindest teilweise verschlossen sein kann. Des
Weiteren ist auch denkbar, dass die Stege 16 entweder über die
ganze Höhe
in Richtung der Achse 14 des Verbindungsmittels 7 ausgebildet
sind oder lediglich über
einen Teil davon.