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Die
Erfindung betrifft eine Bodenstruktur für einen Personenkraftwagen
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Derartige
Bodenstrukturen sind aus dem Serienfahrzeugbau von Personenkraftwagen
in vielfacher Ausführung
bekannt und umfassen üblicherweise
einen Fahrzeugboden, welchem ein sich in Fahrzeuglängsrichtung
erstreckender zentraler Mitteltunnel zugeordnet ist, welcher zwei
Bodenplatten des Fahrzeugbodens voneinander trennt. Üblicherweise oberhalb
von jeweiligen Querträgern,
welche als Sitzquerträger
bezeichnet werden, sind dabei die Fahrzeugsitze einer vorderen Sitzreihe
angeordnet.
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Bei
einem Unfall des Personenkraftwagens, und insbesondere im Falle
eines Frontaufpralls des Personenkraftwagens, werden über den
Mitteltunnel Längskräfte in Richtung
des Fahrzeugfonds weitergeleitet. Bei Überschreiten einer bestimmten
Belastungsgrenze kann es dabei vorkommen, dass der Mitteltunnel
in einer nicht vorhersehbaren Weise insbesondere im Bereich des
vorderen Sitzquerträgers einknickt,
was dazu führt,
dass der Fahrzeugboden mit dem Sitzquerträger sowie insbesondere einem Fahrzeugsitz
der vorderen Sitzreihe nach unten hin wegknickt. Hierbei besteht
ohne entsprechende Vorkehrungsmaßnahmen die Gefahr, dass der
Beckengurt eines Sicherheitsgurtes aufgrund der Vorwärtsbewegung
des Beckens des Fahrzeugsitzinsassen nach oben rutscht, was zu Verletzungen
des Sitzinsassen führen
kann. Dieses nach vorne unten Abrutschen des Sitzinsassen wird im
Allgemeinen als „Submarining-Effekt" bezeichnet.
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Aus
diesem Grund ist es bei heutigen Fahrzeugen üblich, die Sitzfläche des
jeweiligen Fahrzeugsitzes mit Sitzrampen zu versehen, welche sich im
Falle einer entsprechenden Kollision rein mechanisch, pneumatisch
oder pyrotechnisch aktivieren. Derartige Systeme sind nicht zuletzt
jedoch äußerst teuer.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Bodenstruktur der
eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher auf äußerst zuverlässige und
dennoch kostengünstige
Weise die Gefahr von Verletzungen für den Sitzinsassen im Falle
einer Kollision, insbesondere einer Frontalkollision, verringert
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Bodenstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und
nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um
eine Bodenstruktur zu schaffen, mittels welcher auf einfache und
kostengünstige
Weise die Gefahr von Verletzungen des Sitzinsassen reduziert werden
kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass
der Mitteltunnel wenigstens eine gezielt vorgesehene Schwachstelle
aufweist, in deren Bereich der Mitteltunnel bei einer unfallbedingten
Kraftbeaufschlagung nach Überschreitung
einer Belastungsgrenze deformiert. Auf diese Art und Weise ist es möglich, im
Kollisionsfall – bei
entsprechend hoher Kraftbeaufschlagung – den Mitteltunnel gezielt
beispielsweise in Fahrzeughochrichtung nach oben oder nach unten
deformieren bzw. einknicken zu lassen. Durch dieses Deformieren
bzw. Einknicken kann gezielt eine Anhebe- oder Absenkbewegung des
Mitteltunnels – und
damit einhergehend – des
Fahrzeugbodens und beispielsweise auch von jeweiligen Sitzquerträgern erreicht
werden.
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Insgesamt
kann durch die Ausbildung wenigstens einer gezielten Schwachstelle
des Mitteltunnels somit erreicht werden, dass beispielsweise die Fahrzeugsitze
der vorderen Fahrzeugsitzreihe bei einer Frontalkollision und bei
einer entsprechenden Kraftbeaufschlagung in einer gewünschten
Weise an bestimmter Stelle angehoben oder an anderer Stelle abgesenkt
werden. Insbesondere soll dabei erreicht werden, dass die Sitzfläche der
jeweiligen Fahrzeugsitzes an ihrem vorderen Ende entsprechend aufgestellt
bzw. angehoben wird, so dass quasi eine Sitzrampe gebildet wird.
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Es
ist klar, dass die vorliegende Gestaltung der Bodenstruktur als
Alternative zu den aus dem Stand der Technik bekannten Sitzrampen,
welche direkt in den Fahrzeugsitz integriert sind, genutzt werden
kann. Gleichfalls wäre
es natürlich
auch denkbar, zusätzlich
zu in den jeweiligen Fahrzeugsitzen integrierten Sitzrampen eine
derartige Bodenstruktur einzusetzen, welche über eine entsprechend wenigstens
eine Schwachstelle verfügt.
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Ein
weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Bodenstruktur ist es, dass
diese passive Lösung
ohne Weiteres in den Kraftfahrzeugrohbau implementierbar ist, keine
beweglichen Teile aufweist und nicht angesteuert werden muss, so
dass sich eine besonders kostengünstige
Lösung
realisieren lässt,
um bei einer Kollision des Kraftwagens ab einer bestimmten Belastungsgrenze
dem „Submarining-Effekt" entgegen zu wirken.
Dabei ist klar, dass eine derartige Schwachstelle auf vielfache
Weise realisiert werden kann. So ist es beispielsweise denkbar,
durch geeignete Blechsicken, Aussparungen oder Querschnittsverjüngungen
innerhalb der Bauteile des Mitteltunnels eine entsprechende Schwachstelle
zu erzeugen. Diese kann beispielsweise als Sollknick- und/oder Sollbruchstelle
ausgebildet sein. Natürlich
wäre es
auch denkbar, eine derartige Materialschwächung dadurch zu bilden, dass
die die Schwachstelle umgebenden Bereiche entsprechend massiver
gestaltet werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich darüber hinaus
als vorteilhaft gezeigt, wenn die wenigstens eine Schwachstelle
an einer Unterseite des Mitteltunnels vorgesehen ist. Da bei einer Kollision,
insbesondere einer Frontalkollision, des Kraftwagens üblicherweise
an der Oberseite des Mitteltunnels eine Druckkraft bzw. Druckspannung
vorherrscht, hat eine entsprechende Schwächung an der Unterseite des
Mitteltunnels zur Folge, dass dieser bei einer entsprechend hohen
Kraftbeaufschlagung in Richtung nach oben deformiert wird bzw. ausknickt.
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Diese
Schwachstelle an der Unterseite des Mitteltunnels kann in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung besonders einfach und funktionssicher
dadurch geschaffen werden, dass entsprechende seitliche Tunnelflanken
des Mitteltunnels im Bereich der Schwachstelle mit Schwächungen,
beispielsweise in Form von Ausnehmungen, versehen werden.
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Als
weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Schwachstelle
auf Höhe
eines vorderen Sitzquerträgers
angeordnet ist. Da nämlich üblicherweise
der Fahrzeugsitz mit seinem vorderen Ende oberhalb des vorderen
Sitzquerträgers
ruht bzw. abgestützt
ist, wird somit erreicht, dass bei einer entsprechend hohen, unfallbedingten
Kraftbeaufschlagung und nach Überschreiten
einer Belastungsgrenze in diesem Bereich der Mitteltunnel nach oben
deformiert bzw. ausgeknickt wird, wodurch der Fahrzeugboden und
der jeweilige vordere Sitzquerträger ebenfalls
mit nach oben bewegt werden. Hierdurch wird auf wünschenswerte
Weise eine Anhebung der vorderen Sitzfläche nach Art einer Sitzrampe
erreicht, im Falle einer entsprechenden Kollision ein Abrutschen
des Sitzinsassen nach vorne unten vermieden.
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Um
insbesondere dem vorbeschriebenen „Submarining-Effekt" entgegen zu wirken,
wird dabei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Mitteltunnel
im Bereich der Schwachstelle auf Höhe des vorderen Sitzquerträgers bei
einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung nach Überschreiten einer Belastungsgrenze
in Fahrzeughochrichtung nach oben hin deformiert.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich darüber hinaus
als vorteilhaft gezeigt, eine weitere Schwachstelle auf Höhe eines
hinteren Sitzquerträgers
vorzusehen. Hierdurch kann eine zusätzliche, erwünschte Bewegung
des Mitteltunnels im Falle einer entsprechend hohen Kraftbeaufschlagung erreicht
werden, um beispielsweise den üblicherweise
in diesem Bereich mit seinem hinteren Ende abgestützten Fahrzeugsitz
der vorderen Fahrzeugsitzreihe derart zu bewegen, dass sich der
hintere Bereich der Sitzfläche
im Falle einer entsprechenden Kollision absinkt bzw. zumindest nicht
in erheblichem Umfang ansteigt.
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Aus
diesem Grund ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
dass zumindest eine Oberseite des Mitteltunnels im Bereich der weiteren
Schwachstelle mit Schwächungen
versehen ist. Da im Falle einer Kollision, insbesondere einer Frontalkollision
des Personenkraftwagens die Oberseite bzw. der Obergurt des Mitteltunnels
mit einer Druckkraft bzw. einer Druckspannung beaufschlagt ist,
führt eine
entsprechende Schwächung
der Oberseite dazu, dass der Mitteltunnel bei einer entsprechenden
unfallbedingten Kraftbeaufschlagung im Bereich der weiteren Schwachstelle
nach unten abgesenkt bzw. zumindest nicht angehoben wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich darüber hinaus
als vorteilhaft gezeigt, die weitere Schwachstelle des Mitteltunnels
insbesondere dadurch zusätzlich
zu schwächen,
dass die Tunnelflanken ebenfalls mit entsprechenden Schwächungen
versehen sind.
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Somit
wird insgesamt durch die weitere Schwachstelle auf Höhe des hinteren
Sitzquerträgers erreicht,
dass er Mitteltunnel bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung
und Überschreiten
einer Belastungsgrenze in Fahrzeughochrichtung nach unten hin deformiert
bzw. ausgeknickt wird.
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Somit
kann insgesamt eine besonders vorteilhafte Bodenstruktur geschaffen
werden, bei welcher der Mitteltunnel im Bereich des vorderen Sitzquerträgers bei
einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung nach oben
angehoben bzw. ausgeknickt wird, während dieser im Bereich des
hinteren Sitzquerträgers
nach unten abgesenkt wird. Für das
vordere bzw. hintere Ende der jeweiligen Sitzfläche des darüber ruhenden Fahrzeugsitzes
bedeutet dies, dass auf wünschenswerte
Weise das vordere Ende angehoben und das hintere Ende abgesenkt wird.
Hierdurch wird insgesamt der „Submarining-Effekt" deutlich reduziert.
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Um
insbesondere im Bereich der weiteren Schwachstelle auf Höhe des hinteren
Sitzquerträgers die
gewünschte
Deformation zu erreichen, ist es dabei in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung vorgesehen, den Mitteltunnel im Querschnitt zu reduzieren.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine äußerst schematische
Seitenansicht auf einen Fahrzeugsitz einer vorderen Sitzreihe, welcher
auf einem korrespondierenden vorderen und hinteren Sitzquerträger im Bereich
eines Fahrzeugbodens einer Bodenstruktur eines Personenkraftwagens
ruht, wobei seitlich zur Mitte hin des Fahrzeugsitzes ein Mitteltunnel
des Fahrzeugbodens bzw. der Bodenstruktur angeordnet ist;
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2 eine
perspektivische Seitenansicht auf die Bodenstruktur des Personenkraftwagens
gemäß 1,
an welche sich nach vorne hin eine Vorbaustruktur und nach hinten
hin eine Heckstruktur der Kraftwagenkarosserie anschließt, wobei
die Bodenstruktur einen Fahrzeugboden umfasst, welchem ein diesen
unterteilender Mitteltunnel zugeordnet ist, und wobei seitlich des
Mitteltunnels jeweilige vordere bzw. hintere Sitzquerträger erkennbar
sind; und in
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3 eine
Draufsicht auf die zwischen der Vorbaustruktur und der Heckstruktur
der Kraftwagenkarosserie angeordnete Bodenstruktur mit dem Fahrzeugboden
und dem Mitteltunnel, wobei außenseitig des
Mitteltunnels die jeweiligen vorderen und hinteren Sitzquerträger erkennbar
sind.
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In 1 ist
in einer lediglich äußerst schematischen
Seitenansicht ein Fahrzeugsitz 10 eines Personenkraftwagens
erkennbar, welcher auf einem jeweils zugehörigen vorderen und hinteren
Sitzquerträger 12, 14 über ein
nicht weiter dargestelltes Sitzuntergestell ruht. Neben dem vorderen
und hinteren Sitzquerträger 12, 14 sind
von einer Bodenstruktur des Personenkraftwagens ein Fahrzeugboden 16 sowie
ein diesem zugeordneter Mitteltunnel 18 erkennbar, welcher
sich in Fahrzeuglängsrichtung
in einem zentralen mittleren Bereich der Bodenstruktur erstreckt.
Der Mitteltunnel 18 unterteilt dabei in üblicher Weise
zwei Bodenplatten 20, 22 des Fahrzeugbodens 16.
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Eine
Problematik bei einer Kollision des Personenkraftwagens, insbesondere
einer Frontalkollision, ist es bislang, dass bei einer entsprechend
hohen Kraftbeaufschlagung einer vorderer Bereich 24 einer Sitzfläche 26 entsprechend
abgesenkt wird, während demgegenüber ein
hinterer Bereich 28 der Sitzfläche 26 entsprechend
aufsteigt. Dieses Phänomen
bewirkt die im Allgemeinen als „Submarining-Effekt" bezeichnete Bewegung
des Sitzinsassen. Aus diesem Grund umfasst die Bodenstruktur gemäß den 2 und 3 entsprechende,
im Weiteren näher
erläuterte
Maßnahmen,
welche diesen „Submarining-Effekt" verhindern oder
zumindest reduzieren sollen.
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Hierzu
zeigen die 2 und 3 in einer seitlichen
Perspektivansicht bzw. einer Draufsicht die Bodenstruktur des Personenkraftwagens,
an welche sich nach vorne hin eine Vorbaustruktur 30 und
nach hinten hin eine Heckstruktur 32 anschließt.
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Insbesondere
aus 2 ist dabei erkennbar, dass der Mitteltunnel 18 im
Bereich bzw. oberhalb des jeweiligen vorderen Sitzquerträgers 12 eine Schwachstelle 34 aufweist,
welche dadurch gebildet ist, dass zwei seitliche Tunnelflanken 36 des
Mitteltunnels 18 im Bereich der Schwachstelle 34 mit Schwächungen
in Form von Ausnehmungen 38 bzw. Einformungen gebildet
sind. Daher ist erkennbar, dass die Ausnehmungen 38 an
einer Unterseite der Tunnelflanken 36 und somit die gesamte
Schwachstelle 34 an einer Unterseite des Mitteltunnels 16 vorgesehen
ist.
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Bei
einer Kollision des Personenkraftwagens, insbesondere einer Frontalkollision,
macht man sich dabei den Grundgedanken zu Nutze, dass eine Oberseite 40 bzw.
ein Obergurt mit einer entsprechenden Druckkraft bzw. Druckspannung
beaufschlagt wird, so dass die an der Unterseite des Mitteltunnels 18 vorgesehene
Schwachstelle 34 bewirkt, dass bei einer entsprechenden
unfallbedingten Kraftbeaufschlagung nach Überschreiten einer Belastungsgrenze
eine Deformation in Richtung des Pfeils 42 – also in
Fahrzeughochrichtung nach oben – erfolgt.
Somit wird durch die gezielt im Bereich der jeweiligen vorderen
Sitzquerträger 12 angeordnete Schwachstelle 34 eine
Schwächung
des Mitteltunnels 18 erreicht, welche dazu führt, dass
dieser nach oben hin ausknickt bzw. deformiert wird, wenn eine entsprechende
Belastungsgrenze überschritten
wird.
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Des
Weiteren ist insbesondere aus 2 erkennbar,
dass auf Höhe
der jeweiligen hinteren Sitzquerträger 14 eine weitere
Schwachstelle 44 des Mitteltunnels 18 vorgesehen
ist. Anhand des ausschnittsweisen und lediglich äußerst schematischen Details
in 2 wird dabei erkennbar, dass die Schwachstelle 44 vorliegend
durch eine entsprechende Schwächung 46 in
Form einer Sicke gebildet ist, welche sowohl an der Oberseite 40 wie
auch an den Tunnelflanken 36 des Mitteltunnels eingebracht ist.
Mit anderen Worten verläuft
die Schwächung 46 bzw.
die Sicke U-förmig
umlaufend um die Bauteile des Mitteltunnels 18, nämlich die
Oberseite 40 und die Tunnelflanken 36.
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Durch
die Schwachstelle 44 wird dabei insbesondere erreicht,
dass die bei einer Kollision, insbesondere einer Frontalkollision,
vorherrschenden Druckkräfte
bzw. Druckspannungen im Bereich der Oberseite 40 des Mitteltunnels 18 dazu
führen,
dass dieser nach Überschreiten
einer Belastungsgrenze – wie
mit den Pfeilen 48 dargestellt – in Fahrzeughochrichtung nach
unten hin deformiert bzw. abgeknickt wird. Es ist somit insgesamt
ersichtlich, dass die Schwachstelle 34 an der Unterseite
des Mitteltunnels 18 im Bereich der vorderen Sitzquerträger 12 dazu führt, dass
bei einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der
Mitteltunnel 18 nach oben deformiert bzw. bewegt wird,
während
durch die Schwachstelle 44, welche zumindest an der Oberseite 40 des
Mitteltunnels 18 vorgesehen ist, in umgekehrter Weise ein
Absenken des Mitteltunnels 18 im Bereich der hinteren Sitzquerträger 14 erreicht
wird.
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Einhergehend
mit dem Deformieren bzw. Ausknicken des Mitteltunnels nach oben
bzw. nach unten hin (Pfeile 42, 48) werden somit
natürlich
auch der Fahrzeugboden 16 insgesamt, und insbesondere die
vorderen bzw. hinteren Sitzquerträger 12, 14 in entsprechende
Richtung bewegt.
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Demzufolge
machen die in 1 dargestellten Pfeile 42, 48 deutlich,
dass nämlich
durch die Schwachstellen 34 und 42 insgesamt bei
einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung und einer
entsprechenden Überschreitung der
Belastungsgrenze des Mitteltunnels 18 der jeweilige vordere
Sitzquerträger 12 nach
oben bewegt wird (Pfeil 42) und der jeweilige hintere Sitzquerträger 14 nach
unten bewegt wird (Pfeil 48). Hierdurch wird insgesamt erreicht,
dass analog dazu der Fahrzeugsitz bzw. dessen Sitzkissenteil und
Sitzfläche 26 im
vorderen Bereich 24 angehoben und im hinteren Bereich 28 abgesenkt
bzw. zumindest nicht angehoben wird. Durch diese zwei Bewegungen
bzw. Effekte wird somit insgesamt erreicht, dass der vordere Bereich 24 sich
relativ zum hinteren Bereich 28 der Sitzfläche 26 nicht
absenkt, um hierdurch eine quasi Sitzrampe zu schaffen, so dass
der vorbeschriebene „Submarining-Effekt" bei einer Kollision,
insbesondere einer Frontalkollision des Personenkraftwagens, nicht
auftritt oder zumindest deutlich reduziert wird.
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Als
im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es zu betrachten, dass die
Schwachstellen 34, 44 natürlich auch anders als durch
die Ausnehmungen 38 bzw. die Schwächungen 46 gebildet
werden können.
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Aus 3 ist
schließlich
eine Alternative oder zusätzliche
Ausführung
der Schwachstelle 44 im Bereich der hinteren Sitzquerträger 14 erkennbar. Diese
Schwachstelle 44 wird vorliegend dadurch gebildet, dass
die beiden Tunnelflanken 36 auf Höhe der hinteren Sitzquerträger 14 einen
jeweiligen Knickbereich 50 aufweisen, und somit im Anschluss an
die hinteren Sitzquerträger 14 nach
innen versetzt verlaufen. Durch diese Knickbereiche 50 ergibt
sich somit eine Reduzierung des gesamten Querschnitts des Mitteltunnels 18,
welcher ebenfalls zur gezielten Schwächung des Mitteltunnels 18 im
Bereich der hinteren Schwachstelle 44 beiträgt.