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Die
Erfindung betrifft eine Fußstütze in einem Kraftfahrzeug
mit einer über mindestens ein erstes Halteteil an einer
Rohbaustruktur und über mindestens ein zweites Halteteil
an der Rohbaustruktur des Kraftfahrzeugs angebrachten biegesteifen
Bodenplatte.
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Eine
derartige Fußstütze ist aus der
US 6 283 529 B2 bekannt.
Dort werden verschiedene Ausgestaltungen von Fußstützen
vorgestellt, die sich bei einem Crash gezielt deformieren sollen,
um beim Crash auftretende Belastungen von Fußgelenken zu verringern.
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Einige
der dort vorgestellten Ausgestaltungen weisen einen Käfig-Rahmen
als Energie-absorbierendes Element auf, der zwischen der Bodenplatte
der Fußstütze und der Rohbaustruktur angeordnet ist
und der einen vergleichsweise weicheren ersten Abschnitt und einen
vergleichsweise steiferen zweiten Abschnitt aufweist. Der Käfigrahmen
weist ein Rohbau-seitiges Rahmenrechteck und ein Fußstützen-seitiges
Rahmenrechteck auf. Beide Rahmenrechtecke werden durch im Wesentlichen
rechtwinklig zu den Rahmenrechtecken stehende Fußelemente
miteinander verbunden.
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Im
Fahrzeug ist die bekannte Fußstütze so angeordnet,
dass ein vorderer Teil eines Fußes auf dem weicheren ersten
Abschnitt ruht, während ein hinterer, Fersenseitiger Teil
des Fußes auf dem steiferen zweiten Abschnitt ruht. Zur
Erzielung eines gewünschten Deformationsverhaltens wird
vorgeschlagen, eine Materialeigenschaft oberer Rahmen-Längstreben
(frame member 7) im ersten Abschnitt zu beeinflussen, eine Dickendimensionierung desselben
Rahmenmaterials oder ein Querschnittsprofil desselben Rahmenmaterials
zu beeinflussen.
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Mit
Blick auf die Fußelemente des Rahmens wird vorgeschlagen,
die unteren, Fersen-seitigen Fußelemente im Wesentlichen
rechtwinklig zur Rohbaustruktur anzuordnen, um dort eine vergleichsweise
größere Steifigkeit zu erreichen, und die Zehen-seitigen
Fußelemente in Vorwärtsrichtung geneigt anzubringen,
um dort eine weichere Struktur zu erzeugen.
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Bei
weiteren Ausgestaltungen ist das Rohbau-seitige Rahmenrechteck weggelassen
worden. Bei diesen Ausgestaltungen soll sich ein erwünschtes
Deformationsverhalten dadurch ergeben, dass jedes Fußelement
eine zur Verbiegung vorgesehene vertikale Strebe und eine flache,
Rohbau-seitige Befestigungslasche aufweist. Sämtliche Befestigungslaschen
der Fußstütze sollen dabei zum Fersen-seitigen
Ende der Fußstütze zeigen, damit sich die Fußstütze
bei einer Deformation des Rohbaustruktur nach vorn, also entgegen
der Deformationsrichtung, auf die Rohbaustruktur zu bewegt. Die
rechten Fußelemente sind bei dieser Ausgestaltung untereinander
gleich und spiegelsymmetrisch zu den linken Fußelementen
der Ausgestaltung.
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Unter
der Voraussetzung einer hinreichenden Steifigkeit der Bodenplatte
soll auch das Fußstützen-seitige Rahmenrechteck
weggelassen werden und der Rahmen durch vier einzelne, mit der Bodenplatte
verschweißte Füße ersetzt werden können. Auch
bei dieser Ausgestaltung weisen sämtliche Befestigungslaschen
der Fußstütze zum Fersen-seitigen Ende der Fußstütze
und sind jeweils seitenweise untereinander gleich und spiegelsymmetrisch
zu den Fußelementen der jeweils anderen Seite.
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Mit
anderen Worten: Mit Blick auf eine rahmenlose, mit Fußelementen
an einer Rohbaustruktur befestigte Fußstütze schlägt
die
US 6 283 529 B2 eine
Kombination einer hinreichend steifen Bodenplatte mit angeschweißten
Fußelementen vor, deren Befestigungslaschen zum Fersen-seitigen
Ende der Fußstütze weisen und jeweils seitenweise
untereinander gleich und spiegelsymmetrisch zu den Fußelementen
der jeweils anderen Seite sind.
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Bei
sämtlichen Ausgestaltungen, die in der
US 6 283 529 B2 gezeigt
werden, steht die definierte Verformbarkeit der Fußstütze
und eine definierte Vorwärtsbewegung der Bodenplatte im
Vordergrund.
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Dagegen
besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe einer
Fußstütze, die zusätzlich hinsichtlich
ihres Gewichtes, ihrer Biegesteifigkeit und ihrer Herstellungskosten
optimiert ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Fußstütze der eingangs
Art dadurch gelöst, dass die Bodenplatte als Aluminium-Sandwichplatte
ausgebildet ist, das erste Haltemittel ein aus einem Aluminium-Flachmaterial
gebildetes Formbiegeteil mit einem Bodenplattenseitigen Abschnitt
und zwei von der Bodenplatte abgewandten, zur Montage an der Rohbaustruktur eingerichteten
Haltelaschen ist und dass zwei separate zweite Haltemittel vorhanden
sind, die jeweils ein aus einem Flachmaterial gebildetes Biegeformteil
mit einem U-förmigen Querschnitt und wenigstens einer Haltelasche
aufweisen und die mit einer Schmalseite des Flachmaterials der Fahrtrichtung
des Kraftfahrzeugs zugewandt sind.
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Durch
die Verwendung einer Bodenplatte aus Aluminium in Sandwichbauweise
wird eine sehr hohe Biegesteifigkeit der Bodenplatte bei sehr geringem
Gewicht erzielt.
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Durch
die Herstellung als Formbiegeteil ist das erste Haltemittel besonders
kostengünstig herstellbar. Durch die Verwendung von Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung als Material für das erste Haltemittel
ergibt sich ein geringes Gewicht bei ausreichend hoher Biegesteifigkeit.
Die Biegesteifigkeit ist insbesondere groß genug, um die
Bodenplatte bei einem Normalbetrieb des Fahrzeuges gegenüber
einem Insassen abzustützen.
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Durch
die Zuwendung der Breitseite des Haltemittels in Fahrtrichtung wirken
die Kräfte bei einem Crash auf die Seite des ersten Haltemittels,
die bezüglich der Richtung der Krafteinwirkung die geringste
Biegesteifigkeit aufweist. Dadurch wird im crash-Fall eine definierte
Verformungsrichtung der ersten Haltemittel vorgegeben.
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Dadurch,
dass zwei miteinander verbundene erste Haltemittel vorgesehen sind,
werden Verformungskräfte, die bei einem crash auftreten,
auch dann auf beide erste Haltemittel verteilt, wenn die einwirkenden
Kräfte unsymmetrisch angreifen. Wegen der Kopplung beider
Haltemittel können die einwirkenden Kräfte auch
in diesem Fall durch Verformung beider erster Haltemittel abgebaut
werden. Dadurch wird eine Bruchgefahr der Bodenplatte und eine Gefahr
der Verdrehung von Füßen verringert, mit denen
sich ein Insasse auf der Fußstütze abstützt.
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Dadurch,
dass die zweiten Haltemittel einer Schmalseite der Fahrtrichtung
des Kraftfahrzeugs zugewandt ist, wird erreicht, dass die zweiten
Haltemittel den bei einem Crash auf die zweiten Haltemittel einwirkenden
Kräfte eine besonders hohe Biegesteifigkeit entgegensetzen.
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Durch
den U-förmigen Querschnitt mit der wenigstens einen Haltelasche ähnelt
die Seitenansicht des zweiten Haltemittels einem Hut, wobei die beiden
Haltelaschen als krempenartige Flächen mit der Rohbaustruktur
verbunden werden und der zwischen den U-Schenkeln liegende Bereich
an der Bodenplatte der Fußstütze angebracht wird.
Durch die beiden Haltelaschen ist jedes zweite Haltemittel dazu eingerichtet,
an zwei Punkten an der Rohbaustruktur befestigt zu werden, wodurch
ein Verdrehen im Crashfall verhindert wird.
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Insgesamt
wird gerade durch die Kombination der Merkmale des Anspruchs 1 eine
Fußstütze bereitgestellt, die hinsichtlich ihres
Gewichtes, ihrer Biegesteifigkeit und ihrer Herstellungskosten optimiert
ist und die im Crash-Fall die Insassensicherheit zusätzlich
durch eine definierte, vor einer Verformung der Bodenplatte auftretende Verformung
der ersten Haltemittel erhöht.
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Das
erste Haltemittel kann dabei in seiner Längsrichtung gestaucht
werden oder aber quer zu seiner Längsrichtung einknicken.
Ferner ist es denkbar, dass die Verbindungsstelle zwischen erstem Haltemittel
und Bodenplatte im Falle eines Crashs als Sollbruchstelle dient
und bei einer definierten Belastung aufbricht. Die Steifigkeit des
ersten Haltemittels kann sowohl über die Materialdicke
als auch über die Formgebung festgelegt werden.
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Bevorzugt
wird neben der Bodenplatte auch das zweite Haltemittel bei einem
Crash zunächst nicht deformiert, so dass ein vorbestimmter
Mindestabstand zwischen der Bodenplatte und der Rohbaustruktur eingehalten
wird.
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Bevorzugt
wird ein Ausführungsbeispiel, bei dem das erste Haltemittel
unlösbar mit der Bodenplatte verbunden ist, insbesondere
angeschweißt oder angenietet ist. Das erste Haltemittel
und die Bodenplatte sind dabei als separate Einzelteile ausgebildet.
Dadurch ist es möglich, dass sowohl erste Haltemittel als
auch die Bodenplatte kostengünstig hergestellt werden können.
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Alternativ
dazu sieht ein Ausführungsbeispiel vor, dass das erste
Haltemittel lösbar mit der Bodenplatte verbunden, insbesondere
angeschraubt ist.
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Bevorzugt
ist bei einer Weiterbildung die Bodenplatte gelocht. Dadurch wird
erreicht, dass die Fußstütze hinsichtlich ihres
Gewichts reduziert ist und gleichzeitig die Biegesteifigkeit der
Bodenplatte nur unwesentlich reduziert ist.
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Ferner
ist vorgesehen, dass das zweite Haltemittel unlösbar mit
der Halteplatte verbunden ist. Es ist beispielsweise an die Halteplatte
angenietet, angelötet oder in sonstiger Weise unlösbar
befestigt.
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Schließlich
sieht eine alternative Ausführungsform vor, dass das zweite
Haltemittel lösbar mit der Bodenplatte verbunden ist.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
den beigefügten Patentansprüchen, der zeichnerischen
Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. In der Zeichnung zeigt:
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1 das
technische Umfeld der Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Fußstütze;
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3 eine
perspektivische Darstellung erster Haltemittel; und
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4 eine
perspektivische Darstellung zweiter Haltemittel der Fußstütze.
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Im
Einzelnen zeigt die 1 eine Rohbaustruktur 10 eines
Kraftfahrzeuges. Die Rohbaustruktur 10 weist eine Bodenwand 12 und
eine Stirnwand 14 auf. Die Stirnwand 14 trennt
die Passagierzelle des Kraftfahrzeuges von weiteren Karosseriestrukturen
wie einem Motorraum oder einem Gepäckabteil ab. Das Kraftfahrzeug
ist mit einer Fußstütze 16 für
den Fahrer und/oder den Beifahrer ausgerüstet und bewegt
sich bei einer Vorwärtsfahrt in eine Fahrtrichtung 18.
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Die
Fußstütze 16 weist eine biegesteife Bodenplatte 20 auf,
die über mindestens ein erstes Haltemittel 22 an
der Stirnwand 14 der Rohbaustruktur 10 und über
mindestens zwei separate zweite Haltemittel 24 an der Bodenwand 12 oder
der Stirnwand 14 der Rohbaustruktur 10 des Kraftfahrzeugs
befestigt ist. In der Darstellung der 1 liegen
die zweiten Haltemittel 24 senkrecht zur Zeichenebene hintereinander,
so dass nur ein zweites Haltemittel 24 sichtbar ist. Ein unter
der Fußstütze 16 verbleibendes Bauvolumen 26 dient
zum Beispiel als Einbauraum für ein oder mehrere Steuergeräte 28 des
Kraftfahrzeugs. Die Fußstütze 16 ist
so ausgelegt, dass das erste Haltemittel 22 eine Steifigkeit
aufweist, die geringer als die Steifigkeit der Bodenplatte 20 ist.
Bei einem in Fahrtrichtung 18 erfolgenden Crash des Kraftfahrzeugs
verformen sich die ersten Haltemittel 22 derart, dass sich
die Stirnwand 14 der Rohbaustruktur 10 zunächst
in Richtung auf die Bodenplatte 20 verschiebt, ohne dass
diese wesentlich deformiert und/oder verschoben und/oder verdreht
wird. Dadurch wird Aufprallenergie abgebaut und eine Verdrehung
von Füßen, mit denen sich ein Insasse auf der
Fußstütze 16 abstützt, zumindest
verringert. Beide Wirkungen verringern das Verletzungsrisiko des Fahrzeuginsassen
bei einem Crash.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der
Fußstütze 1. Die Bodenplatte 20 ist
als Aluminium-Sandwichplatte 20 ausgestaltet und besitzt
daher eine im Verhältnis zu ihrem Gewicht besonders große
Biegesteifigkeit. In der Ausgestaltung der 2 weist
die Aluminium-Sandwichplatte 20 eine Lochung 30 auf.
Durch die Lochung 30 wird das Gewicht der Bodenplatte 20 weiter reduziert,
ohne dabei die Steifigkeit in Fahrtrichtung 18 wesentlich
zu verringern. Die 2 zeigt darüber hinaus
erste Haltemittel 22 und zweite Haltemittel 24, die
zumindest teilweise durch die Bodenplatte 20 verdeckt werden
und die im Folgenden unter Bezug auf die 3 und 4 näher
erläutert werden.
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3 zeigt
ein erstes Haltemittel 22, das als Formbiegeteil aus einem
Aluminium-Flachmaterial hergestellt wird und das einen Bodenplatten-seitigen Abschnitt 32 und
zwei von der Bodenplatte 20 der Fußstütze 16 abgewandte,
zur Montage an der Rohbaustruktur 10 eingerichtete Haltelaschen 34, 36 aufweist.
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Im
eingebauten Zustand sind die beiden Haltelaschen 34, 36 parallel
zur Bodenwand 12 oder zur Stirnwand 14 der Rohbaustruktur 10 ausgerichtet. Eine
Schmalseite 38 des Formbiegestücks ist dabei im
Wesentlichen quer zur Fahrtrichtung 18 angeordnet, während
seine Breitseite 40 eine der Fahrtrichtung 18 aus 1 zugewandte
Komponente besitzt. Das heißt, dass ein Normalenvektor 42 der
Breitseite 40 eine Komponente besitzt, die parallel zu
der Fahrtrichtung 18 ist und dass diese Komponente größer
ist als Komponenten des Normalenvektors 42 in zur Fahrtrichtung 18 orthogonalen
Richtungen. Die Höhe der Fußstütze 16 wird
durch die Ausdehnung des Formbiegeteils 22 in der zur Haltelasche 34, 36 senkrechten
Längsrichtung 44 des Formbiegeteils 22 bestimmt.
Die Biegesteifigkeit des Formbiegeteils 22 hängt
insbesondere von Materialeigenschaften des verwendeten Werkstoffes,
seiner Dicke und Details seiner Form, beispielsweise seinem Profilquerschnitt ab.
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Als
bevorzugter Werkstoff wird Aluminium oder eine Aluminiumlegierung
verwendet. Dieser Werkstoff erlaubt ein Maßschneidern der
erwünschten Biegesteifigkeit bei gleichzeitig sehr geringem Gewicht.
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Der
Profilquerschnitt ist in der Ausgestaltung der 3 durchgehend
flach. Die Breitseite 40 des flachen Querschnitts liegt
dabei quer zur Fahrtrichtung 18, aus der bei einem Crash
Deformationskräfte zu erwarten sind. Alternativ kann der
Querschnitt des Formbiegeteils jedoch auch abschnittsweise unterschiedlich
sein. So können die Ränder der in Längsrichtung 44 ausgerichteten
Bereiche des Formbiegeteils 22 auch umgebogen sein. Dadurch
wird ihre Biegesteifigkeit im Bereich der Umbiegung erhöht.
Sofern ein Übergangsbereich 46 dieser Bereiche
zu den flachen Haltelaschen 34, 36 mit einem flachen
Profil gestaltet ist, wird dieser Übergangsbereich 46 eine vergleichsweise
geringere Biegesteifigkeit aufweisen. Bei einer Verformung wird
dieser Bereich 46 dann gewissermaßen wie ein Gelenk
funktionieren, um das die vorher mehr oder weniger senkrecht (das heißt
in Längsrichtung 44) stehenden Abschnitte rotieren.
Dies gilt analog für mit einem flachen Profil gestaltete Übergangsbereiche 47 zu
dem Bodenplatten-seitigen Abschnitt 32 des ersten Haltemittels/Formbiegeteils 22.
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An
dem von den Haltelaschen 34, 36 abgewandten Ende
weist das Formbiegeteil ein Querelement in Form des Bodenplatten-seitigen
Abschnitts 32 auf, das die beiden Haltelaschen miteinander
verbindet und das zur Befestigung an der Bodenplatte 20 der
Fußstütze 16 ausgestaltet ist. In einer
Ausgestaltung der Fußstütze 16 erfolgt
diese Befestigung des ersten Haltemittels 22 durch eine
unlösbare Verbindung, insbesondere durch eine Schweißverbindung,
Klebeverbindung oder eine Nietverbindung. Eine alternative Ausgestaltung
sieht vor, dass das erste Haltemittel 22 lösbar
mit der Bodenplatte 20 verbunden ist, was insbesondere
durch eine Schraubverbindung erfolgen kann. Zur Aufnahme von Schrauben,
Nieten oder Schweißmaterial weist das Querelement 32 Öffnungen 35 auf.
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Die
Befestigung der Fußstütze 16 an der Rohbaustruktur 10 erfolgt
bevorzugt durch eine lösbare Verbindung wie eine Schraubverbindung,
so dass zwischen der Fußstütze 16 und
der Bodenwand 12 angebrachte Steuergeräte 28 noch
mit Werkstattmitteln ohne Zerstörung von Strukturen erreichbar ist.
Zur Befestigung der Haltelaschen 34, 36 an der Rohbaustruktur 10 mit
einer solchen Schraubverbindung weisen die Haltelaschen 34, 36 Löcher 48 zur Aufnahme
von Schrauben auf.
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4 zeigt
eine Ausgestaltung eines zweiten Haltemittels 24, von dem
wenigstens zwei in einem lateralen Abstand am Fersen-seitigen Ende
der Fußstütze 16 zur Befestigung der
Fußstütze 16 an der Rohbaustruktur 10 verwendet
werden. Jedes der beiden separaten zweiten Haltemittel 24 ist
als Biegeformteil aus einem Flachmaterial hergestellt und weist
einen U-förmigen Querschnitt und wenigstens einer Haltelasche 50, 52 auf.
Bei im Kraftfahrzeug montierter Fußstütze 16 ist
eine Schmalseite 54 des Flachmaterials der Fahrtrichtung 18 des
Kraftfahrzeugs mehr oder weniger stark zugewandt. Das heißt,
dass ein Normalenvektor der Schmalseite 54 in jedem Fall
eine Komponente besitzt, die parallel zu der Fahrtrichtung 18 ist
und dass diese Komponente größer ist als Komponenten
des Normalenvektors in zur Fahrtrichtung 18 orthogonalen
Richtungen. Dadurch ist gewährleistet, dass die zweiten
Haltemittel 24 eine maximale Biegesteifigkeit bei einem
Crash aufweisen.
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In
einer Ausgestaltung sind die zweiten Haltemittel 24 unlösbar
mit der Bodenplatte 20 der Fußstütze 16 verbunden.
Wie im Fall der ersten Haltemittel 22 kann die Verbindung
eine Schweißverbindung, eine Klebeverbindung oder eine
genietete Verbindung sein. In einer alternativen Ausgestaltung sind die
zweiten Haltemittel 24 lösbar mit der Bodenplatte 20 der
Fußstütze 1 verbunden, zum Beispiel durch eine
Schraubverbindung. Zur Aufnahme von Schrauben, Nieten oder Schweißmaterial
weisen die zweiten Haltemittel Öffnungen 56 auf.
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Auch
das zweite Haltemittel 24 wird bevorzugt aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung hergestellt, was zu den angestrebten
Gewichtsvorteilen bei gleichzeitig ausreichend hoher Biegesteifigkeit
beiträgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6283529
B2 [0002, 0008, 0009]