DE102009014656A1 - Ablenkung kinetischer Energie bei Kollision von Landfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Zur Abmilderung von Unfällen oder Unfallfolgen bei Kollisionen mit Landfahrzeugen wurden bisher Pufferzonen (Knautschzonen) konstruktiv einbezogen, die dazu bestimmt sind, die auftreffende kinetische Energie abzumildern und aufzufangen. Bei höheren Geschwindigkeiten und größerer Energie werden diese Zonen leicht "überfordert". Eine Konstruktion in Rautenform ist geeignet, die Gefahr besser abzuwenden und die Insassen besser zu schützen. Das betrifft vor allem die Bodengruppe, woraus sich für die Fronten geschrägte Aufprallzonen ergeben zur Ablenkung auftreffender Kräfte, Abb. 1. Das soll als Regel die Fahrerseite sein; denn der Fahrer hat bis zuletzt die Lenkung in der Hand. Statt "mit voller Wucht" aufzutreffen, gibt es künftig nur noch einen geringeren Stoß, dessen Hauptenergie zur Seite hin abgelenkt wird, so daß die Insassen weniger stark physisch betroffen sind und größere Überlebenschancen haben werden. Analog am Heck. Die Konstruktion ist gleichermaßen anwendbar auch auf Schienenfahrzeuge, die, weil spurgeführt, nicht ausweichen können. Dank der Rautenform der Bodengruppe werdt wie bei Straßenfahrzeugen. Ergänzend können zusätzlich Puffer- oder Knautschzonen nach dem neuesten Stand der Technik vorgesehen werden, um die Kräfte zunächst "abzufedern", Abb. 2.

Description

• Viele Techniken zur Verhütung von Unfällen oder Abmilderung von Unfallfolgen setzen darauf, nicht mehr vermeidbare Kollisionen durch Dämpfungsmaßnahmen „abzufedern”. Das ist sehr erfolgreich weiterentwickelt worden durch entsprechende Konstruktionen. In Fällen harten Aufpralls aus höherer Geschwindigkeit sind jedoch enge Grenzen gesetzt.
• Neben konstruktiven Mitteln zur Eindämmung der kinetischen Energie („Knautschzonen” u. a.) sind also Techniken zur Abwehr und Ablenkung auftreffender Kräfte einzubeziehen. Dabei soll kompromißlos gegenüber allen anderen Funktionen die Sicherheit der Insassen höchste Priorität erhalten. Darauf vor allem muß deshalb die Konstruktion gerichtet sein.
• Diese neue Konstruktionsweise von angetriebenen Fahrzeugen sowie von Waggons und Anhängern auf der Schiene bzw. Straße soll verhindern, daß kinetische Energie in voller Stärke auf die betroffenen Fahrzeuge (diejenigen, gegen die sie gerichtet ist und die, von denen sie ausgeht) trifft, dadurch gekennzeichnet, daß eine rautenförmige Kontur vorn und hinten die auftreffende Energie von den Fahrzeugen zur Seite hin ablenkt.
• Ergänzend kann auch hier vorgesehen werden, daß bei Kollisionen nach neuestem Stand der Technik einzelne Elemente der Fahrzeuge vorgestreckt werden, um die auftreffende Energie aufzufangen und zu dämpfen. Die Besonderheit in dem erfindungsgemäßen Fall ist aber dadurch gegeben, daß die Vorschaltelemente angeschrägt sind wie beim Pflug.
• Der Schneepflug führt deshalb eine Stellage (Schaufel) vor sich her, die angeschrägt ist und damit die aufgenommenen Schneemassen zum Straßenrand hin seitlich abführt. Das ist auch das Wesen der Sache. Aber im Kern ist dies schon durch die innere Struktur in der Bodengruppe verankert. Die auftreffenden Kräfte werden seitlich abgelenkt.
• Heutiger Konstruktionsweise (1) steht die neue Sicherheitsform (2) gegenüber.
• Bei Schienenfahrzeugen (Triebwagen, Waggons) gibt es, von der Pufferzone aus gesehen, bis zur ersten Sitzreihe einen Abstand, der im ICE 3 bei Waggons knapp zwei Meter lang ist und konstruktiv für den erfindungsgemäßen Zweck in der Bodengruppe nutzbar ist. Es bestehen Entwicklungen, auch für Schienenfahrzeuge Knautschzonen einzubeziehen.
• Je eine Rautenform in den Frontpartien vorn und hinten kommt nun hinzu zu dem Zweck, die Kräfte abzulenken, die eine Knautschzone überfordern würden. 3 zeigt hierzu die schematische Darstellung zweier Waggons, z. B. des ICE 3. Jedoch kann auch hier vorgesehen werden, nach dem Stand heutiger Technik eine vordere Rautenform bei einem drohenden Unfall rasch nach vorn zu verlagern, um früh die Kräfte abzufangen. Hierbei kann der Anstellwinkel „steiler” sein als im begrenzten Raum der Rahmenkonstruktion
• Da Schienenfahrzeuge langgestreckt sind und bei Kollisionen die Stoßrichtung in der Spur stets, außer in Kurven, direkt frontal ausgerichtet ist, haben sich Waggons in der Regel bei Kollisionen ineinander verkeilt, oder sprangen aus den Schienen und stellten sich quer, was bei Unterführungen zu neuen Problemen führte, wobei die Waggonhüllen von nachfolgenden Wagen lebensgefährlich zusammengedrückt wurden (vgl. Eschede-Unglück). Demgegenüber wird nun eine (auf Kufen) geordnete Abweisungsbewegung eingeleitet.
• Die Rauten werden an beiden Waggonenden in die Bodengruppe integriert. Auftreffende Kräfte werden in der nach dem Stand der Technik möglichen einbezogenen Knautschzone gedämpft und dabei zugleich über die Raute seitlich nach außen gelenkt; die Fahrzeuge verschieben sich nun nicht mehr ineinander. Bei einer Kollision wird zwar, wie bisher, der Wagenrumpf beschädigt, aber die Fahrgäste sind nun viel besser in ihrer Zelle geschützt.
• Dabei springen die Fahrzeuge zwar leichter aus der Schiene, aber die auftreffende Energie dringt nicht mehr zu den Fahrgästen durch, sondern wird, wie erwähnt, seitlich abgewehrt.
• Auf Strecken kritischer Abschnitte müssen daher Schutzeinrichtungen angebracht werden, Armierungen vor Tunneleinfahrten und Brückenpfeilern, oder Leitplanken auf Brücken und Dämmen und neben Gewässern, wie auf Autobahnen üblich. Die Spureinhaltung bei Kollisionen ist deshalb für Schienenfahrzeuge dann nicht mehr zwingend notwendig.
• Bei Straßenfahrzeugen werden Vorder- und Rückfront mit Rautenverstärkung gleichfalls asymmetrisch nach außen gerichtet. Dadurch erfolgt die Ablenkung einwirkender Kräfte in gleicher Weise, und der Insassenschutz (mit Airbags entsprechend unterstützt) wird verbessert. Am Beispiel eines Frontalzusammenstoßes wird das schematisch dargestellt.
• Nicht als Konstrukt ist die Raute neu, wohl aber als Energie-Abweisungsmedium. Die Raute ist die Grundform. Auch eine an deren Vorderkante zur Seite abfallende Richtung ist realisierbar; z. B. statt als Gerade ebenso in geschwungener Linie, 2. 4 zeigt die konventionelle Konstruktion (Prinzipzeichnung, Draufsicht) zweier Pkw's, 5 hingegen demonstriert die neue Konstruktionsform (Prinzipzeichnung, Draufsicht).
• Karosserie, Motorblock, Getriebe usw. sind auf der Rahmenkonstruktion verankert. Da nur von unterhalb des Fahrzeugs zu sehen, stört die Raute als Sicherheitszelle nicht das Design. Es ist vorgesehen, daß weitere Mechanik bei Gefahr eine Hälfte der Stoßstange über Scharniere von der Front- und Heckpartie aus, z. B. mit Hilfe von Hydraulik oder Druckluft, gemäß 5, 6 und 7 nach außen geklappt wird, so daß der Aufprall nun früher abgefangen und die Energie stärker zur Seite umgelenkt werden kann.
• Die bei Kollision in Fahrtrichtung rechts ausfahrende Fronthälfte wird durch ein Gestänge nach vorn gedrückt, das unter der Motorhaube neben dem Motor untergebracht ist. Hinzu kommt eine Verstärkungsstrebe, die das Frontteil nach außen abstützt. Das hintere Ende der Stütze wird je nach Realisierbarkeit in einer Abfederungsbuchse gedämpft. Das heißt:
  Die Vorderfront des Pkw erhält rechtsseitig eine Armierung (5), die zur Motorkühlung durchlöchert ist und bei Gefahr in Fahrtrichtung ausgeklappt und dabei teleskopisch verlängert wird, bis sie einrastet. Eine gespiegelte Mechanik befindet sich am Heck. Bei Aufprall von hinten wird die Energie zur rechten Bordsteinkante vom Fahrzeug abgelenkt.
• Zur Heckpartie eines Fahrzeugs ist anzumerken, daß die Rautenfront als Verstärkung nicht durchgängig im Kofferraum realisiert werden kann, da dieser ja Gegenstände zum Transport aufnehmen soll. Daher muß die Diagonalstrebe den Hohlraum umschließen. Durch die Aufprall-Energie wird die unverstärkte Vorderfront des betroffenen Fahrzeugs (analog am Heck), da sie leicht verformbar ist und nachgibt, eingedrückt. Das auftreffende Fahrzeug bewegt sich beim Aufprall entlang der Versteifungsstrebe nach rechts außen zum Schutz der Insassen beider Fahrzeuge. Die Fahrgastzellen beider Kfz bleiben intakt.
• Die Erfindung schützt Pkw's auch an den Flanken, mit einem elliptischen Rahmen, ergänzt gestützt durch Querstreben und integrierte Überrollbügel, damit ein Flankenaufprall abgelenkt wird und das betroffene Fahrzeug wegdrehen und zurückweichen kann. Die Flanken des Fahrzeugs (inkl. Türen) sind außerdem zur Höhe hin ergänzend verstärkt. Im Umriß der Fahrzeuge wirken beim Aufprall optional Elektromagnetfelder zur Abwehr.
• Was durch den Rautenrahmen als Sicherheitszone realisiert wurde, sorgt auch insgesamt für Stabilität, weshalb kein erhebliches Mehrgewicht anfallen muß. Der Fortschritt im Vergleich zu bisherigen Lösungen besteht vor allem darin, daß den hohen Kräften eines Aufpralls nicht vorwiegend mit Dämpfungsmaßnahmen begegnet wird, die niemals hinreichend sein können, sondern durch Ablenkung und Abwenden der gerichteten Energie.
• Der Vorteil ergibt sich auch daraus, daß bei einem Auffahrunfall die einwirkenden Kräfte von hinten ebenso seitlich abgelenkt werden und so die Insassen gegenüber Fremdkräften auch aus rückwärtiger Richtung geschützt sind. Zuerst werden Knautschzone und Frontabwehr bei einem Frontalaufprall wirksam, danach wird die Energie über den inneren Teil der Raute abgefangen und an den beteiligten Fahrzeugen je nach rechts außen gelenkt. Der Motorraum erhält für diesen Zweck künftig eine andere innere Geometrie als bisher.
• An kritischen Verkehrsabschnitten, etwa an besonders schätzenswerten Stellen sowie auf Brücken oder in Tunnels, empfiehlt es sich auch auf der Straße schon heute, besonderen Personenschutz und Schutz vor Kollisionen in Tunnelwänden oder vor dem Absturz von einer Brücke oder von einem Damm durch geeignete Leitplanken zu gewährleisten. Das ist billiger, als bei Unfällen hohe Personen- und Sachschäden in Kauf nehmen zu müssen.
• Die in der Rahmenkonstruktion (Bodengruppe) verankerte zentrale Raute schützt alle, die sich darin befinden. Diese Art der Sicherheitszelle gibt es noch nirgends auf der Welt. Die vorschiebbaren zusätzlichen Mechaniken stützen sich in der Front auf diese Konstruktion und sind deshalb besonders stabil. Diese Stabilität wird dadurch verstärkt, daß nur ein Teil der Frontlinie bei drohender Kollision nach vorn versetzt wird und auf der anderen Seite des Vorderwagens (bzw. des hinteren Wagenteils) von der Frontmitte aus nach außen verlaufend eine fest im Fahrzeug verankerte Barriere integriert ist und auftreffende Kräfte daran entlang nach außen zur rechten Straßenseite des auftreffenden Fahrzeugs ablenkt, so daß Barriere und vorgeschobene Mechanik zusammen eine durchgehende Gerade bilden.
• Die Art und Weise, mit der die Mechanik bewegt wird und wie die rechtzeitige Reaktion auf die drohende Gefahr der Kollision durch Einsatz elektromagnetischer Wellen, durch Elektronik und Sensorik, erfolgt, ist dem jeweils neuesten Stand der Technik anzupassen und nicht zugleich Gegenstand dieser Erfindung.

Claims (7)

1. Rautenförmige Rahmenkonstruktion in Bodengruppe und Fronten von Fahrzeugen, die geeignet ist, bei Kollisionen sowohl vorn als auch hinten von außen wirkende Kräfte abzulenken, so daß die kinetische Energie sowohl das betroffene als auch – bei gleicher Konstruktionsweise – das Fahrzeug, von dem diese Energie ausgeht, weniger stark trifft und die Insassen besser vor größerem Schaden bewahrt werden.
2. Eine asymmetrisch angeordnete Stoßfänger-Vorrichtung wird notfalls vorn bzw. hinten rasch einseitig nach außen bewegt, damit in einer Fluchtlinie mit der zur Seite führenden Versteifung der Stoß an der Aufprallzone früher abgefangen und abgelenkt wird. Ein elliptischer Innenrahmen mit Querversteifung in der Karosserie mit Überrollbügeln bieten Flankenschutz mit darin integrierten Türen.
3. Einzubeziehen sind Straßen- und Schienenfahrzeuge aller Bauart mit flächigem Grundriß: Lokomotiven, Diesel- und Elektro-Triebwagen, Waggons, LKWs, Pkws, Omnibusse, Anhänger, Traktoren, Sattelschlepperauflieger u. a. Bei Schienenfahrzeugen erhalten die Radsätze Stahlkufen beigeordnet, so daß sie bei Entgleisung weniger leicht umstürzen – und notfalls auf der Trasse weitergleiten können.
4. Der Patentschutz bezieht ebenso nichtlineare Konturen ein, z. B. geschwungene statt gerader Linien, die an den Fronten seitlich abfallend ausgerichtet sind. Eine weitere Schutzwirkung wird dadurch erreicht, daß genau im Zeitpunkt des Aufpralls am Aufprallpunkt maximale Magnetkräfte einsetzen, die abstoßend wirken. Sie werden von der Elektrik erzeugt – wie beim Airbag in Sekundenbruchteilen.
5. Die mechanische Sicherheitstechnik besteht aus zwei Teilen, einem inneren (mit der elliptischen Rundumverstärkung als Kernbereich größten Insassenschutzes), und einem äußeren Bereich jeweils vorn und hinten, der sich darauf abstützt. Vom Druckpunkt der inneren Raute ausgehend führt eine Tragkonstruktion bis zur Frontmitte vorn und hinten und wird durch einen Klappmechanismus an der Vorderseite rechts und hinten links bei drohender Kollision nach außen geführt.
6. Die an der Beifahrerseite vorn und auf der Fahrerseite hinten installierte und jeweils in einem Scharnier drehbare Fronthälfte wird mit Hilfe eines Gestänges nach vorn bewegt, bis sie in gerader Fluchtlinie mit der Innenverstärkung einrastet, die vorn an der Fahrerseite und hinten an der hinteren Sitzreihenrücklehne vorbeiführt. Der jeweilige „Ausleger” wird durch eine zusätzliche Strebe gestützt, die an der Außenkante der Front in einem Scharnier drehbar ist und deren anderes Ende beim Ausfahren der Fronthälfte mitgeführt und in Stellung gebracht wird (6 + 7).
7. Bei LKWs muß die Rautenkonstruktion für den Fall von Kollisionen mit kleineren Fahrzeugen (Pkw's u. a.) in der Aufprallzone tief genug angelegt sein. Die Außenhaut des LKW wird daher in diesem Bereich leicht nachgiebig gestaltet. Das wird sich auch bei Mehrfach-Auffahrunfällen im Stau positiv bemerkbar machen. Die gleiche Technik wird analog für das Heck und mögliche Anhänger eingesetzt. Bei Straßenfahrzeugen, insbesondere dem Pkw, müssen Motor- und Kofferraum neu ausgestaltet werden. Die Stoßabwehr verträgt, um Leben zu schützen, keinen Kompromiß.