DE102010018690A1 - Vorrichtung zur Verbesserung des Insassenschutzes in einem Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Verbesserung des Insassenschutzes in einem Fahrzeug, mit wenigstens zwei im Vorderwagen des Fahrzeugs gegenüberliegend angeordneten, im Falle eines Crashereignisses Anstoßenergie absorbierenden vorderen Längsträgerstrukturen (1) vorgeschlagen, welche ihrerseits jeweils durch zumindest einen ersten und einen zweiten Längsträgerstrukturabschnitt (1a, 1b) gebildet sind, wobei erster und/oder zweiter Längsträgerstrukturabschnitt (1a, 1b) als Hohlprofile ausgebildet und der erste Längsträgerstrukturabschnitt (1a) infolge einer bestimmten auf die Längsträgerstruktur (1) einwirkenden axialen Kraft „F”, insbesondere infolge einer bestimmten aus einem Frontalcrash resultierenden Anstoßkraft „F”, teleskopartig in den zweiten Längsträgerstrukturabschnitt (1b) axial einschiebbar oder auf denselben axial aufschiebbar ist, wobei erster und zweiter Längsträgerstrukturabschnitt (1a, 1b) vermittels wenigstens eines Versagenselementes (13), welches bei Überschreiten der besagten auf die Längsträgerstruktur (1) einwirkenden Anstoßkraft „F” energieverzehrend versagt, untereinander verbunden sind, und wobei das wenigstens eine Versagenselement (13) nach Art eines Zugstabes streifen- oder stabförmig ausgebildet ist und sich überwiegend in Längsrichtung der Längsträgerstruktur (1) erstreckt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung des Insassenschutzes in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Kraftfahrzeuge verfügen im Allgemeinen über zwei im Vorderwagen desselben in Fahrzeugquerrichtung gesehen gegenüberliegend angeordnete, Anstoßenergie absorbierende vordere Längsträgerstrukturen, welche zum einen Tragfunktionen und zum anderen aber auch Sicherheitsfunktionen erfüllen sollen, indem dieselben im Falle eines Crashereignisses, insbesondere eines Frontalcrashs, Anstoßenergie derart absorbieren sollen, dass die Fahrgastzelle möglichst unverformt bleibt und die Fahrzeuginsassen keine unzulässig hohe Beschleunigung erfahren. So beschreibt die EP 0 602 331 A1 ein Kraftfahrzeug mit bei Kollision deformierbaren Längsträgern, welche jeweils in einen energieverzehrenden ersten Trägerabschnitt und einen leicht deformierbaren, der Fahrgastzelle zugewandten zweiten Trägerabschnitt unterteilt sind, wodurch im Kollisionsfall die Fahrgastzelle kaum merklich verformt werden soll. Die DE 199 33 734 A1 beschreibt weiter einen Längsträger für eine Fahrzeugkarosserie, welcher über seine Längserstreckung Abschnitte unterschiedlichen Verformungswiderstandes aufweist. Besagter Längsträger kann dabei bei Beginn einer Verformung an seinem etwa durch Stoß belasteten vorderen Endbereich einen hohen Verformungswiderstand aufweisen, um Anstoßenergie im ausreichenden Maße zu absorbieren, wogegen der nachfolgende Bereich des Längsträgers einen geringeren Verformungswiderstand, beispielsweise durch Schwächung des Querschnitts, aufweisen kann, da weitere Karosseriebauteile oder sonstige Bauteile des Fahrzeugs zum erforderlichen Verformungswiderstand beitragen. Des Weiteren wird zur Erzielung von niedrigen Belastungswerten für Fahrzeuginsassen, insbesondere zur Reduzierung der bei einem Crashereignis entstehenden hohen Verzögerungswerte auf ein für die Fahrzeuginsassen unschädliches Maß mit der DE 103 20 815 B3 ein Kraftfahrzeug mit einer Hohlprofile umfassenden Rahmenkonstruktion vorgeschlagen, bei der innerhalb der Hohlprofile, insbesondere innerhalb von Längsträgern, Stellelemente vorgesehen sind, durch welche die Längssteifigkeit des Hohlprofils beeinflussbar ist. Die von den Stellelementen eingestellten Längssteifigkeiten sind auf ein von einer Recheneinheit ermitteltes Unfallszenario abgestimmt.
• Überdies ist aus der DE 199 34 666 A1 ein energieabsorbierender Längsträger als Verbundträger bekannt, der sich aus einem äußeren und einem inneren Träger zusammensetzt, wobei beide Träger über örtlich angeordnete, zwischengeschaltete, sich in Längsrichtung der Träger erstreckende polymere oder metallische Strukturschaumstreifen miteinander verbunden sind. Durch diese Maßnahme soll eine wesentlich höhere mittlere Faltenbeulkraft als die Summe der Einzelkomponenten erreichbar sein. Weiter ist aus der DE 10 2004 032 545 A1 ein Längsträger für ein Kraftfahrzeug bekannt, der durch seine Verformung das Fahrzeug in einer Hochgeschwindigkeitskollision optimal verzögern soll. Dazu ist vorgesehen, dass der Längsträger aus zwei getrennten, aber miteinander verriegelbaren Abschnitten besteht, wobei parallel zu den beiden Abschnitten ein Verformungselement installiert ist, das die Aufgaben einer klassischen Crashbox übernimmt, wodurch der Reparaturaufwand nach Kollision bei kleinen Geschwindigkeiten nicht zu groß wird, da lediglich das Verformungselement beschädigt wird und eines Austausches bedarf. In einer Hochgeschwindigkeitskollision soll allerdings die Verriegelung gesperrt werden, wodurch die beiden Abschnitte als einheitlicher Längsträger fungieren und durch Faltung respektive Stauchung Anstoßenergie absorbieren sollen. Ähnliche Lösungen hierzu sind auch mit der DE 102 57 262 A1 und mit der DE 200 13 385 U1 offenbart. Fernerhin ist aus der DE 10 2006 044 064 A1 eine Knautschzone für eine Karosserie eines Personenkraftwagens mit zwei Längsträgern einer unteren Längsträgerebene bekannt, welche ihrerseits unterhalb von zwei Hauptlängsträgern einer Hauptlängsträgerebene in Fahrzeuglängsrichtung verlaufen und nach hinten hin an tragenden Bauteilen der Karosserie mittels Crashstreben unterhalb der Fahrgastzelle abgestützt sind. Die besagten Längsträger der unteren Längsträgerebene weisen jeweils einen zur Fahrzeugmitte hin gebogenen mittleren Bereich auf, der seinerseits der Einstellung der Deformationssteifigkeit des Längsträgers dienen soll. Darüber hinaus verfügen die Längsträger über jeweils zugehörige Verlängerungsstücke nach vorne, welche ihrerseits schräg nach außen hin abstehen und dadurch ebenfalls der Einstellung der Deformationssteifigkeit der Längsträger dienen sollen. Schließlich ist aus der US 4 929 008 A eine Längsträgerstruktur bekannt, welche eine Mehrzahl stoßdämpfender Elemente aufweist. So weist besagte Längsträgerstruktur an ihrem vorderen Ende zunächst einen mittels Druckluft aufblasbaren Stoßfänger aus einem elastischen Material, wie Kunststoff, Gummi oder dgl., auf. Besagter Stoßfänger ist an einem ersten Längsträgerstrukturabschnitt befestigt, der seinerseits teleskopartig in einen zweiten Längsträgerstrukturabschnitt einschiebbar ist. Der erste Längsträgerstrukturabschnitt ist hierbei mittels Schraubbolzen in Längsnuten gehalten. Im Crashfall, insbesondere während eines Frontalcrashs, wirkt zunächst der Stoßfänger. Übersteigt die Anstoßkraft einen bestimmten Wert, wird der durch die in Längsnuten geführten Schraubbolzen bewirkte Reibschluss zwischen den beiden Längsträgerstrukturabschnitten überwunden und der erste Längsträgerstrukturabschnitt dringt axial in das Hohlprofil des zweiten Längsträgerstrukturabschnitts ein. Ist das Ende der Längsnuten erreicht und ist eine weiter erhöhte Anstoßkraft zu verzeichnen, ist gestattet, dass besagte Schraubbolzen unter Absorption von Anstoßenergie versagen respektive abscheren. Schlussendlich stößt der erste Längsträgerstrukturabschnitt auf ein Polster des zweiten Längsträgerstrukturabschnitts.
• Neben den vorstehend beschriebenen Maßnahmen ist es seit langem bekannt, Rückhaltesysteme mit sogenannten Automatikgurten vorzusehen, die ihrerseits den im Crashfall aufgrund von Massenkräften sich vorwärts bewegenden Fahrzeuginsassen zurückhalten sollen. Bekanntermaßen wirkt dabei eine Gurtauszugsperre mit Kraftbegrenzung, welche die Belastungswerte auf die Brust des Fahrzeuginsassen auf einen möglichst niedrigen Wert begrenzen soll. Ungeachtet dessen ist es bekannt, dass ein derartiger Automatikgurt keine optimale Lösung darstellt, da das auf einer Rückholspule aufgewickelte Gurtband den Fahrzeuginsassen volle Bewegungsfreiheit lässt, indem es im Normalfall auf demselben locker anliegt. Der Sicherheitsgurt arretiert erst bei plötzlicher Verzögerung des Fahrzeugs und kann erst dann seine Schutzwirkung ausüben. Entscheidend ist, dass der Sicherheitsgurt zu Beginn des Crashereignisses, insbesondere Frontalcrashs, so straff wie möglich am Körper des Fahrzeuginsassen anliegt und der Fahrzeuginsasse idealerweise keinen Zentimeter nach vorne schnellt. Dieser Idealfall ist jedoch mit herkömmlichen Automatikgurten nicht zu bewerkstelligen, so dass üblicherweise immer eine sogenannte „Gurtlose”, d. h., ein freies Spiel des Sicherheitsgurtes zwischen dem Anstoßereignis und der Ankopplung des Fahrzeuginsassen am Sicherheitsgurt des Rückhaltesystems zu berücksichtigen ist. Da besagte „Gurtlose”, resultierend aus dem Spiel der Gurtautomatik, der Kleidung des Fahrzeuginsassen u. a., mehrere Zentimeter betragen kann bis der Sicherheitsgurt arretiert ist, kann jeder Zentimeter den man gewinnt, lebensrettend sein.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Hinblick auf den Stand der Technik alternative Vorrichtung zur Verbesserung des Insassenschutzes in einem Fahrzeug zu schaffen, welche einfach und kostengünstig in der Herstellung und Funktion ist und eine für den betroffenen Fahrzeuginsassen möglichst schonende Absorption von Anstoßenergie im Falle eines Crashereignisses, insbesondere im Falle eine Frontalcrashs gestattet.
• Ausgehend von einer Vorrichtung zur Verbesserung des Insassenschutzes in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens zwei im Vorderwagen des Fahrzeugs gegenüberliegend angeordneten, im Falle eines Crashereignisses Anstoßenergie absorbierenden vorderen Längsträgerstrukturen, welche jeweils durch zumindest einen ersten und einen zweiten Längsträgerstrukturabschnitt gebildet sind, wobei erster und/oder zweiter Längsträgerstrukturabschnitt als Hohlprofile ausgebildet und der erste Längsträgerstrukturabschnitt infolge einer bestimmten auf die Längsträgerstruktur einwirkenden axialen Kraft „F”, insbesondere infolge einer bestimmten aus einem Frontalcrash resultierenden Anstoßkraft „F”, teleskopartig in den zweiten Längsträgerstrukturabschnitt axial einschiebbar oder auf denselben axial aufschiebbar ist, und wobei erster und zweiter Längsträgerstrukturabschnitt vermittels wenigstens eines Versagenselementes, welches bei Überschreiten der besagten auf die Längsträgerstruktur einwirkenden Anstoßkraft „F” energieverzehrend versagt, untereinander verbunden sind, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Versagenselement nach Art eines Zugstabes streifen- oder stabförmig ausgebildet ist und sich überwiegend in Längsrichtung der Längsträgerstruktur erstreckt.
• Eine derartige Anstoßenergie absorbierende Längsträgerstruktur ist mit äußerst geringem Aufwand und demgemäß kostengünstig herstellbar und gestattet im Falle eines Crashereignisses, insbesondere eines Frontalcrashes, eine wirkungsvolle Reduzierung der Belastung der betroffenen Fahrzeuginsassen.
• Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
• Danach kann dass das wenigstens eine Versagenselement sich im montierten Zustand der Längsträgerstrukturabschnitte innerhalb einer Beabstandung zwischen der inneren Mantelfläche des einen Längsträgerstrukturabschnitts und der äußeren Mantelfläche des anderen Längsträgerstrukturabschnitts erstrecken sowie einenends am ersten und anderenends am zweiten Längsträgerstrukturabschnitt befestigt sein. Durch diese Maßnahme ist vorteilhaft zusätzlicher Bauraum vermieden, zumindest jedoch auf ein Minimum reduziert. Wie die Erfindung weiter vorsieht, kann das wenigstens eine Versagenselement vorteilhaft eine Sollbruchstelle aufweisen, wodurch das Versagensereignis in Abhängigkeit von einer bestimmten Anstoßkraft „F” sowie vom gewählten Material und den gewählten Dimensionen des wenigstens einen Versagenselementes definiert einstellbar ist. Insoweit kann das wenigstens eine Versagenselement aus Metall, Kunststoff, einem Verbundwerkstoff oder jedweden anderen geeigneten Werkstoff bestehen. Weiter vorteilhaft können dem ersten und zweiten Längsträgerstrukturabschnitt eine Mehrzahl gleichmäßig über den Umfang derselben verteilt angeordneter Versagenselemente zugeordnet sein, wodurch die Einstellbarkeit des Versagensereignisses weiter verbessert ist und die axiale Führung des ersten Längsträgerstrukturabschnitts in oder auf dem zweiten Längsträgerstrukturabschnitt ausreichend garantiert ist, da die einwirkende Anstoßkraft „F” sich weitestgehend gleichmäßig auf alle Versagenselemente aufteilt. Um die Führung der Längsträgerstrukturabschnitte im Crashfall noch weiter zu verbessern, können ein oder mehrere Führungselemente, insbesondere Führungsbleche, vorgesehen sein, die Ihrerseits die Längsträgerstrukturabschnitte zueinander auf Abstand halten und eine Relativbewegung der Längsträgerstrukturabschnitte zueinander gestatten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können die Längsträgerstrukturabschnitte dabei als Hohlprofile, beispielsweise als Kastenprofile, mit zueinander komplementären Mantelflächen ausgebildet sein. Kastenprofile an sich sind einschlägig bekannt und einfach und kostengünstig herstellbar.
• Der Erfindung liegt des Weiteren die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Frontalcrash zu einem Zeitpunkt „t₀”, bei dem das Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, beispielsweise durch eine Barriere abgebremst wird, der Fahrzeuginsasse sich mit einem angelegten Sicherheitsgurt eines Rückhaltesystems nach vorne in einer „Gurtlose” ohne zu verzögern bewegt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt „t₁” wird der Fahrzeuginsasse an das Rückhaltesystem respektive dessen Sicherheitsgurt angekoppelt und verzögert, idealerweise gleichmäßig verzögert. Will man den Zeitraum vergrößern, bei dem der Fahrzeuginsasse an das Rückhaltesystem angekoppelt ist und verzögert wird, ist es erfindungsgemäß angezeigt, den Fahrzeuginsassen früher an das Rückhaltesystem anzukoppeln.
• Die Vorrichtung zur Verbesserung des Insassenschutzes in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, im Falle eines Frontalcrashes zu einem Zeitpunkt „t₀”, bei dem der Fahrzeuginsasse sich mit einem angelegten Sicherheitsgurt eines Rückhaltesystems zunächst nach vorne in einer „Gurtlose” ohne zu verzögern bewegt und herkömmlich zu einem bestimmten Zeitpunkt „t₁”, in welchem ein bestimmter Ansprechweg durch das Rückhaltesystem zurückgelegt ist, an dasselbe angekoppelt und dann verzögert wird, kann sich demnach weiter dadurch auszeichnen, dass das wenigstens eine Versagenselement derart ausgelegt ist, dass im besagten Crashfall und während des Zurücklegens des Ansprechweges des dem Fahrzeuginsassen zugeordneten Rückhaltesystems innerhalb besagter „Gurtlose” das Fahrzeug nunmehr zunächst derart stark verzögerbar ist, dass eine vorzeitige Ankopplung des Fahrzeuginsassen an das Rückhaltesystem zu einem Zeitpunkt „t_1-x” bewirkbar ist, und dass unmittelbar im Anschluss daran bei Überschreiten einer bestimmten auf die Längsträgerstruktur einwirkenden Anstoßkraft „F” das Kraftniveau derselben durch Versagen des wenigstens einen Versagenselementes und axiales Einschieben des ersten Längsträgerstrukturabschnitts in den zweiten Längsträgerstrukturabschnitt oder axiales Aufschieben des ersten Längsträgerstrukturabschnitts auf den zweiten Längsträgerstrukturabschnitt auf einen bestimmten geringeren Wert derart absenkbar ist, dass das Fahrzeug bis zum Erreichen der maximalen Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen im Verhältnis geringer verzögert wird, so dass bei geminderter Belastung insbesondere des Brustkorbes des Fahrzeuginsassen derselbe über einen längeren Zeitraum am Rückhaltesystem angekoppelt ist.
• Durch diese Maßnahme ist es besonders vorteilhaft gestattet, die Zeit des Fahrzeuginsassen, in der er am Rückhaltesystem respektive dessen Sicherheitsgurt angekoppelt ist und demgemäß verzögert wird, zu verlängern. Daraus resultiert wie bereits ausgeführt, dass geringere Belastungen auf den Brustkorb des Fahrzeuginsassen einwirken.
• Die Erfindung betrifft auch einen Versagensmechanismus mit einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art. Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem solchen Versagensmechanismus.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
• 1 äußerst schematisch eine Seitenansicht eines Vorderwagens eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer herkömmlichen vorderen Längsträgerstruktur (Stand der Technik),
• 2 die Längsträgerstruktur nach 1 in einer seitenverkehrten perspektivischen Darstellung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 3 die Längsträgerstruktur nach 1 in einer seitenverkehrten perspektivischen Darstellung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines separaten Montageteils (Versagensmechanismus) in einer Explosionsdarstellung,
• 4 die Vorrichtung nach 4 in einer Einzeldarstellung, und
• 5 beispielgebend ein vergleichendes Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm eines Fahrzeugs respektive eines in einem Rückhaltesystem des besagten Fahrzeugs gehaltenen Fahrzeuginsassen ohne und mit erfindungsgemäßer Vorrichtung.
• 1 zeigt zunächst den Vorderwagen der Fahrzeugkarosserie eines Kraftfahrzeugs nach dem Stand der Technik in einer Seitenansicht. Insoweit ist von besagter Fahrzeugkarosserie lediglich einer von zwei vorderen Längsträgerstrukturen 1 gezeigt, die ihrerseits in einer sogenannten unteren Crashebene angeordnet sind.
• Besagte vordere Längsträgerstruktur 1 ist durch ein langgestrecktes geschlossenes Hohlprofil, vorliegend durch ein an sich bekanntes und demgemäß nicht näher dargestelltes Kastenprofil gebildet, welches sich vom Frontend 2 des Fahrzeugs nach hinten erstreckt und weiter in eine sogenannte Kurbel 3 übergeht, die die Verbindung zu einem unterhalb eines nicht näher dargestellten Bodenbleches im Bereich der Fahrgastzelle 4 angeordneten und an demselben angeschlossenen Längsträgerabschnittes 5 darstellt. Im Bereich der Kurbel 3 ist die vordere Längsträgerstruktur 1 an eine nicht näher dargestellte Stirnwand sowie an eine A-Säule 6 angeschlossen. Ferner ist die besagte Längsträgerstruktur 1 mit einem an sich bekannten Radhaus 7 fest verbunden. Etwa mittig der Längsträgerstruktur 1 sind Aggregatlager 8 für ein an sich bekanntes und demgemäß hier nicht näher dargestelltes Antriebsaggregat vorgesehen. Des Weiteren ist im Bereich der Kurbel 3 ein an derselben festgelegter an sich bekannter Hilfsrahmen 9 angeordnet. Am vorderen Ende der Längsträgerstruktur 1 ist ein unmittelbar oder mittelbar über eine Schottplatte 10a an der Längsträgerstruktur 1 befestigtes Deformationselement 10 in Form einer sogenannten Crashbox vorgesehen, über welche die Verbindung zu einem an sich bekannten vorderen Stoßfängerquerträger 11 bewerkstelligt ist. Besagte Crashbox dient im Wesentlichen der Aufnahme bzw. Absorption geringer Anstoßkräfte bis etwa 15 km/h Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs.
• Oberhalb besagter Längsträgerstruktur 1 ist ein weiterer Längsträger 12 gezeigt, der seinerseits mit einem nicht näher dargestellten, in Fahrzeugquerrichtung gesehen gegenüberliegend angeordneten Längsträger 12 eine sogenannte obere Crashebene ausbildet und an die nachgeordnete Karosseriestruktur, insbesondere auch an deren A-Säule 6 angeschlossen ist.
• Gemäß den 2 bis 4 ist die vordere Längsträgerstruktur 1 durch einen ersten mit der Schottplatte 10a verbundenen Längsträgerstrukturabschnitt 1a und einen zweiten Längsträgerstrukturabschnitt 1b, welcher seinerseits mit der Kurbel 3 fest verbunden ist, gebildet.
• Beide Längsträgerstrukturabschnitte 1a, 1b sind als Hohlprofile mit zueinander komplementären Mantelflächen, vorliegend als Kastenprofile ausgebildet, wobei der erste Längsträgerstrukturabschnitt 1a in seiner normalen Montageanordnung vermittels eies bestimmten Teilabschnitts axial in das Hohlprofil des zweiten Längsträgerstrukturabschnitts 1b gesteckt ist.
• Diese Anordnung gestattet es ferner, dass der erste Längsträgerstrukturabschnitt 1a infolge einer bestimmten auf die Längsträgerstruktur 1 einwirkenden axialen Kraft „F” teleskopartig in den zweiten Längsträgerstrukturabschnitt 1b axial weiter einschiebbar ist. Demgegenüber kann es auch angezeigt sein und ist demgemäß durch die Erfindung mit erfasst, dass der erste Längsträgerstrukturabschnitt 1a infolge der axialen Kraft „F” teleskopartig auf den zweiten Längsträgerstrukturabschnitt 1b axial aufschiebbar ist (nicht näher dargestellt). Die in Rede stehende Kraft „F” resultiert dabei aus einem Crashereignis, insbesondere aus einem Frontacrash mit einem entsprechenden Hindernis, wie beispielsweise einem Fahrzeug oder einer Barriere.
• Wie den 2 bis 4 weiter zu entnehmen ist, sind erster und zweiter Längsträgerstrukturabschnitt 1a, 1b vermittels wenigstens eines Versagenselementes 13, vorliegend vermittels vier gleichmäßig über den Umfang der besagten Kastenprofile verteilt angeordneter Versagenselemente 13 untereinander verbunden.
• Die Versagenselemente 13 sind nach Art eines Zugstabes streifenförmig aus Stahlblech ausgebildet und erstrecken sich überwiegend in Längsrichtung der Längsträgerstruktur 1 innerhalb einer Beabstandung zwischen der inneren Mantelfläche des zweiten Längsträgerstrukturabschnitts 1b und der äußeren Mantelfläche des ersten Längsträgerstrukturabschnitts 1a. Sie sind dabei einenends am ersten und anderenends am zweiten Längsträgerstrukturabschnitt 1a, 1b festgelegt, vorzugsweise stoffschlüssig durch Schweißung oder Klebung.
• Dieses Ausführungsbeispiel stellt im Wesentlichen auf streifenförmige Versagenselemente 13 aus Stahlblech ab. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese konkrete Ausführungsform, sondern erfasst auch Versagenselemente 13, die stabförmig ausgebildet sind und/oder aus einem anderen geeigneten Werkstoff, wie einem Kunststoff, einem Verbundwerkstoff o. a. bestehen (nicht näher dargestellt).
• Zur definierten Einstellung des Versagensereignisses können die Versagenselemente 13 eine Sollbruchstelle 14, beispielsweise in Form einer Einschnürung oder Materialausdünnung, aufweisen (vgl. insbes. 4).
• Wie den 2 bis 4 weiter zu entnehmen ist, sind die Längsträgerstrukturabschnitte 1a, 1b, eine Relativverschiebung zueinander gewährleistend, vermittels Führungselementen 15 auf Abstand gehalten. Beispielgebend sind die Führungselemente 15 vorliegend durch Führungsbleche gebildet, welche an einem der Längsträgerstrukturabschnitte 1a, 1b beispielsweise stoffschlüssig festgelegt sind. Sicherlich ist es auch denkbar und somit durch die Erfindung ebenfalls mit erfasst, besagte Führungselemente 15 lose zwischen den Längsträgerstrukturabschnitten 1a, 1b anzuordnen und/oder statt Metallblech andere geeignete Materialien, wie Kunststoff in Anwendung zu bringen (nicht näher dargestellt).
• Die teleskopartig ineinander schiebbaren Längsträgerstrukturabschnitte 1a, 1b bilden in Kombination mit den Versagenselementen 13 einen sogenannten Versagensmechanismus aus, der abgesehen von den Versagenselementen 13 und den Führungselementen 15 an sich einstückig durch die Längsträgerstrukturabschnitte 1a, 1b gebildet ist (2).
• Demgegenüber kann es auch von Vorteil sein, den Versagensmechanismus sozusagen als separates vormontiertes Einbauteil auszubilden und denselben in eine quergeteilte Längsträgerstruktur 1 zu integrieren, indem Anschlussstücke 1a', 1b' des Versagensmechanismus mit den dazu korrespondierenden Längsträgerstrukturabschnitten 1a, 1b beispielsweise durch Schweißung und/oder auch vermittels mechanischer Befestigungselemente fest verbunden werden, wodurch auch ein nachträglicher Einbau des Versagensmechanismus in herkömmliche Längsträgerstrukturen gestattet ist (vgl. 3).
• Wie bereits einleitend ausgeführt, geht die Erfindung von einem herkömmlichen Zustand aus, bei dem im Falle eines Frontalcrashs, beispielsweise während eines Crashversuches durch Auffahren auf eine Barriere, zu einem Zeitpunkt „t₀” der Fahrzeuginsasse (Dummy) sich mit einem angelegten Sicherheitsgurt eines an sich bekannten Rückhaltesystems zunächst nach vorne in einer „Gurtlose” ohne zu verzögern bewegt und zu einem bestimmten Zeitpunkt „t₁”, in welchem ein bestimmter Ansprechweg durch das Rückhaltesystem zurückgelegt wird, an dasselbe angekoppelt und dann verzögert, idealerweise gleichmäßig verzögert wird, bis das Fahrzeug zu einem Zeitpunkt „t₂” zum Stillstand gekommen ist.
• Die herkömmliche Bewegung des Fahrzeuginsassen bzw. Dummys ist in dem Diagramm gemäß 5 durch eine fett-gestrichelte Linienführung dargestellt. Der dazu gehörige Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit, welcher eine relativ gleichmäßige Verzögerung des Fahrzeugs zeigt, ist durch eine dünn-gestrichelte Linienführung dargestellt.
• Danach trifft beispielgebend das Fahrzeug zum Zeitpunkt „t₀” mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit von etwa 15 m/s auf eine Barriere auf. Nach etwa 40 ms („t₁”) ist die „Gurtlose” überwunden und der Fahrzeuginsasse an das Rückhaltesystem bzw. dessen Sicherheitsgurt angekoppelt. Im Anschluss daran wird das Fahrzeug respektive der Fahrzeuginsasse idealerweise gleichmäßig verzögert, wobei vorliegend nach etwa 110 ms („t₂”) die Verzögerung des Fahrzeugs/Fahrzeuginsassen bis zum Stillstand abgeschlossen ist.
• Um nunmehr den Zeitraum zu vergrößern, bei dem der Fahrzeuginsasse an das Rückhaltesystem angekoppelt und idealerweise gleichmäßig verzögert wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Fahrzeuginsassen früher an das Rückhaltesystem anzukoppeln. Hierfür finden die oben näher beschriebenen vorderen Längsträgerstrukturen 1 mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Versagensmechanismus Verwendung.
• Im Wesentlichen ist vorgesehen, dass die Versagenselemente 13 des besagten Versagensmechanismus derart ausgelegt sind, dass im Crashfall und während des Zurücklegens des Ansprechweges des dem Fahrzeuginsassen zugeordneten Rückhaltesystems, vorliegend des Sicherheitsgurtes desselben, innerhalb besagter „Gurtlose” das Fahrzeug zunächst derart stark verzögert wird, dass eine vorzeitige Ankopplung des Fahrzeuginsassen an das Rückhaltesystem respektive dessen Sicherheitsgurt zu einem Zeitpunkt „t₁” bewirkt wird. Der dazu gehörige Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit ist in 5 mittels einer dünn-durchgehenden Linienführung dargestellt. Die Bewegung des Fahrzeuginsassen bzw. Dummys ist demgegenüber durch eine fett-durchgehende Linienführung gekennzeichnet. Danach ist der Fahrzeuginsasse bereits nach etwa 30 ms („t_1-x”) an an das Rückhaltesystem angeschlossen.
• Unmittelbar im Anschluss daran, d. h., wenn die Ankopplung des Fahrzeuginsassen an das Rückhaltesystem bewirkt ist und eine bestimmte auf die Längsträgerstruktur 1 einwirkende Anstoßkraft „F” überschritten ist, versagen die Versagenselemente 13 durch plastische Verformung und/oder Riss derselben. Hierdurch wird das Kraftniveau der Längsträgerstruktur 1 auf einen bestimmten geringeren Wert derart abgesenkt, dass das Fahrzeug bis zum Erreichen der maximalen Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen im Verhältnis geringer verzögert wird, indem der erste Längsträgerstrukturabschnitt 1a in den zweiten Längsträgerstrukturabschnitt 1b eindringt.
• Durch diese Maßnahmen, nämlich die Erzeugung einer degressiven Fahrzeuggeschwindigkeit respektive Fahrzeugverzögerung, einhergehend mit einem im Hinblick auf den Stand der Technik vorzeitigen Ankoppeln des Fahrzeuginsassen an das Rückhaltesystem, ist der Fahrzeuginsasse nunmehr über einen längeren Zeitraum an das Rückhaltesystem angekoppelt, woraus eine geminderte Belastung insbesondere des Brustkorbes des Fahrzeuginsassen durch den Sicherheitsgurt resultiert, vorliegend ersichtlich aus der geringeren Steigung der fett-durchgehenden Linienführung im Verhältnis zur fett-gestrichelten Linienführung, welche jeweils die Bewegung des Fahrzeuginsassen bzw. Dummys während des besagten Frontalcrashs mit bzw. ohne erfindungsgemäßer Vorrichtung darstellen (vgl. 5).
• Was das selbsttätige Versagen der Versagenselemente 13 bei Übersteigen einer bestimmten Grenzbeanspruchung anbelangt, können die Auslegungsdaten derselben sowohl rechnerisch als auch empirisch im Rahmen von Versuchen ermittelt sein.
• Unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren wird nachfolgend die Erfindung nochmals in ihrer Funktion näher beschrieben. Gesetzt den Fall, es ist bei einer Geschwindigkeit von 15 m/s zu einem Zeitpunkt „t₀” ein Frontalcrash respektive ein Zusammenstoß mit einer Barriere zu verzeichnen, so wird zunächst das Crashelement 10 (Crashbox) unter Absorption von Anstoßenergie auf Block komprimiert. Die noch vorhandenen Kräfte werden in die nachgeordnete Längsträgerstruktur 1 mit dem erfindungsgemäßen Versagensmechanismus eingeleitet.
• Während dieser Zeit wird der Fahrzeuginsasse zunächst derart stark verzögert, dass zu einem Zeitpunkt „t_1-x” eine vorzeitige Ankopplung des Fahrzeuginsassen an das demselben zugeordnete Rückhaltesystem innerhalb der oben bereits beschriebenen „Gurtlose” bewirkt wird. In umfangreichen Versuchen hat sich unter den in 5 angegebenen Randbedingungen eine Zeitspanne bis zur Ankopplung des Fahrzeuginsassen an das Rückhaltesystem von etwa 30 ms ergeben. Das sind vorteilhaft etwa 10 ms weniger als nach herkömmlicher Ausgestaltung des Vorderwagens des geprüften Fahrzeugs.
• Unmittelbar im Anschluss daran, d. h., nach besagten 30 ms, wird das Kraftniveau der Längsträgerstruktur 1 definiert abgesenkt indem die Versagenselemente 13 versagen, so dass das Fahrzeug bis zum Erreichen der maximalen Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen im Verhältnis geringer verzögert wird.
• Ist der erste Längsträgerstrukturabschnitt 1a vollständig in den zweiten Längsträgerstrukturabschnitt 1b eingedrungen und beispielsweise die Schottplatte 10a trifft auf die benachbarte Stirnfläche des zweiten Längsträgerstrukturabschnitts 1b auf oder es ist eine vorbestimmte Eindringtiefe des Längsträgerstrukturabschnitts 1a erreicht, welche beispielsweise vermittels eines hier nicht näher dargestellten Stopperelementes oder vermittels entsprechend ausgebildeter Stopperkonturen der Längsträgerabschnitte 1a, 1b zueinander bestimmt ist, wirken in herkömmlicher Weise die dem zweiten Längsträgerstrukturabschnitt 1b nachgeordneten Längsträgerstrukturabschnitte der Längsträgerstruktur 1 Anstoßenergie bzw. Anstoßkraft „F” absorbierend.
• Bezugszeichenliste

1

Längsträgerstruktur (Stand der Technik)

1a

erster Längsträgerstrukturabschnitt

1b

zweiter Längsträgerstrukturabschnitt

1a'

Anschlussstück

1b'

Anschlussstück

2

Frontend

3

Kurbel

4

Fahrgastzelle

5

Längsträgerabschnitt

6

A-Säule

7

Radhaus

8

Aggregatlager

9

Hilfsrahmen

10

Deformationselement

10a

Schottplatte

11

Stoßfängerquerträger

12

Längsträger

13

Versagenselement

14

Sollbruchstelle

15

Führungselement

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 0602331 A1 [0002]
• DE 19933734 A1 [0002]
• DE 10320815 B3 [0002]
• DE 19934666 A1 [0003]
• DE 102004032545 A1 [0003]
• DE 10257262 A1 [0003]
• DE 20013385 U1 [0003]
• DE 102006044064 A1 [0003]
• US 4929008 A [0003]

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Verbesserung des Insassenschutzes in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens zwei im Vorderwagen des Fahrzeugs gegenüberliegend angeordneten, im Falle eines Crashereignisses Anstoßenergie absorbierenden vorderen Längsträgerstrukturen (1), welche jeweils durch zumindest einen ersten und einen zweiten Längsträgerstrukturabschnitt (15, 1b) gebildet sind, wobei erster und/oder zweiter Längsträgerstrukturabschnitt (1a, 1b) als Hohlprofile ausgebildet und der erste Längsträgerstrukturabschnitt (1a) infolge einer bestimmten auf die Längsträgerstruktur (1) einwirkenden axialen Kraft „F”, insbesondere infolge einer bestimmten aus einem Frontalcrash resultierenden Anstoßkraft „F”, teleskopartig in den zweiten Längsträgerstrukturabschnitt (1b) axial einschiebbar oder auf denselben axial aufschiebbar ist, und wobei erster und zweiter Längsträgerstrukturabschnitt (1a, 1b) vermittels wenigstens eines Versagenselementes (13), welches bei Überschreiten der besagten auf die Längsträgerstruktur (1) einwirkenden Anstoßkraft „F” energieverzehrend versagt, untereinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Versagenselement (13) nach Art eines Zugstabes streifen- oder stabförmig ausgebildet ist und sich überwiegend in Längsrichtung der Längsträgerstruktur (1) erstreckt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Versagenselement (13) sich im montierten Zustand der Längsträgerstrukturabschnitte (1a, 1b) innerhalb einer Beabstandung zwischen der inneren Mantelfläche des einen Längsträgerstrukturabschnitts (1b) und der äußeren Mantelfläche des anderen Längsträgerstrukturabschnitts (1a) erstreckt sowie einenends am ersten und anderenends am zweiten Längsträgerstrukturabschnitt (1a, 1b) befestigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Versagenselement (13) eine Sollbruchstelle (14) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Versagenselement (13) aus Metall, Kunststoff, einem Verbundwerkstoff oder jedweden anderen geeigneten Werkstoff besteht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten und zweiten Längsträgerstrukturabschnitt (1a, 1b) eine Mehrzahl gleichmäßig über den Umfang derselben verteilt angeordneter Versagenselemente (13) zugeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträgerstrukturabschnitte (1a, 1b), eine Relativverschiebung zueinander gestattend, vermittels eines oder mehrerer Führungselemente (14), insbesondere Führungsbleche, auf Abstand gehalten sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträgerstrukturabschnitte (1a, 1b) als Hohlprofile mit zueinander komplementären Mantelflächen ausgebildet sind.
8. Vorrichtung zur Verbesserung des Insassenschutzes in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, im Falle eines Frontalcrashes zu einem Zeitpunkt „t₀”, bei dem der Fahrzeuginsasse sich mit einem angelegten Sicherheitsgurt eines Rückhaltesystems zunächst nach vorne in einer „Gurtlose” ohne zu verzögern bewegt und zu einem bestimmten Zeitpunkt „t₁”, in welchem ein bestimmter Ansprechweg durch das Rückhaltesystem zurückgelegt ist, an dasselbe angekoppelt und dann verzögert wird, nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Versagenselement (13) derart ausgelegt ist, dass im besagten Crashfall und während des Zurücklegens des Ansprechweges des dem Fahrzeuginsassen zugeordneten Rückhaltesystems innerhalb besagter „Gurtlose” das Fahrzeug zunächst derart stark verzögerbar ist, dass eine vorzeitige Ankopplung des Fahrzeuginsassen an das Rückhaltesystem zu einem Zeitpunkt „t_1-x” bewirkbar ist, und dass unmittelbar im Anschluss daran bei Überschreiten einer bestimmten auf die Längsträgerstruktur (1) einwirkenden Anstoßkraft „F” das Kraftniveau derselben durch Versagen des wenigstens einen Versagenselementes (13) und axiales Einschieben des ersten Längsträgerstrukturabschnitts (1a) in den zweiten Längsträgerstrukturabschnitt (1b) oder axiales Aufschieben des ersten Längsträgerstrukturabschnitts (1a) auf den zweiten Längsträgerstrukturabschnitt (1b) auf einen bestimmten geringeren Wert derart absenkbar ist, dass das Fahrzeug bis zum Erreichen der maximalen Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen im Verhältnis geringer verzögert wird, so dass bei geminderter Belastung insbesondere des Brustkorbes des Fahrzeuginsassen derselbe über einen längeren Zeitraum am Rückhaltesystem angekoppelt ist.
9. Versagensmechanismus mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Versagensmechanismus nach Anspruch 9.

Images