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Die Erfindung betrifft eine Energieaufnahmestruktur für ein Fahrzeug. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit mindestens einer solchen Energieaufnahmestruktur.
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Üblicherweise verwenden Kraftfahrzeuge in Energie absorbierenden oder aufnehmenden Frontaufprallstrukturen einen quer zu einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs angeordneten Stoßfänger bzw. einen Querträger davon, welcher über zwei Energie aufnehmende Deformationselemente aus Metall an zugehörigen Motorlängsträgern aus Metall befestigt ist. Die Motorlängsträger sind in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs („longitudinal”) angeordnet. Bei einem zentralen Aufprall auf ein ausgedehntes Hindernis wird der Stoßfänger bzw. dessen Querträger auf die Deformationselemente gedrückt, welche sich dadurch unter Energieaufnahme plastisch deformieren. Ist die Aufprallenergie hoch genug, z. B. bei einem Hochgeschwindigkeitsaufprall, werden nach den Deformationselementen auch die Motorlängsträger unter Energieaufnahme deformiert.
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Bei einem zentralen Aufprall auf ein schmales, senkrecht stehendes Objekt wie einen Pfahl (z. B. einen Laternenmast oder eine Stange eines Verkehrsschilds) wird der Stoßfänger bzw. dessen Querträger unter plastischer Verformung zentral eingedrückt und biegt sich dabei um den Pfahl, welcher in den Motorraum eindringt. Die Duktilität der metallischen Deformationselemente und Motorlängsträger bewirkt, dass sie von dem sich deformierenden Stoßfänger nach innen aufeinander zu gebogen werden, wodurch ebenfalls Energie aufgenommen wird. Aufgrund der Duktilität bzw. plastischen Verformbarkeit kann die Fähigkeit der Frontaufprallstruktur zur Energieaufnahme in der Regel für eine lange Deformationsstrecke aufrechterhalten werden.
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Die 1 bis 3 zeigen in einer Ansicht von schräg oben drei verschiedene Stadien eines zentralen Aufpralls eines Personenkraftfahrzeugs Z mit einer ersten Frontaufprallstruktur F1 auf einen senkrecht stehenden Pfahl P. Zur Betrachtung des Aufprallfalls ist es unerheblich ist, ob der Pfahl P oder die erste Frontaufprallstruktur F2 stationär sind; in den gezeigten Figuren bewegt sich rein beispielhaft der Pfahl P auf den Querträger Q zu, wie durch den Pfeil A angedeutet.
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Wie in 1 vor einem Aufprall gezeigt, weist die erste Frontaufprallstruktur F1 sich in einer Längsrichtung L des Personenkraftfahrzeugs Z erstreckende metallischen Deformationselementen D und Motorlängsträgern M, z. B. aus Stahl oder Aluminium. Die Deformationselemente D können auch als „Crashbox” oder „Defobox” bezeichnet werden.
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Die Deformationselemente D und die Motorlängsträger M sind als längliche, insbesondere profilartige, Elemente ausgebildet, welche bezüglich der Längsrichtung L hintereinander angeordnet sind. Hier sind die Deformationselemente D mit ihrer Rückseite an einer Endfläche eines jeweiligen Motorlängsträgers M befestigt, z. B. über eine Flanschverbindung. Die Motorlängsträger M können an einem, hier nur ausschnittsweise gezeigten, Karosserieträger K (z. B. eine sog. „Firewall”) vorderseitig befestigt sein oder davon herausstehen.
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Die erste Frontaufprallstruktur F1 weist ferner einen zu der Längsrichtung L querliegenden metallischen Querträger Q auf, welcher an seiner Rückseite an den zwei bezüglich der Querrichtung beabstandeten („querbeabstandeten”) Deformationselementen D angebracht ist.
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2 zeigt, dass der Pfahl P sich bei einem zentralen Aufprall in einem zentralen Bereich 9 zwischen den beiden Deformationselementen D in den Querträger Q einschiebt und diesen dabei nach hinten (in Richtung eines Motorraums R) unter plastischer Verformung eindrückt. Dadurch wird der Querträger Q in Querrichtung zwischen den Deformationselementen D verkürzt, so dass er eine nach innen bzw. aufeinander gerichtete Zugkraft auf die vorderen Enden der Deformationselemente D ausübt. Dadurch biegen sich die Deformationselemente D plastisch nach innen. Die Motorlängsträger M sind bei dem gezeigten geringen Aufprallweg noch nicht oder nur geringfügig gebogen.
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3 zeigt den weiteren Verlauf des Aufpralls, bei dem sich der Querträger Q weiter plastisch verformt, so dass er sich um den Pfahl P biegt. Die damit einhergehende noch stärkere Verkürzung in Quererstreckung bewirkt, dass sich nun auch die Motorlängsträger M nach innen in Richtung der Längsachse L verbiegen.
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Es ist nachteilig, dass metallische Strukturen in der Regel ein hohes Gewicht besitzen, so dass versucht wird, sie durch leichtere Materialien zu ersetzen, z. B. durch Faserverbundwerkstoffe. Faserverbundwerkstoffe weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie eine nur geringe bis vernachlässigbare Fähigkeit zur plastischen Verformung aufweisen. Folglich können bei einem zentralen Aufprall auf einen Pfahl P Deformationselemente D und/oder Motorlängsträger M aus Faserverbundwerkstoff bei ihrer Biegung nach innen brechen, wie in 4 für einen Motorlängsträger M aus Faserverbundwerkstoff einer zweiten Frontaufprallstruktur F2 gezeigt. Eine zweite Frontaufprallstruktur F2 mag nach einem solchen Bruch nicht mehr oder nicht mehr signifikant zur Energieaufnahme beitragen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Energieaufnahmestruktur für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche leichtgewichtig ist und auf bei einem zentralen Aufprall auf ein schmales, senkrecht stehendes Objekt eine ausreichend hohe Energieaufnahme zeigt.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Energieaufnahmestruktur für ein Fahrzeug, aufweisend ein Querelement, welches von mindestens zwei querbeabstandeten Längselementen aus Faserverbundmaterial gehalten wird, wobei das Querelement bei Lastaufbringung auf einen Bereich zwischen den Längselementen (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als „zentraler Bereich” bezeichnet) zwischen früher bricht als ein Längselement und sich mindestens ein Energieaufnahmeelement zwischen den querbeabstandeten Längselementen befindet.
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Für den Fall eines Aufpralls auf ein schmales Objekt (z. B. auf einen vertikal aufgestellten Pfahl), welches eine geringere Breite als den Abstand zwischen den Längselementen aufweist, kann das Querelement bis zu seinem Bruch und durch seinen Bruch Energie aufnehmen. Das Querelement bricht dort, bevor ein Längselement bricht. Folglich bleiben die Längselemente funktional wirksam. So können sie z. B. bei einem möglicherweise folgenden Aufprall auf ein breites Hindernis noch Energie aufnehmen. Bei einer genügend hohen Aufprallenergie kann sich das schmale Objekt nach dem Durchbruch durch das Querelement zwischen den Längselementen weiterbewegen, ohne dass diese zerstört werden. Das mindestens eine Energieaufnahmeelement befindet sich aufgrund seiner Position zwischen den Längselementen dann in einem Pfad des schmalen Objekts. Das schmale Objekt trifft also bei einer genügend hohen Aufprallenergie nach dem Durchbruch auf das Energieaufnahmeelement und zerstört und/oder verformt es unter Energieabbau. So wird gewährleistet, dass das schmale Objekt auch nach einem Durchbruch durch den Querträger abgebremst wird.
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Für den Fall eines Aufpralls auf ein seitlich ausgedehntes Objekt (z. B. auf eine Mauer), welches die gleiche oder eine größere Breite als den Abstand zwischen den Längselementen aufweist, wird das seitlich ausgedehnte Objekt den Querträger auf die Längsträger drücken und die Längsträger dabei unter Energieaufnahme zerstören. Eine solche Zerstörung mag insbesondere unter Bildung einer querträgerseitigen, entlang einer Längsrichtung des Längselements laufenden „Crushfront” mit z. B. den Versagensmechanismen „Crushing” und „Fronding” des Faserverbundwerkstoffs auftreten. Diese Zerstörungsmechanismen sind grundsätzlich gut bekannt und brauchen hier nicht weiter ausgeführt zu werden.
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Darüber hinaus kann das Energieaufnahmeelement als Versteifung gegen eine Biegung der Längselemente bei einem Schrägaufprall dienen, was deren Fähigkeit zur Energieaufnahme auch unter schrägen Belastungen oder Querbelastungen verbessert.
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Eine solche Energieaufnahmestruktur kann erheblich leichter ausgestaltet werden als eine rein aus Metall aufgebaute Energieaufnahmestruktur.
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Die Längselemente sind insbesondere Elemente, welche zumindest ungefähr entlang einer – zunächst beliebigen – Längsrichtung ausgerichtet sind, und zwar senkrecht oder quer zu der Längsrichtung beabstandet („querbeabstandet”). Die Längsrichtung mag insbesondere der Längsrichtung des Fahrzeugs entsprechen. Ein Querelement mag grundsätzlich jedes Element sein, welches durch die Längselemente verbunden ist, insbesondere gehalten wird. Das Querelement weist folglich auch eine Ausrichtung in einer Querrichtung von einem Längselement zu einem anderen Längselement auf. Dass die mindestens zwei Längselemente „querbeabstandet” sind, kann also auch bedeuten, dass sie entlang einer Erstreckung des Querelements in Querrichtung beabstandet angeordnet sind.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Längselemente und das Querelement (bzw. deren Längsachsen) zumindest im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen, insbesondere in einer horizontalen Ebene liegen.
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Die Energieaufnahmestruktur mag auch als Aufprallstruktur oder Crashstruktur bezeichnet werden. Die Energieaufnahmestruktur mag insbesondere an einer Vorderseite oder einer Rückseite des Fahrzeugs angeordnet sein. Die Energieaufnahmestruktur mag insbesondere Teileiner Stoßfängeranordnung sein.
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Das Fahrzeug mag insbesondere ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug, sein.
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Das Querelement mag beispielsweise ein Stoßfänger oder ein Querträger eines Stoßfängers sein. Das Längselement mag insbesondere ein Längsträger sein, beispielsweise ein Motorlängsträger. Das Querelement und die Längselemente sind insbesondere längliche Elemente, insbesondere profilartige Elemente, insbesondere hohlprofilartige Elemente. Es ist eine zur Vermeidung von Biegespannungen bevorzugte Weiterbildung, dass die Längselemente geradlinig längliche Elemente sind. Das Querelement mag beispielsweise geradlinig oder leicht gekrümmt sein. Insbesondere mag das Querelement an einer Rückseite mit den Längselementen verbunden sein und sich zur gegenüberliegenden Vorderseite hin krümmen.
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Ein Faserverbundmaterial mag insbesondere ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. So mögen auch Aramidfasern verwendet werden. Das Faserverbundmaterial unterschiedlicher Elemente mag gleich oder unterschiedlich sein.
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Das Querelement mag von den mindestens zwei querbeabstandeten Längselementen direkt oder über Zwischenelemente gehalten werden.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass das Energieaufnahmeelement mindestens ein an den Längselementen angebrachter, spröder Körper ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass Energie durch das Energieaufnahmeelement ohne Ausübung signifikanter Querkräfte auf die Längselemente aufnehmbar oder abbaubar ist. In anderen Worten wird die Energie durch Sprödbruch abgebaut, z. B. an einem Kontakt zu dem in das Energieaufnahmeelement eindringende Objekt oder Querelement, wobei der Sprödbruch gleichzeitig eine Kraftausbreitung auf die Längsträger verhindert. Zudem kann so eine Biegung der Längsträger bei einem schrägen Aufprall verringert werden. Der spröde Körper mag insbesondere aus Faserverbundmaterial bestehen, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Jedoch kann anstelle eines spröden Körpers z. B. auch mindestens ein zwischen den Längsträgern angebrachtes, permanent dehnbares Auffangseil gespannt sein.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Energieaufnahmestruktur mindestens eine außermittig zwischen den Längselementen angeordnete Bruchauslösungseinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, eine gezielte Schädigung des Energieaufnahmeelements insbesondere bei einer Bewegung des Querelements auf die Bruchauslösungseinrichtung hin auszulösen. Falls ein schmales Objekt auf das Querelement zwischen den Längselementen und neben der mindestens einen Bruchauslösungseinrichtung auftrifft, wird das Energieaufnahmeelement – wie bereits oben für den Fall ohne Bruchauslösungseinrichtung beschrieben – unter Energieaufnahme zerstört. Falls jedoch ein seitlich ausgedehntes Objekt auf den Querträger trifft, wird dieses Objekt sich selbst oder den Querträger auf die Bruchauslösungseinrichtung bewegen bzw. drücken oder prallt auf diese. Die daraufhin erzeugte gezielte (Vor-)Schädigung des Energieaufnahmeelements verhindert eine signifikante Energieaufnahme durch das Energieaufnahmeelement. Dies ergibt den Vorteil, dass bei einem Aufprall auf ein seitlich ausgedehntes Objekt, z. B. eine Wand oder ein anderes Fahrzeug, Aufprallenergie zumindest im Wesentlichen nur über die Längsträger abgebaut wird und nicht über das Energieaufnahmeelement. Dies wiederum verhindert eine Kraftübertragung an den Längsträgern vorbei auf die Karosserie, insbesondere auf eine Fahrgastzelle.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die mindestens eine Bruchauslösungseinrichtung mindestens einen mit dem Energieaufnahmeelement verbundenen Körper (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als „Aufschlagkörper” bezeichnet) aufweist, welcher in Richtung des Querelements über einen Rand des Energieaufnahmeelements vorsteht. Falls das Querelement oder das Objekt auf den Aufschlagkörper treffen, drückt sich dieser in das Energieaufnahmeelement und erzeugt dort mindestens einen Riss, insbesondere randseitig beginnenden Riss. Der Aufschlagkörper mag dann auch als „Risserzeugungskörper” bezeichnet werden.
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Der Aufschlagkörper mag zur effektiven Rissbildung eine Kante, insbesondere scharfe Kante, oder Bug aufweisen, welche(r) auf das Energieaufnahmeelement bzw. dessen anderen, insbesondere plattenförmigen, Teil gerichtet ist.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der Aufschlagkörper einstückig in das Energieaufnahmeelement integriert ist. Alternativ mag der Aufschlagkörper zuvor separat hergestellt und dann an dem Energieaufnahmeelement befestigt worden sein.
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Die Bruchauslösungseinrichtung mag aber auch anders ausgebildet sein. So mag sie beispielsweise eine Sprengladung aufweisen, welche bei einem Auftreffen des Querelements oder des Objekts ausgelöst wird und das Energieaufnahmeelement zur Rissbildung schädigt.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass der mindestens eine Körper mindestens zwei voneinander querbeabstandet angeordnete Aufschlagkörper oder andere Bruchauslösungseinrichtungen aufweist. So kann das Energieaufnahmeelement bei einem zentralen Aufprall eines seitlich ausgedehnten Objekts symmetrisch geschädigt werden. Ein Abstand der Aufschlagkörper in Querrichtung mag insbesondere so groß sein, dass ein schmales Objekt dazwischen passt, um dessen Energie aufnehmen zu können. Es wird dazu bevorzugt, dass die querbeabstandet angeordneten Aufschlagkörper nahe der Längsträger angeordnet sind, um einen möglichst großen Abstand zueinander zu bewirken.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass das Energieaufnahmeelement sich zwischen den Aufschlagkörpern (oder anderen Bruchauslösungseinrichtungen) in Richtung des Querträgers vor die Aufschlagkörper erstreckt. Dadurch kann bei einem zentralen Aufprall eines schmalen Objekts dessen Aufprallenergie frühzeitig durch Zerstörung des Energieaufnahmeelements abgebaut oder aufgenommen werden.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass das Energieaufnahmeelement eine sich zwischen den Längselementen erstreckende Platte ist. Ein solches Energieaufnahmeelement ist besonders einfach herstellbar, leicht und ermöglicht einen langen Weg eines schmalen Objekts hindurch mit entsprechend hoher, gleichbleibender Energieaufnahme. Zudem lassen sich so die Brucheigenschaften des Energieaufnahmeelements einfach einstellen.
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Es ist insbesondere eine Ausgestaltung, dass die Aufschlagkörper so an dem plattenförmigen Energieaufnahmeelement angeordnet sind, dass die bei einem Aufschlag des Querelements parallel zu den Längselementen verlaufende Längsrisse in dem Energieaufnahmeelement erzeugen. Dies lässt sich bei einem plattenförmigen Energieaufnahmeelement besonders einfach erreichen und vereinfacht eine Zerstörung des Energieaufnahmeelements bei einem Aufprall auf ein seitlich ausgedehntes Objekt, um eine Kraftübertragung über das Energieaufnahmeelement zu verhindern.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass der zwischen den Längsrissen befindliche Teil des plattenförmigen Energieaufnahmeelements so ausgestaltet und angeordnet ist, dass er sich bei einer Kraftaufbringung umbiegt, insbesondere nach oben oder nach unten. Dies verringert eine Möglichkeit einer Behinderung des sich fortbewegenden seitlich ausgedehnten Objekts.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Energieaufnahmeelement integral mit den Längselementen ausgebildet ist, insbesondere einstückig. Dies ermöglicht eine stärkere Anbindung und mag, zumindest bei einem einfach geformten Energieaufnahmeelement, eine einfachere Herstellung ermöglichen.
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Es ist eine alternative Ausgestaltung, dass mindestens ein separat hergestelltes Energieaufnahmeelement an den Längselementen befestigt ist. So mag, zumindest bei einem komplex geformten Energieaufnahmeelement, eine einfachere Herstellung erreicht werden.
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Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass zwischen den mindestens zwei querbeabstandeten Längselementen und dem Querelement mindestens ein Deformationselement angeordnet ist. So kann eine Schädigung oder Zerstörung zumindest der Längselemente bei einem Aufprall mit geringer Energie („Low Energy Impact”) verhindert werden. Das Deformationselement mag z. B. als LSEA („Low Speed Energy Absorber”), „Defobox” oder „Crashbox” ausgebildet sein. Das Längselement mag dann z. B. als HSEA („High Speed Energy Absorber”) ausgebildet oder bezeichnet werden.
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Das Deformationselement mag insbesondere aus Faserverbundwerkstoff bestehen.
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Das Deformationselement mag insbesondere ein längliches Element sein, insbesondere ein profilartig geformtes Element, insbesondere ein hohlprofilartig geformtes Element. Das Deformationselement mag insbesondere eine zu dem Längsträger passende oder ähnliche Querschnittsform aufweisen.
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Zur Sicherstellung, dass das Querelement bei Lastaufbringung auf einen zentralen Bereich zwischen den Längselementen früher bricht als ein Längselement, mag es eine Weiterbildung sein, dass das Querelement eine Sollbruchstelle aufweist, z. B. eine sich vertikal erstreckende Längsnut.
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Jedoch mag es häufig ausreichend sein, dass das Querelement zumindest in seinem zentralen Bereich aus sprödem Material besteht. Denn dann wird eine mittige Beanspruchung des Querelements in der Regel dessen Durchbrechen bewirken, bevor es in Querrichtung so weit verkürzt ist, dass es eine zum Bruch ausreichende Biegung in dem Längsträger oder in dem Deformationselement bewirkt. Das Querelement kann sich also dort nicht wesentlich plastisch verformen und dennoch Aufprälle mit geringen Energien (Parkremplern o. ä.) überstehen. Zudem wird auch hier eine Gewichtsersparnis erreicht.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Fahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug, aufweisend mindestens eine Energieaufnahmestruktur wie oben beschrieben. Die Energieaufnahmestruktur mag insbesondere eine vordere Aufprallstruktur und/oder eine hintere Aufprallstruktur sein. Eine Längsrichtung der Energieaufnahmestruktur mag insbesondere einer Längsrichtung oder Längserstreckung des Fahrzeugs entsprechen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
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5 zeigt in einer Ansicht von schräg oben eine erfindungsgemäße Energieaufnahmestruktur für ein Fahrzeug;
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6 zeigt die erfindungsgemäße Energieaufnahmestruktur in einer Ansicht von schräg oben bei einem zentralen Aufprall auf einen Pfahl zu einem ersten Zeitpunkt;
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7 zeigt die erfindungsgemäße Energieaufnahmestruktur in einer Ansicht von schräg oben bei dem zentralen Aufprall auf den Pfahl zu einem folgenden zweiten Zeitpunkt, und zwar ohne einen Querträger;
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8 zeigt die erfindungsgemäße Energieaufnahmestruktur in einer Ansicht von schräg oben vor einem zentralen Aufprall auf ein seitlich ausgedehntes Objekt zu einem ersten Zeitpunkt;
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9 zeigt die erfindungsgemäße Energieaufnahmestruktur in einer Ansicht von schräg oben bei dem zentralen Aufprall auf das seitlich ausgedehnte Objekt zu einem folgenden zweiten Zeitpunkt, und zwar ohne einen Querträger; und
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10 zeigt die erfindungsgemäße Energieaufnahmestruktur in einer Ansicht von schräg oben bei dem zentralen Aufprall auf das seitlich ausgedehnte Objekt zu einem folgenden dritten Zeitpunkt, und zwar ohne einen Querträger.
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5 zeigt eine Energieaufnahmestruktur 1 für ein Personenkraftfahrzeug Z. Die Energieaufnahmestruktur 1 weist einen zu den Energieaufnahmestrukturen F1 und F2 ähnlichen Aufbau auf, und zwar mit in einer Längserstreckung oder Längsrichtung L ausgerichteten, parallel angeordneten Motorlängsträgern 2 als Längselementen. Die Motorlängsträger 2 weisen hier eine voll- oder hohlprofilartige Grundform mit einem rechteckigen Querschnitt auf. Die Motorlängsträger 2 liegen in einer gemeinsamen horizontalen Ebene des Personenkraftfahrzeugs Z. Die Motorlängsträger 2 sind rückwärtig an einem Karosserieträger K befestigt oder stehen davon hervor. An einer vorderseitigen Stirnfläche eines jeweiligen Motorlängsträgers 2 ist ein profilartiges Deformationselement 3 angeordnet, und zwar so, dass dessen Längsachse mit der Längsachse des Motorlängsträgers 2 zusammenfällt. Auch sind ihre Querschnitte passend in Form und Größe, allgemein jedoch zumindest an der zugehörigen stirnseitigen Kontaktfläche F. Während das jeweilige Deformationselement 3 mit seiner rückwärtigen Stirnfläche mit dem zugehörigen Motorlängsträger 2 verbunden ist, trägt es mit seiner vorderseitigen Stirnfläche einen länglichen, voll- oder hohlprofilartigen Querträger 4 eines Stoßfängers, und zwar an dessen Rückseite. Der Querträger 4 weist ebenfalls eine Grundform Der Querträger 4 liegt in der gleichen horizontalen Ebene wie die Motorlängsträger 2, und zwar senkrecht bzw. quer dazu und ist leicht nach vorne (von den Motorlängsträgern 2 weg gerichtet) gekrümmt. Die Motorlängsträger 2 und Deformationselemente 3 sind in Bezug auf die Längserstreckung des Querträgers 4 (und damit zumindest im Wesentlichen quer zu der Längsachse L) um einen Abstand b zueinander querbeabstandet. Die Motorlängsträger 2, die Deformationselemente 3 und der Querträger 4 bestehen aus einem gleichen oder unterschiedlichen Faserverbundmaterial, z. B. CFK oder GFK.
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Die Energieaufnahmestruktur 1 weist nun zwischen den Motorlängsträgern 2 ein Energieaufnahmeelement in Form einer ebenen Energieaufnahmeplatte 5 auf, welche ebenfalls horizontal ausgerichtet ist. Die Energieaufnahmeplatte 5 besteht ebenfalls aus Faserverbundmaterial, und zwar bevorzugt dem gleichen Faserverbundmaterial wie die Motorlängsträger 2, an denen es bevorzugt einstückig integriert ist. Die Energieaufnahmeplatte 5 weist dadurch ein zumindest im Wesentlichen sprödes bzw. nicht duktiles Materialverhalten auf.
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An einem dem Querträger 4 zugewandten vorderen Rand 6 der Energieaufnahmeplatte 5 – und damit auch zwischen den Motorlängsträgern 2 – sind zwei Bruchauslösungseinrichtungen in Form von Aufschlagkörpern 7 angeordnet, insbesondere darin integriert. Sie sind spiegelsymmetrisch zu der Längsachse L bzw. einer dadurch laufenden vertikalen Ebene angeordnet und befinden sich nahe an einem jeweiligen Motorlängsträger 2. Die Aufschlagkörper 7 sind folglich außermittig angeordnet, und zwar querbeabstandet mit einem Abstand c in Quererstreckung. Sie stehen über den vorderen Rand 6 der Energieaufnahmeplatte 5 in Richtung des Querträgers 4 hinaus. Die Aufschlagkörper 7 sind längliche Körper, welche an ihrem rückwärtigen, in der Energieaufnahmeplatte 5 befindlichen Ende eine Kante 8 aufweisen.
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Die Energieaufnahmeplatte 5 erstreckt sich zwischen den Aufschlagkörpern 7 in Richtung des Querträgers 4 vor die Aufschlagkörper 7.
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6 zeigt die Energieaufnahmestruktur 1 bei einem zentralen Aufprall auf ein schmales, vertikales Objekt in Form eines Pfahl P zu einem ersten Zeitpunkt. Der Pfahl P hat sich so weit in die Energieaufnahmestruktur 1 eingedrückt oder eingeschoben, dass sich an dem Querträger 4 in einem zentralen Bereich 9 zwischen den Motorlängsträgern 2 aufgrund von Sprödbruch durchgehende Risse C gebildet haben. Der zentrale Bereich 9 ist somit von den mit den Motorlängsträgern 2 verbundenen Abschnitten des Querträgers 4 entkoppelt. Folglich schiebt sich im Folgenden der Pfahl P mit oder ohne dem abgebrochenen zentralen Bereich 9 in die Energieaufnahmeplatte 5. Dabei werden die Motorlängsträger 2 und die Deformationselemente 3 nicht oder nur unwesentlich gebogen, brechen also nicht.
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7 zeigt die Energieaufnahmestruktur 1 zu einem solchen späteren, zweiten Zeitpunkt, wobei zur besseren Sichtbarkeit der Energieaufnahmeplatte 5 der Querträger 4 nicht mehr gezeigt ist. Zudem sei nun rein beispielhaft angenommen, dass sich der Pfahl P direkt in die Energieaufnahmeplatte 5 verschiebt.
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Da ein Durchmesser des Pfahls P geringer ist als der Abstand c zwischen den Aufschlagkörpern 7, bewegt sich der Pfahl P zwischen den Aufschlagkörpern 7 hindurch. Dabei wird die Energieaufnahmeplatte 5 an einer Kontaktlinie zu dem Pfahl P zerstört, und zwar z. B. durch „Crushing” und/oder „Fronding”. An der Kontaktlinie ergibt sich also eine Front aus zerstörtem oder zerstört werdendem Faserverbundmaterial, die sog. „Crushfront” G, welche zu ihrer Erzeugung Energie benötigt. Mit fortschreitendem Eindringen des Pfahls P läuft auch die Crushfront” G unter weiterer Energieaufnahme noch stärker in die Energieaufnahmeplatte 5.
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8 zeigt die Energieaufnahmestruktur 1 in einer Ansicht von schräg oben auf ein seitlich ausgedehntes Objekt, z. B. eine starre Wand W, zu einem ersten Zeitpunkt vor einem zentralen Aufprall (sog. „full overlap”). Die Wand W ist breiter als der Abstand b der Motorlängsträger 2 und Deformationselemente 3.
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Bei einem Aufprall auf die Wand W mit einer ausreichend hohen Energie drückt die Wand folglich den Querträger 4, ggf. nach dessen mittigem Bruch, in Längsrichtung L auf die Deformationselemente 3, welche dadurch unter Energieaufnahme zerstört werden, insbesondere durch Ausbildung einer quertragerseitigen Crushfront.
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9 zeigt die Energieaufnahmestruktur 1 zu einem folgenden zweiten; Zeitpunkt, und zwar ohne einen Querträger. Zu dem zweiten Zeitpunkt sind die Deformationselemente 3 noch nicht vollständig zerstört, aber die Wand W hat den Querträger 4 bereits auf die Aufschlagkörper 7 gedrückt. Diese Aufschlagkörper 7 drücken dadurch mit ihrer Kante 8 in die Energieaufnahmeplatte 5 und erzeugen dort sich zumindest grob in Längsrichtung erstreckende (Längs-)Risse J. Die Risse J können durchgehende Risse sein oder noch in der Energieaufnahmeplatte 5 enden.
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10 zeigt die Energieaufnahmestruktur 1 ohne den Querträger 4 zu einem folgenden dritten Zeitpunkt. Hier hat sich der zwischen den durchgehenden Rissen J befindliche Teil der Energieaufnahmeplatte 5 abgelöst, bringt der Wand W oder dem Querträger 4 keinen Widerstand mehr entgegen und trägt somit nicht mehr zur Energieaufnahme bzw. zum Energieabbau bei. Der abgelöste Teil der Energieaufnahmeplatte 5 dreht sich bevorzugt in Richtung der Vertikalen, um die Wand W in ihrer Bewegung nicht zu behindern.
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Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Allgemein kann unter ”ein”, ”eine” usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von ”mindestens ein” oder ”ein oder mehrere” usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z. B. durch den Ausdruck ”genau ein” usw. Der Ausdruck, dass ein Merkmal „zumindest im Wesentlichen” oder „zumindest ungefähr” eine bestimmte Eigenschaft aufweist, umfasst sowohl, dass es genau diese Eigenschaft aufweist, als auch, dass es diese Eigenschaft innerhalb üblicher Abweichungen aufweist.
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Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Energieaufnahmestruktur
- 2
- Motorlängsträger
- 3
- Deformationselement
- 4
- Querträger
- 5
- Energieaufnahmeplatte
- 6
- vorderer Rand
- 7
- Aufschlagkörper
- 8
- Kante
- 9
- zentraler Bereich
- A
- Pfeil
- b
- Abstand
- c
- Abstand
- C
- Riss in dem Querträger
- D
- Deformationselement
- F
- Kontaktfläche
- F1
- erste Frontaufprallstruktur
- F2
- zweite Frontaufprallstruktur
- G
- Crushfront
- J
- Riss in der Energieaufnahmeplatte
- K
- Karosserieträger
- L
- Längsachse
- M
- Motorlängsträger
- P
- Pfahl
- R
- Motorraum
- Q
- Querträger
- W
- Wand
- Z
- Personenkraftfahrzeug
