DE102013215064A1

DE102013215064A1 - Crashstruktur für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013215064A1
Application number: DE102013215064.4A
Authority: DE
Inventors: Franz Hoiss; Sylvester Panjas
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Crashstruktur für ein Fahrzeug (1), mit zumindest einem deformierbaren Träger (2), wobei der Träger (2) umfasst ein Rohr (3), das an einer Stirnseite offen ist, und einen Keil (4), der in der offenen Stirnseite des Rohres (3) steckt, wobei der Keil (4) zum Aufweiten und/oder Aufbrechen des Rohres (3) im Crashfall angeordnet ist, und wobei das Rohr (3) und/oder der Keil (4) dazu ausgebildet sind, im Crashfall zunächst ein Spitzenlastniveau (25) und anschließend ein Normallastniveau (26) aufzunehmen, wobei die aufnehmbare Kraft beim Spitzenlastniveau (25) höher ist als beim Normallastniveau (26).

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Crashstruktur für ein Fahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Fahrzeug mit der Crashstruktur.
Crashstrukturen im Fahrzeug sind Bestandteile der Karosserie, die bei einem Unfall deformiert werden, um die Aufprallenergie abzubauen. Im Vorderwagen stellen die Längsträger typische Crashstrukturen dar, die bei einem Aufprall deformiert werden. Bei der Entwicklung von Fahrzeugen werden Crashstrukturen üblicherweise für einen Fahrzeugtyp optimiert und dann, mit den entsprechenden Kompromissen, für andere Fahrzeugtypen adaptiert. Wünschenswert wäre eine Crashstruktur für ein Fahrzeug, die sehr flexibel konstruiert werden kann, um somit die gewünschte Deformation und die gewünschte Steifigkeit für den Crashfall exakt einstellen zu können. Unter dem Begriff ”Gurtlose” versteht man den Zeitraum, in dem die Insassen im Crashfall nicht an die Struktur, also das Fahrzeug, über den Gurt gekoppelt sind. Der Zeitraum der Gurtlose muss möglichst gering gehalten werden. Daraus folgt, dass die Beschleunigung des Fahrzeugs in dem Zeitraum der Gurtlose sehr hoch sein sollte und die Beschleunigung im Zeitraum der Insassen-Ankoppelung entsprechend geringer. Folglich muss eine Crashstruktur entwickelt werden, die im Zeitraum Gurtlose hohe Kräfte und im Zeitraum der Insassen-Ankoppelung geringe Kräfte aufnehmen kann. In dem Zeitraum, in dem der Insasse an die Struktur gekoppelt ist, sollte die Beschleunigung konstant gehalten werden. Dementsprechend benötigt man eine Crashstruktur, die in diesem Zeitraum möglichst viel Energie abbaut.
Im Stand der Technik gibt es beispielsweise Längsträger mit einer entsprechenden Knickstruktur. Das Abknicken des Längsträgers ermöglicht jedoch keine robuste Lastniveau-Einstellung, da nur ein kompletter und abrupter Lastabfall möglich ist. Die Verwendung von Knickblechen ermöglicht ebenfalls keine robuste Lastniveau-Einstetlung, da die Knickbleche nach dem einmaligen Ausknicken keine Lasten mehr tragen.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Crashstruktur für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit der Crashstruktur bereitzustellen, die bei kostengünstiger Herstellung und wartungsarmem Betrieb einen crashoptimierten, leichten, robusten und flexibel gestaltbaren Aufbau ermöglichen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Crashstruktur für ein Fahrzeug mit zumindest einem deformierbaren Träger. Der Träger ist zumindest zweiteilig aufgebaut und umfasst ein Rohr, das an einer Stirnseite offen ist. Das Rohr ist beispielsweise aus Blechschalenbauweise oder im Strangguss gefertigt und kann jedmögliche Querschnittsform aufweisen. Insbesondere ist vorgesehen, dass des Rohr aus Stahl, Aluminium oder faserverstärktem Kunststoff gefertigt ist. In der offenen Stirnseite des Rohres steckt ein Keil als weiterer Bestandteil des Trägers. Der Keil ist vorzugsweise aus Stahl, Aluminium oder faserverstärktem Kunststoff gefertigt. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Keil ein Gussteil ist. Im Crashfall wird der Keil in die offene Stirnseite des Rohres weiter eingedrückt, so dass es zum Aufweiten des Rohres und/oder zum Aufbrechen des Rohres kommt. Durch dieses Aufweiten und/oder Aufbrechen des Rohres wird die Energie des Crashs abgebaut. Der Keil kann mit einem weiteren Bestandteil des Trägers (weiterer Trägerabschnitt) verbunden sein, so dass der Keil letztendlich nur das Ende des weiteren Trägerabschnitts darstellt. Beispielsweise ist der Keil ein Bestandteil eines in Blechschalenbauweise aufgebauten Trägers oder ein Gussteil, das an das Ende des Trägerabschnittes befestigt ist. Erfindungsgemäß sind das Rohr und/oder der Keil dazu ausgebildet, im Crashfall zunächst ein Spitzenlastniveau und anschließend ein Normallastniveau aufzunehmen. Dabei liegt die aufnehmbare Kraft beim Spitzenlastniveau höher als beim Normallastniveau. Dadurch wird erreicht, dass am Anfang des Crashs, im Zeitraum der Gurtlose, hohe Kräfte aufgenommen werden können. Daraus folgt eine hohe Beschleunigung des Fahrzeugs und eine entsprechend kurze Zeit der Gurtlose.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Rohr an der Stirnseite einen trichterförmig geöffneten Trichterabschnitt aufweist. Der Keil steckt in diesem Trichterabschnitt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Rohr und/oder der Keil dazu ausgebildet sind, dass die aufnehmbare Kraft im Spitzenlastniveau zumindest 150%, vorzugsweise zumindest 200%, besonders vorzugsweise zumindest 250%, der Kraft im Normallastniveau beträgt. Das Spitzenlastniveau liegt also deutlich höher als das Normallastniveau, so dass eine entsprechend kurze Zeit der Gurtlose möglich ist.
Die Zeit der Gurtlose liegt in etwa zwischen 1 ms (Millisekunde) bis 10 ms. Entsprechend dieser Zeit wird das Rohr und/oder der Keil bevorzugt so ausgebildet, dass das Spitzenlastniveau im Crashfall über 1 ms bis 10 ms, vorzugsweise über 2 ms bis 8 ms, besonders vorzugsweise über 2 ms bis 5 ms, aufnehmbar ist. Zusätzlich oder alternativ zu diesen Zeitangaben, ist es auch möglich, die Crashstruktur bezüglich der Deformationsstrecke auszulegen. Die Deformationsstrecke entspricht dabei im Wesentlichen der Eintauchtiefe des Keils in das Rohr. Um bevorzugt die Zeit der Gurtlose möglichst kurz zu halten, sind das Rohr und/oder der Keil dazu ausgebildet, dass das Spitzenlastniveau über eine Deformationsstrecke von 10 mm bis 75 mm, vorzugsweise von 10 mm bis 60 mm, besonders vorzugsweise von 10 mm bis 50 mm, aufnehmbar ist.
In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass durch entsprechende geometrische Gestaltung und/oder durch eine entsprechende Materialwahl am Rohr und/oder am Keil erreicht wird, dass im Crashfall zunächst das hohe Spitzenlastniveau und anschließend das niedrigere Normallastniveau durch die Crashstruktur aufnehmbar sind.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Keil einen Keilwinkel α zwischen 5° und 35° aufweist. insbesondere liegt der Keilwinkel zwischen 5° und 25°, besonders vorzugsweise zwischen 8° und 25°. Besonders bevorzugt weist der Trichterabschnitt im Rohr denselben Winkel auf, so dass die Innenfläche des Trichterabschnittes parallel liegt zur Außenfläche des Keils. Durch die entsprechende Wahl des Keilwinkels kann das Deformationsverhalten des Rohrs für den Crashfall eingestellt werden. Ein sehr großer Keilwinkel, beispielsweise von 25°, führt zu einem sehr raschen Aufbrechen des Rohres. Ein relativ kleiner Keilwinkel von beispielsweise 5° oder 8° führt dazu, dass das Rohr am Trichterabschnitt nicht vollständig aufbricht, sondern lediglich deformiert wird. Durch die entsprechende Wahl des Keilwinkels kann somit eingestellt werden, wie viel Energie beim Crash abgebaut wird.
Um die Höhe und/oder die Zeitdauer des Spitzenlastniveaus und/oder des Normallastniveaus einzustellen, ist insbesondere vorgesehen, dass in der Wandung des Rohres zumindest eine Aussparung ausgebildet ist. Diese Aussparung dient zum gezielten Aufbrechen des Rohres im Crashfall. Die Aussparung ist entweder als durchgehende, die Wandung des Rohres durchbrechende Aussparung ausgebildet, oder bildet eine Tasche in der Wandung. Die Tasche stellt eine Verminderung der Wanddicke dar. Selbstverständlich ist es auch vorgesehen, unterschiedlich ausgebildete Aussparungen in der Wandung des Rohres vorzusehen.
Die Aussparung ist insbesondere zumindest ein Loch in der Wandung des Rohres. Insbesondere wird zumindest ein Durchgangsloch in die Wandung des Rohres gesetzt. Der oben beschriebene Trichterabschnitt endet an einem sogenannten Übergang. Auf der einen Seite des Übergangs befindet sich der Trichterabschnitt, auf der anderen Seite des Übergangs befindet sich der Rest des Rohres. Das Loch wird bevorzugt in den Trichterabschnitt gesetzt und/oder an die Stelle des Übergangs und/oder auf die dem Trichterabschnitt abgewandte Seite des Übergangs. Durch die entsprechende Positionierung des Loches kann wiederum die Deformation des Rohres beeinflusst werden. Befindet sich beispielsweise des Loch am Trichterabschnitt, so führt dies zu einem relativ frühen und vollständigen Aufreißen des Rohres im Crashfall. Je weiter des Loch nach hinten gesetzt wird, desto später bricht das Rohr im Crashfall auf.
Ein weiteres bevorzugtes Mittel zur Einstellung der Deformation des Rohres ist ein Schlitz in der Wandung des Rohres. Dieser Schlitz kann zusätzlich oder alternativ zu dem zumindest einen Loch verwendet werden. Bevorzugt ist auch vorgesehen, mehrere Schlitze am Rohr anzuordnen.
Zur Übertragung der Betriebslasten, also im normalen Betrieb des Fahrzeuges, muss der Keil mit dem Rohr fest verbunden sein. Diese fest Verbindung ist zusätzlich zu dem ohnehin durch das Einstecken des Keils gegebenen Formschluss bevorzugt vorgesehen.
Für die Verbindung zwischen Keil und Rohr wird bevorzugt eine Schraubverbindung und/oder eine Schnappverbindung und/oder eine lokale Umformung verwendet. Für die Schnappverbindung ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Bestandteil des Rohres den Keil teilweise hintergreift. Bei der lokalen Umformung wird bevorzugt ein Teil des Rohres in eine Ausnehmung des Keils eingepresst.
Um Korrosion zwischen dem Keil und dem Rohr zu vermeiden, ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen einer Außenfläche des Keils und der Innenfläche des Rohres zumindest ein Freiraum ausgebildet ist. Der Keil liegt somit nicht vollumfänglich und mit seiner gesamten Fläche an der Innenfläche des Rohres an.
Für einen entsprechenden Korrosionsschutz wird der zumindest eine Freiraum bevorzugt mit einem Schmiermittel, beispielsweise Fett, und/oder einem entsprechenden Korrosionsschutzmittel gefüllt.
Um das Austreten des Schmiermittels oder Korrosionsschutzmittels und um ein Eintreten von Wasser zu vermeiden, ist der zumindest eine Freiraum nach außen hin bevorzugt abgedichtet. Hierzu wird bevorzugt eine Dichtmasse zwischen den Keil und das Rohr eingedrückt.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Fahrzeug mit einer Fahrgastzelle und einem Vorderwagen. In dem Fahrzeug ist eine der soeben beschriebenen Crashstrukturen ausgebildet. Die Crashstruktur befindet sich insbesondere im Vorderwagen. Die im Rahmen der Crashstruktur beschriebenen Unteransprüche und vorteilhaften Ausgestaltungen finden entsprechend vorteilhafte Anwendung für das Fahrzeug.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der zumindest eine Träger der Crashstruktur sich in einer Fahrzeuglängsrichtung erstreckt, so dass die Energie eines Frontcrashs mittels des Trägers abgebaut wird. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass zumindest einer der Träger der Crashstruktur im hinteren Bereich des Fahrzeugs angeordnet ist und sich dort ebenfalls in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt.
Insbesondere im Vorderwagen ist der Träger der Crashstruktur als eine tragende Struktur ausgebildet. Der Träger ist beispielsweise ein Längsträger, der den Motor im Vorderwagen trägt.
Die erfindungsgemäße Crashstruktur eignet sich insbesondere in Fahrzeugen, bei denen sowohl der Leichtbaugedanke im Vordergrund steht als auch nur geringer Bauraum für den Verformungsweg von Crashstrukturen zur Verfügung steht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Crashstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Crashstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel,
3 eine geschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Crashstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel,
4 eine erste Ansicht der erfindungsgemäßen Crashstruktur während einer Deformation, gemäß dem Ausführungsbeispiel,
5 eine zweite Ansicht der erfindungsgemäßen Crashstruktur während der Deformation, gemäß dem Ausführungsbeispiel
6 FEM-Simulationen zur erfindungsgemäßen Crashstruktur bei Verwendung eines Lochs,
7 FEM-Simulationen zur erfindungsgemäßen Crashstruktur bei Variation des Keilwinkels,
8 eine isometrische Ansicht der erfindungsgemäßen Crashstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel,
9 eine weitere Ansicht der erfindungsgemäßen Crashstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel,
10 bis 17 verschiedene Varianten zur Verbindung des Keils mit dem Träger in der erfindungsgemäßen Crashstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel,
18 ein Diagramm zur erfindungsgemäßen Crashstruktur mit einem Loch im Rohr,
19 ein Diagramm zur erfindungsgemäßen Crashstruktur mit unterschiedlichen Keilwinkeln,
20 ein Diagramm zur erfindungsgemäßen Crashstruktur mit und ohne Schlitz, und
21 ein Diagramm zur erfindungsgemäßen Crashstruktur mit unterschiedlichen Materialdicken des Rohrs.
Im Folgenden wird anhand der 1 bis 17 eine Crashstruktur für ein Fahrzeug 1 gemäß vorliegender Erfindung im Detail erläutert.
1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung das Fahrzeug 1. Die Karosserie des Fahrzeugs 1 umfasst zumindest zwei Dachrahmen 20 und zwei Schweller 19. im vorderen Bereich ist ein Vorderwagen 22 des Fahrzeugs 1 definiert. An den Vorderwagen 22 schließt sich eine Fahrgastzelle 23 an. Den vorderen Abschluss der Fahrzeugkarosserie bildet ein Stoßfänger 21. im Vorderwagen 22 erstrecken sich in Fahrzeuglängsrichtung mehrere Träger 2, beispielsweise Längsträger. Jeder dieser Träger 2 bildet eine Crashstruktur des Fahrzeugs 1. Bei einem entsprechenden Frontaufprall werden diese Träger 2 deformiert.
Im Folgenden wird der genaue Aufbau dieser Träger 2 beschrieben. Es ist vorgesehen, dass im Vorderwagen 22 nur einer der Träger oder mehrere Träger erfindungsgemäß ausgestaltet werden. Des Weiteren ist es auch möglich, im hinteren Bereich des Fahrzeugs 1 entsprechende Träger 2 zu verwenden.
2 zeigt eine Seitenansicht des Trägers 2. 3 zeigt eine Schnittansicht des Trägers 2. Der Träger 2 umfasst ein Rohr 3. in eine stirnseitige Öffnung des Rohres 3 ist ein Keil 4 des Trägers 2 eingesteckt. Das Rohr 3 erstreckt sich in Längsrichtung 5. Diese Längsrichtung 5 entspricht auch der Fahrzeuglängsrichtung. Am stirnseitigen Ende weist das Rohr 3 einen Trichterabschnitt 7 auf. In diesem Trichterabschnitt 7 steckt der Keil 4. Im Crashfall wirkt die Kraft 6 in Längsrichtung 5 auf den Keil 4.
Wie die Schnittansicht in 3 zeigt, ist der Keil 4 innen hohl ausgebildet und weist einen Keilwinkel α auf. Der Trichterabschnitt 7 des Rohres 3 öffnet sich mit demselben Winkel, so dass der Keil 4 formschlüssig in dem Trichterabschnitt 7 sitzt.
Ferner zeigt 3 eine Wandstärke 8 des Rohres 3.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen sehr einfachen Querschnitt des Rohres 3 und eine entsprechend einfache Form des Keils 4. Allerdings kann das Rohr 3 jede mögliche Querschnittsform aufweisen. Die Form des Keils 4 wird an die Querschnittsform des Rohres 3 angepasst. So kann der Keil 4 beispielsweise als Kegelstumpf oder als vieleckiger Pyramidenstumpf ausgebildet sein.
4 und 5 zeigen den Träger 2 während dem Crashfall. In 4 und 5 ist ein Trägerabschnitt 9 mit gestrichelten Linien dargestellt. Dadurch wird angedeutet, dass der Keil 4 mit einem Trägerabschnitt 9 verbunden ist. Der Trägerabschnitt 9 endet beispielsweise an dem Stoßfänger 21 des Fahrzeugs 1.
Im Crashfall wirkt die in 2 dargestellte Kraft 6. Der Keil 4 taucht somit in das Rohr 3 ein. Gemäß 4 entsteht dadurch zunächst eine Aufweitung des Rohres 3 und sodann ein Aufbrechen des Rohres 3, wie dies in 5 dargestellt ist.
Um das Deformationsverhalten des Rohres 3 einzustellen, sieht die Erfindung verschiedene Möglichkeiten vor, die je nach Anwendungsfall auch miteinander kombiniert werden: Zum Einstellen des Deformationsverhaltens des Rohres 3 wird zunächst eine entsprechende Wandstärke 8, beispielsweise zwischen 1 mm und 4 mm, für das Rohr 3 gewählt. Des Weiteren erfolgt eine bewusste Auswahl des Keilwinkels α und gegebenenfalls die Verwendung von zumindest einem Loch 11 und/oder eines Schlitzes 12 in der Wandung des Rohres 3.
6 zeigt FEM-Simulationen des Trägers 2. Im linken Bereich ist jeweils der Träger 2 vor der Deformation dargestellt. im rechten Bereich ist der Träger 2 im Crashfall nach 10 Millisekunden dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt einen Übergang 10 vom Trichterabschnitt 7 des Rohres 3 zum restlichen Bestandteil des Rohres 3. Die erste Simulation zeigt ein Rohr 3 ohne Loch 11. Die zweite Simulation zeigt ein Rohr 3, wobei das Loch 11 im Trichterabschnitt 7 und somit vor dem Übergang 10 angeordnet ist. In der dritten Simulation befindet sich das Loch 11 direkt am Übergang 10. In der vierten Simulation befindet sich das Lach 11 hinter dem Übergang 10. Wie die Simulationsergebnisse auf der rechten Seite zeigen, kann durch die Position des Loches 11 und infolge dessen auch durch die Größe des Loches 11 und durch die Verwendung mehrerer Löcher 11 das Deformationsverhalten des Rohres 3 eingestellt werden.
7 zeigt die FEM-Simulation unter Variation des Keilwinkels α. In der ersten Simulation beträgt der Keilwinkel α = 5°. In der zweiten Simulation beträgt der Keilwinkel α = 8°. In der dritten Simulation beträgt der Keilwinkel α = 25°. Zu sehen ist, dass mit größer werdendem Keilwinkel α das Rohr 3 sehr viel schneller aufbricht, so dass gezeigt ist, dass in Abhängigkeit des Keilwinkels α das Deformationsverhalten des Rohres 3 auf das entsprechende Fahrzeug 1 eingestellt werden kann.
8 zeigt, dass in dem Rohr 3 auch der Schlitz 12 zusätzlich oder anstatt des Loches 11 positioniert werden kann. Der Doppelpfeil 13 in 8 deutet an, dass die Position des Schlitzes in Längsrichtung 5 und entsprechend auch die Länge des Schlitzes 12 variiert werden, um das entsprechende Deformationsverhalten des Rohres 3 zu beeinflussen.
9 zeigt Freiräume 14 zwischen den Außenwandungen des Keils 4 und den Innenwandungen des Rohres 3, insbesondere des Trichterabschnitts 7. in diesen Bereichen sind stellenweise die Freiräume 14 vorgesehen, so dass der Keil 4 nicht mit seiner gesamten Außenfläche am Rohr 3 anliegt, um Korrosion und beispielsweise Kaltverschweißung zu vermeiden. Die Freiräume 14 werden vorzugsweise mit Schmierfett gefüllt. Nach außen hin werden die Freiräume 14 mit Dichtungsmasse abgedichtet, so dass keine Feuchtigkeit eindringt.
Bei der normalen Funktion des Fahrzeugs 1 dient der Träger 2 im Vorderwagen 22 beispielsweise zur Aufnahme des Motors. Dementsprechend müssen Betriebslasten vom Keil 4 bzw. vom Trägerabschnitt 9 in das Rohr 3 übertragen werden. Hierzu sind verschiedene Verbindungen vorgesehen:
10 zeigt eine Verschraubung 15. Die Verschraubung 15 erstreckt sich senkrecht zur Längsrichtung 5 und verbindet das Rohr 3 mit dem Keil 4 oder dem Trägerabschnitt 9.
11 zeigt eine Variante, in der die Verschraubung 15 direkt durch den Keil 4 und den Trichterabschnitt 7 gesetzt ist.
Gemäß 12 können am Rohr 3 und am Keil 4 bzw. am Trägerabschnitt 9 Fortsätze 16 verwendet werden. Über diese Fortsätze 16 erfolgt wiederum die Verschraubung 15.
13 und 15 zeigen eine Schnappverbindung oder einen Schnappverschluss 17. Bei dem Schnappverschluss 17 hintergreift ein Teil des Rohres 3 den Keil 4 oder den Trägerabschnitt 9.
Gemäß 14 kann auch eine Verschraubung 15 gewählt werden, die sich in Längsrichtung 5 erstreckt und dabei bevorzugt im Inneren des Rohres 3 und des Keils 4 angeordnet ist.
16 zeigt die Verwendung einer lokalen Umformung 18. Dabei wird ein Teil des Rohres 3 in eine Ausnehmung des Keils 4 oder des Trägerabschnitts 9 eingepresst.
In 17 ist am Rohr 3 ein Flansch ausgebildet. Der Flansch wiederum wird über eine Verschraubung 15 mit dem Keil 4 oder dem Trägerabschnitt 9 verbunden.
Die Verbindungsmöglichkeiten in den 10 bis 17 sind schematisch vereinfacht dargestellt.
Im Folgenden werden anhand von Diagrammen unterschiedliche Versuchsergebnisse mit der erfindungsgemäßen Crashstruktur gezeigt. Aufgetragen ist jeweils der Deformationsweg oder die Deformationszeit auf der x-Achse und die von der Crashstruktur aufgenommene Kraft auf der y-Achse. Der Deformationsweg entspricht im Wesentlichen der Eindringtiefe des Keils 4 in das Rohr 3.
18 zeigt einen ersten Verlauf 27 mit der Crashstruktur ohne Aussparung in dem Rohr 3. Ein zweiter Verlauf 28 zeigt des Ergebnis bei einer Crashstruktur mit einem Loch am Übergang 10. Ein dritter Verlauf 29 zeigt ein Ergebnis bei einer Crashstruktur mit einem Loch vor dem Übergang 10. Ein vierter Verlauf 30 zeigt ein Ergebnis einer Crashstruktur mit einem Loch nach dem Übergang 10. Des Weiteren sind zu den verschiedenen Verläufen 27 bis 30 unterschiedliche Spitzenlastlängen 24, ein Spitzenlastniveau 25 und ein Normallastniveau 26 eingezeichnet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Crashstruktur aus Rohr 3 und Keil 4 in Geometrie und Material, beispielsweise durch Variation des Loches 11, so ausgebildet wird, dass die Spitzenlastlänge 24 in etwa der Zeit der Gurtlose entspricht. Dabei ist ein relativ hohes Spitzenlastniveau 25 wünschenswert, um im Zeitraum der Gurtlose eine möglichst hohe Beschleunigung zu erreichen und somit diesen Zeitraum auch kurz zu halten. im Anschluss an das Spitzenlastniveau 25 sinkt die aufnehmbare Kraft auf das Normallastniveau 26. Das Normallastniveau 26 soll möglichst konstant und niedrig liegen. Während des Normallastniveaus 26 sind die Fahrzeuginsassen über den Gurt an das Fahrzeug gekoppelt.
Das Ergebnis in 18 zeigt sehr gut, dass durch die Position des Loches 11 die Spitzenlastlänge 24 bei etwa gleichbleibendem Spitzenlastniveau 25 variiert werden kann. insbesondere bei Verwendung des Loches 11 vor dem Übergang 10 ist eine sehr kurze Spitzenlastlänge 24 zu erwarten. Die größte Spitzenlastlänge 24 kann bei einem Rohr 3 ohne Loch 11 erreicht werden.
19 zeigt ein Ergebnis bei Variation des Keilwinkels α. Eingezeichnet ist ein fünfter Verlauf 31 für ein Rohr mit einer Keilwinkel α = 8°. Ein sechster Verlauf 32 zeigt das Ergebnis eines Rohrs 3 mit Keilwinkel α = 25°. Ein siebter Verlauf 33 zeigt das Ergebnis bei einem Rohr 3 mit einem Keilwinkel = 5°.
Das Diagramm in 19 zeigt sehr gut, dass durch die Variation des Keilwinkels α das Spitzenlastniveau 25 variiert werden kann. Gleichzeitig bleibt die Spitzenlastlänge 24 in etwa konstant. Das höchste Spitzenlastniveau 24 ist bei einem Keilwinkel α = 25° zu erreichen. Je kleiner der Keilwinkel α ist, desto kleiner ist auch das Spitzenlastniveau 25.
20 zeigt ein Versuchsergebnis mit einem achten Verlauf 34, bei dem ein Rohr 3 ohne Ausnehmung, insbesondere ohne Schlitz 12, verwendet wurde. Ein neunter Verlauf 35 zeigt das Ergebnis an einem Rohr 3 mit Schlitz 12. Wie beispielsweise 8 zeigt, wird der Schlitz 12 hinter dem Übergang 10 positioniert und in seiner Länge und Position entsprechend variiert. Das Diagramm in 20 zeigt sehr gut, dass durch die Verwendung des Schlitzes 12 das Normallastniveau 26 abgesenkt werden kann. Gleichzeitig bleiben die Spitzenlastlänge 24 und das Spitzenlastniveau 25 konstant. Je nach Variation 39 der Position und Länge des Schlitzes 12 variiert auch die Zeit bzw. der Deformationsweg, ab dem das Normallastniveau 26 abfällt.
In 21 ist ein Ergebnis dargestellt, bei dem die Wanddicke des Rohres 3 variiert wurde. Ein zehnter Verlauf 36 zeigt das Ergebnis bei einem Rohr 3 mit einer Wandstärke von 1 mm. Bei einem elften Verlauf 37 wurde ein Rohr 3 mit einer Wandstärke von 2 mm. verwendet. Beim zwölften Verlauf 38 wurde ein Rohr 3 mit einer Wandstärke von 3 mm verwendet. Jeweils wurde ein Stahlrohr verwendet. 21 zeigt, dass die Variation der Wandstärke Einfluss auf das Spitzenlastniveau 24 und auf das Normallastniveau 26 hat. Die Spitzenlastlänge 24 bleibt dabei jeweils relativ konstant. Zu erkennen ist, dass je dicker das Rohr ist, desto höher ist sowohl das Spitzenlastniveau 25 als auch das Normallastniveau 26.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Träger
3: Rohr
4: Keil
5: Längsrichtung (= Fahrzeuglängsrichtung)
6: Kraft
7: Trichterabschnitt
8: Wandstärke
9: Trägerabschnitt
10: Übergang
11: Loch
12: Schlitz
13: Doppelpfeil
14: Freiräume
15: Verschraubung
16: Fartsätze
17: Schnappverschluss (auch: Schnappverbindung)
18: Lokale Umformung
19: Schweller
20: Dachrahmen
21: Stoßfänger
22: Vorderwagen
23: Fahrgastzelle
24: Spitzenlastlänge
25: Spitzenlastniveau
26: Normallastniveau
27: Erster Verlauf
28: Zweiter Verlauf
29: Dritter Verlauf
30: Vierter Verlauf
31: Fünfter Verlauf
32: Sechster Verlauf
33: Siebter Verlauf
34: Achter Verlauf
35: Neunter Verlauf
36: Zehnter Verlauf
37: Elfter Verlauf
38: Zwölfter Verlauf
39: Variation
α: Keilwinkel

Claims

Crashstruktur für ein Fahrzeug (1), mit zumindest einem deformierbaren Träger (2), der Träger (2) umfasst – ein Rohr (3), das an einer Stirnseite offen ist, und – einen Keil (4), der in der offenen Stirnseite des Rohres (3) steckt, – wobei der Keil (4) zum Aufweiten und/oder Aufbrechen des Rohres (3) im Crashfall angeordnet ist, und – wobei das Rohr (3) und/oder der Keil (4) dazu ausgebildet sind, im Crashfall zunächst ein Spitzenlastniveau (25) und anschließend ein Normallastniveau (26) aufzunehmen, wobei die aufnehmbare Kraft beim Spitzenlastniveau (25) höher ist als beim Normallastniveau (26).
Crashstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) an der Stirnseite einen trichterförmig geöffneten Trichterabschnitt (7) aufweist, wobei der Keil (4) in dem Trichterabschnitt (7) steckt.
Crashstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) und/oder der Keil (4) dazu ausgebildet sind, dass die aufnehmbare Kraft im Spitzenlastniveau (25) zumindest 150%, vorzugsweise zumindest 200%, besonders vorzugsweise zumindest 250%, der Kraft im Normallastniveau (26) beträgt.
Crashstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) und/oder der Keil (4) dazu ausgebildet sind, dass das Spitzenlastniveau (25) über 1 ms (Millisekunden) bis 10 ms, vorzugsweise über 2 ms bis 8 ms, besonders vorzugsweise über 2 ms bis 5 ms, aufnehmbar ist.
Crashstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) und/oder der Keil (4) dazu ausgebildet sind, dass das Spitzenlastniveau (25) über eine Deformationsstrecke von 10 mm (Millimeter) bis 75 mm, vorzugsweise von 10 mm bis 60 mm, besonders vorzugsweise von 10 mm bis 50 mm, aufnehmbar ist.
Crashstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (3) und/oder der Keil (4) durch ihre Geometrie und/oder ihr Material dazu ausgebildet sind, im Crashfall zunächst das Spitzenlastniveau (25) und anschließend des Normallastniveau (26) aufzunehmen.
Crashstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Keilwinkel (α) des Keils (4) zwischen 5° und 35°, vorzugsweise zwischen 5° und 25°, besonders vorzugsweise zwischen 8° und 25°, liegt.
Crashstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des Rohres (3) zumindest eine Aussparung ausgebildet ist, um ein gezieltes Aufbrechen des Rohres (3) im Crashfall zu erreichen.
Crashstruktur Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Aussparung die Wandung des Rohrs (3) durchbricht, oder das die zumindest eine Aussparung als Tasche in der Wandung des Rohrs (3) ausgebildet ist.
Crashstruktur nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Aussparung als ein Loch (11), insbesondere Durchgangsloch, ausgebildet ist.
Crashstruktur nach einem Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Aussparung als ein Schlitz (12) ausgebildet ist.
Crashstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Betriebslasten der Keil (4) mit dem Rohr (3), zusätzlich zu dem durch das Einstecken des Keils (4) gegebenem Formschluss, verbunden ist.
Crashstruktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Keil (4) und das Rohr (3) über eine Schraubverbindung (15) miteinander verbunden sind und/oder über eine Schnappverbindung (17) miteinander verbunden sind und/oder über ein lokale Umformung (18) miteinander verbunden sind.
Crashstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Korrosion zumindest ein Freiraum (14) zwischen einer Außenfläche des Keils (4) und einer Innenfläche des Rohres (3) ausgebildet ist.
Crashstruktur nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Freiraum (14) mit einem Schmiermittel und/oder Korrosionsschutzmittel gefüllt ist.
Crashstruktur nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Freiraum (14) abgedichtet ist.
Fahrzeug (1) mit einer Fahrgastzelle (23) und einem Vorderwagen (22), umfassend eine Crashstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zumindest einem der Träger (2), vorzugsweise im Vorderwagen (22).
Fahrzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zumindest eine Träger (2) in einer Fahrzeuglängsrichtung erstreckt.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Träger (2) eine tragende Struktur im Vorderwagen (22) des Fahrzeugs (1) darstellt.