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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aufprallschutz für ein Fahrzeug und insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder einen Personenwagen. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder einen Personenwagen mit einem Aufprallschutz.
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Es ist bekannt, bei Fahrzeugen und insbesondere bei Kraftfahrzeugen und Personenwagen, mit welchen Personen transportiert werden, Maßnahmen zum Insassenschutz vorzusehen. Derartige Maßnahmen betreffen einerseits die Unfallprävention. Andererseits werden vermehrt Mittel eingesetzt, welche die Auswirkungen von Unfällen auf das Fahrzeug und insbesondere auf die Insassen des Fahrzeugs abschwächen sollen.
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Dabei sind einerseits Einrichtungen bekannt, die die Insassenposition in der Fahrgastzelle stabilisieren. Derartige Maßnahmen betreffen Rückhaltesysteme, Airbags und dergleichen.
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Es ist bekannt, dass gerade bei Frontalkollisionen besonders hohe Energiemengen in das aufprallende Fahrzeug eingeleitet werden. Dies kann auf Grund der Höhe der eingeleiteten Energie einerseits, aber auch auf Grund der Kürze der Einleitungszeit andererseits zu erheblichen Schäden an der Fahrgastzelle führen.
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Ein weiteres Problem besteht bei Frontalkollisionen dann, wenn die Kollision mit nur geringer Überdeckung zwischen Fahrzeug und Barriere erfolgt, also bei einem so genannten Small-Overlap- oder SO-Szenario.
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Bei derartigen Szenarien befinden sich der Aufprallbereich und die Deformation beabstandet von der Mittellinie des Fahrzeugs, z.B. im Seitenbereich des Fahrzeugs, und daher oft außerhalb stabilisierender und energieabsorbierender Bauelemente, wie Träger und anderer Strukturelemente. Dabei besteht die Gefahr, dass ein erheblicher Teil der kinetischen Energie beim Aufprall in die Fahrgastzelle eingeleitet wird, insbesondere innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne und/oder oft begleitet vom Eindringen von Fahrzeugkomponenten, wie Gehäuseteilen, Teilen von Rädern, der Lenkung oder der Aufhängung. Derartige Situationen werden bei Sicherheitskonzepten bisher unzureichend berücksichtigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Aufprallschutz für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug mit Aufprallschutz zu schaffen, bei welchen im Kollisionsfall mit besonders einfachen Mitteln ein besonders hoher Anteil an Aufprallenergie vor dem Erreichen der Fahrgastzelle kontrolliert aufgenommen und abgeleitet werden kann.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Aufprallschutz für ein Fahrzeug erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und bei einem Fahrzeug erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Aufprallschutzes sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Aufprallschutz für ein Fahrzeug und insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder einen Personenwagen vorgeschlagen. Der erfindungsgemäße Aufprallschutz ist mit einem Stoßfängerelement zur Aufnahme kinetischer Energie bei einem Aufprall des Fahrzeugs auf eine Barriere und mit einer Stoßfängerschiene ausgebildet, mit welcher das Stoßfängerelement in Eingriff steht. Das Stoßfängerelement ist entlang der Stoßfängerschiene bewegbar. Auf das Stoßfängerelement ist durch die Stoßfängerschiene eine die Bewegung des Stoßfängerelementes hemmende Kraft ausübbar.
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Durch diese Maßnahmen wird erreicht, dass im Falle eines Aufpralls das Stoßfängerelement kinetische Energie aus dem Aufprall aufnimmt und in Wechselwirkung mit der Stoßfängerschiene über die die Bewegung des Stoßfängerelementes hemmende Kraft dissipiert.
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Das Stoßfängerelement kann nach Art einer Pfahlsperre ausgebildet sein. Diese dient z.B. dem Abfangen einer Fahrzeugkomponente bei Deformation und/oder bei Bewegung der Fahrzeugkomponente in das Innere des Fahrzeugs. Das Abfangen erfolgt insbesondere durch Berührung und/oder Eingreifen des Stoßfängerelementes mit der Fahrzeugkomponente.
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Die Stoßfängerschiene kann mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende ausgebildet sein.
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Das Stoßfängerelement kann Bereich des ersten Endes der Stoßfängerschiene angebracht sein und dort mit dieser in Eingriff stehen, insbesondere in einem Zustand vor einem Aufprall.
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Das Stoßfängerelement ist insbesondere unter Beibehaltung des Eingriffs zwischen Stoßfängerelement und Stoßfängerschiene vom Bereich des ersten Endes der Stoßfängerschiene zum zweiten Ende der Stoßfängerschiene hin entlang der Stoßfängerschiene bewegbar.
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Die die Bewegung des Stoßfängerelementes hemmende Kraft ist insbesondere auf Grund des Eingriffes zwischen Stoßfängerelement und Stoßfängerschiene und/oder auf Grund der Bewegung des Stoßfängerelementes entlang der Stoßfängerschiene ist auf das Stoßfängerelement ausübbar.
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Es wird erreicht, dass im Falle eines Aufpralls das Stoßfängerelement Fahrzeugkomponenten, die durch den Aufprall beschädigt werden und/oder in das Innere des Fahrzeugs eindringen, abgefangen werden. Sie geraten während ihrer Bewegung und/oder Deformation mit dem Stoßfängerelement in Kontakt, stützen sich daran ab und/oder geraten damit in Eingriff. Dabei wird Energie auf das Stoßfängerelement übertragen. Diese Energie wird dann vom Stoßfängerelement bei seiner Bewegung entlang der Stoßfängerschiene auf Grund des Eingriffs zwischen Stoßfängerelement und Stoßfängerschiene vom Stoßfängerelement in die Stoßfängerschiene eingeleitet. Umgekehrt wird dabei die Bewegung des Stoßfängerelementes und mithin die Bewegung der mit ihm gekoppelten Teile der Fahrzeugkomponenten gehemmt. Auf Grund der Kraftwirkung zwischen Stoßfängerelement und Stoßfängerschiene werden die Teile der Fahrzeugkomponenten und das Fahrzeug insgesamt abgebremst.
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Dabei ist es von besonderem Vorteil, dass die Übertragung der Energie von den Teilen der Fahrzeugkomponenten nicht zu einem konzentrierten Zeitpunkt übertragen wird, nämlich im Sinne eines Stoßes oder Schlags, sondern in einer zeitlich stärker verteilten Art und Weise. Dies kann z.B. erreicht werden, indem die hemmende Kraft entlang der Stoßfängerschiene und insbesondere vom Bereich des ersten Endes der Stoßfängerschiene zum zweiten Ende der Stoßfängerschiene hin gesteigert ist und insbesondere mit dem Abstand d vom ersten Ende der Stoßfängerschiene linear anwächst.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn – insbesondere im Bereich des ersten Endes der Stoßfängerschiene – die hemmende Kraft F einen Schwellenwert FS aufweist, bis zu dessen Überwindung eine Bewegung des Stoßfängerelementes unterdrückt ist. Dadurch wird eine besonders hohe Betriebssicherheit des erfindungsgemäßen Aufprallschutzes gewährleistet, weil nur Krafteinwirkungen, die den Schwellenwert übersteigen, zur Auslösung der Bewegung des Stoßfängerelementes entlang der Stoßfängerschiene führen. Somit wird eine versehentliche Bewegung des Stoßfängerelementes vermieden. Auch können dadurch kleinere Unfälle, bei denen die Knautschzone der Fahrzeugkarosserie zur Aufnahme der kinetischen Energie ausreichend ist, von der Betrachtung beim erfindungsgemäßen Aufprallschutz ausgeklammert werden.
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Auf Grund statistischer Erwägungen hinsichtlich typischer Unfallszenarien ist es von besonderem Vorteil, wenn die Stoßfängerschiene im Wesentlichen entlang einer Fahrzeuglängsrichtung x ausgerichtet ist, vorzugsweise mit dem ersten Ende im Bereich einer Fahrzeugfront und/oder einer vorderen Knautschzone. So lassen sich insbesondere Unfälle mit geringer Barriereüberlappung, also so genannte Small-Overlap- oder SO-Szenarien besonders wirkungsvoll abdecken.
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Eine besonders einfache Anordnung des erfindungsgemäßen Aufprallschutzes ergibt sich, wenn im Fahrzeug ohnehin vorhandene Komponenten berücksichtigt werden. Dementsprechend kann es vorgesehen sein, dass die Stoßfängerschiene im Bereich oder als Teil eines Fahrzeugträgers, insbesondere eines Fahrzeuglängsträgers und/oder eines Motorträgers ausgebildet ist. Die Fahrzeugträger und insbesondere die Motorträger sind auf Grund ihrer hohen Stabilität besonders geeignet, das Stoßfängerelement aufzunehmen und zum Beispiel nach Art eines Schlittens zu lagern und zu einer energieabsorbierenden Bewegung zu führen.
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Bei Aufprallszenarien, bei denen der Stoß nicht zentral erfolgt und/oder bei denen die Aufprallbarriere nur einen geringen Teil der Fahrzeugquerschnittsfläche überdeckt, und dort auch nur an der Seite, können im Fahrzeug befindliche zentrale Komponenten, wie Längsträger oder dergleichen, ihre energieabsorbierende und das Fahrzeug stabilisierende Funktion nicht entfalten. Es ist daher von besonderem Vorteil, wenn sich gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufprallschutzes das Stoßfängerelement lateral zur Stoßfängerschiene und/oder zu einer von der Fahrzeugmitte abgewandten Seite des Kraftfahrzeugs hin erstreckt. Auf diese Weise werden die Möglichkeiten der Berücksichtigung von Unfällen mit geringer Barriereüberlappung weiter verbessert.
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Häufig bestehen bei Unfallszenarien mit sehr hohem Energieeintrag in das Fahrzeug dahingehend Probleme, dass bestimmte Fahrzeugkomponenten beim Aufprall nicht nur deformiert und/oder abgelöst werden, sondern sich auch in eine Richtung auf die Fahrgastzelle zu bewegen. Beim Eindringen in die Fahrgastzelle kann es zu Verletzungen der Insassen kommen. Um ein derartiges Verletzungsrisiko zu verringern, ist es bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufprallschutzes vorgesehen, dass eine Seilzugeinrichtung ausgebildet ist, welche ein Seil mit einem ersten Seilende, welches am Stoßfängerelement angebracht ist, und mit einem zweiten Seilende, welches an einer Fahrzeugkomponente angebracht ist, und eine Seilumlenkung aufweist. Durch das Seil ist über die Seilumlenkung bei Bewegung des Stoßfängerelementes auf die Fahrzeugkomponente eine Kraft in eine bevorzugte Richtung ausübbar. Durch diese Maßnahmen können zum Beispiel bestimmte Fahrzeugkomponenten am Eindringen in den Bereich der Fahrgastzelle gehindert werden.
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Dabei ist es auch denkbar, dass durch das Seil über die Seilumlenkung bei Bewegung des Stoßfängerelementes die Fahrzeugkomponente, insbesondere ein Rad oder ein Motorblock, bei einem Aufprall in die bevorzugte Richtung bewegbar ist, vorzugsweise zu einer von einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs abgewandten Seite hin.
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Alternativ dazu ist es möglich, dass durch das Seil über die Seilumlenkung bei Bewegung des Stoßfängerelementes eine die Bewegung des Stoßfängerelementes hemmende Kraft erzeugbar ist. Durch diese Maßnahmen lässt sich die die Bewegung des Stoßfängerelementes hemmende Kraft besonders einfach steigern, z.B. auch ohne dass spezielle Maßnahmen an der Stoßfängerschiene notwendig wären.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug und insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein Personenkraftwagen geschaffen, welcher bestimmte Fahrzeugkomponenten und einen erfindungsgemäßen Aufprallschutz aufweist. Bei den Fahrzeugkomponenten kann es sich um übliche Fahrzeugkomponenten, wie Karosseriebereiche, Motor, Räder, Aufhängungen und Verstrebungen und dergleichen handeln.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
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1 zeigt in schematischer und geschnittener Draufsicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufprallschutzes, wie sie in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug verwendet wird.
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2 zeigt in schematischer und geschnittener Draufsicht die Ausführungsform aus 1 in einer Anordnung nach einem Aufprall.
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3 bis 11 zeigen in schematischer Ansicht andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Aufprallschutzes.
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12 und 13 zeigen in schematischer und geschnittener Draufsicht ein herkömmliches Fahrzeug vor und nach einem Aufprall.
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Die Figuren zeigen in schematischer Art und Weise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird eine Detailbeschreibung wiederholt. Die in den Ansprüchen, den Figuren und der Beschreibung genannten Merkmale können beliebig voneinander getrennt oder miteinander kombiniert verwendet werden.
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Die 1 und 2 zeigen in einer schematischen und geschnittenen Draufsicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges 1, und zwar in 1 im intakten Zustand und in 2 in einem Zustand nach einem Unfall nach Art eines SO-Szenarios, also eines Aufpralls mit geringer Barriereüberdeckung.
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In den 1 und 2 ist das Fahrzeug 1 als Personenkraftwagen mit einer Fahrgastzelle 4 schematisch dargestellt und in der Richtung x von der Rückseite 1b zur Vorderseite 1a hin angeordnet. Von den Seitenbereichen 1c und 1d erstreckt sich das Fahrzeug in y-Richtung. Im Inneren 1i des Fahrzeuges 1 ist ein Motor 5 angeordnet, über welchen die Räder 3 angetrieben werden können. Der Motor 5 wird innerhalb des Fahrzeuges 1 an einem Paar Motorträger 6 gehaltert, die sich von der Vorderseite 1a in Richtung der Rückseite 1b und somit in Längsrichtung x des Fahrzeuges 1 erstrecken. Das Äußere des Fahrzeuges 1 wird von der schematisch dargestellten Karosserie 2 gebildet. Die Karosserie 2 umgibt im Wesentlichen die Räder 3, die Fahrgastzelle 4, den Motor 5 und die Motorträger 6.
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Der im Inneren 1i des Fahrzeuges 1 erfindungsgemäß vorgesehene Aufprallschutz 10 besteht bei der Ausführungsform der 1 und 2 aus einem Stoßfängerelement 14 und einer Stoßfängerschiene 12. Das Stoßfängerelement 14 ist nach Art einer Pfahlsperre zum Abfangen eines Teils einer Fahrzeugkomponente durch Berühren und/oder Eingreifen miteinander ausgebildet. Das Stoßfängerelement 14 kann nach Art eines Schlittens an der Stoßfängerschiene 12 angebracht oder gelagert sein, so dass das Stoßfängerelement 14 als Schlitten entlang der Stoßfängerschiene 12 und unter Beibehaltung des Eingriffs zwischen Stoßfängerschiene 12 und Stoßfängerelement 14 in Richtung von der Vorderseite 1a zur Rückseite 1b des Fahrzeuges 1 hin bewegbar ist.
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Die Stoßfängerschiene 12 kann am Motorträger 6 angebracht sein oder von diesem gebildet werden. Es ist auch denkbar, einen anderen Träger im Fahrzeug 1 zu verwenden, der im Wesentlichen eine Längserstreckung in der x-Richtung aufweist.
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In dem in den 1 und 2 gezeigten Beispiel wird die Stoßfängerschiene 12 vom Motorträger 6 gebildet und kann dazu bestimmte Modifikationen aufweisen, zum Beispiel Ausnehmungen oder Nuten, die der Aufnahme und Führung des Stoßfängerelementes 14 und dessen Bewegung dienen.
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Auf der Vorderseite 1a des Fahrzeuges 1 besitzt die Stoßfängerschiene 12 ein erstes Ende 12p, welches auch als proximales oder als vorderes Ende bezeichnet wird. In Richtung zur Rückseite 1b des Fahrzeuges 1 hin weist die Stoßfängerschiene 12 ein zweites Ende 12d auf, welches auch als distales oder als rückseitiges Ende 12d der Stoßfängerschiene 12 bezeichnet wird.
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Bei der Ausführungsform der 1 und 2 erstreckt sich der Motorträger 6 vollständig von der Vorderseite 1a zur Rückseite 1b des Fahrzeuges 1.
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Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Es ist vielmehr ausreichend, dass sich der Motorträger 6 in der x-Richtung in ausreichendem Maße erstreckt, so dass sich der Stoßfänger 14 entlang der Stoßfängerschiene 12 eine gewisse Wegstrecke bewegen kann, um kinetische Energie aus einer Kollision in ausreichendem Maße aufzunehmen und in Wechselwirkung mit anderen Komponenten und insbesondere mit der Stoßfängerschiene 12 in Deformations- und/oder Wärmeenergie umzuwandeln.
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In der 1 ist das Fahrzeug 1 im intakten Zustand dargestellt.
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In dem Übergang zum Zustand gemäß 2 hat sich an der Vorderseite 1a des Fahrzeuges 1 am Seitenbereich 1c des Fahrzeugs 1 eine Kollision ereignet. Diese Kollision betrifft hier ausschließlich Komponenten, die vom Motorträger 6 zur Außenseite 1c hin abgewandt liegen. Es ist somit beispielhaft ein Aufprallszenario beschrieben, welchem eine geringe Barriereüberdeckung mit dem Fahrzeug 1 in Bezug auf dessen Querschnitt der Vorderseite 1a zu Grunde liegt.
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Dabei betrifft der beschädigte Bereich 20 den Motorträger 6 nicht in direkter Weise. Dadurch kann der Motorträger 6 während des Aufpralls eines solchen SO-Szenarios (SO: Small Overlap, d.h. Szenario mit geringer Barriereüberdeckung) höchstens einen geringen Anteil an kinetischer Energie in Form von Deformation oder Wärmemenge aus dem Aufprall aufnehmen.
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Durch das erfindungsgemäße Vorsehen des Stoßfängerelementes 14 findet beim Aufprall mit der Deformation und Bewegung der am Aufprall direkt beteiligten Fahrzeugkomponenten ein direkter mechanischer Kontakt dieser Komponenten oder eines Teiles davon mit dem Stoßfänger 14 statt, weil sich dieser von der Stoßfängerschiene 12 abgewandt zum Seitenbereich 1c des Fahrzeuges 1 und dessen Karosserie 2 hin erstreckt. Durch den mechanischen Kontakt – hier also eines Teils der Karosserie 2 im überlappenden Bereich der Vorderseite 1a und des Seitenbereichs 1c und des Rades 3 – wird in Folge das Stoßfängerelement 14 entlang der Stoßfängerschiene 12 von der Vorderseite 1a und dem ersten Ende 12p zur Rückseite 1b und dem zweiten Ende 12d der Stoßfängerschiene 12 mitbewegt. Auf Grund des Eingriffs zwischen Stoßfängerelement 14 und Stoßfängerschiene 12 und der dadurch zur Wirkung kommenden hemmenden Kraft durch Aufnahme von kinetischer und Deformationsenergie wird die Deformation der Karosserie 2 und der weiteren Komponenten des Fahrzeugs 1 in diesem Bereich beschränkt, deren Bewegung abgebremst und eingeschränkt und somit ein Eindringen der an dem Aufprall direkt beteiligten Fahrzeugkomponenten in den Bereich der Fahrgastzelle 4 des Fahrzeuges 1 verhindert.
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Durch den Aufprall werden die Komponenten im Schadensbereich 20 also zusammengeschoben, treffen auf das Stoßfängerelement 14 auf und bewegen sich gemeinsam mit diesem unter Abbremsung entlang der Stoßfängerschiene 12, ohne jedoch in die Fahrgastzelle 4 einzudringen.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Vorgehens werden insbesondere im Vergleich zu den 12 und 13 deutlich.
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Die 12 und 13 zeigen ein herkömmliches Fahrzeug 1‘. Dieses weist dieselben Komponenten auf wie das erfindungsgemäße Fahrzeug 1. Es umfasst jedoch keinen erfindungsgemäßen Aufprallschutz 10 mit Stoßfängerelement 14 und Stoßfängerschiene 12. Auf Grund des Fehlens der erfindungsgemäßen Maßnahmen können sich im Übergang vom intakten Zustand gemäß 12 zum Zustand nach Aufprall gemäß 13 in der Schadenszone 21 auch weitergehende Bereiche ausbilden. Diese können auch Schäden 22 umfassen, die bis in die Fahrgastzelle 4 hineinreichen. Dies ist hier dargestellt durch das linke Vorderrad, welches in die Fahrgastzelle 4 hineingeschoben und -gedreht ist und dadurch die Insassen gefährden kann.
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Im Vergleich der 2 und 13 ist erkennbar, dass das erfindungsgemäße Vorsehen des Aufprallschutzes 10 mit Stoßfängerelement 14 und Stoßfängerschiene 12 diese Schäden 22 in der Fahrgastzelle 4 gerade verhindert und dadurch das Schadensrisiko für die Insassen in der Fahrgastzelle 4 bei einem derartigen Aufprall, insbesondere bei geringer Barriereüberdeckung, deutlich reduziert.
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Die 3 bis 11 zeigen verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Aufprallschutzes 10 und deren Details. Jeder Aufprallschutz 10 dieser Ausführungsformen besteht dem Kern nach aus einem Stoßfängerelement 14, welches an einer Stoßfängerschiene 12 angebracht ist und mit dieser eingreift. Jede der Stoßfängerschienen 12 besitzt ein erstes oder proximales Ende 12p, in dessen Bereich sich das Stoßfängerelement 14 befindet, wenn ein Aufprall noch nicht stattgefunden hat. Dieser Bereich stellt praktisch die Ausgangslage oder Startposition des Stoßfängerelementes 14 dar. Die Stoßfängerschiene 12 kann eine zusätzliche Komponente sein oder durch Modifikation eines bekannten Trägers in einem Fahrzeug 1 definiert werden, vorzugsweise einem Längsträger, wobei sich insbesondere Motorträger 6 anbieten. Diese Ausgestaltung mit dem Motorträger 6 ist jedoch nicht zwingend.
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In den 3 bis 5 wird der Stoßfänger 14 von einer Basis 16 und der eigentlichen Pfahlsperre 15 gebildet. Die Basis 16 kann auch als Schlitten bezeichnet werden. Sie wird an der Stoßfängerschiene 12 angebracht oder ist dort gelagert, greift mit der Stoßfängerschiene 12 ein und ist entlang der Stoßfängerschiene 12 unter Beibehaltung des Eingriffs mit der Stoßfängerschiene 12 vom Bereich des ersten Endes 12p in Richtung auf den Bereichs des zweiten Endes 12d hin bewegbar. Durch den Eingriff zwischen Stoßfängerschiene 12 und Stoßfängerelement 14, nämlich über die Basis 16, wird bei Bewegung auf die Basis 16 und mithin auf das Stoßfängerelement 14 eine die Bewegung hemmende Kraft ausgeübt.
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Bei der Ausführungsform der 3 bis 5 besteht die Stoßfängerschiene 12 im Wesentlichen aus einem linearen Träger. Dieser ist in den 3 bis 5 mit seiner Längserstreckung in der x-Richtung und somit in der Längserstreckungsrichtung des Fahrzeuges 1 ausgerichtet.
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Der der Stoßfängerschiene 12 zu Grunde liegende Träger definiert das erste Ende 12p für die Startposition des Stoßfängerelementes 14 und das zweite Ende 12d. Er besitzt obere und untere Eingriffsseiten 12c, in welche bei dieser Ausführungsform jeweils eine Nut 12n eingearbeitet ist. Diese Nut 12n dient dem Eingriff durch die Basis 16 des Stoßfängerelementes 14. Des Weiteren besitzt der der Stoßfängerschiene 12 zu Grunde liegende Träger eine dem Stoßfängerelement 14 zugeordnete und zugewandte erste Seitenfläche 12a und eine nach Montage vom Stoßfängerelement 14 abgewandte Seitenfläche 12b.
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Die dem Stoßfängerelement 14 nach Montage zugewandte Seitenfläche 12a der Stoßfängerschiene 12 kann auch als Reibfläche mit der zugewandten Unterseite der Basis 16 ausgebildet sein, um die die Bewegung hemmende Kraft F zwischen Stoßfängerelement 14 und Stoßfängerschiene 12 zu erzeugen.
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Alternativ oder zusätzlich kann die die Bewegung hemmende Kraft auch erzeugt werden durch die Ausgestaltung der Nut 12n. In diese Nut 12n greift die Basis 16 des Stoßfängerelementes 14 mit einem Eingriffsabschnitt 17 ein. Dieser Eingriff kann so realisiert werden, dass die Außenfläche des Eingriffsabschnitts 17 mit der Innenseite der Nut 12n in reibendem Kontakt steht. Zur Steigerung der die Bewegung hemmenden Kraft F vom ersten Ende 12p in Richtung auf das zweite Ende 12d hin kann sich die Nut 12n zum Beispiel kontinuierlich verjüngen oder auf andere Art und Weise ihren Querschnitt verringern. Auch können in der Nut zusätzlich Reibung erzeugende Komponenten, zum Beispiel in Form von mechanischen Widerstandselementen, ausgebildet sein.
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Die 6 zeigt die Modulation des Verlaufs der die Bewegung hemmenden Kraft F in Abhängigkeit von der Position oder vom Abstand d der Basis 16 als Schlitten für das Stoßfängerelement 14 entlang der Längserstreckung der Stoßfängerschiene 12 von der Startposition beim Ort x = 0, also im Bereich des ersten oder proximalen Endes 12p zum zweiten oder distalen Ende 12d hin. Die die Bewegung hemmende Kraft F, die während der Bewegung von der Stoßfängerschiene 12 auf das Stoßfängerelement 14 ausgeübt wird, besitzt einen linearen Verlauf. Die Abszisse des Graphen im oberen Teil von 6 bezeichnet den Abstand d von der Position x = 0 des Stoßfängerelementes 14 in x-Richtung entlang der Stoßfängerschiene 12. Auf der Ordinate des Graphen ist der Betrag der von der Stoßfängerschiene 12 auf das Stoßfängerelement 14 ausgeübten Kraft F dargestellt. Der Kraftverlauf 40 in dem Graphen der 6 wird durch eine lineare Funktion repräsentiert. Diese beginnt jedoch nicht im Ursprung bei einer verschwindenden Kraft, sondern bei einem Schwellenwert FS. Das bedeutet, dass bei dieser Ausführungsform gemäß 6 von der Stoßfängerschiene 12 zunächst eine Haltekraft FS ausgeübt wird. Wirkt bei einem Aufprall eine Kraft auf das Stoßfängerelement 14 ein, zum Beispiel durch deformierte und/oder sich bewegende Gehäusekomponenten, so wird die Mitbewegung des Stoßfängerelementes 14 erst dann erfolgen, wenn die beim Aufprall auf das Stoßfängerelement 14 einwirkende Kraft den Schwellenwert FS überwindet. Dann aber wirkt die Kraft F, die in Abhängigkeit vom Abstand d vom Startpunkt x = 0 als Wert F im Kraftverlauf 40 aus dem Graphen gemäß 6 entnehmbar ist.
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Durch die konkrete Ausgestaltung der Stoßfängerschiene 12, zum Beispiel über die Nut 12n, können sowohl der Schwellenwert FS als auch die Steigung des Kraftverlaufs 40 geändert werden, so dass sich insgesamt zum Beispiel Kraftverläufe 41 oder 42 aus dem Graphen der 6 ergeben.
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Die 7 bis 9 zeigen andere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Aufprallschutzes 10 mit unterschiedlichen Wechselwirkungsmechanismen zwischen dem Stoßfängerelement 14 und insbesondere dessen Basis 16 einerseits und der Stoßfängerschiene 12 andererseits.
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Bei der Ausführungsform gemäß 7 weist die Basis 16 des Stoßfängerelementes 14 Zapfen 18 auf, die von der Basis 16 aus in Richtung auf die Eingriffsflächen 12c auf Ober- und Unterseite der Stoßfängerschiene 12 zugeordnet und zugewandt sind und dort in Ausnehmungen 19 eingreifen. Die Ausnehmungen 19 in der Stoßfängerschiene 12 sind im Bereich des ersten Endes 12p ausgebildet und definieren somit die Startposition (x = 0) für den Schlitten der Basis 16 und damit für das Stoßfängerelement 14. Durch die Zapfen 18 der Basis 16 in den Ausnehmungen 19 der Stoßfängerschiene 12 ist die Bewegung des Stoßfängerelementes 14 an der Anfangsposition (x = 0) zunächst blockiert. Auf diese Art und Weise wird der Schwellenwert FS für die die Bewegung hemmende Kraft F zwischen der Stoßfängerschiene 12 und dem Stoßfängerelement 14 definiert. Wird dieser Schwellenwert bei einem Aufprall überwunden, indem die Zapfen 18 zum Beispiel teilweise abbrechen oder auf der Eingriffsfläche 12c aufsitzen oder diese aufschlitzen, ergibt sich ein von der dann stattfindenden Bewegung des Stoßfängerelementes 14 abhängige Reibungskraft, über welche die aus dem Aufprall stammende kinetische Energie in Deformationsenergie und/oder Wärme umwandelt wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß 8 besitzt die Basis 16 des Stoßfängerelementes 14 eine Flanke 31 mit einem Übergang zwischen einem Bereich geringerer Materialstärke und einem Bereich höherer Materialstärke der Basis 16. Diese Flanke 31 greift mit einer entsprechenden Flanke 30 ein, welche in einem Übergang verschiedener Durchmesser der Stoßfängerschiene 12 definiert ist. Die Flanke 30 der Stoßfängerschiene 12 ist im Bereich des ersten Endes 12p der Stoßfängerschiene 12 ausgebildet und definiert dort die Startposition (x = 0) für den Schlitten der Basis 16 und damit für das Stoßfängerelement 14.
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Durch das Eingreifen der Flanken 30 und 31 miteinander wird der Schwellenwert FS der die Bewegung hemmenden Kraft F zwischen Stoßfängerschiene 12 und Stoßfängerelement 14 definiert. Nach Überwinden des Schwellenwerts FS nach Aufprall und Wechselwirkung mit sich bewegenden und/oder deformierenden Fahrzeugkomponenten wird zum Beispiel die Basis 16 aufgeweitet und sitzt dann auf der Eingriffsfläche 12c der Stoßfängerschiene 12 mit gesteigertem Durchmesser auf oder der Querschnitt der Stoßfängerschiene 12 wird beginnend an der Flanke 30 komprimiert, so dass sich dann nach der jeweiligen Deformation die Bewegung der Basis 16 und mithin des Stoßfängerelementes 14 in Richtung auf das zweite Ende 12d der Stoßfängerschiene 12 ergibt.
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Auch ist eine Kombination von Deformationen der Basis 16 und des Querschnitts der Stoßfängerschiene 12 denkbar. Es ist auch möglich, dass die Flanke 31 der Basis 16 durch Deformation abgetragen und somit zerstört wird, wobei dann eine entsprechend gesteigerte, die Bewegung hemmende Kraft F erzeugt wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß 9 entsteht die die Bewegung hemmenden Kraft F zwischen Stoßfängerschiene 12 und Stoßfängerelement 14 dadurch, dass sich die Basis 16 bei einem Aufprall durch Kontakt mit Fahrzeugkomponenten in Bezug auf die Längserstreckung der Stoßfängerschiene 12 und mithin in Bezug auf die x-Richtung in der x-y-Ebene verkantet. In dem in 9 dargestellten verkanteten Zustand sitzen die Kanten 32 der Basis 16 des Stoßfängerelementes 14 auf der Eingriffsfläche 12c auf, wodurch die die Bewegung hemmende Kraft F gegebenenfalls gesteigert wird.
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Die 10 und 11 zeigen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Aufprallschutzes 10, bei welchen Seilzugeinrichtungen 20 verwendet werden.
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Dabei kommt ein Seil 21 mit einem ersten Seilende 22 und einem zweiten Seilende 23 zum Einsatz. Das erste Seilende 22 des Seiles 21 wird an der Basis 16 des Stoßfängerelementes 14 angebracht. Das gegenüberliegende zweite Seilende 23 des Seiles 21 wird an einer Verankerung 25 im Fahrzeug 1 angebracht. Diese Verankerung 25 kann Teil einer Fahrzeugkomponente sein, zum Beispiel des Motorblocks 5 oder eines Rades 3. Zwischen den ersten und zweiten Seilenden 22 und 23 ist eine Seilumlenkung 24 ausgebildet, die ebenfalls mit einer Verankerung 26 im Fahrzeug 1 befestigt ist.
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Die beiden Seilenden 22 und 23 des Seiles 21 und die Seilumlenkung 24 werden so ausgebildet und zueinander angeordnet, dass durch das Seil 21 über die Seilumlenkung 24 bei Bewegung des Stoßfängerelementes 14 auf die Verankerung 25 des zweiten Seilendes 23 und mithin die mit der Verankerung 25 verbundene Fahrzeugkomponenten eine Kraft in eine vordefinierte und bevorzugte Richtung erfahren.
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In 10 ist dazu eine in der der x-Richtung entgegengesetzten Richtung dargestellte Zugkraft Z eingezeichnet, welche zwischen dem ersten Seilende 22 und der Seilumlenkung 24 wirkt und wegen der Umlenkung 24 eine entsprechende Gegenkraft G zwischen dem zweiten Seilende 23 und der Seilumlenkung 24 führt. Diese Gegenkraft G kann genutzt werden, um entsprechend der Positionierung von Seilumlenkung 24 und deren Verankerung 26 einerseits und der Verankerung 25 des zweiten Seilendes 23 andererseits eine mit der Verankerung 25 verbundene Fahrzeugkomponente in eine gewünschte Richtung zu bewegen.
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Es ist zum Beispiel denkbar, die Verankerung 25 so am Motorblock 5 anzubringen, dass der Motor 5 beim Aufprall in Richtung auf die Aufprallseite gezogen wird.
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Auch ist es möglich, dass eine Verbindung zu einem Querlenker vorliegt, um an dem der Last zugewandten Rad 3 zu ziehen und dadurch das Rad 3 auszurichten und/oder zu bewegen, zumindest jedoch am Eindringen in den Fahrgastraum 4 zu hindern. Auch kann durch eine entsprechende Anbringung der Angriffspunkte das Rad 3 herausgedrückt werden. Dies kann von Vorteil sein, weil dadurch der Deformationsweg freigegeben wird und/oder das Rad 3 z.B. nicht punktuell in die Stirnwand drückt.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Verankerung 25 so ausgebildet sein, dass über das Lenkgetriebe eine Lenkung des Rades 3 erfolgt. Damit kann bewirkt werden, dass das Rad 3 beim Aufprall zumindest teilweise eingeschlagen wird, um dadurch ein Wegfahren von der Barriere 60, auf welche das Fahrzeug 1 aufprallt, zu erreichen. Es wird durch das Einlenken des Rades 3 also ein Impuls weg von der Barriere 60 erzeugt. Zusätzlich kann sich dadurch der Deformationsraum erweitern, das Rad 3 steht nach dem Einlenken nicht mehr längs zur Barriere sondern quer dazu. Mithin verteilt das Rad 3 in diesem Zustand die Last auf eine größere Fläche der Stirnwand und gegebenenfalls des Schwellers.
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Ferner ist auf Grund der Gegenkraft G zur Zugkraft Z gemäß 10 die Ausbildung eines Gegenlastniveaus zwischen Verankerung 25 und Seilumlenkung 26 denkbar, wodurch die die Bewegung hemmende Kraft F weiter definiert und moduliert werden kann.
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Bei einer anderen alternativen Ausführungsform kann im Zusammenhang mit dem Seilzug 20 auch daran gedacht werden, ein so genanntes Deformationssystem 50, welches auch als Stoßfängersystem aufgefasst werden kann, zum Einsatz zu bringen, wie dies im Zusammenhang mit 11 dargestellt ist.
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Dort wird das zweite Ende 23 mit seiner Verankerung 25 an einer der Stoßfängerschiene 12 in y-Richtung abgewandten Seite an dem Deformationssystem 50 angebracht, so dass bei Bewegung des Schlittens der Basis 16 des Stoßfängerelementes 14 und unter Zug des Seiles 21 das Deformationssystem 50 als Teil der Knautschzone zur Barriere 60 gezogen wird, auf welche das Fahrzeug 1 aufprallt und welche auch als SO-Barriere bezeichnet werden kann.
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Im Zusammenhang mit der Seilzugeinrichtung 20 kann auch daran gedacht werden, beim Lenken eines Rades 3 über die Bewegung des Stoßfängerelementes 14 mit dem Rad 3 eine Rampe für eine SO-Barriere 60 zu realisieren, zum Beispiel zum Auslenken von der SO-Barriere 60 weg und/oder um das Rad 3 aus dem Lastpfad heraus zu bewegen. Dient das Rad 3 als Rampe, so kann das Fahrzeug 1 dadurch von der Barriere 60 weggedrückt werden.
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Das Stoßfängerelement 14, das auch als SO-Schlitten bezeichnet werden kann, kann auch ein Gegenlastniveau für den Energieaufbau aufbauen. Dabei können folgende Maßnahmen zum Einsatz kommen.
- (a) Es können Zapfen 18 ausgebildet sein, die vom Schlitten in das Profil des Motorträgers 6 als Stoßfängerschiene 12 eingreifen und beim nach hinten verlagern diesen „aufschlitzen“, wie dies in 7 schematisch dargestellt ist.
- (b) Die Basis 16 des Stoßfängerelementes 14 umgreift als Schlitten den Motorträger 6 enger als das Profil des Motorträgers 6 ist, wie dies auch im Zusammenhang mit 8 beschrieben wurde.
- (c) Die Basis 16 als Schlitten verkantet sich in Bezug auf die Stoßfängerschiene 12 gemäß 10.
- (d) Es kann gemäß den 10 und 11 eine Seilzugeinrichtung 20 ausgebildet sein, die über die Umlenkung 24 Kraft aufbringen und vermitteln kann.
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Auch ist es denkbar, dass das Stoßfängerelement 14 als SO-Schlitten in den Lastniveaus während des Aufpralls variiert wird, z.B. auch in Kombination mit den Gegenlastniveaumaßnahmen. Folgende Maßnahmen sind denkbar:
- (e) Aktuatoren in der Basis 16 als Schlitten und/oder in der Stoßfängerschiene 12, insbesondere dem Motorträger 6.
- (f) Unterschiedliche Wandstärken in der Stoßfängerschiene 12 und insbesondere im Motorträger 6, z.B. durch Vergrößerung des Querschnitts des Motorträgers 6 nach hinten (auf die Rückseite 1b zu) und/oder durch z.B. durch angebrachte/aufgeschweißte Keile auf dem Motorträger 6.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erfindungsgemäßes Fahrzeug, Kraftfahrzeug, Personenkraftwagen
- 1‘
- herkömmliches Fahrzeug
- 1a
- Vorderseite
- 1b
- Rückseite
- 1c
- Seitenbereich (links)
- 1d
- Seitenbereich (rechts)
- 1i
- Inneres des Fahrzeugs 1
- 2
- Karosserie
- 3
- Rad
- 4
- Fahrgastzelle
- 5
- Motor, Brennkraftmaschine
- 6
- Motorträger
- 10
- Aufprallschutz
- 12
- Stoßfängerschiene
- 12a
- erste/zugewandte Seite/Seitenfläche
- 12b
- zweite/abgewandte Seite/Seitenfläche
- 12c
- Eingriffsseite
- 12d
- zweites oder distales Ende
- 12n
- Nut
- 12p
- erstes oder proximales Ende
- 14
- Stoßfängerelement
- 15
- Pfahlsperre
- 16
- Basis, Schlitten
- 17
- Eingriffsabschnitt
- 18
- Zapfen
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Seilzugeinrichtung
- 21
- Seil
- 22
- erstes Seilende
- 23
- zweites Seilende
- 24
- Seilumlenkung
- 25
- erste Verankerung
- 26
- zweite Verankerung
- 30
- Flanke
- 31
- Flanke
- 40
- Kraftverlauf
- 41
- Kraftverlauf
- 42
- Kraftverlauf
- 50
- Deformationssystem
- 60
- SO-Barriere, Small-Overlap-Barriere
- d
- Abstand
- F
- hemmende Kraft
- FS
- Schwellenwert der Kraft F
- G
- Gegenkraft
- x
- Längsrichtung
- y
- Querrichtung
- z
- Höhenrichtung
- Z
- Zugkraft
