DE102017127881A1

DE102017127881A1 - Vorrichtung zur Energieabsorption bei einem Lastaufprall im Bereich der A-Säule einer Fahrzeugkabine

Info

Publication number: DE102017127881A1
Application number: DE102017127881.8A
Authority: DE
Inventors: Toralf Stephan; Markus Schmuhl; Michael Ziller; Adam Andrä
Original assignee: SCHMUHL FASERVERBUNDTECHNIK GmbH AND CO KG
Current assignee: SCHMUHL FASERVERBUNDTECHNIK GmbH AND CO KG
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2017-11-24
Publication date: 2019-05-29
Also published as: CN109835420A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieabsorption bei einem Lastaufprall im Bereich der A-Säule einer Fahrzeugkabine.Die Aufgabe, eine neue Möglichkeit zur Energieabsorption beim Lastaufprall im Bereich der A-Säule einer Fahrzeugkabine zu finden, die für einen definierten Lastaufprall den vorgeschriebenen Überlebensraum in der Fahrzeugkabine ohne zusätzliche vorgelagerte Stoßfänger gewährleistet, wird erfindungsgemäß gelöst, indem je ein Strangelement mit einer hohen Bruchdehnung oder Zugfestigkeit und einer geringen Dichte innerhalb der A-Säule angeordnet ist, die Enden des Strangelements einerseits an der Bodengruppe und andererseits an einem strukturverstärkten Dachholm befestigt sind und das Strangelement ein Strangmaterial aufweist, das bei einem Lastaufprall durch anfänglich elastische und nachfolgend plastische Längendehnung die Aufprallenergie absorbiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absorption von Aufprallenergie an einem Kraftfahrzeug, bei der eine A-Säule einer Fahrzeugkabine ein verformbares Element zum Abfangen eines Lastaufpralls durch Energieabsorption aufweist, insbesondere für A-Säulen einer Führerkabine eines LKWs oder eines Fahrzeugkrans.
Zum Erhalt des Überlebensraumes eines Fahrzeugführers ist insbesondere im vorderen Bereich der Führerkabine, in dem sich frontal und seitlich Sichtscheiben befinden, die bei einem Lastaufprall keine elastische oder plastische Verformungsenergie aufnehmen können, ein zuverlässiger und wirksamer Energieverzehr durch die sogenannten A-Säulen erforderlich.
Deshalb ist für eine Führerkabine gemäß ECE R29-03 ein Frontsäulenaufprallschutz vorgeschrieben, der einen definierten Energieverzehr von 29,4 kJ durch die A-Säulen fordert.
Im Stand der Technik der Kraftfahrzeuge wird die Aufprallenergie herkömmlich durch Verformungsarbeit von in Fahrtrichtung ausgerichteten Karosseriestreben vor der A-Säule absorbiert. Erst durch die zunehmende Fülle von Aggregaten im Motorraum und entfallenes Chassis sowie immer weiter ausgedünnte außen liegende Längsstreben und kaum Widerstand leistende Kühlergrills haben quer zwischen den Längsstreben angeordnete Querstreben an Bedeutung gewonnen, die beim Frontalaufprall eine Biegeverformung erleiden und die daraus resultierende Längenverkürzung durch außerhalb der Längsstreben liegende Einspannvorrichtungen in eine Kompression der Einspannvorrichtungen umsetzen.
So ist aus der EP 1 355 078 A1 eine Aufprallenergieabsorptionseinrichtung bekannt, die ein hochfestes Material mit einer Längsrichtung quer zur Aufprallrichtung aufweist, wobei ein strukturelles System an in Fahrtrichtung ausgerichteten Längsstreben mit einem definierten Abstand zueinander Frontplatten zur Befestigung der Enden des hochfesten Materials enthält, das im Falle des Aufpralls komprimiert oder ausgelenkt wird und dabei die Aufprallenergie absorbiert wird.
In der US 2015/02103125 A1 ist eine Lösung offenbart, die für jedes der Vorderräder des Fahrzeugs ein Zugkabel mit mindestens einem Umlenkelement aufweist, dessen eines Ende an einem Karosserieteil und dessen anderes Ende an einem Vorderrad befestigt ist. Dabei führt das Kabelsystem im deaktivierten Zustand eine Lenkbewegung aus und im aktivierten Zustand wird bei einer Kollision das Vorderrad in Richtung des Hindernisses eingeschlagen. Zwischen den Befestigungspunkten hat jedes Kabelsystem eine Kabelschlinge und eine Einrasteinheit, die für das Blockieren des Kabels vorgesehen ist.
Ferner ist zur Realisierung eines Seitenaufprallschutzes an einem Pkw in der DE 10 20012 019 073 A1 beschrieben, an einer seitlichen Säule (B-Säule) eine Seitenstruktur, die einerseits an der Dachkonstruktiion und andererseits in der Bodengruppe befestigt ist und im Wesentlichen quer zur Fahrtrichtung einen Energieabsorber aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Energieabsorption bei einem Lastaufprall im Bereich der A-Säulen einer Fahrzeugkabine zu finden, bei der für einen definierten Lastaufprall ein vorgeschriebener Überlebensraum im Innern der Fahrzeugkabine gewährleistet wird, ohne dass zusätzliche vorgelagerte Stoßfänger installiert werden.
Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Absorption von Aufprallenergie an einem Kraftfahrzeug, bei der eine A-Säule einer Fahrzeugkabine ein verformbares Element zum Abfangen eines Lastaufpralls durch Energieabsorption aufweist, dadurch gelöst, dass je ein Strangelement mit einer hohen Bruchdehnung > 5% oder Zugfestigkeit größer 6 MPa/mm² und einer geringen Dichte innerhalb der A-Säule angeordnet ist, dass die Enden des Strangelements einerseits an der Bodengruppe und andererseits an einem strukturverstärktem Dachholm befestigt sind und dass das Strangelement ein Strangmaterial aufweist, das bei einem Lastaufprall durch anfänglich elastische und nachfolgend plastische Längendehnung die Aufprallenergie absorbiert.
Vorteilhaft ist das Strangmaterial ein Kunststoff oder ein Faserverbundkunststoff mit einer Dichte < 2,6 g/cm³ ist. Vorzugsweise ist das Strangmaterial ein Polyamid oder Elastomer.
Es erweist sich als vorteilhaft, dass die Bruchdehnung des Strangelements mindestens um einen Faktor 2 höher als die Bruchdehnung des Materials der A-Säule ist.
Ferner ist es zweckmäßig, zwischen den Enden des Strangelements wenigstens eine Umlenkrolle anzuordnen, um Knick- oder Bogenstellen der A-Säule von einem Kontakt mit dem Strangelement freizuhalten.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Umlenkrolle zwischen den Enden des Strangelements vorhanden, um damit die dehnungsfähige Länge des Strangelements zu erhöhen.
Zweckmäßig sind wenigstens zwei Umlenkrollen zwischen den Enden des Strangelements angeordnet, um wenigstens einen Befestigungspunkt des Strangelements in die Bodengruppe oder den Dachholm der Fahrzeugkabine nach hinten zu verlegen und damit eine größere Stranglänge zu realisieren.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenigstens eine zwischen den Enden des Strangelements angeordnete Umlenkrolle mit einer Spanneinrichtung (5) zu versehen, um damit das Strangelement straff zu halten.
Das Strangelement besteht bevorzugt aus einem Strang mindestens einer Kunststofffaser oder Kunststoffverbunds. Es kann aber auch aus einem runden zylindrischen Bündel von mehreren Kunststofffasern oder aus einem flachen Bündel von mehreren Lagen von aneinanderliegenden Kunststofffasern zusammengesetzt sein. Dabei kann auch zweckmäßig von der Möglichkeit Gebrauch gemacht werden, dass das Strangelement aus geflochtenen Bündeln von Kunststofffasern besteht.
Vorteilhaft ist das Strangelement von einem Schutzmantel eingehüllt, um es vor Kerbrissen und somit vorzeitigem Bruch zu schützen.
In einer bevorzugten Ausführung ist das Strangelement vorgespannt. Dabei erfolgt das Vorspannen des Strangelements zweckmäßig mittels einer Spanneinrichtung, die entweder an einer Befestigungsöse oder an einer Umlenkrolle eine Verschiebeeinrichtung aufweist.
Die Erfindung basiert auf der Grundüberlegung, dass wegen eines vorgeschriebenen Überlebensraums im Innern einer Fahrzeugführerkabine die großflächigen Sichtfenster einer Krankabine nicht durch zusätzliche Stoßfänger oder andersartig vorgelagerte Knautschzonen eingeengt werden soll und deshalb die vorgeschriebene Energieaufnahme der Kabine im Bereich der A-Säulen nur dadurch gesteigert werden kann, dass weitere Energieaufnehmer die A-Säulen integriert werden. Das Problem, dass die notwendige Energieaufnahme aus Gewichtsgründen nicht durch massive metallische Zusatzverstrebungen der A-Säulen erreicht werden kann, wird gemäß der Erfindung gelöst, indem in die vorhandenen Hohlprofile der A-Säulen Strangelemente aus Kunststofffasern oder Faser-Verbund-Kunststoffen (flexibel eingebettet Kunststoffasern, deren Matrix eine Dehnung vergleichbar mit der des Absorber-Stranges aufweist) eingebracht werden, deren Energieabsorption aufgrund von elastischer und/oder plastischer Längsdehnung genutzt wird, um einen Lastaufprall auf eine oder beide A-Säulen besser aufzunehmen. Neben einer hohen Bruchdehnung (> 5) und einer hohe Energieabsorption weist das Material der Strangelemente außerdem eine möglichst niedrige Dichte (< 2,6 g/cm^-3) auf. Vorzugsweise werden diese Vorgabewerte durch thermoplastische Kunststofffasern, wie Polyamidfasern oder Elastomere erreicht.
Des Weiteren ist für eine hohe Energieabsorption auch die Stranglänge entscheidend, denn je länger das eingespannte Strangelement ist, desto höher ist die mögliche Längendehnung vor einem Bruch. Gleichzeitig können bei gleicher Aufpralllast und größerer Stranglänge entweder der erforderliche Durchmesser oder die materialabhängige Bruchdehnung des Strangelements und die notwendige Lastaufnahme durch die Anbindungspunkte der Strangelemente verringert werden. Die erforderliche Bruchdehnung des Strangmaterials sollte mindestens um den Faktor 2 bis Faktor 3 mal größer als die des Materials der A-Säule sein.
Um die Strangelemente in der A-Säule vorgespannt zu installieren, sind je A-Säule ein oberer und ein unterer Anbindungspunkt erforderlich, die unter den letztgenannten Gesichtspunkten aber für die Wahl der Stranglänge nicht mit Anfang und Ende der A-Säule identisch sein müssen. Zur Erhöhung der Stranglänge können zusätzliche Umlenkelemente für das Strangelement vorgesehen sein, die an Anfang und Ende der A-Säule eine Richtungsänderung des Strangverlaufs in weiter hinten gelegene Teile der Fahrzeugkabine und somit eine Strangverlängerung ermöglichen. Weitere Umlenkrollen können zur Anpassung an etwaige Knickpunkte der A-Säule notwendig sein.
Wenigstens einer der genannten Umlenkpunkte, die vorzugsweise als Umlenkrollen ausgeführt sind, um eine gleichmäßige Strangdehnung in einer Lastaufprallsituation zu gewährleisten, kann zugleich zur Einstellung einer definierten Strangvorspannung genutzt werden. Damit wird vorteilhaft sichergestellt, dass die Strangdehnung möglichst sofort nach dem Lastaufprall und dem Einknicken der A-Säule beginnt, nahezu konstant von der Aufpralllast gedehnt wird und der elastische Dehnungsbereich einen nicht zu großen Anteil erhält. Eine Vorspannung der Strangelemente ist auch durch andere zusätzliche Spannelemente, z.B. Spannschlösser, etc., realisierbar.
Durch die Erfindung wird eine neuartige Möglichkeit aufgezeigt, wie im Bereich der A-Säulen einer Fahrzeugkabine eine notwendige Erhöhung der Energieabsorption bei einem frontalen Lastaufprall geschaffen werden kann, bei der für einen definierten Lastaufprall ein vorgeschriebener Überlebensraum im Innern der Fahrzeugkabine gewährleistet wird, ohne dass zusätzliche vorgelagerte Stoßfänger installiert oder die A-Säulen massiver ausgestaltet werden müssen. Die Erfindung realisiert neben einer Steigerung der absorbierbaren Aufprallenergie eine kaum nennenswerte Gewichtserhöhung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1: eine schematische Prinzipdarstellung einer Fahrzeugführerkabine mit einer integrierten erfindungsgemäßen Vorrichtung (Energieabsorber);
2a:eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung der Erfindung mit Realisierung einer Umlenkrolle an einer Knickstelle der A-Säule sowie einer Strangspanneinrichtung an dieser Umlenkrolle;
2b:eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung der Erfindung mit Realisierung ohne Umlenkrolle und einer Strangspanneinrichtung an einer der Befestigungsösen;
2c: eine schematische Darstellung einer dritten Ausführung der Erfindung mit Realisierung einer Strangverlängerung über zwei Umlenkrollen und einer Strangspanneinrichtung an einer der Befestigungsösen;
2d:eine schematische Darstellung einer vierten Ausführung der Erfindung mit Realisierung einer Strangverlängerung über vier Umlenkrollen sowie einer Strangspanneinrichtung an einer dieser Umlenkrollen;
3a:eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführung des Strangelements in Form eines runden Kunststoffseils mit einem umhüllenden Schutzmantel;
3b:eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführung des Strangelements in Form eines zylindrischen Bündels von mehreren Kunststofffasern in einem umhüllenden Schutzmantel;
3c: eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführung des Strangelements in Form eines flachen Kunststoffbandes mit einem umhüllenden Schutzmantel;
3d:eine Schnittdarstellung einer vierten Ausführung des Strangelements in Form eines in mehreren Lagen von Kunststofffasern vereinigten flachen Bündels in einem umhüllenden Schutzmantel.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die - funktionsgeprägt - kurz als Energieabsorber bezeichnet sein soll, ist gemäß 1 in einer Fahrzeugführerkabine (nachfolgend kurz: Kabine 4) eines Krans integriert und weist ein Strangelement 1 auf, das innerhalb der A-Säulen 42 der Kabine 4 angeordnet ist und an zwei Befestigungsösen 2 zwischen einem unteren Befestigungspunkt 21 und einem oberen Befestigungspunkt 22 (nicht in 1 dargestellt) gespannt ist. Falls die A-Säule eine Knickstelle oder einen Bogen aufweist, enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Umlenkrolle 3 mindestens an dieser Stelle, die einen der so genannten Umlenkpunkte 31, 32, ... des Strangelements 1 bildet.
Die unteren Befestigungspunkte 21 greifen an der Bodengruppe 41 der Kabine 4 an, während die oberen Befestigungspunkte 22 vorzugsweise an einem der Dachholme 44, die das Dach 45 tragen und die obere Verbindung zu den A-Säulen 42 herstellen, angebracht sind. Die Dachholme 44 sind im hinteren Bereich der Kabine 4 in die B-Säulen 43 integriert, die ihrerseits - in vergleichbarer Art und Weise wie die A-Säulen 42 - mit der Bodengruppe 41 biegesteif verbunden sind.
Als Energieabsorber des Strangelements 1 dient ein dehnbarer Kunststoffstrang, hoher Zug- und Kriechfestigkeit, bevorzugt aus einem Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polyethersulfon, Polyethylenterephthalat, Polyoxymethylen-Copolymer, der an einem fixen oberen Befestigungspunkt 22 des Dachholmes 44 befestigt ist, während ein Umlenkpunkt 31 durch eine leicht bewegliche Umlenkrolle 3 realisierbar ist. Die Befestigungsöse 2 muss so positioniert werden, dass diese durch die eingeleitete Energie des Lastaufpralls nicht beschädigt wird. Dazu können in manchen Fällen auch Verstärkungen im hinteren Bereich des Dachholmes 44 erforderlich sein.
Damit das Strangelement 1 beim Lastaufprall nicht an scharfen Kanten vorzeitig durch eine Überbelastung an einer Kerbrissbeschädigung reißt, ist das Strangelement 1 zweckmäßig mit einem flexiblen, analog dem Absorber dehnbaren, Schutzmantel 13 (aus einem Elastomer, Thermoplast oder Duromer, wie z.B. Aramid, PVC, Silicon, Polyurethan, etc.) umhüllt. Dieser Mantel kann geschlossen oder in Form einer Flechtummantelung aufgebracht werden.
Das Strangelement 1 sollte eine geringe Vorspannung erhalten, um im montierten Zustand nicht durchzuhängen und beim Lastaufprall von Anbeginn an Energie durch Materialdehnung (anfangs elastisch und nachfolgend plastisch) aufzunehmen. Dadurch wird im Fall eines frontalen Lastaufpralls auf die A-Säule(n) 42 infolge der Längendehnung des Strangmaterials die Aufprallenergie soweit reduziert, dass der Überlebensraum des Fahrzeugführers erhalten bleibt. Bezüglich der Energieaufnahme erfolgt bei dieser Vorrichtung - genau genommen - eine Funktionstrennung zwischen dem Hohlprofil der A-Säule 42 als Biegeverformung einer statischen Struktur (bis zu einem Knickstellenabriss) und dem Strangelement 1 als Dehnungsverformung einer flexiblen Struktur (Strangelement 1). Die erhöhte Energievernichtung durch Funktionstrennung zwischen A-Säule 43 (statische Struktur) und Strangelement 1 (flexibles Strangelement) erfordert möglicherweise eine zusätzliche Verstärkung der Strukturelemente, die die A-Säule 42 stützen. Um ein übermäßiges Einknicken des Daches 45 beim Lastaufprall zu verhindern, ist dieses - wie oben bereits erwähnt -mindestens bei den Dachholmen 44 zu verstärken, massiver auszulegen oder mit Strukturprofilen (Längsprofil des Daches 45) auszulegen.
Für die Energieaufnahme des Strangelements 1 ist - im Hinblick auf einen Leichtbau der Kabine 4 - das Verhältnis Energieaufnahme/Dichte entscheidend. Je größer dieses ist, desto größer kann selbst bei Leichtbauausführung der Kabine 4 der Überlebensraum für den Fahrzeugführer bemessen werden.
In 2a bis 2d sind unterschiedliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Energieabsorbers innerhalb einer Kabine 4 in Schnittdarstellungen durch eine Ebene der A- und der B-Säulen 42 bzw. 43 gezeichnet.
2a zeigt dazu eine erste Variante, bei der das Strangelement 1 mit seinem unteren Befestigungspunkt 21 fest in der Bodengruppe 41 der Kabine 4 verankert ist, während der obere Befestigungspunkt 22 am vorderen Ende des Dachholmes 44 gewählt ist, um das obere Ende des Strangelements 1 starr mit der Strukturverstärkung 46 des Dachholms 44 zu verbinden. Die Befestigung des Strangelements 1 kann beispielsweise mittels einer hochfesten Ringschraube im unteren Befestigungspunkt 21 an einem auf den Boden geschraubten Winkel (nicht gezeichnet) erfolgen oder im oberen Befestigungspunkt 22 in gleicher Weise direkt am Dachholm 44 oder an dessen Strukturverstärkung 46 realisiert sein. Die genaue Position des unteren Befestigungspunktes 21 ist nach den gleichen Kriterien wie die des oberen Befestigungspunktes 22 am Dachholm 44 zu wählen, sodass eine widerstandsfähige Verankerung in massiven Bauteilen der Kabine 4 (Bodengruppe 41, Strukturverstärkung 46) an einer solchen Position erfolgt, die eine berührungslose Führung des Strangelements 1 durch das Hohlprofil der A-Säule 42 hindurch gewährleistet.
An einer symbolisch angedeuteten Knickstelle der A-Säule 42 ist ein Umlenkpunkt 31 gewählt, an dem eine leicht bewegliche Umlenkrolle 3 das Strangelement 1 umlenkt, damit nicht eine Kerbrissbeschädigung des Strangelements 1 an der Knickstelle durch eine lokale Überbelastung des Strangmaterials zu einer Herabsetzung des Bruchfestigkeit des Strangelements 1 führen kann. Eine weitere Maßnahme der Kerbrissvermeidung wird - wie unten in 3a bis 3d detailliert dargestellt - dadurch erreicht, dass der Strangkern 11 des Strangelements 1 mit einem Schutzmantel 13 umhüllt ist, der vorzugsweise aus einem Elastomer besteht.
Ferner ist eine Vorspannung des Strangelements 1 wünschenswert, da das Strangelement 1 im montierten Zustand nicht durchhängen, sondern im Falle eines Lastaufpralls von Anbeginn an Energie absorbieren soll. Die Vorspannung ist in diesem Fall durch eine verschiebbare Umlenkrolle 3 einstellbar, wobei eine Spannvorrichtung 5 die Umlenkrolle 3 nach links treibt, wodurch der Bogen des Strangelements 1 weiter nach außen erweitert wird und für die Vorspannung sorgt.
In einer Minimalausführung des erfindungsgemäßen Energieabsorbers, die in 2b dargestellt ist, wird das Strangelement 1 unmittelbar geradlinig vom unteren zum oberen Befestigungspunkt 21 bzw. 22 entlang einer Geraden durch die A-Säule 42 geführt, wobei keine Umlenkrolle 3 erforderlich ist. Eine Umlenkrolle 3 ist nicht zwingend erforderlich, kann jedoch aus konstruktiven Erfordernissen notwendig sein, z.B. durch knick- oder bogenförmige Profile der A-Säulen oder die Notwendigkeit, die Stranglänge zu erhöhen, um mit einem geringeren Durchmesser des Strangelements 1 auszukommen.
Die Mindestlänge des Strangelements 1 ergibt sich aus dem verfügbaren Bauraum der konkreten A-Säule 42. Um das entsprechende maximal zulässige Maß der Dehnung einzuhalten, muss das Strangelement 1 in seiner Dicke entsprechend angepasst werden, sodass die wirksame Querschnittsfläche die Energie des Lastaufpralls aufnehmen kann. Für die maximal zulässige Aufprallenergie gilt in erster, sehr grober Näherung: $E_{A} = 0,5 \times Bruchkraft \times Längenänderung (Weg) des Strangs .$
Je länger das Strangelement 1 ist, desto geringer kann die Bruchdehnung des Strangelements 1 gewählt werden bei gleichbleibender Lastenergieaufnahme. Angenommen der Strang hat 10% Bruchdehnung. Dann hat ein 1 m-Seil (absolut gemessen) bei einem Bruch nur die halbe Längenänderung wie ein 2 m-Strangelement 1. Ein solches Beispiel liefert 2c. Hier wird das Strangelement 1 mit zwei Umlenkrollen 3 an den Befestigungspunkten 31 und 32 umgelenkt. Die Umlenkung erfolgt im unteren Teil der A-Säule 42 (an einem unteren Umlenkpunkt 32) an deren Knickstelle und in einem oberen Umlenkpunkt 32 am vorderen Ende des Dachholmes 44. Der obere Befestigungspunkt 22 ist in diesem Beispiel zurückgesetzt auf einen hinteren Teil der Kabine 4, der in diesem Fall an der oberen Strukturverstärkung 46 innerhalb des Dachholms 44 angebracht ist. Die dadurch gewonnene Stranglänge entspricht in erster Näherung dem Eineinhalbfachen der Länge des ursprünglich in 2a und 2b gezeigten Strangelements 1.
Zur Einstellung einer Vorspannung des Strangelements 1 ist im Beispiel von 2c an deren unteren Befestigung 21 eine Spanneinrichtung 5 vorhanden, die so innerhalb der Bodengruppe 14 einstellbar ist, dass das Strangelement 1 über einen geradlinigen Verlauf gespannt wird.
Eine weitergehende Variante mit verlängertem Strangelement 1 bei gleichbleibendem Fensterbereich ist in 2d dargestellt. Bei dieser Variante ist die verlängerte Strangführung nicht nur am oberen Dachholm 44 vorgesehen, sondern auch innerhalb der Bodengruppe 41. Weiterführend wird hier mit einer mäanderförmigen Strangführung über zwei zusätzliche Umlenkrollen 3 innerhalb der Bodengruppe 41 nahezu eine Verdreifachung der Stranglänge gegenüber den Beispielen von 2a und 2b erreicht. Der untere Befestigungspunkt 21 liegt dabei - wie in den drei vorangegangenen Beispielen - im vorderen Bereich der Kabine 4. Das Strangelement 1 wird von dort aus im Umlenkpunkt 33 über eine im hinteren Teil der Bodengruppe 41 befindliche Umlenkrolle 3 um 180° umgelenkt und über die Umlenkrolle 34 in die A-Säule 42 umgelenkt. Dabei ist an der Umlenkrolle 3 am Umlenkpunkt 33 in diesem Fall die Spannvorrichtung 5 mit integriert.
Ähnlich große Verlängerungen des Strangelements 1 können erreicht werden, indem das Strangelement 1 im Frontbereich der Kabine 4 mäanderförmig geführt und im Bereich zwischen den beiden A-Säulen 42 waagerecht oder diagonal. gespannt wird.
Das Strangelement 1 weist in einer ersten Ausführung, wie in 3a gezeigt, einen im Wesentlichen kreisrunden Strangkern 11 aus Einzelfasern des gewählten Strangmaterials auf, der von einem Schutzmantel 13 umgeben ist. Die parallel angeordneten Einzelfasern aus einem Kunststoff, vorzugsweise Polyamid, sind zu einem Bündel zusammengefasst, das entsprechend der zu absorbierenden Belastung dimensioniert ist. Der Schutzmantel 13 ist ein elastischer Werkstoff aus der Gruppe der Werkstoffe Aramid, PVC, Silicon und Polyurethan. Der Schutzmantel 13 hält das Bündel aus Einzelfasern zusammen und schützt den Strangkern vor mechanischen Beschädigungen, wie zum Beispiel Reibung oder Kerbschlagwirkung an der Konstruktion der Kabine 4.
Eine weitere Ausführung des Strangelements 1 ist in 3b gezeigt. Der vom Schutzmantel 13 umgebene Strangkern 11 ist hier aus einem zylindrischen Bündel von Kunststofffasern 12 mit kleinerem Durchmesser zusammengesetzt. Die kreisrunden Kunststofffasern 12 bilden zusammen den im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt des Strangkerns 11.
In einer anderen Ausführung des Strangelements 1 weist, wie in 3c dargestellt, der Strangkern 11 einen flachbandförmigen Querschnitt auf. Der so gestaltete Strangkern 11 ist vom Schutzmantel 13 umgeben.
3d zeigt ein Strangelement 1 mit flachbandförmigen Strangkern 11, wobei der Strangkern 11 aus einer Anzahl von übereinander geschichteten Kunststofffasern 12 zusammengesetzt ist. Die Kunststofffasern 12 bilden wiederum das flache Band des Strangkerns 11 und sind, wie zu den vorherigen 3a-3c beschrieben, von einem Schutzmantel 13 umgeben.
Unabhängig von der konkreten Querschnittsform des Strangelements 1 ist es abweichend von den 3b und 3d auch möglich, die einzelnen Kunststofffasern 12 als Teilbündel des Strangkerns 11 nicht parallel aneinander liegend, sondern in geflochtener Weise anzuordnen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieabsorption bei einem frontalen Lastaufprall im Bereich der A-Säulen 42 einer Kabine 4 ist durch das in die A-Säule 42 integrierte Strangelement 1 eine Versteifung erreicht worden, die die gesetzlichen Normen und Vorschriften erfüllen und für annähernd jede Fahrzeugführerkabine anpassbar. Weitere Anwendungen richten sich auf Fahrzeugkabinen von Personenkraftwagen, Kleintransportern und Lastkraftwagen mit großflächigen Scheibenbereichen und wenig Motorraum vor der Fahrzeugkabine.
Bezugszeichenliste

1: Strangelement
11: Strangkern
12: Kunststofffaser
13: Schutzmantel
2: Befestigungsöse
21: unterer Befestigungspunkt
22: oberer Befestigungspunkt
3: Umlenkrolle
31,32: Umlenkpunkt
33,34: Umlenkpunkt
4: Kabine
41: Bodengruppe
42: A-Säule
43: B-Säule
44: Dachholm
45: Dach
46: Strukturverstärkung
5: Spanneinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1355078 A1 [0005]
US 2015/02103125 A1 [0006]
DE 1020012019073 A1 [0007]

Claims

Vorrichtung zur Absorption von Aufprallenergie an einem Kraftfahrzeug, bei der eine A-Säule einer Fahrzeugkabine ein verformbares Element zum Abfangen eines Lastaufpralls durch Energieabsorption aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - je ein Strangelement mit einer hohen Bruchdehnung > 5% oder Zugfestigkeit größer 6 MPa/mm² und einer geringen Dichte innerhalb der A-Säule angeordnet ist, - die Enden des Strangelements einerseits an der Bodengruppe und andererseits an einem strukturverstärktem Dachholm befestigt sind und - das Strangelement ein Strangmaterial aufweist, das bei einem Lastaufprall durch anfänglich elastische und nachfolgend plastische Längendehnung die Aufprallenergie absorbiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangmaterial ein Kunststoff oder ein Faserverbundkunststoff mit einer Dichte < 2,6 g/cm³ ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangmaterial ein Polyamid ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchdehnung des Strangelements mindestens um einen Faktor 2 höher als die Bruchdehnung des Materials der A-Säule ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Enden des Strangelements wenigstens eine Umlenkrolle angeordnet ist, um Knick- oder Bogenstellen der A-Säule von einem Kontakt mit dem Strangelement freizuhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Umlenkrolle zwischen den Enden des Strangelements angeordnet ist, um die dehnungsfähige Länge des Strangelements zu erhöhen.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Umlenkrollen zwischen den Enden des Strangelements angeordnet sind, um wenigstens einen Befestigungspunkt des Strangelements in die Bodengruppe oder den Dachholm der Fahrzeugkabine nach hinten zu verlegen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zwischen den Enden des Strangelements angeordnete Umlenkrolle mit einer Spanneinrichtung (5) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangelement aus einem Strang mindestens einer Kunststofffaser oder Kunststoffverbunds besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangelement aus einem runden zylindrischen Bündel von mehreren Kunststofffasern zusammengesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangelement aus einem flachen Bündel von mehreren Lagen von aneinanderliegenden Kunststofffasern zusammengesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangelement aus geflochtenen Bündeln von mehreren Kunststofffasern zusammengesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangelement von einem Schutzmantel eingehüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangelement vorgespannt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannen des Strangelements mittels einer Spanneinrichtung erfolgt, die entweder an einer Befestigungsöse oder an einer Umlenkrolle eine Verschiebeeinrichtung aufweist.