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Kraftfahrzeugteil mit einem energieverzehrenden Vorderteil Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf einen Kraftfahrzeugrahmen mit einem energieverzehrenden
Vorderteil mit seitlichen, über einen in der Höhe der Vorderachse angeordneten Querträger
verbundenen Längsträgern.
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Eine kürzlich durchgeführte Untersuchung über die verschiedenen Arten
von Kraftfahrzeugunfällen, bei denen Personen verletzt wurden, ergab, dass hierbei
Frontalzusammenstdsse mit der grössten Häufigkeit auftraten. Diese Untersuchung
ergab, dass von den untersuchten Unfällen 56,5 % Frontalzusammenstösse waren.
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Eine weitere Untersuchung ergab, dass 43>9 ß aller Unfalle Frontalzusammenstösse
waren, an denen zwei Kraftfahrzeuge beteiligt waren, wahfiend 12,6 % aller Unfälle
Frontalzusammenstösse waren, an denen nur ein Kraftfahrzeug beteiligt war.
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Im Hinblick auf die grosse Häufigkeit der Frontalzusaninenstösse ist
es die grundsätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftfahrzeugrahmen
mit einem energieverzehrenden Vorderteil zu schaffen, um die bei einem Frontalzusannenstoss
auf die Insassen des Kraftfahrzeuges einwirkenden Belastungsspitzen zu verringern.
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Zur näheren Erlauterung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden
Aufgabenstellung wild davon ausgegangen, dass der Insasse des Kraftfahrzeuges
mittels
eines Hüft- oder Schultergurtes angeschnallt ist. Man hat namlich herausgewunden,
dass ein Kraftfahrzeug schon um ein wesentliches verzögert wird, bevor ein nicht
angeschnallter Insasse mit dem Inneren des Fahrzeuges zusanmenstösst.
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Das heisst> der nichtangeschnallte Insasse wird erst durch den
Zusammenstoss mit dem Inneren des Kraftfahrzeuges verzögert, bei dem Inneneinrichtungen
wie z. B. das Armaturenbrett, eine Polsterung, das Lenkrad oder dergl. verformt
werden.
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Die Schwere dieses Zusamenstosses mit dem Fahrzeug hangt ab von der
Stellung des Körpers im Zeitpunkt des Zusammenstosses, der Grösse der Aufschlagfläche
des Körpers, der Beschaffenheit der Aufschlagfläche und der physikalischen Belastbarkeit
des Insassen. Die zwei Faktoren, die durch die Konstruktion des Fahrzeuginneren
beeinflusst werden können, sind die Grösse der Aufschlagfläche des Körpers und deren
Beschaffenheit bzw der Wirksamkeit der Polsterung der Aufschlagfläche. Eine Analyse
dieses Problems hat ergeben, dass es im Augenblick nicht möglich ist, eine ausreichende
Polsterung im Fahrzeuginneren anzuordnen, die in der Lage ist, die Energie eines
Zusanmenstosses eines nicht angeschnallten Insassen mit dem Fahrzeuginneren bei
einem Unfall mit höherer Geschwindigkeit aufzunehmen und gleichzeitig andere Konstruktionserfordernisse,
wie z. B. ausreichende Sicht PUr den Fahrer zu erfüllen.
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Aus diesem Grund wird es als besonders wichtig angesehen, dass der
Insasse eines Kraftfahrzeuges angeschnallt sein soll. Ein entsprechendes Anschnallen
des Insassen trägt erheblich zu seinem Schutz bei. Die Wahrscheinlichkeit eines
Hinausschleuderns oder das Auftreffen auf Aufschlagflächen, wie z. B. des Windschutzscheibenrahmens,
werden wesentlich verringert. Zusätzlich hierzu nützt der Insasse nunmehr die Verformung
des Vorderteiles des Kraftfahrzeugrahmens aus, um seine eigene ßeschwindigke it
zu verringern.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kraftfahrzeugrahmen
mit einem energieverzehrenden Vorderteil, mit einem sich daran anschliessenden steifen
Mittelteil, der den Pässagierraum aufmmt und in dem die Anschaalleinrichtungen für
die Insassen (Hüft- oder Schultergurte) verankert sind. Die kontrollierte Verzögerung
des Passagierraumes durch den energieverzehtenden Vorderteil verringert die Anforderungen
an die Anschnalleinrichtungen, die die Insassen festlegen. Eine mathematische Analyse
dieses Problems ergab, dass bei einem Zusammenstoss bei einer Geschwindigkeit von
ca 50 km/h ein energieverzehrendes Vorderteil eine Verformungslänge von ca 460 mm
aufweisen muss, um die Verzögerung nicht über 20 g ansteigen zu lassen.
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20 e als zulässiger Verzögerungswert wurde gewalt, weil diese Verzögerung
für den Insassen ertragbar ist. Die heute bei manchen Kraftfahrzeugen bei einem
Zusammenstoss mit ca 50 km/h auftretenden Verzögerungswerte von 40 g sind deugegenüber
beinahe tödlich.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird erfindungsgemäss
gelöst, indem vordere Längsträger sich von dem in Höhe der Vorderachse angeorndeten
Ouerträger ausgehend s-förmig gekrümmt nach worin und geradlinig nach hinten erstrecken
und vorn über einen vorderen Querträger miteinander und hinten über kastenförmige
Konsolen mit den mittleren Längsträgern verbunden sind.
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Der vordere Querträger ragt hierbei seitlich über die vorderen Längsträger
hinaus und ist an seinen Enden über weitere s-förmig gekrümte Träger an den nach
innen gekrümmten Teilen der s-förmigen Längsträger abgestützt.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind
die sich s-förmig nach vorn erstreckenden Bereiche der vorderen Längsträger kastenförmig
ausgebildet und mit verhältnismässig, starrem, energieverzahrenden Schaum, z. B.
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Metallschaum, gefüllt.
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Die Stoßstange des Kraftfahrzeuges ist erfindungsgemäss unmittelbar
vor dem vorderen Querträger angeordnet.
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Der erfindungsgemässe Kraftfahrzeugrahmen mit einem energieverzehrenden
Vorderteil weist den Vorteil auf, dass bei einem Frontalzusammenstoss zum Beginn
des Ausknickens der s-förmig gekrummten Bereiche der vorderen Längsträger für eine
kurze Zeit eine hohe Belastung auftritt, während hierauf die nachfolgende Verzögerung
geringer und verhältnismässig gleichmässig durch das weitere Verformen der s-förmig
gekrümmten Bereiche der vprderen Längsträger und der weiteren Träger erfolgt.
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Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand
eines in den beiliegenden Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispieles naher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen ICraftfahrzeugrahmen gemäss
der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des Kraftfahrzeugrahmens in Fig. 1.
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Fig. 3, 4 und 5 zeigen verkleinerte Draufsichten auf einen Kraftfahrzeugrahmen
gemäss der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Phasen der Verformung.
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Fig. 6 zeigt eine Perspektivansicht eines Kraftfahrzeugrahmens gemäss
der Erfindung,der ähnlich dem in den mg. 1 und 2 gezeigten Kraftfahrzeugrahmen ist,
in dessen vorderen Längsträgern edoch energieverzehrendes Material eingesetzt ist.
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Fig. 7 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen vorderen Längsträger
nach Fig. 6.
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In den Fig. 1, 2 und 3 ist der erfindungsgemässe Kraftfahrzeugrahmen
mit einem energieverzehrenden Vorderteil 8 gezeigt. Der Vorderteil 8 besteht aus
linken und rechten vorderen Längsträgern 10 und 11. Ein vorderer Querträger 12 verbindet
die Enden der vorderen Iangsträger 19 und 12. Ein zweiter Querträger 13 verbindet
die beiden vorderen Längsträger 10 und 11 in Hähe der Vorderachse.
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Die hinteren Enden der vorderen Längsträger 10 und 11 sind mit linken
und rechten kastenförmigen Konsolen 14 und 15 verschweisst. Die kastenförmigen Konsolen
14 und 15 erstrecken sich seitlich von den hinteren Enden der vorderen Längsträger
10 und 11 und sind mit den vorderen Enden von mittleren Längsträgern 16 und 17 verschweisst.
Der übrige Teil des Kraftfahrzeugrahmens einschliesslich des in den Zeichnungen
nicht gezeigten Teiles der mittleren Längsträger 16 und 17 weist herkömmlichen Aufbau
auf.
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Der Teil der KraStfahrzeugkarosßeries der den Passagierraum aufnimmt,
wird im wesentlichen von den mittleren Längsträgern 16 und 17 aufgenommen.
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Der in Höhe der Vorderachse angeordnete Querträger 13 bildet einen
Träger für den Motor 18 des Fahrzeuges, wie es in Fig. 3 angedeutet ist. Der Querträger
13 nimmt weiterhin die Vorderradaufhängung des Kraftfahrzeuges auf. Ein Querlenker
20 ist mit seinem inneren Ende schwenkbar mit dem Querträger 13 und mit seinem äusseren
Ende über ein Kugelgelenk (nicht gezeigt) mit dem Radträger verbunden. Ein Torsionsstabilisator
22 erstreckt sich vom linken Querlenker 20 zum entsprechenden rechten Querlenker
auf der rechten Seite des Kraftfahrzeuges. Der Torsionsstabilisator
22
ist bei 24 in den vorderen Längsträgern 10 und 11 drehbar gelagert.
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Eine Zugstrebe 26 ist mit ihrem hinteren Ende mit dem Querlenker 20
verbunden und mit ihrem vorderen Ende an einer am vorderen Längsträger 10 befestigten
Konsole 28 über Gummibüchsen 30 schwenkbar befestigt. Die Konstruktion des Querlenkers
20, der Zugstrebe 26, des Torsionsstabilisators 22 und die Aufhängung des Motors
auf dem Querträger 13 sind konventionell.
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Erfindungsgemäss ist der Vorderteil 8 des Kraftfahrzeugrahmens so
konstruiert, dass er bei einem Frontalzusammenstoss Energie verzehrt und dadurch
die auf die Insassen des Fahrzeuges einwirkenden Spitzenbelastungen begrenzt. Zu
diesem Zweck weist der vordere Längsträger 10 einen im wesentlichen kastenförmigen
Querschnitt auf, der durch zwei u-förmig gebogene Längsträgerteile 32 und 34 gebildet
wird, deren seitliche Flansche einander überlappend miteinander verschweisst sind.
Die u-förmigen Längsträgerteile 32 und 34 erstrecken sich von dem in Höhe der Vorderachse
angeordneten Querträger 13 geradlinig nach hinten und sind übei die kastenförmige
Konsole 14 mit dem mittleren Längsträger 14 verbunden. An ihrer Verbindungsstelle
mit dem Querträger 13 sind sie so geformt, dass sie den oberen Sitz für die Schraubenfeder
der Hadaufhänung bilden. Die u.förmigen Längsträgerteile 32 und 34 erstrecken sich
von dem in Höhe der Vorderachse angeordneten Querträger 13 s-förmig gekrümmt nach
vorn und bilden so einen nach einwärts gerichteten gekrümmen Teil 40. Das vordere
Ende 42 des vorderen Längsträgers 10 erstreckt sich von diesen nach innen gekrümmten
Teil 40 nach vorn und nach aussen.
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Ein vorderer Querträger 12 ist starr mit dem vorderen Ende 42 des
vorderen Iangsträgers 10 auf der linken Seite des Kraftfahrzeuges und in gleicher
Weise mit dem vorderen Ende des rechten vorderen Längsträgers 11 des Kraftfahrzeuges
verbunden.
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Die äusseren Enden des vorderen Querträgers 12 ragen seitlich über
die vorderen Enden der vorderen Längsträger 10 und 11 hinaus.
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Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist das linke äussere Ende des vorderen
Querträgers 12 über einen s-förmig gekrummten Träger 46 mit den: nach innen gekrümmten
Teil 40 des vorderen Längsträgers 10 verbunden. Das äussere Ende 48 des Trägers
46 ist hierbei mit dem linken äusseren Ende des Querträgers 12 verschweisst, während
das andere, der Krümmung des Teiles 40 angepasste Ende des Trägers 46, mit dem vorderen
Längsträger 10 verschweisst ist.
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In ähnlicher Weise ist das rechte äussere Ende des Querträgers 12
über einen s-förmig gekrümmten Trager 50 mit dem nach innen gekrümmten Teil des
rechten vorderen Längsträgers 11 verbunden.
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Aus Fig. 2 ist zu ersehen, dass der vordere Längsträger 10 in seinen
hinteren Bereich, in dem er über die kastenförmige Konsole 14 mit dem mittleren
Längsträger 16 verbunden ist, in einer wesentlich niedrigeren Ebene liegt als in
dem Bereich, in dem der Querträger 13 angeordnet ist. Das vordere Ende des vorderen
Längsträgers 10 und der Träger 46 sind wieder in einer Ebene angeordnet, die zwischen
der der kastenförmigen Konsole 14 und der des Quertragers 13 liegt.
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Die hier in Zusammenhang mit dem linken vorderen Längsträger 10 erwähnten
Konstruktionseinzelheiten gelten selbstverständlich in gleicher Weise für den rechten
vorderen Längsträger 11.
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Der vordere Querträger 12 ist unmittelbar an seiner Verbindungstelle
mit denssorderen Ende 42 des linken vorderen Längsträgers 10 mit einer Konsole 52
zur Aufnahme einer Stoßstange 54 versehen. Selbstverständlich ist eine ähnliche
Konsole auf der rechten Seite des vorderen Querträgers 12 unmittelbar an seiner
Verbindungsstelle mit dem rechten vorderen Längsträger angeordnet.
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Die Stoßstange 54 ist im wesentlichen nur danach entworfen, dem Kraftfahrzeug
ein gefälliges Xusseres zu geben und nur geringe Stösse aufzu#ehmen.
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Erleidet ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgnässen Kraftfahrzeugrahmen
mit einem energieverzehrenden Vorderteil entsprechend Fig 1 einen beträchtlichen
Frontalzusammenstoss z. B. indem es mit 35 - 50 km/h gegen eine Wand fährt, so wird
sich der Vorderteil des Kraftfahrzeugrahmens verformen, wie es in den Fig.
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3, 4 und 5 gezeigt ist. Die Fig. 3 zeigt die Anordnung des erfindungsgemässen
energieverzehrenden Vorderteiles des Kraftfahrzeugrahmens vor dem Zusammenstoss.
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In Fig. 4 wurde die Stoßstange 54 bereits gegen den vorderen Querträger
12 vorschoben und die vorderen Längsträger 11 und 12 beginnen an ihren nach innen
gekrümmten Teilen 40 nach innen auszuknicken.
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Im weiteren Verlauf des Zusanmenstosses verringert sich der Abstand
zwischen dem vorderen Querträger 12 und dem vorderen Ende des Motors 18 immer mehr,
während das Ausknick#en der vorderen Längsträger 10 und 11 weitergeht, Die vorderen
Langsträger
10 und 11 weise, obwohl sie einen verhältnismässig
starken kastenförmigen Querschnitt aufweisen, eine beträchtliche Länge und eine
bestimmte Krümmung auf, so dass sie mit einer progressiven Zunahme ausknicken und
hierbei die Energie aufnehmen, die notwendig ist, um das Kraftfahrzeug zu verzögern.
In der letzten Phase des Zusammenstosses, wie er in Fig. 5 zu sehen ist, liegt der
vordere Querträger 12 gegen den Motor 18 an und die vorderen s-förmig gekrummten
Bereiche der vorderen Längsträger 10 und 11 sind vollständig ausgeknickt bzw verformt.
Die erfindungsgemasse Ausbildung des Vorderteiles eines Kraftfahrzeugrahmens hält
die Spitzenbelastungen, die auf die Insassen des Fahrzeuges einwirken, auf einem
maximal zulässigen 1 Niveau. Die Insassen des Fahrzeuges erleiden anstelle eines
plötzlichen sie sehr hoch belastenden Zusammenstosses nunmehr einen Zusammenstoss,
bei dem sie zu einem erträglichen Mass belastet werden, und zwar über einen Zeitraum
hinaus, der erforderlich ist, um ca 460 mm des Energie verzehrenden Vorderteiles
des Kraftfahrzeugrahmens zu verformen.
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In den Fig. 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung gezeigt, iem ein Schaummaterial 60 wie z. B. ein starrer Kunststoffschaum
oder ein Metallschaum innerhalb der kastenförmigen vorderen Längaträger lo und 11
angeordnet ist. Der energieverzehrende Vorderteil des Kraftfahrzeugrahmens nach
Fig. 6 ist identisch mit den in den anderen Figuren gezeigten Anordnungen, ausgenommen
des in den vorderen Längsträgern 10 und 11 angeordneten Schaummaterials 60. Das
Schaummaterial 60, dass in den s-förmig gekrümmten Teilen der vorderen Längsträger
10 und 11 angeordnet ist, ergibt zusätzliches, energieverzehrendes Material, mit
dessen Hilfe die Belastungen der Insassen des Kraftfahrzeuges in den gewünschten
Grenzen gehalten werden kann.