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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Frontscheibe, die an einem Strukturelement der Karosserie über einen deformierbaren Querträger abgestützt ist.
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Aus
EP 1 810 892 B1 ist eine Kraftfahrzeugkarosserie bekannt geworden, bei der das Strukturelement eine sich zwischen Motorraum und Fahrgastzelle bogenförmig, mit dem Motorraum zugewandter konvexer Seite, erstreckende Strebe ist, und der Querträger ein dachrinnenähnliches Profil ist, bei dem die offene Seite der Rinne der Fahrgastzelle zugewandt ist, eine obere Seitenwand der Rinne einen vorderen unteren Randbereich der Frontscheibe unterstützt und eine untere Seitenwand der Rinne auf der Querstrebe aufliegt. Wenn im Verkehr ein Fußgänger berührt wird und sein Kopf auf die Frontscheibe aufschlägt, wird der Querträger gestaucht, d. h. die obere und untere Seitenwand der Rinne bewegen sich aufeinander zu, während ein dazwischen liegender Bereich der Rinne in Richtung des Motorraums ausweichen muss. Die auch in der Draufsicht gekrümmte Form dieses herkömmlichen Querträgers bringt es mit sich, dass ein solches Ausweichen nach vorn nur bei gleichzeitiger Dehnung des ausweichenden Materials möglich ist, oder, wenn die Festigkeit des Materials für eine solche Dehnung zu groß ist, die zum Motorraum hin gerichtete Ausweichbewegung eines Teils des Querträgers ausgeglichen werden muss durch eine Einwärtsbewegung, in Richtung der Fahrgastzelle, in anderen Teilen des Querträgers. Um die damit verbundenen Scherverformungen an Teilen des Querträgers auszulösen, sind hohe Kräfte erforderlich, was gleichbedeutend mit der Tatsache, dass der Querträger zumindest in einer Anfangsphase des Kopfaufschlags einen hohen Verformungswiderstand aufweist, der die Einhaltung geltender Grenzwerte des HIC (Head Injury Criterion) schwierig macht.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem eine Frontscheibe unterstützenden Querträger anzugeben, bei der die Gefahr schwerer Verletzungen beim Auftreffen eines Kopfes auf den Querträger bzw. die von ihm unterstützte Frontscheibe wenigstens verringert ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Frontscheibe und einem plattenartigen, dreidimensional geformten Querträger, der einen ersten Flansch, der einen vorderen unteren Randbereich der Frontscheibe unterstützt, einen an einem Strukturelement der Karosserie abgestützten zweiten Flansch und ein die beiden Flansche verbindendes, in Fahrzeugquerrichtung langgestrecktes verformbares Zwischenstück umfasst, wenigstens eine erste Schnittebene existiert, in der das Zwischenstück ein sich geradlinig und horizontal über die gesamte Länge des Querträgers erstreckendes Schnittprofil aufweist. Am Ort eines solchen geradlinigen Schnittprofils ist ein Knicken oder Verbiegen des Querträgers möglich, ohne dass dafür ein hoher und eventuell nur eingeschränkt reproduzierbarer Anfangswiderstand überwunden werden muss.
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Vorzugsweise weist der Querträger eine Zone von nicht verschwindender Breite auf, bei der jedes Schnittprofil des Querträgers in einer den Querträger in dieser Zone schneidenden und zur ersten Schnittebene parallelen Schnittebene sich geradlinig und horizontal über die gesamte Länge des Querträgers erstreckt. Indem der Querträger in dieser gesamten Zone frei von sphärischer Krümmung ist, kann sich diese gesamte Zone unter dem Einfluss eines Kopfaufschlags kontinuierlich verformen und dabei den Kopf allmählich verzögern.
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Das Fehlen von sphärischer Krümmung in der Zone erlaubt es, auf Durchbrüche zur Beeinflussung des Verformungswiderstandes der Zone zu verzichten. So kann der Querträger auch dazu beitragen, störende Gerüche und Geräusche aus dem Motorraum von der Fahrgastzelle fernzuhalten.
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Vorzugsweise ist ein einziger Querträger vorgesehen, der sich, um den unteren Randbereich der Frontscheibe wirksam abzustützen und einen im Wesentlichen über die Breite der Frontscheibe hinweg einheitlichen Verformungswiderstand zu erzielen, über wenigstens drei Viertel der Breite der Frontscheibe und vorzugsweise über deren gesamte Breite erstrecken sollte, Denkbar ist allerdings auch, mehrere Querträger der oben definierten Art in Breitenrichtung der Frontscheibe aufeinander folgend zwischen deren unterem Randbereich und dem Strukturelement anzuordnen.
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Das Zwischenstück und vorzugsweise insbesondere dessen oben definierte, in Fahrzeugquerrichtung geradlinige Zone können in einer zu der ersten Schnittebene senkrechten zweiten Schnittebene gekrümmt sein, um eine einteilige, materialschlüssige Verbindung zwischen den zwei Flanschen zu bilden.
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Eine Kontaktfläche, an der sich der zweite Flansch und das Strukturelement berühren, kann auf Seiten des Zwischenstücks eine geradlinige Begrenzung aufweisen, um im Falle eines Kopfaufschlags ein Abknicken des Querträgers entlang dieser Begrenzung zu begünstigen. Eine solche Begrenzung kann insbesondere durch einen Rand eines den zweiten Flansch unterstützenden Flansches des Strukturelements gebildet sein; in diesem Fall kann das Zwischenstück eine im Querschnitt gradlinige Verlängerung des zweiten Flansches sein. Alternativ kann die Begrenzung auch durch eine Biegung des Querträgers gebildet sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Kraftfahrzeugkarosserie gemäß der vorliegenden Erfindung und eines den Aufschlag des Kopfes eines Fußgängers auf die Karosserie simulierenden Impaktors;
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2 einen schematischen Querschnitt durch die in 1 gezeigten Karosserieteile und deren Unterbau;
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3 eine schematische perspektivische Darstellung des Querträgers aus 1 und 2 und der ihn tragenden Trennwand;
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4 eine zweite Ausgestaltung des Querträgers in einer zu 3 analogen Ansicht;
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5 eine dritte Ausgestaltung des Querträgers;
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6 eine vierte Ausgestaltung des Querträgers;
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7 eine fünfte Ausgestaltung des Querträgers; und
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8 eine sechste Ausgestaltung.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Kraftfahrzeugkarosserie, an der die vorliegende Erfindung implementiert ist. Zu sehen ist der hintere Bereich einer Fronthaube sowie eine daran anschließende, beim fertigen Fahrzeug eine Frontscheibe aufnehmende Fensteröffnung, flankiert von A-Säulen 2. Eine sich beim fertigen Fahrzeug unter der Frontscheibe erstreckende Armaturenbrettverkleidung ist in 1 weggelassen, um darunter liegende Einbauten 3 des Armaturenbretts sowie einen Querträger 4 zeigen zu können, die beim fertigen Fahrzeug unter der Armaturenbrettverkleidung verborgen sind. Die Gestalt des Querträgers 4 ist plattenartig in dem Sinne, dass sie durch dreidimensionale Verformung eines Zuschnitts aus Flachmaterial, insbesondere Umformen von Stahlblech, formbar ist. Denkbar ist auch, Zuschnitte aus Fasermaterial auf eine Matrize aufzulegen, um den Querträger aus faserverstärktem Kunststoff zu fertigen. Ein hinterer Flansch 5 des Querträgers 4 stutzt sich auf der Oberkante einer in der Figur nicht sichtbaren Trennwand ab, die sich zwischen Fahrgastzelle und Motorraum erstreckt. Der Flansch 5 ist horizontal orientiert und eben. Ein nach vorn abschüssiger vorderer Flansch 6 des Querträgers 4 ist angeordnet, um einen vorderen unteren Rand der in der Fensteröffnung anzubringenden Frontscheibe zu unterstützen. Entsprechend der Wölbung der Frontscheibe ist der vordere Flansch 6 in einer sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Schnittebene gekrümmt. Die unterschiedlichen Formen und Orientierungen der Flansche 5, 6 bringen es mit sich, dass ein sie einteilig verbindendes, geschlossenwandiges Zwischenstück 14 des Querträgers 4 wenigstens stellenweise sphärisch gekrümmt und dementsprechend schwer biegsam ist.
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Ein über dem Querträger 4 dargestellter Impaktor 7 zeigt die Position, an der, wenn das Fahrzeug mit einem erwachsenen, normal großem Fußgänger zusammenstößt und dieser auf die Fronthaube 1 aufschlägt, dessen Kopf auf die Karosserie trifft. Die Aufschlagstelle befindet sich in einem unteren, vorn vorderen Flansch 6 des Querträgers 4 unterstützten Bereich der Frontscheibe. Um die gesetzlichen HIC-Grenzwerte einhalten zu können, muss der Querträger 4 unter dem Aufschlag nachgeben können.
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2 zeigt einen schematischen Schnitt, der in Fahrzeuglängsrichtung mittig durch den Querträger 4 und dessen Umgebung verläuft. Der Querträger 4 erstreckt sich spiegelsymmetrisch beiderseits der Schnittebene. Um ihn herum erkennt man einen hinteren Bereich der Fronthaube 1 sowie jeweils ein Teil der hier mit 8 bezeichneten Frontscheibe und der Trennwand zwischen Motorraum 11 und Fahrgastzelle 12, mit 9 bezeichnet. Im Hintergrund ist ein Stück einer der A-Säulen 2 gezeigt. An einer Oberkante der Trennwand 9 ist eine horizontale Auflagefläche 10, z. B. in Form eines von der Trennwand einteilig zur Fahrgastzelle 12 hin abgebogenen Flansches gebildet. Auf dieser Auflagefläche 10 ist der hintere Flansch 5 des Querträgers großflächig anliegend befesitgt, z. B. mit Hilfe mehrerer Schrauben 13.
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Ausgehend einer Knicklinie 27 am vorderen Rand des hinteren Flansches 5 steigt das Zwischenstück 14 des Querträgers 4 zunächst in einem Abschnitt 15 auf gerader Linie schräg an, um anschließend in einen gleichmäßig geschwungenen Gewölbeabschnitt 16 überzugehen, an den wiederum der vordere Flansch 6 kontinuierlich anschließt. Der Abschnitt 15 ist eben und erstreckt sich senkrecht zur Schnittebene der Figur, daher weist er in jeder sich in Fahrzeugquerrichtung durch ihn hindurch erstreckenden Schnittebene ein geradliniges Schnittprofil auf; der Gewölbeabschnitt 16 hat eine in der Draufsicht entsprechend der Wölbung der Frontscheibe 8 gekrümmte Scheitellinie 17, und sein Krümmungsradius in einer auf der Scheitellinie 17 senkrechten Schnittebene nimmt von der Mitte des Gewölbeabschnitts 16 zu den A-Säulen 2 hin kontinuierlich ab.
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Da der Gewölbeabschnitt 16 in zwei Raumrichtungen, d. h. sphärisch, gekrümmt ist, existiert keine in Fahrzeugquerrichtung orientierte Schnittebene, in der der Abschnitt 16 ein geradliniges Schnittprofil hätte, und er weist eine recht hohe Beständigkeit gegen Verformung, auch unter auf dem Aufschlag des Impaktors 7, auf. Die Formstabilität des planaren Abschnitts 15 ist demgegenüber erheblich geringer, sodass der Querträger 4 den Aufschlag des Impaktors 7 durch Einknicken oder Verbiegen des Abschnitts 15 unter weitgehender Beibehaltung der Gestalt des Gewölbeabschnitts 16 nachgeben kann.
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Einer nicht gezeichneten Variante zufolge kann die Auflagefläche 10 schmaler sein als in 2 gezeigt, so dass ein Teil des Flansches 6 zum Motorraum hin über den vorderen Rand 28 der Auflagefläche 10 übersteht und unter der Last eines Aufschlags nach unten abknicken kann.
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3 zeigt die Trennwand 9 und den Querträger 4 in einer schematischen perspektivischen Ansicht, aus der die planare Form des Abschnitts 15, die kegelmantelähnliche Form des vorderen Flansches 6 und die sphärische, zu den Enden hin stärker werdende Krümmung des Gewölbeabschnitts 16 deutlich wird.
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Das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung, einen sich über die gesamte Breite des Querträgers 4 erstreckenden, von sphärischer Krümmung freien Bereich zu schaffen, der unter einem Aufschlag bereitwillig nachgeben kann, ist in diversen Abwandlungen realisierbar. So ist z. B. in 4 zwischen den steil ansteigenden planaren Abschnitt 15 und den Gewölbeabschnitt 16 ein weiterer, schwächer ansteigender planarer Abschnitt 18 eingefügt, der einer von oben anwirkenden Aufschlagkraft durch eine Schwenkbewegung, insbesondere eine Verstärkung des Knicks entlang einer Knicklinie 19 zwischen den Abschnitten 15, 18 sowie ggf. ein Ausweichen der Knicklinie 19 in Richtung der Fahrgastzelle leicht nachgeben kann.
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Die Breite des Gewölbeabschnitts 16 ist hier so weit reduziert, dass an den Rändern des Querträgers 4 der planare Abschnitt 18 über einen scharfen Knick unmittelbar an den vorderen Flansch 6 angrenzt.
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Die Variante der 5 ist aus der in 4 gezeigten ableitbar, indem man den planaren Abschnitt 18 und den vorderen Flansch 6 jeweils in geradliniger Fortsetzung solange aufeinander zu verbreitert, bis die Breite des Gewölbeabschnitts auf der gesamten Länge des Querträgers 4 verschwindet, d. h. der Gewölbeabschnitt auf eine gekrümmte Knicklinie 20 zwischen dem planaren Abschnitt 18 und dem vorderen Flansch reduziert ist. Während der planare Abschnitt 18 in seinem der Fahrgastzelle zugewandten hinteren Bereich, in dem er sich geradlinig über die gesamte Breite des Querträgers 4 erstreckt, relativ leicht biegsam ist, ist ein vorderer Bereich des Abschnitts 18, der auf einer der Frontscheibe zugewandten Seite einer gedachten, in 5 gestrichelt eingezeichneten, die Enden der Knicklinie 20 verbindenden Geraden liegt, relativ beständig gegen Verformung, da vor dieser Geraden keine Schnittebene existiert, auf der der Längsschnitt des Querträgers 4 auf seiner gesamten Länge geradlinig ist.
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Die planaren Abschnitte 15, 18 können, wie in 6 gezeigt, auch durch einen eindimensional gekrümmten, im Schnitt in Fahrzeugquerrichtung geradlinigen Abschnitt 21 ersetzt sein.
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7 zeigt eine weitere Abwandlung des Querträgers 4, die, anders als die bisher beschriebenen, einen in Draufsicht bogenförmig gekrümmten hinteren Flansch 5 aufweist und somit platzsparend auf einer entsprechend gekrümmten Trennwand 9 montiert werden kann. Der Gewölbeabschnitt 16 und der planare Abschnitt 15 haben bei der Ausgestaltung der 7 die gleiche Gestalt wie in 3; zwischen dem planaren Abschnitt 15 und dem hinteren Flansch 5 ist ein sphärisch gekrümmter Abschnitt 22 eingefügt, dessen konkave Seite der Fahrgastzelle zugewandt ist.
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8 zeigt eine weitere Abwandlung, bei der der planare Abschnitt 15 ersetzt ist durch einen im Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung S-förmig gekrümmten, im Schnitt in Fahrzeugquerrichtung geradlinigen Abschnitt 23. Dieser Abschnitt 23 kann einem Aufschlag nachgeben durch eine lineare Absenkbewegung des vorderen Flansches 6 und des Gewölbeabschnitts 16, bei der sich eine untere Scheitellinie 24 der S-Kontur dem Gewölbeabschnitt 16 und eine obere Scheitellinie 25 dem Abschnitt 22 annähert und gleichzeitig ein zwischen den Scheitellinien 24, 25 liegender Bereich 26 immer breiter wird. Im Extremfall können die Scheitellinien 24, 25 bis in die sphärisch gekrümmten Abschnitte 16, 22 hinein vordringen, sodass eine kontinuierliche Verzögerung des Aufpralls auf einem langen Weg realisierbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fronthaube
- 2
- A-Säule
- 3
- Einbauten
- 4
- Querträger
- 5
- hinterer Flansch
- 6
- vorderer Flansch
- 7
- Impaktor
- 8
- Frontscheibe
- 9
- Trennwand
- 10
- Auflagefläche
- 11
- Motorraum
- 12
- Fahrgastzelle
- 13
- Schraube
- 14
- Zwischenstück
- 15
- Abschnitt
- 16
- Gewölbeabschnitt
- 17
- Scheitellinie
- 18
- planarer Abschnitt
- 19
- Knicklinie
- 20
- Knicklinie
- 21
- Abschnitt
- 22
- sphärisch gekrümmter Abschnitt
- 23
- Abschnitt
- 24
- untere Scheitellinie
- 25
- oberer Scheitellinie
- 26
- Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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