DE3306477A1

DE3306477A1 - Rahmen fuer ein fahrzeug

Info

Publication number: DE3306477A1
Application number: DE19833306477
Authority: DE
Inventors: Herbert Alexander 19083 Havertown Pa. Jahnle
Original assignee: Budd Co
Current assignee: ThyssenKrupp Budd Co
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1983-02-24
Publication date: 1983-09-15
Also published as: GB2115359B; FR2522305A1; IT8347808A0; SE8301041L; GB2115359A; JPS58156438A; US4431221A; NL8300669A; IT1166412B; SE8301041D0; GB8305072D0

Description

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Rahmen für ein Fahrzeug

Die Erfindung betrifft einen Rahmen für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Energieabsorbierende Vorrichtungen haben viele unterschiedliche Formen bei Automobilen angenommen. Im allgemeinen sind solche Vorrichtungen mit den vorderen Stoßfängern verbunden worden, um Stöße zu absorbieren, um Schäden am Hauptkörper des Automobils auf einem Minimum zu halten und auch einen Schutz für die Fahrgaste zu schaffen.

Bei einem Frontalzusamraenstoß eines Automobils soll die kinetische Energie des sich bewegenden Fahrzeugs (kinetische Energie = ¥ V²) über eine große Knautschlänge (S) des Vorderteiles (absorbierte Energie = FS) absorbiert werden, wobei w das Gewicht des Fahrzeugs, g die Erdbeschleunigung und F die Kraft ist. Eine große Knautschlänge ist wünschenswertem die Stoßkraft (F) und die Beschleunigung (F = -a) zu vermindern, wobei a die jeweilige Beschleunigung ist.

Zur Erläuterung dient das folgende Beispiel. Die kinetische Energie eines 907,18 kg schweren Fahrzeugs, das mit einer Geschwindigkeit von 64,37 km/h (17,88m/s) fährt, beträgt:

vv- 907/18 x 17,88 ²

is.. hi. —

2 χ 9,81

= 14 781,87 mkg.

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V IUNfH f HBINfiHAUSi MNfK

Die gewünschte maximale Beschleunigung beträgt 36 g, wie bei vielen Tests an Personen in Flugzeug- und Rakentensystemen ermittelt wurde. Hieraus bestimmt sich dann die Größe der Kraft.

_{F =} (907,18) _36g

- 32 658,48 kg

Bei dieser maximalen Stoßkraft oder Stoßwiderstand des Vorderteiles beträgt die Knautschlänge

S = ^Κ·^Ε·

S = 0,4 5 m

Der Abstand von der Feuerwand bis zum Stoßfängerbalken variiert von Fahrzeug zu Fahrzeug, bei Kompaktfahrzeugen mit einem Gewicht von 907,18 kg beträgt aber dieser Abstand 0,91 m oder weniger. In diesem Raum müssen der Motor und andere Teile untergebracht werden. Insbesondere der Motor wirkt als großer nicht zusammendrückbarer Gegenstand und vermindert als solcher die Länge für den Knautschvorgang bei einer Kollision. Beispielsweise, wenn der Motor 0,51 m breit ist, beträgt die verfügbare Knautschlänge, die verbleibt, 0,91 - 0,51 oder 0,4 m. Die verfügbare Knautschlänge ist 0,05 m weniger als die gewünschte Knautschlänge.

In dem Vorderteil des Fahrzeugs erbringen die beiden Vorderträger (Längsträger), die sich von der Feuerwand bis zum vorderen Stoßfänger erstrecken, den größten Teil des Knautschwiderstandes. Der vordere Stoßfänger ist an diesen beiden Trägern am Vorderteil befestigt.

V. FUMER EBBINIGHAUS FINCK

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Das vordere Stoßfängersystem muß einen Aufprall mit 8,04 km/h auf ein Hindernis ohne einen Dauerschaden abzubekommen, aushalten, und das Fahrzeug hinter dem Stoßfänger muß ebenfalls unbeschädigt sein. Für ein solches Stoßfängersystem sind Energieabsorbiersysteme erforderlich, die 0,05 m bei Kräften von 4 535,92 kg aufnehmen können. Die Gesamttiefe solcher Vorrichtungen beträgt gewöhnlich 0,1 m mindestens, wobei sie aus einem Mantel aus einem weich-elastischen Schaumstoff oder einem Thermoplast (Polycarbonat) bestehen, der an einem Kastenbalken aus einer Aluminiumlegierung oder aus Stahl befestigt ist. Dieser Kastenbalken hat eine Tiefe in der Größenordnung von 0,05 m , um Durchbiegungen auf einem Minimum zu halten und das Gewicht zu optimieren. Der Kastenbalken allein wird unter geringer oder ohne Energieabsorption bei einer Frontalkollision mit 48,28 km/h oder mehr einknicken.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug mit verbesserten Frontalzusammenstoßeigenschaften zu schaffen. Insbesondere soll ein verbesserter Stoßfänger für ein Fahrzeug geschaffen werden, bei welchem die Energieabsorptionseingenschaften und die Knautschlänge für den Fall eines Aufpralls mit dem Vorderteil verbessert bzw. erhöht sind, ohne daß die betreffenden Bauteile vergrößert werden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Fahrzeug, das einen Hauptkörper umfaßt, der eine Feuerwand beinhaltet, mit welcher ein Paar Seitenträger verbunden sind, die sich von dort aus nach vorne erstrecken. Ein vorderer Stoßfängerbalken ist an den Seitenträgern befestigt. Der Stoßfängerbalken umfaßt ein längliches

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Kastungebilde. Ein Paar rohrförmigcr Elemente ist in dem Stoßfängerbalken, mit den Seitenträgern fluchtend angeordnet. Die rohrförmigen Elemente in dem Stoßfängerbalken schaffen verbesserte Knick- und Energieabsorptionseigenschaften. Die Knautschlänge des Stoßfängerbalkens addiert sich zu der Knautschlänge der Seitenträger, um so eine größere Gesamtknautschlänge in dem Fahrzeug zu schaffen, wodurch es ermöglicht wird, größere Kräfte bei Frontalstößen zu absorbieren.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Fiq. 1 eine isometrische Darstellung eines Fahrzeugrahmens, bei welchem die Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 2 eine Darstellung eines der rohrförmigen Elemente, die in dem Stoßfängerbalken des in Fig. 1 dargestellten Automobils angeordnet sind;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Hauptelemente des Automobils mit der Erfindung

in auseinandergezogener Darstellung;

Fig. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 1 und

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 1.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt ein Rahmen eines Automobils einen oberen Rahmenteil 12, der an einem unteren Rahmenteil oder einer Plattform 14 befestigt

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ist. Der Rahmenteil 12 beinhaltet Paare von "A"-Pfosten 16, "B"-Pfosten 18 und rückwärtige Bauelemente 20. Paare von Dachseitenträgern 22 und Winkelträgern 24 verbinden die verschiedenen Pfosten und Bauelemente.

Dachquerbalken 26 und 28 verbinden die Dachseitenträger 22. Ein Hecktürquerteil 30 verbindet die hinteren Bauelemente 20. Ein Paar hinterer Gürtellinienteile 30 verbinden die "B"-Pfosten 18 mit den hinteren Bauelementen 20.

Der untere Rahmenteil 14 beinhaltet eine Feuerwand 32, die vorne an dem Fahrzeugrahmen angeordnet ist. Ein Schott 34, das einen Bezintank aufnehmen kann, ist in der Mitte des Rahmens angeordnet. Vordere und hintere Bodenbereiche sind auf beiden Seiten des Schotts 34 vorgesehen.

Ein Paar sich nach hinten erstreckender Seitenträger 36 verbindet das Schott 34 mit einem hinteren Stoßfänger 38. Ein Paar sich nach vorne erstreckender Seitenträger 40 und 42 verbindet die Feuerwand 32 mit einem vorderen Stoßfänger 44. Der vordere Stoßfänger 44 mit seinen zugehörigen noch zu beschreibenden Teilen umfaßt zusammen mit den sich nach vorne erstreckenden Seitenträgern 4 0 und 42 die Mittel, auf die die vorliegende Erfindung besonders gerichtet ist.

Der Motor des Fahrzeugs, für das der Rahmen 10 verwendet wird, wird normalerweise in dem Bereich innerhalb der Seitenträger 40 und 42, der Feuerwand 32 und des vorderen Stoßfängers 44 angeordnet. Der Abstand von der Feuerwand 32 zu dem Stoßfänger 4 4 beträgt bei vielen Kompaktfahrzeugen mit einem Gewicht von 907,18 kg 0,91 m oder weniger. Der Motor stellt

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einen nicht knautschbaren Gegenstand dar und verringert den zum Knautschen bei einem Frontalzusammenstoß verfügbaren Abstand. Wenn der Motor 0,51 m breit ist, beträgt die verfügbare Knautschlänge, die verbleibt, 0,4 m. Dies ist 0,05 m weniger als die gewünschte Knautschlänge, wie zuvor erörtert wurde.

Um die zusätzliche Knautschlänge zu erzielen, wird erfindungsgemäß die Breite des Stoßfängerbalkens verwendet, um die normalerweise verfügbare Länge zu erhöhen.

Eine Energieabsorption für einen Frontalaufprall wird durch in die sich nach vorne erstreckenden Seitenträger 40 und 42 eingebauten Energieabsorptionsmittel ermöglicht. Die Energieabsorptionsmittel beinhalten Paare von Sicken oder Verformungen 4 6 und 48 in den Seitenträgern 42 und 4 0 in dieser Reihenfolge.

Wie in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben werden wird, weisen die Seitenträger 40 und 42 jeweils drei Teile zur Erhöhung der Festigkeit auf, wobei jedes der drei Teile Verformungen hat, die als Falten oder Bruchstellen in der Säule betrachtet werden können, die um die Teile der Seitenträger herumverlaufen, die zusammengedrückt werden.

Die Seitenträger 40 und 42 verlaufen horizontal in im wesentlichen geraden Linien von der Feuerwand 32 zu dem vorderen Ende des Fahrzeugrahmens, wo sie mit dem vorderen Stoßfänger 44 verbunden sind. Die Anordnung in einer geraden Linie verhindert eine Biegung weg vom Körper, wenn das Fahrzeug auf ein Hindernis auftrifft und gestattet ein ordnungsgemäßes Einknicken des Körpers, wenn die Energie beim Auftreffen auf das Hindernis absorbiert wird. Um sicherzustellen, daß es keine anfänglichen Spitzenbelastungen gibt, wenn

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das Fahrzeug auf das Hindernis auftrifft, und um die Bereiche festzulegen, in welchen die Knickungen beginnen sollten, sind die Verformungen 46 und 48 in
den vorderen Seitenträgern 4 0 und 4 2 in der

dargestellten Art und Weise ausgebildet.

Bezugnehmend auf die Figuren 2 bis 5 und auf Fig. 1 umfaßt der Stoßfänger 44 einen länglichen Balken, der eine rechtwinklige, rohrartige, kastenähnliche Form hat. Ein Paar relativ kurzer rohrförmiger Elemente 55 und 52 sind in dem offenen Bereich des Stoßfängers 44, mit den vorderen Seitenträgern 40 und 42 jeweils fluchtend angeordnet. Die offenen Bereiche der rohrförmigen
Elemente 50 und 52 sind rechtwinklig zu dem offenen Bereich des den Stoßfänger 44 umfassenden rohrförmigen Balkens angeordnet.

Ohne die rohrförmigen Elemente 50 und 52 würde der
Stoßfänger 44 normalerweise unter geringer oder ohne Energieabsorption bei einem Frontalzusammenstoß von 48,28 km/h oder mehr einknicken. Die Einfügung der

rohrförmigen Elemente 50 und 52 in den Kastenbalken unmittelbar vor den vorderen Seitenträgern erhöht
die Energieabsorptionseigenschaften. Die der Breite des Stoßfängers entsprechende Länge wird zu der
verfügbaren Knautschlänge im Ergebnis hinzuaddiert, wobei sie beispielsweise von 0,4 m auf 0, 45 m erhöht wird, wenn der Stoßfänger 0,05 m tief ist.

Die nach vorne verlaufenden Seitenträger 40 und 42 sind jeweils aus mehreren ähnlichen Teilen aufgebaut, wobei die Teile des Seitenträgers 40 in Fig. 3 dargestellt sind. Der Seitenträger 4 0 umfaßt ein U-Hauptprofil mit Sicken 56 und 58, ein oberes U-Profil 60 mit
Sicken 62 und 64 und ein U-Seitenprofil 66 mit
Sicken 68 und 70. Ähnliche Sicken und Elemente sind

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-ιοί bei dem Seitenträger 4 2 vorgesehen. Die verschiedenen Sicken sind jene, die allgemein als Sicken 48 in Fig. 1 dargestellt sind. Die Sicken in den U-Profilen 54, GO und 6 6 verlaufen zwischen sich gegenüberlieqendon Kanten.

Da:.· rohrförruige Element 52, das dem Element 50 ähnlich ist, umfaßt ein Metallstück, das eine Sicke oder einen Bogen 72 hat, die bzw. der vollständig um seinen Rand 52 herum verläuft. Die rohrförmigen Elemente 50 und 52 sind mit den Seitenträgern 40 und 4 2 ausgerichtet und zwar im allgemeinen mit ihren U-Seitenprofilen, von denen ein U-Seitenprofilen 66 in Fig. 3 dargestellt ist.

Wie beschrieben, erzeugen die Sicken in den Seitenträgern 40 und 42 Schwächungsbereiche in den Bauteilen und legen die Bereiche fest, in welchen bei einem Aufprall Einknickungen stattfinden. Die Ausrichtung der Seitenträger stellen eine ordungsgemäße Einknickung sicher.

Die Sicken in den rohrförmigen Elementen 50 und 52 bestimmen ebenfalls die Einknickungsbereiche. Im Ergebnis beginnen die Elemente 50 und 52 bei einem vorderen Aufprall mit dem Stoßfänger 44 einzuknicken, wobei sich die Knickung mit dem Knicken der Seitenträger 40 und 42 fortsetzt. Bezüglich des Knickvorgangs können die Elemente 50 und 52 als Fortsetzungen der Seitenträger 4 0 und 4 2 betrachtet werden. Es wird jedoch eine zusätzliche Knicklänge ohne grundlegende Änderung der Abmessungen des Fahrzeugrahmens oder der äußeren Form des betreffenden Fahrzeuges erzielt. Nur ein minimaler Gewichtsbetrag wird zum Fahrzeugrahmen durch die Elemente 5 0 und 52 hinzuaddiert.

-41.

Leerseite

Claims

ν. FPNER EBBINGHAUS FINCK

PATENTANWÄLTE. EUROPTAN PATENT ATTORNEYS

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN SO POSTADRESSE: POSTFACH 95 OI 6O, D-HOOO MÜNCHEN B5

THE BUDD COMPANY ²⁴ · ^bruar 1983

DEAO30686

Rahmen für ein Fahrzeug

Patentansprüche

Rahmen für ein Fahrzeug, umfassend:

(a) eine Feuerwand;

(b) ein Paar Seitenträger, die mit der Feuerwand verbunden sind und sich von ihr aus nach vorne erstrecken;

(c) einen vorderen Stoßfängerbalken, der an den Enden der Seitenträger befestigt ist;

(d) wobei der Stoßfängerbalken ein längliches, offenes Kastengebilde umfaßt,

gekennzeichnet durch,

(e) ein Paar rohrförmiger Elemente (50, 52), die in dem Stoßfängerbalken (44), mit den Seitenträgern (40, 42) fluchtend angeordnet sind.
2. Rahmen nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Bereiche

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— 2 —

der rohrförmigen Elemente (50, 52) rechtwinklig zu dom offenen Bereich in dem den Stoßfängerbalken (4 4) umfassenden Kastengebilde ausgerichtet sind.
3. Rahmen nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichne t,, daß Sicken (72) um die Ränder der rohrförmigen Elemente (50,52) herum angeordnet sind, um die Bereiche des Einknickens beim Aufprall festzulegen.
4. Rahmen nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenträger (40, 42) Sicken (56, 58; 62, 64; 68, 70) aufweisen, die mit den Lücken (72) in den rohrförmigen Elementen (50, 52) ausgerichtet sind.
5. Rahmen nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (56, 58; 62, 64; 68, 70) in den Seitenträgern (40, 42) vorne an ihren Enden in unmittelbarer Nähe zu dem Stoßfängerbalken (44) angeordnet sind, um die Bereiche des Einknickens festzulegen.
6. Rahmen nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenträger (4 0, 42) mehrere U-Profile (54, 60, 66) umfassen, die aneinander befestigt sind und Sicken (56, 58; 62, 64; 68, 70) aufweisen, wobei die Sicken (72) in jedem rohrförmigen Element (50, 52) mit einem (66) der U-Profile (54, 60, 66) ausgerichtet sind.