DE4208408C2 - Kraftfahrzeugkörper mit Seitenschutz - Google Patents

Description

Die Erfindung handelt von einem Kraftfahrzeugkörper, dessen Fahrgastzelle eine zumindest aus hohlen Schwellern und Quer­ trägern bestehende Tragstruktur aufweist.

Ein solcher, selbstragender Kraftfahrzeugkörper ist beispiel­ weise aus der DE-AS 11 42 114 bekannt und in praktisch allen modernen Personenkraftwagen vorgesehen. Der Kraftfahrzeug­ körper bildet eine steife Fahrgastzelle, an die ein Vorder­ wagen, meist auch einen Hinterwagen, anschließt, die als Knautschzonen ausgebildet sind.

Dadurch wird bei Zusammenstößen in Fahrzeuglängsrichtung Stoßenergie in plastische Verformung der Knautschzonen um­ gesetzt und die Fahrgastzelle selbst wird möglichst wenig verformt.

Bei Zusammenstößen, bei denen eines der Fahrzeuge (im folgen­ den das passive Fahrzeug genannt), seitlich getroffen wird, ist die Fahrgastzelle jedoch durch keine Knautschzone ge­ schützt und der Bug des aktiven Fahrzeuges verformt die Trag­ struktur, vor allem die Schweller und gegebenenfalls auch Säulen und Dachholme, die dabei in den "Überlebensraum" ein­ dringen.

Es ist bekannt, die Verformung der seitlichen Teile der Trag­ struktur durch Versteifungen oder entsprechend angeordnete und auf hohe Verformungsarbeit ausgelegte Querträger zu unter­ stützen, insbesondere im Bereich der Schweller (ST PS-Schutz­ system im Volvo 850 GLT; Prospekt Volvo 850 GLT, MS/PV 4780- 92/2).

Die Wirkung dieser Verstärkungen ist jedoch in hohem Maße abhängig von Stoßangriffspunkt und Stoßrichtung (die ja nicht immer genau quer zur Fahrtrichtung ist). Derartige Verstärkun­ gen verursachen zwar eine Erhöhung des Fahrzeuggewichtes, kön­ nen aber nicht die Stoßenergie auf alle Elemente der Trag­ struktur verteilen.

Aus der DE 36 27 558 C1 ist es bekannt, durch geeignet ver­ legte Seile ein Eindringen der Lenksäule in den Fahrgastraum beim Frontalzusammenstoß zu verhindern und die Sicherheits­ gurte zu strammen. Diese Vorrichtung wirkt nur beim Frontal­ zusammenstoß gegen eine ganz bestimmte Gefahr - nämlich daß die Lenksäule in den Körper des Fahrers eindringt - erhöht jedoch in keiner Weise den Verformungswiderstand der Fahrgast­ zelle.

Aus der nachveröffentlichten DE 40 31 678 A1 sind Zugele­ mente zur Verstärkung in Hohlprofilen angeordnet. Die Zugele­ mente sind jedoch nicht in sich geschlossen, sondern mit ihren Enden an der Karosserie befestigt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Fahrgastzelle eines Kraftfahr­ zeuges so auszugestalten, daß bei möglichst geringem Fahrzeug­ gewicht im Falle eines seitlichen Zusammenstoßes zum Schutz der Fahrzeuginsassen möglichst viel Energie aufgenommen wird und die Verformung der Tragstruktur in der Umgebung des Stoß­ punktes möglichst klein bleibt.

Ausgehend von dem gattungsgemäßen Stand der Technik wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß im Inneren der Schweller und Querträger ein in sich geschlossenes erstes Zugelement angebracht ist.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Fahrgastzelle werden sämtliche von einem Zugelement durchsetzten Träger, also auch die nicht am Stoßpunkt in den Schweller mündenden Querträger zur Verstärkung des betroffenen Schwellers und zur Energieauf­ nahme herangezogen. Das im getroffenen Schweller verlegte Zugelement nimmt die Stoßkraft unabhängig vom Stoßpunkt auf und leitet sie an den Umlenkpunkten als Zugkraft in die Quer­ träger ein, wodurch diese auf Druck und Knickung, die besonders viel Verformungsarbeit konsumieren, beansprucht werden.

Im Gegensatz zu einem auf Druck beanspruchten Querträger be­ wirkt das erfindungsgemäße Zugelement auch beim schrägen seit­ lichen Stoß eine Weiterleitung der Stoßkraft auf alle anderen Teile der Tragstruktur und durch seine Flexibilität übt es dann sogar eine Abweiswirkung auf das aktive Fahrzeug aus.

In dieser Grundform ist die Erfindung sogar für offene Kraft­ fahrzeuge, etwa Cabriolets, geeignet. In einer Weiterbildung der Erfindung für geschlossene Fahrzeuge mit seitlichen Säulen und Dach ist erfindungsgemäß in den Dachholmen ein in sich ge­ schlossenes zweites Zugelement angebracht, das über durch je eine Säule führende Zugtrume mit dem ersten Zugelement verbun­ den ist.

Dadurch sind auch noch die jeweiligen Säulen und die Dachholme in die Verstärkung und Energieaufnahme einbezogen, bzw. wird bei einem Stoßangriffspunkt in der Dachregion oder an einer der Säulen auch Dachholm bzw. Säule durch die Wirkung des Zugglie­ des verstärkt.

Weiters liegt es im Bereich der Erfindung, bei Kraftfahrzeugen mit Dach beiderseits ein in sich geschlossenes drittes Zugele­ ment in Schweller, A-Säule, seitlichem Dachholm und C-Säule zu verlegen. Dadurch wird der Verformungswiderstand der Trag­ struktur weiter erhöht, so daß der jeweils betroffene Teil der Tragstruktur immer durch alle anderen vom Zugelement durch­ setzten Teile verstärkt wird.

In Ausgestaltung der Erfindung sind an den Umlenkungsstellen der Zugelemente Führungen angeordnet. Diese Führungen stellen sicher, daß das jeweilige Zugelement an den Umlenkpunkten mit geringer Reibung umgelenkt wird, ohne an einer scharfen Kante der Tragstruktur zu reißen, und hohe Zugkräfte um eine und mehrere Ecken weiterleiten kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind diese Führungen mittels verformbarer Unterstützungen mit der Tragstruktur verbunden. Dadurch werden bei geringerer Stoßenergie bei Verformung des betroffenen Teiles nur die Unterstützungen verformt, wodurch der Schaden an der Gesamtstruktur begrenzt bleibt und bei höherer Stoßenergie werden vor den anderen Teilen der Tragstruktur die Unterstützungen verformt.

Das hat die überaus vorteilhafte Wirkung, anfängliche Span­ nungsspitzen des Zugelementes abzutragen. Solche anfänglichen Spannungsspitzen entstehen geometrisch bedingt in der Anfangs­ phase des Stoßes, in der die durch den Stoßpunkt getrennten Trume des Zugelementes noch einen beinahe gestreckten Winkel einschließen und die Komponentenzerlegung der Stoßkraft dadurch zu sehr hohen Seilkräften führen würde.

Schließlich liegt es noch im Rahmen der Erfindung, als Führun­ gen entsprechend gelagerte Rollen einzusetzen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen er­ läutert:

Fig. 1 Achsonometrische Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kraftfahrzeugkörpers in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 Wie Fig. 1, in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 Detail A aus Fig. 2 in einer ersten Variante, stark vergrößert,

Fig. 4 Wie Fig. 3, jedoch in einer zweiten Variante,

Fig. 5 Schnitt nach V-V in Fig. 4.

In dem in Fig. 1 dargestellten Kraftfahrzeugkörper besteht die Tragstruktur der Fahrgastzelle aus seitlichen Schwellern 1, 2 und einem vorderen, einem hinteren und einem mittleren Quer­ träger 3, 4, 5, die die Bodengruppe bilden, sowie den seitlichen Säulen 6, 7 (A-Säule), 8, 9 (B-Säule) und 10, 11 (C-Säule) und den Dachholmen 12, 13, 14, 15. Die C-Säulen 10, 11 sind nach hinten ab­ gewinkelt und durch einen oberen Querträger 16 miteinander ver­ bunden. Die übrigen - nicht bezeichneten - Teile der Tragstruk­ tur bilden die Knautschzonen und sind konventionell ausgebil­ det.

Erfindungsgemäß ist nun ein erstes in sich geschlossenes Zug­ element 20 verlegt, das der Reihe nach den vorderen Querträger 3, den linken Schweller 1, den unteren Teil der linken C-Säule 10, den oberen Querträger 16, den unteren Teil der rechten C- Säule 11 und schließlich den rechten Schweller 2 durchsetzt.

Das Zugelement soll einen möglichst hohen Elastizitätsmodul aufweisen und biegeweich sein. Geeignet sind Drahtseile oder Seile aus hochfestem Kunststoff bzw. aus einem Verbundmaterial, das für besonders hohe Festigkeit, z. B. Kunststoffasern, enthält. Es ist möglich, aber keinesfalls notwendig, dem Zugelement bei der Montage eine Vorspannung zu geben. Das hier Gesagte gilt für alle in der Beschreibung erwähnten auf Zug beanspruchten Ele­ mente.

Weiters ist ein zweites, in sich geschlossenes Zugelement 21 in den vier Dachholmen 12, 13, 14, 15 verlegt und beiderseits über in den B-Säulen 8, 9 untergebrachte Zugtrume 22 mit dem ersten Zug­ element 20 verbunden. Die Verbindung kann etwa durch bekannte Seilkauschen 24 erfolgen, die nur angedeutet sind.

Weiters ist nur auf einer Seite noch strichliert ein drittes, in sich geschlossenes Zugelement 23 dargestellt. Es durchläuft der Reihe nach den Schweller 1, die gesamte C-Säule 10, den längs­ gerichteten linken Dachholm 12 und die gesamte A-Säule 6.

Fig. 2 zeigt die Tragstruktur eines Cabriolets. Bei dieser bilden die Schweller 31, 32 und die Querträger 33, 34 eine Bo­ dengruppe, in der ein erstes, in sich geschlossenes Zugele­ ment 40 verlegt ist, das an den Stellen 25 umgelenkt wird. Die restlichen Teile der Tragstruktur sind nicht bezeichnet, da sie wegen des offenen Aufbaus für die Verlegung der erfindungs­ gemäßen Zugelemente weniger gut geeignet sind. Nebst der erfin­ dungsgemäßen Wirkung erhöht das Zugelement 40 auch die Festig­ keit der Bodengruppe, was bei Cabriolets erwünscht ist.

Fig. 3 zeigt nun eine Möglichkeit, die Zugelemente umzulenken, unabhängig davon, um welches der Zugelemente es sich handelt, und auch unabhängig vom Umlenkwinkel. Beispielsweise ist hier die Umlenkung des ersten Zugelementes 40 vom Schweller 31 in den hinteren Querträger 34 dargestellt. Diese Umlenkung erfolgt durch eine Führung 42, die aus einer Umlenkschiene 43 und einer Unterstützung 44 besteht. Die Umlenkschiene 43 ist ein in einer Richtung einwärts und im rechten Winkel dazu auswärts gebogener Blechstreifen, die Unterstützung 44 ein zickzackförmiger Blech­ streifen, der in geeigneter Weise mit dem Schweller 31 und/oder dem Querträger 34 verbunden ist. Das Zugelement 40 ist, wenn es horizontal verläuft, durch die Umlenkschiene 43 seitlich ge­ führt, so daß es nicht abgleiten kann. Wesentlich ist dabei, daß die Unterstützung 44 sich unter möglichst großer Energie­ aufnahme verformt.

Fig. 4 zeigt als Variante eine Führung 45, die aus einer Um­ lenkrolle 47 und einem Bolzen 46 besteht, der den Schweller 31 quer zur Richtung des jeweiligen Zugelementes durchsetzt und Drehachse für die Umlenkrolle 47 ist.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Erfindung der Ein­ fachheit halber anhand der Fig. 2 erläutert. Wenn der Schweller 31 am Stoßpunkt 26 gerammt wird, was durch einen Pfeil dargestellt ist, biegt sich der Schweller 31 nach innen, wodurch das Zugelement 40, gegebenenfalls unter Verformung der Unterstützungen 44, gespannt wird. Diese Spannung wirkt einer­ seits dem Stoß und dem Eindringen des aktiven Fahrzeuges ent­ gegen und erzeugt andererseits in allen Umlenkpunkten 25 eine einwärts gerichtete Kraft, die die Querträger 33, 34 und den anderen Schweller 32 auf Druck und/oder Knickung beansprucht und bei ausreichend starkem Stoß verformt. Die Richtung des strichlierten Stoßpfeiles deutet einen schrägen Stoß an, bei dem der Stoßpunkt unter dem Einfluß der Längskomponente des Stoßes sich nach hinten verschiebt. Dabei wird weitere Energie verzehrt und das aktive Fahrzeug abgelenkt. Die Wirkung der anderen Zugelemente ist analog.

Claims (6)

1. Kraftfahrzeugkörper, dessen Fahrgastzelle eine zumindest aus hohlen Schwellern und Querträgern bestehende Tragstruktur auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren der Schweller (1, 2; 31, 32) und Querträger (3, 4, 5, 16; 33, 34) ein in sich geschlossenes erstes Zugelement (20, 40) angebracht ist.

2. Kraftfahrzeugkörper nach Anspruch 1, dessen Tragstruktur seitliche Säulen (6, 7, 8, 9, 10, 11) und ein Dach mit Dachholmen (12, 13, 14, 15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Dachholmen (12, 13, 14, 15) ein in sich geschlossenes zwei­ tes Zugelement (21) angebracht ist, das über durch je eine Säu­ le (8, 9) führende Zugtrume (22) mit dem ersten Zugelement (20) verbunden ist.

3. Kraftfahrzeugskörper nach Anspruch 1 und 2, dessen Tragstruktur seitliche Säulen (6, 7, 8, 9, 10, 11) und ein Dach mit Dach­ holmen (12, 13, 14, 15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß bei­ derseits ein in sich geschlossenes drittes Zugelement (23) in Schweller (1, 2), A-Säule (6, 7), seitlichem Dachholm (12, 13) und C-Säule (10, 11) verlegt ist.

4. Kraftfahrzeugskörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Umlenkungsstellen (25) der Zugelemente (20, 21, 23; 40) Führungen (42, 45) angeordnet sind.

5. Kraftfahrzeugskörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungen (42, 45) mittels verformbarer Unter­ stützungen (44, 46) mit der Tragstruktur verbunden sind.

6. Kraftfahrzeugskörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Führungen (45) auf Bolzen (46) gelagerte Umlenk­ rollen (47) sind.