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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzstruktur für Fahrzeuge,
die dazu geeignet ist, vorzugsweise an der Rückseite des Fahrzeugs angebracht
zu werden. Die US 2003/0085591 beschreibt eine Schutzstruktur gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Gegenwärtig ist
das Augenmerk der Fahrzeughersteller darauf gerichtet, den einem
Fahrzeug zugefügten
Schaden infolge von Kollisionen bei relativ geringen Geschwindigkeiten,
welche typischerweise unter 15–16
km/h liegen, zu reduzieren. Die Schutzstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung ist vorzugsweise für
einen solchen Aufprall geeignet, der die oben dargelegten Eigenschaften
aufweist.
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Die
bei Fahrzeugen zur Schadensbegrenzung bei Kollisionen an der Rückseite
verwendeten Vorrichtungen bestehen vollständig aus metallenen Querträgern, die
im Allgemeinen aus Stahl hergestellt und zwischen dem Fahrzeugchassis
und den Stoßfängern angeordnet
sind. Der Querträger
liegt normalerweise an den Längsträgern an
und ist unmittelbar an diesen befestigt, oder es sind Absorptionsvorrichtungen
aus Metall (Crashboxen), mit denen der Querträger verbunden ist, an den Längsträgern befestigt.
Diese Absorptionselemente sind auch als „Opferelemente" bekannt, die im
Falle einer Kollision den Großteil
der Aufprallenergie durch Ver formung absorbieren und gleichzeitig
eine Verformung des Fahrzeugchassis verhindern.
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Eine
Schutzstruktur für
Fahrzeuge des bekannten Typs umfasst üblicherweise ein Paar Aufprall-Absorptionselemente,
die in Übereinstimmung mit
den seitlichen Längsträgern des
Fahrzeugchassis angeordnet sind, an welchem ein Querträger, auf den
eine Stoßleiste
aufgesetzt ist, angebracht ist.
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Der
Querträger
besteht normalerweise aus einem metallenen Material, wie zum Beispiel
Aluminium oder Stahl, oder Kunststoff, während die Opferelemente aus
einem metallenen Material oder aus Kunststoff oder aus einem Element-Komplex
aus verschiedenen Materialien (Wabenstrukturen) bestehen können.
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Die
Opferelemente bilden die einzigen Verbindungselemente zwischen der
Schutzstruktur des Fahrzeugs und dem Fahrzeugchassis an sich.
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Bei
einer Kollision schlägt
ein aufprallender Gegenstand zunächst
auf den Querträger
auf, der die Belastung auf die Opferelemente (in einem Prozentsatz,
der etwa proportional zur Aufprallentfernung in Bezug auf die beiden
Elemente ist) überträgt.
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Diese
Strukturen benötigen
für einen
durch einen Pfosten verursachten mittig ausgerichteten Aufprall
bei einem gleichen Abstand zwischen zwei Opferelementen äußerst steife
Querträger,
um die größtmögliche Kraft
auf die Opferelemente übertragen
zu können.
Diese Kraft wird durch den Eindrückwert
des Querträgers
definiert. Außerdem
wird die Kraft anschließend
in gleichem Maße
auf jede Seite übertragen.
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Wäre der Querträger extrem
steif (was von Natur aus nicht möglich
ist), so würde
er dazu tendieren, die Kraft ohne Eindrückung zu übertragen und dadurch die beiden
Opferelemente zu verformen, so dass eine Kraft auf den aufprallenden
Gegenstand übertragen
wird, die gleich der Summe der Eindrückungskräfte der Opferelemente ist.
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Wäre die auf
jede Crashbox oder jedes Opferelement übertragene Kraft gering, so
würde der Querträger durch
den Aufprall verformt.
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Um
die technische Lösung
zu verbessern bzw. um das Eindringen des Hindernisses zu reduzieren,
ist es notwendig, das Gewicht des Querträgers und folglich des Fahrzeugs
zu erhöhen.
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Die
Anmelderin hat sich mit dem Problem befasst, die Widerstandsfähigkeit
der Schutzstruktur zu erhöhen,
ohne dass der Querträger
der Struktur verstärkt
und dadurch das Gewicht des Fahrzeugs erhöht werden muss.
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Die
Anmelderin hat festgestellt, dass wenn die Halterungspunkte der
Schutzstruktur an dem Fahrzeugchassis und somit die Energieübertragungspunkte
bei einer Kollision in größerem Maße verteilt
werden, die Struktur effizienter und gleichzeitig die Absorptionsenergie
auf verschiedene Punkte des Fahrzeugs verteilt wird.
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Zu
diesem Zweck hat die Anmelderin eine Schutzstruktur für Fahrzeuge
entwickelt, bei der in den Raum zwischen den Opferelementen, die
den Querträger
mit den Längsträgern des
Chassis verbinden, weitere Absorptionselemente eingefügt sind,
die den Querträger
selbst mit dem Fahrzeugchassis in dem zwischen den beiden Längsträgern liegenden Bereich
verbinden. Insbesondere sind diese Absorptionselemente mit der im
Wesentlichen vertikalen Außenwand
verbunden und liegen an dem Aufnahmeraum des Ersatzrads, das an
dem Fahrzeugchassis angeordnet ist, an und bilden so einen Abschluss
des Chassis.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Schutzstruktur für ein Fahrzeug,
wie in Anspruch 1 beschrieben.
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Die
Eigenschaften und Vorteile der Schutzstruktur gemäß der vorliegenden
Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden erläuternden und
nicht einschränkenden
Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen. Darin zeigen:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht der Schutzstruktur für Fahrzeuge
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
Draufsicht in teilweiser Explosionsdarstellung der Schutzstruktur
für Fahrzeuge
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
Perspektivansicht der Schutzstruktur für Fahrzeuge gemäß einem
alternativen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Mit
Bezug auf die oben genannten Figuren umfasst die Schutzstruktur
für ein
Fahrzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung mindestens einen Querträger 2, der geeigneterweise
außen
mit einer Stoßleiste 3 belegt
und mittels einem Paar Opferelementen 5 und 5' an einem Paar
Längsträgern 4 und 4' des Chassis
eines Fahrzeugs angebracht ist.
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Der
Querträger 2 ist
in der Regel aus einem metallenen Material oder Kunststoff hergestellt
und weist entsprechend den Anforderungen und dem verfügbaren Raum
an dem Fahrzeug, an dem dieser angebracht wird, eine längliche
Form auf. Was dessen Querschnitt anbetrifft, so kann dieser U-förmig ausgebildet
sein, wie in den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen, oder eine
geeignete Form aufweisen, durch die eine Schlagfestigkeit gewährleistet
wird (auch mit einem geschlossenen Profil).
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Die
Opferelemente 5 und 5' können aus einem einzigen Teil
aus Kunststoff oder metallenem Material oder aus mehr als einem
Element bestehen, wie zum Beispiel einer kleinen Grund- bzw. Verbindungsplatte 51 mit
den Längsträgern 4,
die einen Opferbereich 52 überragt. Der Opferbereich besteht
beispielsweise aus einer Wabenstruktur aus einer Reihe von länglichen
Elementen mit hexagonalem Querschnitt, die zur Bildung einer Parallelepipeden-Einheit zusammengefügt sind.
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Zwischen
den beiden seitlichen Längsträgern weist
der rückwärtige Teil
des Fahrzeugs einen geformten Bodenabschnitt 7 auf, der
vorzugsweise an den Längsträgern befestigt
ist. Dieser geformte Bodenabschnitt bildet in Verbindung mit einer
unteren Wand 8 einen Raum 9 zur Aufnahme des Ersatzrads.
Die untere Wand 8 ist vorzugsweise an dem Kopf der beiden
Längsträger 4 und 4' befestigt.
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Zur
Bildung des Aufnahmeraums 9 weist der geformte Bodenabschnitt
ein Paar schräge
Oberflächen 91 und 91' sowie eine
Basisfläche 92 auf,
auf der das Ersatzrad des Fahrzeugs liegt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Schutzstruktur zudem mindestens ein Absorptionselement,
das in dem von dem Querträger 2,
den Opferelementen 5 und 5' und der unteren Wand 8 definierten
Raum angeordnet ist.
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Das
Absorptionselement ist vorzugsweise an der unteren Wand 8 befestigt
und weist solche Abmessungen auf, dass seine Oberfläche den
Querträger 2 im
wesentlichen berührt.
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In
dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind zwei Absorptionselemente 10 und 10' vorgesehen,
die im Wesentlichen die Form eines Parallelepipeds aufweisen und
zwischen dem Querträger 2 und
der unteren Wand angeordnet sind. Die Elemente sind an der unteren
Wand in Übereinstimmung
mit den schrägen
Oberflächen 91 und 91' des Bodenabschnitts 7 angeordnet,
da diese schrägen
Oberflächen
einen wandverstärkenden
Bereich bilden.
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Bei
der großen
Mehrheit der Fahrzeuge ist dieser Raum gegenwärtig zur Aufnahme des Ersatzrads
vorgesehen, so dass der Bereich der unteren Wand mit einer höheren Widerstandsfähigkeit
gegen einen möglichen
Aufprall und somit gegen die dadurch verursachte Kompression in Übereinstimmung mit
den schrägen
Oberflächen
angeordnet ist. Weist das Fahrzeug solche schrägen Oberflächen auf, so sind die Absorptionselemente
daher in Übereinstimmung
mit diesen Bereichen angeordnet.
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Ist
hingegen der Bodenabschnitt flach und weist diesen Raum nicht auf,
so können
die Absorptionselemente voneinander gleich beabstandet in dem durch
die untere Wand, die beiden Längsträger und
den Querträger
definierten Bereich verteilt sein.
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Jeder
mögliche
dem Fahrzeug zugefügte Aufprall
und somit eine von der Stoßleiste
auf den Querträger übertragene
Kompressionskraft wird durch die Opferelemente 5 und 5', 4 und 4' und durch die
Absorptionselemente 10 und 10' auf die untere Wand 8 verteilt.
Diese Wand weist zwar nicht denselben Widerstand wie die Längsträger auf
(beispielsweise 100 KN an den Längsträgern und
10÷15
KN an der unteren Wand), doch bei einer entsprechenden Dimensionierung
der Absorptionselemente 10 trägt auch die untere Wand zum
Schutz des gesamten Fahrzeugchassis bei.
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Insbesondere
können
Absorptionselemente verwendet werden, die ihre Höhe um 50% verringern, wenn
sie einer Kompression von 0,2 bis 1,5 N/mm2 unterzogen
werden.
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Für die Herstellung
der Absorptionselemente geeignet Kunststoffmaterialien sind: expandiertes Polypropylen,
expandiertes Polyurethan, expandiertes Polystyrol, Polystyrol.
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In 3 ist
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt, bei dem die Absorptionselemente aus einer
Kombination von zwei Absorptionselementen bestehen, die einander
benachbart angeordnet und aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien
hergestellt sind, um die Gesamt-Eigenschaften des Absorptionselements
zu verbessern.
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Insbesondere
umfasst das Absorptionselement 10 bzw. 10' einen ersten,
im Wesentlichen parallelepiped-förmigen
Abschnitt 101 bzw. 101' und einen aufgesetzten zweiten,
im Wesentlichen parallelepiped-förmigen
Abschnitt 102 bzw. 102'.