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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Deformationsbauteil
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 102 53 270 ist
ein Kraftfahrzeug mit einem aufpralldämpfendes Bauelement
bekannt, das eine Anzahl von Deformationselementen aufweist, die
unter einem Außenhautelement angeordnet sind. Das Bauelement
weist auf seiner dem Außenhautelement abgewandten Seite
eine als Widerlager für die Deformationselemente dienende
Stützfläche auf, an der die Deformationselemente
mit dem Bauelement fest verbunden sind. Die Deformationselemente überragen
dabei das Bauelement auf der Seite des Außenhautelementes.
Die Deformationselemente sind so dargestellt, dass ein abruptes
Kollabieren dieser Deformationselemente durch Knicken möglich
ist. Es hat sich gezeigt, dass das bekannte Bauelement den vorhandenen
Deformationsweg nicht optimal nutzt und daher verbesserungswürdig ist.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug der eingangs
genannten Art zu schaffen mit einem Deformationsbauteil, welches
ein verbessertes Energieabsorptionsverhalten aufweist.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird ein Kraftfahrzeug mit einem Deformationsbauteil
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Die Erfindung beruht
auf dem allgemeinen Gedanken, dass das Deformationsbauteil bei einem
Anprall des Kraftfahrzeugs gegen einen Fußgänger
Energie absorbierend deformierbar ist. Das Deformationselement weist
mindestens einen Befestigungsabschnitt zum Anbringen am Kraftfahrzeug
sowie mindestens einen in einem Abstand vom Befestigungsabschnitt
angeordneten Abstützabschnitt auf, über den die
durch den Anprall wirkenden Kräfte in das Deformationsbauteil
einleitbar sind. Es ist mindestens ein in einem Freiraum zwischen
dem Befestigungsabschnitt und dem Abstützabschnitt angeordneter
Deformationskörper vorgesehen. Das Deformationsbauteil
ist so gestaltet, dass der Deformationskörper beim Anprall des
Fußgängers nach außen aus dem Freiraum
zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Abstützabschnitt
herausdrückbar ist. Das Deformationsbauteil ist an einer
am Kraftfahrzeug fest angebrachten, insbesondere vertikal verlaufenden
Strebe befestigbar, welche einen quer zur Fahrtrichtung verlaufenden
Biegeträger mit einer darüber angeordneten, sich
quer zur Fahrtrichtung erstreckenden Versteifung des Kraftfahrzeugs
verbindet. Der vorschlagsgemäß freibleibende Freiraum
zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Abstützabschnitt
des Deformationsbauteils steht für die Verlagerung des
Abstützabschnitts in Richtung Befestigungsabschnitt vollständig
zur Verfügung, so dass der Deformationskörper über
einen größeren Verformungsweg hinweg im Sinne
maximaler Energieabsorption genutzt werden kann. Der Deformationskörper
ist praktisch soweit verformbar, dass bei maximaler Verformung die direkte
Anlage des Abstützabschnitts an dem Befestigungsabschnitt
möglich ist. Die verbleibende Restblocklänge ist
also bei maximaler Verformung von den verformten Deformationskörpern
im Wesentlichen unbeeinflusst. Im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung wird unter Restblocklänge die verbleibende Restdicke
eines Deformationsbauteils in Deformationsrichtung gesehen bei maximaler Kompression
und/oder Verformung verstanden.
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Es
ist außerdem vorgesehen, dass das Deformationsbauteil an
einer am Kraftfahrzeug fest angebrachten, vorzugsweise vertikal
verlaufenden Strebe befestigbar ist. Die Strebe verbindet einen quer
zur Fahrtrichtung verlaufenden Biegeträger mit einer darüber
angeordneten, sich quer zur Fahrtrichtung erstreckenden Versteifung
des Kraftfahrzeugs. Die Strebe stellt in eine Befestigungsstelle
und ein Widerlager für das Deformationsbauteil in einem Freiraum
zwischen der Strebe und dem Biegeträger dar.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs liegt darin, dass
der Deformationskörper bereits im nicht deformierten Zustand
eine Wölbung und/oder Kurvenform aufweist, welche im Falle
einer Verformung die Richtung und Ausprägung der Verformung
im Wesentlichen vorbestimmt. Dadurch kann bei einer Kraftbeaufschlagung
des Deformationskörpers eine Verformung in Richtung der
Wölbung und/oder Kurvenform erreicht werden. Der Deformationskörper
kann beispielsweise die Form einer Kalotte aufweisen oder die eines
kurvenförmigen Stabes mit eckigem, runden oder polygonförmigen Querschnitt.
Es ist auch eine Ausgestaltung als Flachstab, oder als Hohlprofil
in gebogener und/oder gewölbter Ausgestaltung einsetzbar.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kraftfahrzeugs
ist der Deformationskörper im Wesentlichen dünnwandig
ausgestaltet. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter
dem Begriff „dünnwandige Körper” ein
Körper verstanden, dessen Wanddicke im Vergleich zu seinen
sonstigen Abmessungen klein ist. Beispiele für dünnwandige
Körper sind Bleche, Membrane, Tafeln oder Platten.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsvariante des Kraftfahrzeugs
zeichnet sich dadurch aus, dass die Wölbung und/oder Kurvenform
des Deformationskörpers im unverformten Zustand soweit
ausgeprägt ist, dass sich der Deformationskörper
beim Anprall des Fußgängers an das Kraftfahrzeug
im Wesentlichen knickfrei verformt. Durch eine knickfreie Verformung
kann – im Gegensatz zu einer Knickverformung – eine
gleichmäßigere Lastverteilung auf den Deformationskörper
erreicht werden. Das heißt, dass über nahezu den
gesamten Deformationskörper ein gleichmäßiger
Spannungsverlauf – im Wesentlichen ohne Spannungssprünge
oder Spannungsspitzen – erzielt werden kann. Auf diese
Weise ist eine effizientere Nutzung des Deformationskörpers
zur Absorption der Anprallenergie möglich.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs ist
vorgesehen, dass das Flächenträgheitsmoment und/oder
die Biegesteifigkeit des Deformationskörpers über
dessen Länge, ausgehend von seiner Anbindung am Abstützabschnitt
bis hin zu seiner Anbindung an den Befestigungsabschnitt, variieren/variiert.
Das kann zum Beispiel umgesetzt werden, indem über die
Länge des Deformationskörpers dessen Abmessungen,
wie die Höhe oder die Breite, und/oder dessen Materialeigenschaften,
wie das Schubmodul oder das Elastizitätsmodul, variieren.
Je nach Gestaltung des Deformationsköpers können
das Flächenträgheitsmoment und/oder die Biegesteifigkeit über
dessen Länge auch durch unterschiedliche Wandstärken
und/oder Querschnittsflächen variabel gestaltet sein. Ein
Vorteil einer solchen Ausgestaltung liegt darin, dass das Verformungsverhalten
des Deformationskörpers und der Verlauf einer durch den
Anprall des Fußgängers verursachten Anprallkraft
mit Hilfe der Bauteilgestaltung gezielt beeinflusst werden kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs besteht darin,
dass die Verteilung der Biegesteifigkeiten und/oder der Flächenträgheitsmomente über
die Länge des Deformationskörpers so gewählt
ist, dass der Verlauf der während der Deformierung des
Deformationskörpers auf den Abstützabschnitt einwirkenden
Kraft nach einem sprunghaften Kraftanstieg im Wesentlichen konstant
bleibt. Je nach Gestaltung des Deformationskörpers kann
eine möglichst hohe und vorzugsweise gleichmäßige Krafteinleitung
in das Deformationsbauteil über den Verformungsweg erreicht
werden, ohne jedoch während der Verformung eine Maximalkraft
zu überschreiten. Damit ist eine Maximierung der absorbierten
Anprallenergie bei Unterschreiten einer auf den anprallenden Fußgänger
wirkenden Maximalkraft möglich.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Kraftfahrzeugs
weist das Deformationsbauteil mehrere, in einem Abstand voneinander angeordnete
Deformationskörper auf. Dadurch kann das Deformationsbauteil
in Orientierung an räumlichen und geometrischen Randbedingungen und/oder
Anforderungen bezüglich Steifigkeit und Deformationsweg
angepasst werden. So ist zum Beispiel ein Hintereinanderschalten
von Deformationskörpern mit unterschiedlichen Verformungseigenschaften
möglich. Ebenso können Deformationskörper
nebeneinander in einem Deformationsbauteil positioniert sein, um
beispielsweise eine größere Anprallfläche
am Kraftfahrzeug mit unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften
zu realisieren. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird
unter Anprallfläche die dem Fußgänger
zugewandte Außenhaut eines Kraftfahrzeugs verstanden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs ist
vorgesehen, dass das Deformationsbauteil, im eingebauten Zustand
höchstens 200 mm – beabstandet von einer Mittellinie
zwischen einer oberen und einer unteren Stoßfänger-Bezugslinie – positioniert
ist. Die Mittellinie verläuft parallel zur oberen und unteren
Stoßfänger-Bezugslinie, wobei der Abstand der
Mittellinie zur oberen Stoßfänger-Linie gleich
dem zur unteren Stoßfänger-Bezugslinie ist. Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind mit der oberen
und unteren Stoßfänger-Bezugslinie die obere und
untere Stoßfänger-Bezugslinie gemäß Amtsblatt
der Europäischen Union DE vom 4.2.2004 zur ENTSCHEIDUNG
DER KOMMISSION vom 23. Dezember 2003 über die technischen
Vorschriften zur Ausführung von Artikel 3 der Richtlinie
2003/102/EG des Europäischen Parlaments und des
Rates zum Schutz von Fußgängern und anderen ungeschützten
Verkehrsteilnehmern vor und bei Kollisionen mit Kraftfahrzeugen
und zur Änderung der Richtlinie 70/156/EWG (Bekannt
gegeben unter Aktenzeichen K(2003) 5041)(2004/90/EG) gemeint.
Die Positionierung des Deformationsbauteils innerhalb dieses Bereichs
und zwischen der Anprallfläche und einem – in
Fahrrichtung gesehen – vorderen Stoßfänger
des Fahrzeugs, ermöglicht den Schutz des Fußgängers
gegen Verletzungen beim Anprallen an den vorderen Stoßfänger
entsprechend der Richtlinie 2003/102/EG.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs besteht darin,
dass das Deformationsbauteil mittelbar oder unmittelbar an einem
Karosserietragstrukturbauteil des Kraftfahrzeugs anbringbar ist.
Das Karosserietragstrukturbauteil kann dem Deformationsbauteil als
kraftfahrzeugseitiges Widerlager dienen. Im Zusammenhang mit der
vorliegenden Erfindung wird unter einem Karosserietragstrukturbauteil
ein Element verstanden, das einen Teil der Rohbau-Karosseriestruktur
eines Kraftfahrzeugs bildet. Dazu gehören beispielsweise
Querträger, Biegeträger, Stoßfängerträger,
Streben, Halter, Säulen, Holme, Rahmen, Verstärkungen
und Konsolen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird
unter einem Biegeträger ein quer zur Fahrtrichtung des
Kraftfahrzeugs verlaufender, versteifender Träger in einem
Stoßfänger verstanden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des Kraftfahrzeugs ergeben sich aus
Kombinationen der aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen
sowie den zugehörigen Figurenbeschreibung hervorgehenden
Merkmale.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher
erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 in
perspektivischer Darstellung einen Teilausbruch eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem
Deformationsbauteils in Einbaulage,
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2 das
Deformationsbauteil gemäß 1 in vergrößerter,
perspektivischer Darstellung im unverformten Zustand,
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3 das
Deformationsbauteil gemäß 1 in vergrößerter,
perspektivischer Darstellung in einem verformten Zustand und
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4 eine
Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt
in perspektivischer Darstellung einen Detailausbruch 2 des
Frontbereichs eines Kraftfahrzeugs mit Blickrichtung von hinten
schräg in Fahrtrichtung. Im dargestellten Koordinatensystem zeigt
die X-Richtung in Fahrtrichtung, die Y-Richtung zeigt quer zur Fahrtrichtung
und die Z-Richtung zeigt vertikal nach oben. Dargestellt ist ein
im Wesentlichen in X-Richtung, also in Fahrzeugquerrichtung verlaufender
Stoßfänger 4. Im oberen Drittel des Stoßfängers 4 ist
eine Lufteinlassöffnung 6 angeordnet, die zwischen
einem Stoßfängerunterteil 4a und einem
Stoßfängeroberteil 4b in ihrer Längsrichtung ebenfalls
im Wesentlichen in X-Richtung verläuft. Ein Lufteinlassgitter 8 deckt
die Lufteinlassöffnung 6 zwischen dem Stossfängeroberteil 4b und
dem Stossfängerunterteil 4a ab.
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Das
Stossfängerunterteil 4a und das Stossfängeroberteil 4b weisen
eine – in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs, also in Y-Richtung,
gesehen – vorne angeordnete Anprallfläche 10 auf.
Die Anprallfläche 10 bildet die in Y-Richtung
vordere, umhüllende Begrenzungsfläche des Stossfängerunterteils 4a und des
Stossfängeroberteils 4b.
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Das
Stossfängerunterteil 4a umfasst einen – in
Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs gesehen – hinter der Anprallfläche 10 angeordneten
Schaumstoffkörper 12. Der Schaumstoffkörper 12 verläuft,
dem Verlauf des Stossfängers folgend, in X-Richtung und weist
in Y-Richtung mehrere, in einem Abstand zueinander angeordnete,
hier im Wesentlichen zylindrische Hohlräume 14 auf.
Die Hohlräume 14 perforieren den Schaumstoffkörper 12 in
Y-Richtung. In Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs gesehen hinter dem
Schaumstoffkörper 12 ist ein Biegeträger 16 angeordnet,
an dem der Schaumstoffköper angebracht ist. Der Biegeträger 16 besteht
im Wesentlichen aus einem Hohlprofil mit rechteckigem Querschnitt
und dient als Widerlager für den Schaumstoffkörper 12. Er
verläuft dem Verlauf des Stossfängers folgend
im Wesentlichen in X-Richtung.
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An
der Oberseite des Biegeträgers 16 ist eine Strebe 18 angebracht.
Die Strebe 18 verläuft, ausgehend von der Oberseite
des Biegeträgers 16 in Z-Richtung, aufwärts
und ist an ihrem oberen Ende an einer Versteifung 20 montiert.
Die Versteifung 20 verläuft dem Verlauf des Stossfängers
folgend in X-Richtung. Die Strebe 18 bildet eine Brücke
zwischen dem Biegeträger 16 und der Versteifung 20.
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An
der – in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs gesehen – vorderen
Seite der Strebe 18 ist auf Höhe des Stossfängeroberteils 4b ein
Deformationsbauteil 22 angebracht. Das Deformationsbauteil 22 verbindet
die Strebe 18 mit dem Stossfängeroberteil 4b und bildet
eine Brücke zwischen diesen beiden Teilen. Das Deformationsbauteil 22 ist
dabei mit einem Befestigungsabschnitt 24 an der Strebe 18 befestigt
und mit einem Abstützabschnitt 26 an dem Stossfängeroberteil 4b angebracht.
Zwei im Wesentlichen in Y-Richtung und zueinander in etwa parallel
verlaufende Deformationskörper 28a und 28b verbinden den
Befestigungsabschnitt 24 mit dem Abstützabschnitt 26.
Die Deformationskörper 28a und 28b liegen
im Wesentlichen planparallel zu der durch die Y- und Z-Richtung
aufgespannten Ebene. Ein Aggregat zur Fahrzeugkühlung 30 ist – in
Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs gesehen – hinter dem Stossfänger 4 angeordnet.
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2 zeigt
in perspektivischer Darstellung das Deformationsbauteil 22 aus 1.
Das Deformationsbauteil 22 weist im Bereich der Deformationskörper 28a und 28b eine
tonnenähnliche Form auf. Der Befestigungsabschnitt 24 ist
dünnwandig gestaltet und in etwa rechteckig. Er liegt ungefähr
parallel zu der durch die X- und die Z-Richtung aufgespannten Ebene.
In etwa im rechten Winkel schließen sich an die in Z-Richtung
verlaufenden Außenkanten des Befestigungsabschnitts 24 die
Deformationskörper 28a und 28b an. Beide
gehen vom Befestigungsabschnitt 24 aus in Y-Richtung ab.
Sie sind annähernd spiegelsymmetrisch und verlaufen im
Wesentlichen parallel zueinander. Der Deformationskörper 28b ist
konvex in X-Richtung gewölbt. Der Deformationskörper 28a ist
spiegelsymmetrisch dazu konvex entgegen der X-Richtung gewölbt.
In Y-Richtung verjüngen sich die Deformationskörper 28a und 28b. An
ihren Enden sind sie durch den Abstützabschnitt 26 miteinander
verbunden. Der Abstützabschnitt 26 überbrückt
den Abstand zwischen den Deformationskörpern 28a und 28b.
Bedingt durch die Schnittstelle zum Stossfängeroberteil 4b in 1 weist
der Abstützabschnitt 26 eine in X-Richtung verlaufende
Profilierung auf. Dabei verlaufen in X-Richtung drei in etwa gleich
breite, im Wesentlichen rechteckige Teilflächen des Abstützabschnitts:
Eine untere Teilfläche 26a, eine mittlere Teilfläche 26b und
eine obere Teilfläche 26c. Die Teilflächen
grenzen mit ihrer in X-Richtung verlaufenden Längsseite
aneinander, wobei die untere Teilfläche 26a und
die obere Teilfläche 26c um etwa 20° gegenüber
dem Befestigungsabschnitt 24 und im Gegenuhrzeigersinn
um die X-Richtung gedreht/abgewinkelt sind. Die mittlere Teilfläche 26b ist
um etwa denselben Winkel im Uhrzeigersinn gedreht/abgewinkelt.
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3 zeigt
in perspektivischer Darstellung das Deformationsbauteil 22 aus
den 1 und 2. Es ist in dieser Darstellung
unter Aufbringung einer Last auf den Abstützabschnitt 26,
bedingt durch den Anprall eines Fußgängers, verformt.
Die Last wurde aus Richtung der Anprallfläche 10 entgegen der
Y-Richtung, entgegen der Fahrtrichtung auf den Abstützabschnitt 26 aufgebracht.
Der Abstützabschnitt 26 ist im Wesentlichen konvex
entgegen der Y-Richtung verformt und gegenüber seiner unverformten
Position entgegen der Y-Richtung, in Richtung des Befestigungsabschnitts 24,
verlagert. Zusammen mit dem Abstützabschnitt sind die Enden der
Deformationskörper 28a und 28b in Richtung
des Befestigungsabschnitts 24 verlagert. Der Deformationskörper 28a ist – in
etwa seiner Wölbung im nicht deformierten Zustand (siehe 2)
folgend – in X-Richtung, verformt und nach außen,
aus dem Freiraum zwischen dem Befestigungsabschnitt 24 und dem
Abstützabschnitt 26, herausgedrückt.
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Der
Deformationskörper 28b ist, im Wesentlichen spiegelverkehrt
zu Deformationskörper 28a, verformt.
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4 zeigt
eine Seitenansicht 3 eines weiteren Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit Blickrichtung
von – in Fahrtrichtung gesehen – links. X-, Y-
und Z-Richtung sind analog 1 ausgerichtet.
Abweichend von 1 weist dieses – sonst
identische – Ausführungsbeispiel an Stelle der
Versteifung 20 eine Versteifung 21 in Funktion
eines so genannten „Schlossträgers” auf.
Die Versteifung 21 dient als Auflager für eine
hier nicht dargestellte Motorhaube, welche in einem geschlossenen
Zustand an der Oberseite der Versteifung 21 anliegt und
weist ein in der Darstellung nicht sichtbares Schloss zur Verriegelung
der Motorhaube auf. Neben dem Begriff „Schlossträger” sind
für die Versteifung 21 auch die Bezeichnungen „oberer
Querträger” oder „Kühlerbrücke” gebräuchlich.
Die Strebe 18 ist mit ihrem unteren Ende am Biegeträger 16 befestigt
und mit ihrem oberen Ende fest mit der Versteifung 21 verbunden.
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Im
Falle eines Anpralls eines hier nicht dargestellten Fußgängers
in Aufrechtposition an den Stoßfänger 4 berührt
der Fußgänger die Anprallfläche 10 zunächst
im Bereich des in etwa auf Unterschenkelhöhe angeordneten
Stoßfängerunterteils 4a. Der Körperschwerpunkt
des Fußgängers liegt oberhalb der Versteifung 21,
deren Vorderkante 21a deutlich hinter einer Frontbegrenzung 10a des
Stoßfängers 4 zurückliegt. Durch
einen resultierenden Anprallimpuls federt die Anprallfläche 10 in
einem Kollisionsbereich ein und drückt den Schaumstoffkörper 12 Energie
absorbierend entgegen der Fahrtrichtung zusammen. Der Fußgänger
wird durch den Anprallimpuls im Wesentlichen in eine Drehbewegung
um seinen Körperschwerpunkt im Uhrzeigersinn um die X-Achse
versetzt und berührt die Anprallfläche 10 daraufhin
im Bereich des Stoßfängeroberteils 4b.
Das Deformationsbauteil 22 federt dadurch Energie absorbierend
ein, übt einen Druck auf den Unterschenkelbereich des Fußgängers
aus und beschleunigt dessen Drehbewegung.
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Der
Fußgänger wird auf diese Weise aus seiner Aufrechposition
in eine Horizontallage oberhalb der Versteifung 21 und
oberhalb einer im Wesentlichen horizontalen Oberfläche
der Motorhaube bewegt. Er weicht also durch seine Drehbewegung einer
im Wesentlichen vertikalen Fahrzeugfront aus, wodurch ein Verletzungsrisiko
deutlich reduziert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Amtsblatt
der Europäischen Union DE vom 4.2.2004 zur ENTSCHEIDUNG
DER KOMMISSION vom 23. Dezember 2003 über die technischen Vorschriften
zur Ausführung von Artikel 3 der Richtlinie 2003/102/EG [0012]
- - Richtlinie 70/156/EWG (Bekannt gegeben unter Aktenzeichen
K(2003) 5041)(2004/90/EG) [0012]
- - Richtlinie 2003/102/EG [0012]