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Technisches Umfeld
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie- bzw. Fahrzeugrahmenstruktur,
die im vorderen oder im hinteren Teil eines Fahrzeugs installiert
wird.
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Stand der Technik
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Es
gibt konventionell entwickelte Fahrzeugrahmenstrukturen, bei denen
die Seitenteile die Möglichkeit
der Aufprallabsorption haben, auch wenn Fahrzeuge mit unterschiedlicher
Stoßstangenhöhe aufeinander
prallen. Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2003-246242
A zeigt z.B. eine Struktur mit Unterrahmen, der unter den vorderen Seitenteilen
angeordnet ist, und bei der ein Aufprall auf den Unterrahmen zur
Absorption der Energie zu den Seitenteilen übertragen wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Aufbau der oben beschriebenen konventionellen Fahrzeugrahmenstruktur
ist jedoch kompliziert.
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Die
vorliegende Erfindung hat mit Blick auf die oben beschrieben Umstände zum
Ziel, eine Fahrzeugrahmenstruktur zur Verfügung zu stellen, die auch bei
einem Zusammenprall von Fahrzeugen mit unterschiedlicher Stoßstangenhöhe mit einem
einfachen Aufbau die Aufprallenergie absorbiert.
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Die
erfindungsgemäße Fahrzeugrahmenstruktur
im vorderen oder im hinteren Teil eines Fahrzeugs installiert und
weist Folgendes auf:
ein sich in anteroposteriorer Richtung
des Fahrzeugs erstreckendes Seitenteil, einen biegbaren Abschnitt bzw.
Biegeabschnitt im Seitenteil mit einer geringeren vertikalen Biegefestigkeit,
als die des übrigen Seitenteils
in dessen Längsrichtung;
und ein
abwärts
gerichtetes Teil, das an einem unteren Bereich des Seitenteils hängt und
eine anteroposteriore Biegefestigkeit hat, die höher ist als die des Biegeabschnitts. Bei
der erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmenstruktur
ist das abwärts
gerichtete Teil vorzugsweise am unteren Bereich des Seitenteils
und zwar an dessen bezüglich
des Biegeabschnitts äußeren Ende
aufgehängt.
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Bei
dieser Fahrzeugrahmenstruktur wird das abwärts gerichtete Teil von der
Aufprallkraft nach hinten gedrückt,
wenn das betroffene – d.h.
das mit der erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmenstruktur
ausgestattete Fahrzeug – mit
einem anderen Fahrzeug kollidiert, dessen Stoßstange eine geringere Höhe als das
betroffene Fahrzeug hat. Da die anteroposteriore Biegefestigkeit
des abwärts
gerichteten Teils größer als
die vertikale Biegefestigkeit des Biegeabschnitts ist, wird in diesem
Moment mit Sicherheit der Biegeabschnitt gebogen, so dass das bezüglich des Biegeabschnitts äußere Ende
des Seitenteils herunter gebogen werden kann. Dies führt zur
Umwandlung der Aufprallenergie in Biegeenergie am Biegeabschnitt,
wodurch im Falle einer Kollision mit einem anderen Fahrzeug, dessen
Stoßstange
niedriger als die des betroffenen Fahrzeugs ist, die Absorption
der Aufprallenergie mit einem einfachen Aufbau erreicht werden kann.
Da die Kraft durch das herunter gebogene Seitenteil nach hinten übertragen
werden kann, ist die angemessene Absorption der Aufprallenergie möglich.
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Vorzugsweise
wird das abwärts
gerichtete Teil nur mit seinem Fußende am unteren Teil des Seitenteils
abgestützt
bzw. aufgenommen. Dieser Aufbau ermöglicht dem äußeren Ende des Seitenteils unverzüglich herunter
gebogen zu werden, ohne dabei die Verlagerung des abwärts gerichteten
Teils zu behindern.
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Vorzugsweise
ist das abwärts
gerichtete Teil getrennt vom Seitenteil und in der gleichen Breite
wie das Seitenteil ausgebildet, und sein Fußende ist in eine Aussparung
des Seitenteils eingepasst, die in dem Bereich von dessen Seitenflächen zu
dessen unterer Fläche
gebildet ist, wobei es bündig
mit den Seitenflächen
des Seitenteils abschließt.
Dieser Aufbau erlaubt es, eine auf das abwärts gerichtete Teil wirkende
Kraft effizient von dessen Seitenflächen auf die Seitenflächen des
Seitenteils zu übertragen,
wodurch dessen äußeres Ende
herunter gebogen werden kann.
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Vorzugsweise
ist das abwärts
gerichtete Teil einstückig
mit dem Seitenteil aufgebaut. Dieser Aufbau erlaubt es, eine auf
das abwärts
gerichtete Teil wirkende Kraft mit höherer Sicherheit an das Seitenteil
zu übertragen,
als wenn das getrennt vom Seitenteil aufgebaute abwärts gerichtete
Teil mit dem Seitenteil durch Schweißen oder ähnlichem verbunden ist. So
kann das äußere Ende
des Seitenteils zuverlässiger
nach unten gebogen werden.
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Vorzugsweise
hat das Seitenteil einen Hauptkörperabschnitt
und einen damit verbundenen Endabschnitt, wobei der Biegeabschnitt
einen Kopplungs- bzw. Verbindungsabschnitt zu deren Verbindung enthält. Mit
diesem Aufbau wird leicht eine Abwärtsbiegung des Endabschnitts
des Seitenteils erreicht und zwar durch Bruch des Verbindungsabschnitts,
in dem die Verbindungskraft im Verbindungsabschnitt entsprechend
eingestellt wird.
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Vorzugsweise
enthält
der Verbindungsabschnitt jeweils am Hauptkörperabschnitt und am Endabschnitt
Flansche und einen diese durchdringenden und miteinander verspannenden
Schrauben-Mutter-Mechanismus. Mit diesem Aufbau kann leicht eine
Abwärtsbiegung
des Endabschnitts des Seitenteils erreicht werden, und zwar durch
Bruch des Verbindungsabschnitts bei entsprechender Einstellung der
Bruchfestigkeit des Schrauben-Mutter-Mechanismus und der Flansche.
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Die
Fahrzeugrahmenstruktur enthält
vorzugsweise einen Querträger,
der quer zwischen den abwärts
gerichteten Teilen aufgehängt
ist. Dieser Aufbau erlaubt die Übertragung
einer Kraft vom Querträger
an die abwärts
gerichteten Teile, auch wenn das betroffene Fahrzeug in seiner Querrichtung an
einer Stelle außerhalb
der abwärts
gerichteten Teile kollidiert, wodurch das äußere Ende des Seitenteils nach
unten gebogen werden kann.
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Vorzugsweise
hat das abwärts
gerichtete Teil eine Aufnahme, um den Querträger an dessen Rückseite
aufzunehmen. Dieser Aufbau erlaubt es, eine auf den Querträger wirkende
Kraft mit höherer
Sicherheit an die abwärts
gerichteten Teile zu übertragen.
Die Rückseite
des Querträgers
bedeutet die hintere Seite in anteroposteriorer Richtung des Fahrzeugs
bzw. in Fahrtrichtung gesehen, wenn die vorliegende Erfindung in
der vorderen Struktur des Fahrzeugrahmens eingebaut ist, aber sie
bedeutet die vordere Seite in anteroposteriorer Richtung des Fahrzeugs
bzw. in Fahrtrichtung gesehen, wenn die vorliegende Erfindung in
der hinteren Struktur des Fahrzeugrahmens eingebaut ist.
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Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Fahrzeugrahmenstruktur
als Verbindung zwischen dem Ende des Seitenteils und dem abwärts gerichteten
Teil ein Zugkraftübertragungsteil
auf, das zur Übertragung
von Zugkraft und nicht von Druckkraft angeordnet ist. In diesem
Fall ist der Biegeabschnitt bezüglich
der Aufhängeposition
des abwärts
gerichteten Teils am äußeren Ende
des Seitenteils vorgesehen.
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Erfindungsgemäß stellt
das Zugkraftübertragungsteil
zur Zugkraftübertragung
ohne Druckkraftübertragung
die Verbindung zwischen dem Ende des Seitenteils und dem abwärts gerichteten
Teil dar; wenn also ein Kollisionskraft auf das Zugkraftübertragungsteil
wirkt, weil z.B. das betroffene Fahrzeug mit einem anderen Fahrzeug
kollidiert, das eine geringere Fahrzeughöhe hat (insbesondere, wenn
die vorderen Seitenteile des anderen Fahrzeugs niedriger als die
des betroffenen Fahrzeugs sind), dann überträgt das Zugkraftübertragungsteil
die Zugkraft zum Biegeabschnitt des Seitenteils. So wird der Biegeabschnitt
nach unten gebogen, wodurch die Absorption der Aufprallenergie effektiv
im Endbereich des Fahrzeugs erreicht wird. Wenn die Kollisionskraft
auf das Seitenteil wirkt, z.B. weil das betroffene Fahrzeug mit einem
anderen Fahrzeug kollidiert, das die gleiche Fahrzeughöhe hat (insbesondere,
wenn die Seitenteile des anderen Fahrzeugs ziemlich die gleiche Höhe wie die
des betroffenen Fahrzeugs haben), dann wird das Seitenteil gestaucht.
Dabei wird aber durch das Zugkraftübertragungsteil keine Druckkraft vom
Seitenteil an das abwärts
gerichtete Teil übertragen.
Aus diesem Grund wird das abwärts
gerichtete Teil bei einer leichten Kollision nicht deformiert, und nur
am Ende des Seitenteils ist eine Reparatur nötig, wodurch Reparaturkosten
verringert werden können.
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Bei
der erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmenstruktur
hat das Seitenteil an einem äußeren Ende
bezüglich
der Aufhängeposition
des abwärts gerichteten
Teils vorzugsweise einen Stauchabschnitt, der eine geringere Stauchfestigkeit
hat als die der anderen Seite.
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Wenn
eine Aufprallkraft auf das erfindungsgemäße Zugkraftübertragungsteil wirkt, z.B.
weil das betroffene Fahrzeug mit einem anderen Fahrzeug kollidiert,
das eine geringere Fahrzeughöhe
als das betroffenen Fahrzeug hat, dann wird durch das Zugkraftübertragungsteil
eine Zugkraft zum Stauchabschnitt über die Spitze des Seitenteils übertragen, wodurch
der Stauchabschnitt gestaucht wird. Diese Stauchung führt dazu,
dass eine effiziente Absorption der Aufprallenergie im vorderen
Teil des Fahrzeugs erreicht wird. Dabei wird der Stauchabschnitt
deformiert, und das abwärts
gerichtete Teil wird von Verbiegung durch Zugkraft verschont. Aus
diesem Grund gibt es im Falle einer leichten Kollision keine Verbiegung
am abwärts gerichteten
Teil, und eine Reparatur ist nur am Spitzenteil bzw. vorderen Ende des
Seitenteils nötig,
wodurch Reparaturkosten verringert werden können.
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In
der erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmenstruktur
ist das Zugkraftübertragungsteil
vorzugsweise von einem Drahtseil gebildet.
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Gemäß der oben
beschriebenen Erfindung kann die Absorption eines Aufpralls mit
einem einfachen Aufbau des Seitenteils erreicht werden, auch wenn
das betroffene Fahrzeug mit einem anderen Fahrzeug kollidiert, das
eine andere Stoßstangenhöhe als das
betroffene Fahrzeug hat.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Großteil der vorderen Struktur
des Fahrzeugrahmens gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt.
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2 ist
eine ergänzende
Zeichnung, die eine Verbindung zwischen dem vorderen Ende des vorderen
Seitenteils und dem abwärts
gerichteten Teil zeigt.
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3 ist
eine ergänzende
Zeichnung, die einen Verbiegungszustand des vorderen Teils des vorderen
Seitenteils zeigt, wenn die Kollisionskraft auf das abwärts gerichtete
Teil wirkt.
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4 ist
eine ergänzende
Zeichnung, die verschiedene Zustände
einer Kollision mit einem Fahrzeug zeigt, das eine niedrigere Stoßstangenhöhe als das
betroffene Fahrzeug hat.
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5 ist
eine ergänzende
Zeichnung, die verschiedene Zustände
einer Kollision mit einem Fahrzeug zeigt, das eine ungefähr gleiche
Stoßstangenhöhe wie das
betroffene Fahrzeug hat.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Großteil der vorderen Struktur
eines Fahrzeugrahmens gemäß der zweiten
Ausführungsform zeigt.
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7 ist
eine ergänzende
Zeichnung, die einen Verbiegungszustand des vorderen Teils des vorderen
Seitenteils zeigt, wenn die Kollisionskraft auf das abwärts gerichtete
Teil wirkt.
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8 ist
eine Zeichnung, die eine Ausführung
zeigt, bei der das vordere Ende des vorderen Seitenteils und das
abwärts
gerichtete Teil einstückig gebildet
sind.
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9 ist
eine ergänzende
Zeichnung, die ein abweichendes Beispiel einer Verbindung zwischen dem
vorderen Teil des vorderen Seitenteils und dem abwärts gerichteten
Teil zeigt.
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10 ist
eine ergänzende
Zeichnung, die ein weiteres abweichendes Beispiel einer Verbindung
zwischen dem vorderen Teil des vorderen Seitenteils und dem abwärts gerichteten
Teil zeigt.
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11 ist
eine schematische Zeichnung des Aufbaus einer Fahrzeugrahmenstruktur
gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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12 ist
eine ergänzende
Darstellung, um die Absorption der Aufprallenergie in der Fahrzeugrahmenstruktur
nach 11 zu zeigen.
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13 ist
eine ergänzende
Darstellung, um die Absorption der Aufprallenergie in der Fahrzeugrahmenstruktur
nach 11 zu zeigen.
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14 ist
eine ergänzende
Darstellung, um die Absorption der Aufprallenergie in der Fahrzeugrahmenstruktur
nach 11 zu zeigen.
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15 ist
eine ergänzende
Darstellung, um die Absorption der Aufprallenergie in der Fahrzeugrahmenstruktur
nach 11 zu zeigen.
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16 ist
eine schematische Zeichnung des Aufbaus einer Fahrzeugrahmenstruktur
gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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17 ist
eine ergänzende
Darstellung, um die Absorption der Aufprallenergie in der Fahrzeugrahmenstruktur
nach 16 zu zeigen.
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Optimale Ausführung der
Erfindung
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen erläutert. In
den Erläuterungen der
Zeichnungen werden die gleichen Elemente mit denselben Bezugszeichen
versehen und nicht erneut beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Großteil der vorderen Fahrzeugrahmenstruktur gemäß der ersten
Ausführungsform
zeigt. Wie in 1 gezeigt, erstrecken sich die
beiden vordere Seitenteile 12 in Längsrichtung des Fahrzeugs auf der
rechten und linken Seite des vorderen Teils des Fahrzeugs. Jedes vordere
Seitenteil 12 hat einen Hauptkörperabschnitt 14 und
einen vorderen Endabschnitt 16.
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Jeder
Hauptkörperabschnitt 14 und
vorderer Endabschnitt 16 ist ein Hohlteil mit einem rechteckigen
d.h. einen ⧠-Querschnitt. Der Hauptkörperabschnitt 14 und
der vordere Endabschnitt 16 sind mit einem Verbindungsabschnitt 18 verbunden.
Dieser Verbindungsabschnitt 18 enthält jeweils am Hauptkörperabschnitt 14 und
am vorderen Endabschnitt 16 Außenflansche 20 und
einen diese durchdringenden und miteinander verspannenden Schrauben-Mutter-Mechanismus 22.
Der vordere Endabschnitt 16 besteht aus einem stauchbaren
Quader und hat eine geringere Festigkeit gegen axiale Druckkraft
als der Hauptkörperabschnitt 14.
Im vorderen Endabschnitt 16 nahe dem Verbindungsabschnitt 18 ist
ein Biegeabschnitt 24 vorgesehen, der eine kleinere vertikale Biegefestigkeit
hat als alle anderen Teile in Längsrichtung
des vorderen Seitenteils 12. Der Biegeabschnitt 24 kann
z.B. eine Vielzahl von Wülsten
aufweisen, so wie in der Abbildung gezeigt.
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Am
unteren Teil jedes vorderen Endabschnitts 16 ist ein abwärts gerichtetes
Teil 26 vor dem Biegeabschnitt 24 angebracht.
Das abwärts
gerichtete Teil 26 ist getrennt vom vorderen Endabschnitt 16 ausgebildet.
Es ist ein Hohlteil mit ungefähr
der Form eines Quaders und hat die gleiche Breite wie der vordere
Endabschnitt 16. Das abwärts gerichtete Teil 26 hat
eine schräge
Frontfläche
und ist mit einem Absatz 30 ausgestattet, um dort im unteren Teil
einen später
beschriebenen Querträger 28 zu
befestigen. Ein den Absatz 30 bildender vertikaler Wandabschnitt
fungiert als Aufnahme 32, um den Querträger 28 an dessen Rückseite
aufzunehmen.
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Wie
in den 1 und 2 gezeigt, ist an der Stelle
vor dem Biegeabschnitt 24, wo das abwärts gerichtete Teil 26 angeordnet
ist, eine Aussparung 34 vorgesehen, die als quaderförmiger Einschnitt
im vorderen Endabschnitt 16 von dessen Seitenflächen bis
zu dessen Unterseite gebildet ist. Das Fußende des oben beschriebenen
abwärts
gerichteten Teils 26 ist in diese Aussparung 34 so
eingepasst, dass die Seitenflächen 16a des
vorderen Endabschnitts 16 bündig mit den Seitenflächen 26a des abwärts gerichteten
Teils 26 sind bzw. abschließen.
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Der
sich in Querrichtung zum Fahrzeug erstreckende Querträger 28 ist
seitlich zwischen den beiden abwärts
gerichteten Teilen 26 aufgehängt. Das linke und das rechte
Ende dieses Querträgers 28 sind
jeweils an den Absätzen 30 der
abwärts
gerichteten Teile 26 befestigt, wobei deren Aufnahmen 32 den
Querträger 28 an dessen
Rückseite
aufnehmen. Außerdem
ist eine Stoßstangenverstärkung 36 seitlich
an den vorderen Enden der beiden vorderen Seitenteile 12 befestigt.
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Im
Folgenden wird das Verhalten und die Auswirkung der vorderen Struktur
des Fahrzeugrahmens gemäß der ersten
Ausführungsform
beschrieben.
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Bei
dieser Fahrzeugrahmenstruktur ist die anteroposteriore Biegesteifigkeit
des abwärts
gerichteten Teils 26 (bestehend aus der Verbindungsstärke zum
vorderen Teil des Seitenteils 12 und der Biegesteifigkeit
des abwärts
gerichteten Teils 26 selbst) größer als die vertikale Biegesteifigkeit
des Biegeabschnitts 24. Wenn also eine nach hinten gerichtete Kollisionskraft
auf das abwärts
gerichtete Teil 26 wirkt – so wie in 3 mit
dem gestrichelten Pfeil gezeigt – biegt ein abwärts gerichtetes
Biegemoment den Biegeabschnitt 24, so dass das ihm vorgelagerte
vordere Ende heruntergebogen wird, so wie mit der durchgezogenen
Linien in 3 gezeigt.
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Wenn
also – wie
in 4(a) gezeigt – das betroffene Fahrzeug mit
einem anderen Fahrzeug 100 kollidiert, dessen Stoßstangenhöhe niedriger
als die des betroffenen Fahrzeugs ist, dann werden die Stoßstange
und die vorderen Seitenteile des gegnerischen Fahrzeugs 100 mit
den abwärts
gerichteten Teilen 26 und dem Querträger 28 kollidieren
und die abwärts
gerichteten Teile 26 nach hinten drücken. Das führt zu einer Biegung der Biegeabschnitt 24,
so dass die ihnen vorgelagerten vorderen Enden der vorderen Endabschnitte 16 der
vorderen Seitenteile 12 heruntergebogen werden, so wie
in 4(c) gezeigt. Das führt zu einer
Umwandlung der Aufprallenergie in Biegeenergie an den Biegeabschnitten 24, wobei
im Falle einer Kollision mit einem Fahrzeug 100 mit niedriger
Stoßstangenhöhe als die
des betroffenen Fahrzeugs die Absorption der Aufprallenergie mit
diesem einfachen Aufbau erreicht wird. Da die Kraft – wie durch
den Pfeil in 4(c) angedeutet – über die
herunter gebogenen vordere Endabschnitte 16 zu den dahinter
liegenden Hauptkörperabschnitten 14 der
vorderen Seitenteile 12 übertragen wird, ist es möglich die
Aufprallenergie durch die vorderen Seitenteile 12 hinreichend
zu absorbieren.
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Insbesondere
da die abwärts
gerichteten Teile 26 nur mit ihren Fußpunkten an den vorderen Endabschnitten 16 der
vorderen Seitenteile 12 befestigt sind, können die
vorderen Endabschnitte 16 unverzüglich herunter gebogen werden
ohne dabei die Verlagerung der abwärts gerichteten Teile 26 zu
behindern.
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Da
jeder abwärts
gerichtete Teil 26 unabhängig vom vorderen Endabschnitt 16 des
vorderen Seitenteils 12 konstruiert ist, ist die Produktion
einfach. Da außerdem
jedes abwärts
gerichtete Teil 26 die gleiche Breite wie der vordere Endabschnitt 16 hat, und
da sein Fuß in
eine Aussparung 34 des vorderen Endabschnitts 16 bündig mit
dessen Seitenflächen 16a eingepasst
ist, wird eine auf das abwärts
gerichtete Teil 26 wirkende Kraft effektiv von den Seitenflächen 26a des
abwärts
gerichteten Teils 26 zu den Seitenflächen 16a des vorderen
Endabschnitts übertragen,
so dass der vordere Endabschnitt 16 des vorderen Seitenteils 12 noch
zuverlässiger
heruntergebogen werden kann.
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Da
der Querträger 28 seitlich
an den beiden abwärts
gerichteten Teilen 26 aufgenommen ist, wird die Kraft über den
Querträger 28 zu
den abwärts
gerichteten Teilen 26 übertragen,
auch wenn das betroffene Fahrzeug in seitlicher Richtung an einer
Stelle außerhalb
der abwärts
gerichteten Teile 26 mit dem gegnerischen Fahrzeug kollidiert;
daher werden die vorderen Endabschnitte 16 der vorderen
Seitenteile 12 zuverlässig
nach unten gebogen. Insbesondere da der Querträger 28 an seiner Rückseite
von den Aufnahmen 32 der abwärts gerichteten Teile 26 aufgenommen
wird, wird eine auf den Querträger 28 wirkende
Kraft noch zuverlässiger
an die abwärts
gerichteten Teile 26 übertragen.
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5 ist
eine Zeichnung, die eine Kollision mit einem Fahrzeug 200 zeigt,
dessen Stoßstangenhöhe ungefähr gleich
der des betroffenen Fahrzeugs ist. Da dieser Fall die Kollisionssituation
darstellt, bei der die vorderen Seitenteile der beiden Fahrzeuge keinen
Versatz bzw. Höhenversatz
aufweisen, werden die Biegeabschnitte 24 normal gestaucht,
wie in 5 gezeigt. Dabei absorbieren die vorderen Seitenteile 12 die
Kollisionsenergie. Zu dieser Zeit besteht keine Möglichkeit,
dass die abwärts
gerichteten Teile 26 und der Querträger 28 die Deformierung
der vorderen Endabschnitte 16 nachteilig beeinflussen.
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(Zweite Ausführungsform)
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Als
nächstes
wird die zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Elemente der
ersten Ausführungsform
werden ohne zusätzliche
Beschreibung mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die
vordere Fahrzeugrahmenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ist der der oben beschrieben ersten Ausführungsform in sofern ähnlich,
als dass jedes vordere Seitenteil 12 einen Hauptkörperabschnitt 14 und
einen vorderen Endabschnitt (äußerer Endabschnitt) 16 hat,
jedoch anders als die erste Ausführungsform
in sofern, als dass der Biegeabschnitt 24 nicht von den
in der ersten Ausführungsform
beschriebenen Wülsten
sondern von einem Verbindungsabschnitt 18 gebildet ist.
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Genauer
gesagt ist die anteroposteriore Biegefestigkeit des abwärts gerichteten
Teils 26 durch Einstellung der Bruchfestigkeit des Schrauben-Mutter-Mechanismus 22 und
Flasche 20 und durch Einstellung der Verbindungskraft im
Verbindungsabschnitt 18 größer gewählt als die vertikale Biegefestigkeit
(d.h. Bruchfestigkeit) des Biegeabschnitts 24. Die rechtwinkligen
Flansche sind an vier Stellen nahe den Ecken durch den Schrauben-Mutter-Mechanismus 22 verbunden,
wobei die Verbindungskraft an den beiden oberen Stellen vorzugsweise
geringer als an den beiden unteren Stellen ist. Dies erleichtert
den Bruch im oberen Teil des Verbindungsabschnitts 18. Bei
der vorliegenden Ausführungsform
sind an der Spitze des vorderen Endabschnitts 16 Wülste 50 zur Absorption
der Energie von leichten Zusammenstößen vorgesehen.
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Wenn
in der vorderen Fahrzeugrahmenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform
eine nach hinten gerichtete Kollisionskraft auf das abwärts gerichtete
Teil 26 wirkt – wie
durch die gestrichelte Linie in 7 gezeigt – wirkt
auch ein abwärts
gerichtetes Biegemoment, um Biegung (oder Bruch) im Verbindungsabschnitt 18 zu
verursachen, da der Biegeabschnitt 24 und der vordere Endabschnitt 16 herunter
gebogen werden, wie in 7 mit durchgezogenen Linien
gezeigt. Auf diese Weise kann die Abwärtsbiegung des vorderen Endabschnitts 16 des
vorderen Seitenteils 12 durch Bruch des Verbindungsabschnitts 18 einfach
erreicht werden.
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Wenn
im oberen Teil des Verbindungsabschnitts 18 die Verbindungskraft
keiner als im unteren Teil ist, wird der Bruch des oberen Teils
des Verbindungsabschnitts 18 leichter verursacht, und das
erleichtert die Abwärtsbiegung
des vorderen Endabschnitts 16 des vorderen Seitenteils 12.
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Die
vorliegende Erfindung kann in vielen Weisen verändert werden ohne durch die
oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
zu sein. Zum Beispiel zeigten die vorherigen Ausführungsformen
einen Aufbau, bei dem das abwärts
gerichtete Teil 26 getrennt vom vorderen Endabschnitt 16 des vorderen
Seitenteils 12 konstruiert wurde, aber das abwärts gerichtete
Teil 26 kann auch einstückig
mit dem vorderen Seitenteil 12 gebildet sein, wie in 8 gezeigt.
Dieser Aufbau erlaubt eine sicherere Übertragung einer auf das abwärts gerichtete
Teil 26 wirkenden Kraft zum vorderen Seitenteil 12 und
erlaubt weiterhin dem vorderen Endabschnitt 16 des vorderen
Seitenteils 12 zuverlässiger
heruntergebogen zu werden, als wenn das abwärts gerichtete Teil 26 als
eigenständig
gebildeter Gegenstand durch schweißen o. ä. verbunden ist.
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Die
vorangegangen Ausführungsformen
haben einen Aufbau beschrieben, bei dem das abwärts gerichtete Teil 26 unabhängig vom
vorderen Endabschnitt 16 des vorderen Seitenteils 12 gebildet
ist und in eine Aussparung 34 eingepasst wird, aber – wie in 9 gezeigt – kann das
abwärts
gerichtete Teil 26 mit der Unterseite des vorderen Endabschnitts 16 einfach
durch schweißen
o. ä. verbunden
werden. Weiterhin kann – wie
in 10 gezeigt – das
abwärts gerichtete
Teil 26 ein durch den vorderen Endabschnitt 16 gebohrtes
Durchgangsloch 60 durchdringen, und damit durch schweißen o. ä. verbunden werden.
Dies vereinfacht die Herstellung.
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Die
zweite Ausführungsform
zeigte einen Aufbau, bei dem der vordere Endabschnitt 16 so
ausgelegt war, dass er je nach Justierung der Verbindungskräfte im Verbindungsabschnitt 18 vom
Hauptkörperabschnitt 14 abbricht;
aber die vordere Struktur kann auch so ausgelegt werden, dass der
vordere Endabschnitt 16 vom Hauptkörperabschnitt 14 durch einen
elektrischen Bruchmechanismus basierend auf Erfassung durch einen
Sensor abbricht.
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Die
vorigen Ausführungsformen
haben vordere Fahrzeugrahmenstrukturen beschrieben, aber die vorliegende
Erfindung ist auch für
hintere Fahrzeugrahmenstrukturen anwendbar. Die vorliegende Erfindung
ist nicht nur bei großen
Autos sondern bei allen Arten von Fahrzeugen einsetzbar.
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(Dritte Ausführungsform)
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11 ist
eine schematische Zeichnung, die den Aufbau einer Fahrzeugrahmenstruktur
entsprechend der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie
in 11 gezeigt, ist die erfindungsgemäße Fahrzeugrahmenstruktur
zur Installation in einem Fahrzeug und mit Seitenteilen 301,
einem unteren Querträger 302 und
Drahtseilen 303 vorgesehen. Die Seitenteile 301 sind
Rahmenteile, die sich in anteroposteriorer Richtung des Fahrzeugs
erstrecken und z.B. je eines auf der linken und der rechten Seite des
Fahrzeugs vorgesehen ist. An der Spitze jedes Seitenteils 301 ist
ein Energieabsorber 311 vorgesehen. Der Energieabsorber 311 hat
einen Aufbau, der die Kollisionsenergie bei einer Kollision des
Fahrzeugs absorbiert, wobei er sich bei Einwirkung einer äußeren Kraft
leichter deformieren lässt
als der Rest des Seitenteils 301.
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Der
Energieabsorber 311 besteht z.B. aus einem Teil mit geringerer
Stärke
oder aus Stahl mit geringerer Dicke als der Rest des Seitenteils 301 und
ist so strukturiert, dass er leichter deformiert werden kann als
der Rest des Seitenteils 301. Wenn eine Kollisionskraft
von vorne auf das Fahrzeug einwirkt, werden die Energieabsorber 311 vor
dem Rest der Seitenteile 301 gestaucht und absorbieren
die Kollisionsenergie durch auf Stauchung basierender Deformierung.
Somit funktionieren die Energieabsorber 311 als Stauchabschnitte,
die eine geringere Resistenz gegen Stauchung als der Rest der Seitenteile 301 haben.
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Am
hinteren Endabschnitt jedes Energieabsorbers 311 ist ein
Flansch 311a ausgebildet. Jeder Energieabsorber 311 ist über eine
Flanschverbindung über
diesen Flansch 311a durch Verschraubung mit dem dahinter
liegenden Teil des Seiteteils 301 verbunden. An den Spitzen
der Energieabsorber 311 ist eine Stoßstangenverstärkung 304 vorgesehen.
Die Stoßstangenverstärkung 304 ist
ein Teil zur effektiven Verteilung der Kollisionskraft an die linken und
rechten Seitenteile 301. Sie ist in Querrichtung des Fahrzeugs
angebracht und am linken und rechten Energieabsorber 311, 311 befestigt.
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Der
untere Querträger 302 ist
ein unteres Rahmenteil, das unter den Seitenteilen 301 positioniert
ist. Er ist ein nach unten gerichtetes Teil, das von unten an den
Unterseiten der Seiteteile 301 hängt. Er ist an seinen beiden
Enden am linken und rechten Seiteteil 301 befestigt und
in Querrichtung des Fahrzeugs angebracht. Er ist vorzugsweise so
ausgeführt,
dass seine Enden in die Unterseiten der Seitenteile 301 eingefügt und dort
befestigt sind. So befestigt wird der untere Querträger 302 auch
bei Einwirkung einer horizontalen Kraft weniger leicht vom Seiteteil 301 abgebrochen.
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Ein
Drahtseil 303 verläuft
zwischen der Spitze jedes Seiteteils 301 und dem unteren
Querträger 302.
Das Drahtseil 303 fungiert als Teil zur Übertragung
von Zugkraft und nicht von Druckkraft zwischen dem Seitenteil 301 und
dem unteren Querträger 302. Ein
Ende des Drahtseils 303 ist an der Stoßstangenverstärkung 304 befestigt,
die an den Spitzen der Seitenteile 301 befestigt ist, und
das andere Ende des Drahtseils 303 ist am unteren Bereich
des unteren Querträgers 302 befestigt.
In bestimmten Fällen kann
das eine Ende des Drahtseils 303 auch direkt am Seitenteil 301 befestigt
werden. Das Zugkraftübertragungsteil
kann jedes andere Material als Drahtseil 303 sein, sofern
es Zugkraft und nur geringe Druckkraft übertragen kann; es kann also
z.B. auch eine Kette oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff o. ä. sein.
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Im
Folgenden wird die Absorption von Aufprallenergie bei Kollision
der Fahrzeugrahmenstruktur gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
beschrieben.
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12 bis 15 sind
erklärende
Zeichnungen zur Absorption von Aufprallenergie bei Kollision der
Fahrzeugrahmenstruktur gemäß der vorliegenden
Ausführungsform.
Wenn ein Fahrzeug A mit einer Fahrzeugrahmenstruktur gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
mit einem Fahrzeug B mit geringerer Fahrzeughöhe frontal kollidiert – wie in 12 gezeigt – nähert sich
der Rahmen 391 des Fahrzeugs B dem unter den Energieabsorbern 311 angeordneten
unteren Querträger 302.
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Wenn
sich das Fahrzeug B dem Fahrzeug A weiter nähert – wie in 13 gezeigt – berührt der Rahmen 391 des
Fahrzeugs B die Drahtseile 303, bevor er in Kontakt mit
dem unteren Querträger 302 gerät. Zu diesem
Zeitpunkt wirkt die Kollisionskraft auf die Drahtseile 303.
Bei dieser Gelegenheit übertragen
die Drahtseile die Kollisionskraft als Zugkraft einerseits zur Stoßstangenverstärkung 304,
die sich an den Spitzen der Seitenteile 301 befindet, und
andererseits zum unteren Querträger 302.
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Diese
Zugkraft biegt die Energieabsorber 311 an den Spitzen der
Seitenteile 301 herunter. Die Aufprallenergie der Kollision
kann in dieser Situation durch Biegeverformung absorbiert werden.
Wenn zu diesem Zeitpunkt die Kollisionskraft knapp unter einem vorbestimmten
Wert liegt, gibt es keine Beschädigung
am unteren Querträger 302 und
an den Seitenteilen 301 hinter den Verbindungsabschnitten
des unteren Querträgers 302.
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Wenn
ein Fahrzeug A mit einer Fahrzeugrahmenstruktur gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
mit einen Fahrzeug C mit gleicher Fahrzeughöhe frontal kollidiert – so wie
in 14 gezeigt – nähert sich
der Rahmen 392 des Fahrzeugs C den Seitenteilen 301.
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Wenn
sich das Fahrzeug C dem Fahrzeug A weiter nähert – wie in 15 gezeigt – stößt sein Rahmen 392 auf
die Stoßstangenverstärkung 304 an den
Spitzen der Seitenteile 301. Das führt zu einer Übertragung
der Kollisionskraft in axialer Richtung der Seitenteile 301 und
zur Absorption des Aufpralls durch Stauchung des schwächeren Energieabsorbers 311.
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Da
jedoch der Rahmen 392 des Fahrzeugs C auf die Stoßstangenverstärkung 304 stößt, erreicht die
Kollisionskraft die Drahtseile 303. Da die Drahtseile 303 nur
Zugkraft und keine Druckkraft übertragen,
wird die Kollisionskraft nicht über
die Drahtseile 303 zum unteren Querträger 302 und zu den
Seitenteilen 301 übertragen.
Aus diesem Grund werden der untere Querträger 302 und die Seitenteile 301 von Bruch
durch Kollisionskraftübertragung über die Drahtseile 303 verschont.
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Bei
der Fahrzeugrahmenstruktur gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
sind, wie oben beschrieben, die Drahtseile 303 zur Zug-
und nicht zur Druckkraftübertragung
zwischen den Spitzen der Seitenteile 301 und dem unteren
Querträger 302 angebracht.
Wenn also im Falle einer Kollision mit einem Fahrzeug, das eine
geringere Fahrzeughöhe
als das betroffene Fahrzeug hat, eine Kollisionskraft auf die Drahtseile 303 wirkt, übertragen
diese die Zugkraft auf die Spitzen der Seitenteile 301 und
biegen die vorderen Endabschnitte der Seiteteile 301 herunter,
wobei die Absorption der Aufprallenergie effektiv im vorderen Teil
des Fahrzeugs erreicht werden kann.
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Da
die Spitzen bzw. vorderen Endabschnitte der Seitenteile 301 in
der Anfangsphase der Kollision einer Verbiegung ausgesetzt sind,
wird die Überhöhung des
betroffenen Fahrzeugs keiner. Dies verlängert die Zeit, bis bei einer
Kollision der Rahmen z.B. die Seitenteile 301 des betroffenen
Fahrzeugs an der A-Säule
des gegnerischen Fahrzeugs ankommen, wodurch wird die Beschädigung des
gegnerischen Fahrzeugs verringert und die Sicherheit erhöht wird.
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Wenn
auf der anderen Seite z.B. im Falle einer Kollision mit einem Fahrzeug
gleicher Fahrzeughöhe
wie die des betroffenen Fahrzeugs die Kollisionskraft auf die Seitenteile 301 wirkt,
werden diese gestaucht, aber über
die Drahtseite 303 wird keine Druckkraft von den Seiteteilen 301 zum
unteren Querträger 302 übertragen.
Aus diesem Grund findet bei einer leichten Kollision am unteren
Querträger 302 und
den Abschnitten dahinter keine Verformung statt. Daher ist nur die
Reparatur der Spitzen bzw. vorderen Endabschnitte der Seitenteile 301 nötig, wodurch
Reparaturkosten reduziert werden. Da die Drahtseile 303 selbst
durch Druckkraft nicht beschädigt
werden, ist keine Reparatur o.ä.
nötig,
wodurch Reparaturkosten weiter reduziert werden.
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Das
Anbringen der Drahtseile verstärkt
die Verbindung und die Aufnahme der Stoßstangenverstärkung 304,
die weit vom Masseschwerpunkt des Fahrzeugs entfernt ist. Dies verbessert
die Spurstabilität
und das Geräuschverhalten
durch Vibrationen.
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(Vierte Ausführungsform)
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Im
Folgenden wird eine Fahrzeugrahmenstruktur gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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16 und 17 sind
schematische erklärende
Zeichnungen, die die Fahrzeugrahmenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform
zeigen. Wie in 16 gezeigt, ist der Aufbau der
Fahrzeugrahmenstruktur gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ähnlich dem
der oben beschriebenen dritten Ausführungsform, aber insofern anders,
als dass jedes Seitenteil 301 mit einem Biegeabschnitt 311b ausgestattet
ist.
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Der
Biegeabschnitt 311b führt
zu einer geringeren Biegesteifigkeit der Spitze bzw. des vorderen Endabschnitts
des Seitenteils 301 als im hinteren Bereich des Seiteteils 301 hinter
dem Verbindungsteil des unteren Querträgers 302 und ist z.B.
durch Riefen im Energieabsorber 311 gebildet. Dieser Biegeabschnitt 311b ist
durch Riefen gebildet, die quer zur Fahrtrichtung in die Ober- und
Unterseite des Energieabsorbers eingearbeitet bzw. eingeritzt sind.
Mit einem derartig ausgebildeten Biegeabschnitt 311b wird
sich das Seitenteil 301 bei Belastung mit einer Biegekraft
am Biegeabschnitt 311b beginnend biegen, wodurch die Spitze
bzw. der vordere Endabschnitt des Seitenteils 301 sich
leichter biegen wird.
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Wenn
z.B. – wie
in 17 gezeigt – ein
Fahrzeug mit einer Fahrzeugrahmenstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform
frontal mit einem Fahrzeug B mit niedrigerer Fahrzeughöhe kollidiert, berührt der
Rahmen 391 des Fahrzeugs B die Drahtseile 303,
bevor er mit dem unteren Querträger 302 in
Kontakt gerät.
Zu diesem Zeitpunkt wirkt die Kollisionskraft auf die Drahtseile 303,
die die Kollisionskraft als Zugkraft zur Stoßstangenverstärkung 304 an den
Spitzen der Seitenteile 301 und zum unteren Querträger 302 übertragen.
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Diese
Zugkraft führt
zu einer Biegekraft an den Spitzen bzw. vorderen Endabschnitten
der Seitenteile 301. Dann werden die Seitenteile 301 beginnend
mit den Biegeabschnitten 311b herunter gebogen, und die
Aufprallenergie wird bei dieser Gelegenheit durch Biege-Verformung
absorbiert. Wenn bei dieser Gelegenheit die Kollisionsenergie geringfügig unter
einem vorbestimmten Wert liegt, gibt es keine Beschädigung am
unteren Querträger 302 und
an den Seitenteilen 301 hinter den Aufnahmestellen des unteren
Querträgers 302.
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Wie
oben beschrieben, zeigt die Fahrzeugrahmenstruktur der vorliegenden
Ausführungsform ein ähnliches
Verhalten und ähnliche
Effekte wie die davor erläuterte
dritte Ausführungsform.
Zusätzlich werden
bei einer Kollision die Seitenteile 301 zur Absorption
der Aufprallenergie verlässlicher
an ihren Spitzen bzw. Endabschnitten gebogen. Daher kann die Absorption
der Aufprallenergie effektiv im vorderen Teil des Fahrzeugs erreicht
werden, wodurch Reparaturkosten reduziert werden. Wenn der biegbare Abschnitt 311b durch
das Einarbeiten von Riefen gebildet wird, kann dieser Riefenteil
als Startpunkt für Stauchung
bei Kollision dienen und dann als Stauchabschnitt bzw. Knautschzone
wirken.
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Die
vorangegangen dritte und vierte Ausbildungsform haben vordere Fahrzeugrahmenstrukturen
beschrieben, aber sie können
auch in hinteren Strukturen zur Absorption von Aufprallenergie von anderen
Fahrzeugen zum Einsatz kommen, wenn die Energieabsorber 311,
der untere Querträger 302 usw.
im hinteren Teil des Fahrzeugs vorgesehen werden.
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Jede
der obigen Ausführungsformen
zeigt ein Beispiel der erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmenstruktur.
Diese sind jedoch nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
und können
ohne Veränderung
der beschriebenen Aussage in allen Ansprüchen verändert werden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung ist bei Fahrzeugen mit Seitenteilen anwendbar
und erreicht die Absorption von Aufprallenergie durch die Seitenteile auch
bei einer Kollision von Fahrzeugen mit unterschiedlichen Stoßstangenhöhen durch
einen einfachen Aufbau.
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Zusammenfassung
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Ziel
ist die Bereitstellung einer Fahrzeugrahmenstruktur, welche die
Seitenteile in die Lage versetzt, mit einem einfachen Aufbau auch
bei einer Kollision zwischen Fahrzeugen mit unterschiedlichen Stoßstangenhöhen Aufprallenergie
zu absorbieren.
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Die
im vorderen oder im hinteren Teil eines Fahrzeugs zu installierende
Fahrzeugrahmenstruktur ist mit einem Biegeabschnitt in jedem Seitenteil
versehen, das sich in anteroposteriorer Richtung (Längsrichtung)
des Fahrzeugs erstreckt. Dieser Biegeabschnitt hat eine geringere
vertikale Biegefestigkeit als der andere Teil des Seitenteils und
ist außerdem
mit einem abwärts
gerichteten Teil versehen, das am unteren Teil und am mit Bezug
zum Biegeabschnitt äußeren Ende
des Seitenteils positioniert ist. Das abwärts gerichtete Teil hat dabei
eine größere anteroposteriore
Biegefestigkeit als der Biegeabschnitt.