Diplomarbeit Nr. KS / 03 / 2003 Untersuchungen zur

Transcription

Diplomarbeit
Nr. KS / 03 / 2003
Untersuchungen zur Energieabsorption von modernen
Stoßfängersystemen im Hinblick auf die Anwendung der
Verkehrsunfallrekonstruktion
eingereicht im Fachbereich Maschinenbau und Kraftfahrzeugtechnik der
Westsächsischen Hochschule Zwickau (FH) zur Erlangung des akademischen
Grades eines
Diplomingenieurs (FH)
vorgelegt von:
cand. ing. Wiemuth, Niclas
geb. am: 01.05.1976
Studiengang Kraftfahrzeugtechnik
Studienrichtung Kraftfahrzeugservice
ausgegeben von:
Prof. Dr.-Ing. V. Liskowsky
Auftraggeber:
Ingenieurbüro Morawski + Hugemann
Von-Diergardt-Str. 19
51375 Leverkusen
Autorenreferat
2
Autorenreferat
Ziel dieser Arbeit ist es, das Energieabsorptionsverhalten von modernen Pkw-Stoßfängersystemen zu untersuchen.
Hierfür wird zunächst ein Überblick über aktuelle Konstruktionskonzepte von Stoßfängern
gegeben. Im weiteren Verlauf werden die wichtigsten Fahrzeug-Crash-Versuche im Niedriggeschwindigkeitsbereich zusammengestellt und erläutert. Daran anschließend werden im
Hinblick auf die Verkehrsunfallrekonstruktion die Kompatibilitätsanalyse von Fahrzeugschäden, die Problematik der verkehrsunfallbedingten Verletzung der Halswirbelsäule und die
Kollisionsmechanik des Auffahrunfalls betrachtet. Weiterführend wird die Hilfsgröße der
Energie-äquivalente Geschwindigkeit erläutert und anhand von Beispielen verdeutlicht. Im
Abschluss erfolgt eine Analyse von Schadenauswirkungen bei zwei unterschiedlichen Konstruktionskonzepten eines Fahrzeugs.
Diese Diplomarbeit soll dem Leser einen Überblick über aktuelle Fahrzeugkonzepte bezogen
auf die Stoßfängerkonstruktionen und ihren Leistungsmerkmalen geben. Anhand zahlreicher
Abbildungen und Beispielen wird versucht den Bezug zur Arbeitspraxis des Verkehrsunfallanalytikers zu verdeutlichen.
Diplomarbeit im Bereich Verkehrsunfallrekonstruktion
Westsächsische Hochschule Zwickau (FH)
Fachbereich Maschinenbau und Kraftfahrzeugtechnik
Zwickau, 19.12.2002
DIPLOMAUFGABE
Nr. KS / 03 / 2003
für Herrn cand. ing. Niclas Wiemuth
Studiengang Kraftfahrzeugtechnik
Studienrichtung Kraftfahrzeugservice
Tag der Ausgabe:
Abgabetermin:
Tag der Abgabe:
Ausgegeben durch:
Betreuer der WHZ:
Betreuer des Auftraggebers:
13.01.2003
14.04.2003
.................
Prof. Dr.-Ing. L. Nagel
Dipl.-Ing. W. Hugemann, Ingenieurbüro Morawski + Hugemann
Thema:
Untersuchungen zur Energieabsorption von modernen Stoßfängersystemen
hinsichtlich einer Anwendung für die Verkehrsunfallrekonstruktion
Teilaufgaben:
1. Erarbeitung eines Überblicks über die derzeit gängigen Konstruktionskonzepte für Stoßfänger und Pralldämpfer von Personenkraftwagen
2. Zusammenstellung der international vorgeschriebenen Tests im Niedriggeschwindigkeitsbereich
3. Auswertung von bei Kleinkollisionen entstandenen Schadensbildern
4. Analyse der Schadenswirkungen bei unterschiedlichen Konstruktionskonzepten
5. Auswertung zur Abschätzung des Belastungsniveaus anhand vorliegender Schadensbilder unter Beachtung der konstruktiven Besonderheiten
Für die Anfertigung der Diplomarbeit sind die Richtlinien des Fachbereiches Maschinenbau und Kraftfahrzeugtechnik
vom 28.06.2000 zu beachten. Wenn sich die Notwendigkeit ergibt, kann der Umfang der Aufgabenstellung vom ausgebenden Professor erweitert oder eingeschränkt werden. Veröffentlichungen über den Inhalt der Diplomarbeit dürfen nur
mit Zustimmung der WHZ und Abstimmung mit dem evtl. Auftraggeber vorgenommen werden.
Prof. Dr.-Ing. Liskowsky
Prof. Dr.-Ing. Rose
Vorsitzender des Prüfungsausschusses
4
Erklärung zur selbstständigen Anfertigung der Diplomarbeit
Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Diplomarbeit selbstständig, ohne fremde Hilfe
und nur unter Verwendung der angegebenen Literatur angefertigt habe. Hilfsmittel und Zitate
wurden kenntlich gemacht.
Die Arbeit wurde noch keiner anderen Prüfungsbehörde vorgelegt.
Zwickau, den
Niclas Wiemuth
Inhaltsverzeichnis
5
Inhaltsverzeichnis
Seite
Titelblatt
1
Autorenreferat
2
Aufgabenstellung
3
4
Inhaltsverzeichnis
5
I
Kurzzeichenverzeichnis
9
II
Abkürzungsverzeichnis
11
III
Vorwort
12
1
Einleitung
13
2
Konstruktionskonzepte Pkw-Stoßfänger
15
2.1
Prinzipieller Fahrzeugaufbau
15
2.1.1
Stoßfängerverkleidung
17
2.1.2
Kunststoffschaumelemente
18
2.1.3
Querträger
19
2.2
Einteilung der Crashabsorber
21
2.2.1
Vorteile von Crashabsorbern
22
2.2.2
Nachteile von Crashabsorbern
22
2.2.3
Einbauorte von Crashabsorbern
23
2.3
Irreversible Crashabsorber
24
2.3.1
Energieabsorptionsverfahren von irreversiblen Crashabsorbern
24
2.3.1.1
Faltung
25
2.3.1.2
Inversion
25
2.3.1.3
Verjüngung
26
2.3.1.4
Aufweitung
26
2.3.1.5
Längung
26
2.3.2
Vergleich der Energieabsorptionsverfahren von irreversiblen
Crashabsorbern
2.3.3
26
Anwendung von irreversiblen Crashabsorbern in Crashboxen oder
Typschadenhaltern
29
2.4
Reversible Crashabsorber
33
2.4.1
Energieabsorptionsverfahren von reversiblen Crashabsorbern
33
Inhaltsverzeichnis
6
2.4.2
Hydropneumatischer Pralldämpfer
35
2.4.3
Feststoff- oder Elastomerpralldämpfer
35
2.5
Hybridabsorber
35
2.5.1
Energieabsorptionsverfahren von Hybridabsorbern
36
2.5.2
Aufbau
36
2.5.3
Funktionsweise
37
3
Crashtests von Kraftfahrzeugen
39
3.1
Gesetzlich vorgeschriebene Crashtests im Niedriggeschwindigkeitsbereich in Deutschland
40
3.1.1
Niedriggeschwindigkeitscrashtest nach ECE-R 42
40
3.2
Nicht gesetzlich vorgeschriebene Crashtests im Niedriggeschwindigkeitsbereich in Deutschland
44
3.2.1
Typschadeneinstufungstest des AZT
44
3.3
Gesetzlich vorgeschriebene Crashtests im Niedriggeschwindigkeitsbereich in den USA
46
3.3.1
Niedriggeschwindigkeitscrashtest nach FMVSS Part 581
46
3.4
Nicht gesetzlich vorgeschriebene Crashtests im Niedriggeschwindigkeitsbereich in den USA
48
3.4.1
Niedriggeschwindigkeitscrashtest nach IIHS
48
3.5
Gesetzlich vorgeschriebene Crashtests im Niedriggeschwindigkeitsbereich in Kanada
50
3.5.1
Niedriggeschwindigkeitscrashtest nach CMVSS 215
50
3.6
Nicht gesetzlich vorgeschriebene Crashtests im Niedriggeschwindigkeitsbereich in England und weiteren Staaten
50
3.6.1
Niedriggeschwindigkeitscrashtest nach RCAR
50
3.7
Wichtige Fahrzeugcrashversuche in allen Geschwindigkeitsbereichen
50
4
Kollisionen im niedrigen Geschwindigkeitsbereich
51
4.1
Kompatibilitätsanalyse von Fahrzeugbeschädigungen nach
einem Verkehrsunfall
51
4.1.1
Strukturelle Eigenschaften von Fahrzeugen
51
4.1.1.1
Fahrzeugbauform
52
4.1.1.2
Fahrzeugklassifizierung
52
4.1.1.3
Fahrzeuge mit Anhängerzugvorrichtung
52
4.1.2
Variable Unfallkonstellation
52
Inhaltsverzeichnis
7
4.1.2.1
Unterfahr-, Überfahrkollision
53
4.1.2.2
Vollüberdeckte und teilüberdeckte Kollision
53
4.2
Fallbeispiele zur Problematik der Kompatibilitätsanalyse
54
4.2.1
Auffahrunfall Opel Omega Caravan auf Opel Omega Caravan
54
4.2.1.1
Unfallablauf
55
4.2.1.2
Fahrzeugbeschädigungen
55
4.2.1.3
Zuordnung der Fahrzeugschäden
55
4.2.1.4
Auswertung
58
4.2.2
Auffahrunfall BMW 3-er auf Audi 80
59
4.2.2.1
Auswertung
60
4.3
Halswirbelsäulenverletzung nach einem Verkehrsunfall
61
4.3.1
Problematik einer verkehrsunfallbedingten Verletzung der HWS
61
4.3.2
Beurteilung der HWS-Verletzung durch Sachverständige
62
4.3.2.1
Technische Sachverständige
62
4.3.2.2
Medizinische Sachverständige
62
4.3.3
HWS-Verletzung aus technischer Sicht
63
4.3.3.1
Begriffsbestimmung
63
4.3.3.2
Einteilung der Kollisionen
64
4.3.3.3
Bewegungsablauf des Kopfes
64
4.3.3.4
Tolerierbare HWS-Belastungen
65
4.3.3.5
Belastungsgrenzwerte der HWS
67
4.3.3.6
Einflussparameter der Insassenbelastung
67
4.3.3.6.1
Geschwindigkeitsänderung
68
4.3.3.6.2
Überdeckungsgrad
68
4.3.3.6.3
Stoßpunkthöhe
70
4.3.3.6.4
Struktursteifigkeit
71
4.3.3.6.5
Massenverhältnis
73
4.4
Kollisionsmechanik des Auffahrunfalls
75
4.4.1
Berechnungsgrundlagen
75
4.4.1.1
Eindimensionaler teilelastischer Stoß
76
4.4.1.2
Stoßfaktor k
76
4.4.1.3
Impulserhaltungssatz
79
4.4.1.4
Energieerhaltungssatz
79
4.4.2
Betrachtung der unterschiedlichen Struktursteifigkeiten von Fahrzeugen
81
4.4.2.1
Kollision gegen starre Wand
81
4.4.2.2
Kollision Pkw-Pkw
83
Inhaltsverzeichnis
5
8
Energie-äquivalente Geschwindigkeit als wichtiges Hilfsmittel
in der Verkehrsunfallrekonstruktion
85
5.1
Ermittlung von EES-Werten
85
5.1.1
Beispielversuch zur EES-Ermittlung
86
5.1.1.1
Beschädigungen des Versuchsfahrzeugs
87
5.2
EES in der Praxis des Verkehrsunfallrekonstrukteurs
87
5.2.1
Problematik der EES-Abschätzung in der Gutachterpraxis
88
5.2.1.1
Schadenbilder des gestoßenen Fahrzeugs
89
5.2.1.2
Beschädigungen des Fahrzeugs
89
5.2.1.3
Schadenbilder des Versuchsfahrzeugs
90
5.2.1.4
Resultierende Beschädigungen aus AZT-Versuch
91
5.2.1.5
Vergleich der Schadenintensitäten
91
6
Analyse der Schadenauswirkungen bei verschiedenen Ausführungen des VW New Beetle
6.1
92
Betrachtung der unterschiedlichen Stoßfängerkonstruktionen des
europäischen und des amerikanischen VW New Beetle
92
6.1.1
Äußerlicher Stoßfängeraufbau
92
6.1.2
Stoßfängerbefestigung europäischer VW New Beetle
94
6.1.3
Stoßfängerbefestigung amerikanischer VW New Beetle
95
6.2
Crashversuche zur Reparaturkostenermittlung
96
6.3
Auswertung der entstandenen Beschädigungen
97
6.3.1
Reparaturkostenvergleich anderer Pkw der Fahrzeugklasse
99
7
Zusammenfassung
100
8
Literaturverzeichnis
103
9
Abbildungsverzeichnis
106
10
Tabellenverzeichnis
108
11
Anlagenverzeichnis
109
Anlagen
9
I
Kurzzeichen
Einheit
Bedeutung
a
m/s2
Beschleunigung
EDef i
J
Deformationsenergie
EDef ges
J
Gesamte Deformationsenergie
Ekin i
J
Kinetische Energie des Fahrzeugs vor Kollision
′ i
Ekin
J
Kinetische Energie des Fahrzeugs nach Kollision
Ekin ges
J
Kinetische Energie des Gesamtsystems vor Kollision
′ ges
Ekin
J
Kinetische Energie des Gesamtsystems nach Kollision
EReib
J
Reibungsenergie während der Kollision
′
ERot
J
Rotatorische Energie des Fahrzeugs nach Kollision
′
ETrans
J
Translatorische Energie des Fahrzeugs nach Kollision
Es
kJ/kg
Spezifische Energieabsorption
FDef
N
Deformationskraft
Fm
N
Mittlere Kraft
Fmax
N
Maximale Kraft
g
m/s2
Erdbeschleunigung
k
—
Stoßfaktor
l0
m
Gesamtlänge Absorber
mi
kg
Fahrzeugmasse
mRohr
kg
Absorbermasse
PRK
%
Variable Regulierungskostenpauschale
SF
€
Kosten für Frontschaden
SH
€
Kosten für Heckschaden
SS
€
Kosten für Seitenschaden
SDtypCT
€
Schadendurchschnitt eines Fahrzeugtyps nach Crashtest
sDef
m
Deformationsweg
10
t
s
Zeit
vEES
km/h
Energie-äquivalente Geschwindigkeit
vKoll
m/s, km/h
Kollisionsgeschwindigkeit
vi
m/s, km/h
Fahrzeuggeschwindigkeit vor Kollision
vi′
m/s, km/h
Fahrzeuggeschwindigkeit nach Kollision
vrel
m/s, km/h
Relativgeschwindigkeit
′
vrel
m/s, km/h
Trennungsgeschwindigkeit
W
J
Absorbierte Energie
WDef
J
Deformationsarbeit
∆sRohr
m
Verkürzte Absorberlänge
∆v2
m/s, km/h
Geschwindigkeitsänderung Fahrzeug 2
11
II
Abkürzung
Bedeutung
AZT
Allianz Zentrum für Technik
CMVSS
Canadian Motor Vehicle Safety Standard
DAT
Deutsche Automobil Treuhand GmbH
ECE
Economic Commission for Europe
EES
FMVSS
Federal Motor Vehicle Safety Standard
HWS
Halswirbelsäule
IIHS
Insurance Institute for Highway Safety
KTI
Kraftfahrzeugtechnisches Institut
mph
miles per hour
PC/PBT
Polycarbonat/Polybutuylenterephathalat
PP
Polypropylen
PP/EPDM
Polypropylen/Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolimerisat
PS
Polysterol
PUR
Polyurethan
RCAR
Research Council for Automobile Repairs
Vorwort
III
12
Vorwort
Vorab möchte ich mich bei Herrn Dipl.-Ing. J. Morawski und Herrn Dipl.-Ing. W. Hugemann
dafür bedanken, dass ich die vorliegende Arbeit in ihrem Ingenieurbüro durchführen konnte
und sie mir darüber hinaus mit ihrer freundlichen und kooperativen Unterstützung während
der Bearbeitungszeit zur Seite standen.
Bei Herrn Prof. Dr.-Ing. V. Liskowsky bedanke ich mich für die unkomplizierte Genehmigung
und Betreuung dieser Arbeit.
Mein besonderer Dank gilt Herrn Dipl.-Ing. M. Nickel, der stets mit Rat und Tat zur Seite
stand sowie allen anderen Mitarbeitern des Ingenieurbüros Morawski + Hugemann.
Einleitung
1
13
Einleitung
In den letzen Jahren hat sich das Arbeitsgebiet des Unfallanalytikers stetig vergrößert. Hierbei nimmt die Rekonstruktion eines Verkehrsunfalls, bei der die Frage der Vermeidbarkeit
durch die Beteiligten im Vordergrund steht, immer noch einen breiten Raum ein. Der technische Sachverständige sieht sich jedoch in zunehmendem Maße mit Fragestellungen konfrontiert, die im Rahmen von so genannten Kleinkollisionen auftauchen.
Häufig wird nach leichten Auffahrunfällen von den Insassen im angestoßenen Fahrzeug eine
Verletzung der Halswirbelsäule vorgetragen. Bei einem solchen Unfalltyp gilt es der Frage
nachzugehen, welcher Belastung die Insassen bei der Kollision ausgesetzt waren. Die
kollisionsbedingte Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeugs stellt hier die biomechanisch
wichtigste Größe dar. Die Berechnung der Geschwindigkeitsänderung stützt sich auf energetische Betrachtungen, das heißt auf die in den Deformationszonen absorbierte Energie der
Fahrzeuge. Diese ist jedoch bei modernen Stoßfängerkonzepten mit klassischen Mitteln
kaum noch fundiert abzuschätzen.
Im niedrigen Geschwindigkeitsbereich ereignen sich oftmals auch Kollisionen, bei denen im
Nachhinein die Kompatibilität der Beschädigungen angezweifelt wird. Als Begründung hierfür
wird eine nicht übereinstimmende Schadenintensität an den beteiligten Fahrzeugen vorgetragen. Während an einem Fahrzeug kein sichtbarer Schaden auftritt, stellen sich am
Kollisionspartner mitunter sehr deutliche Deformationen ein. Die Diskrepanz zwischen den
Schadenintensitäten begründet sich häufig darin, dass das zumindest optisch unbeschädigte
Fahrzeug mit einem Stoßfängersystem der neuen Generation ausgerüstet ist.
Vor diesem Hintergrund stellt sich aus technischer Sicht die Frage, wie leistungsfähig moderne Stoßfängerkonzeptionen tatsächlich sind. Welcher Belastung widerstehen derartige
Bauteile, ohne dass Beschädigungen an dahinter angeordneten Bauteilen wie Längsträger,
Abschlussblech etc. auftreten. Oder umgekehrt formuliert: Welche Aufprallgeschwindigkeit ist
erforderlich, damit es zu bleibenden Verformungen an den verdeckt hinter dem Stoßfänger
liegenden Karosseriekomponenten kommt. Diesbezüglich gibt es in der Literatur allenfalls
vage Aussagen, die in der Regel nicht durch entsprechende Untersuchungen verifiziert werden. Hier besteht noch eine erhebliche Wissenslücke, die diese Diplomarbeit aufgrund der
fehlenden Kooperationsbereitschaft der Automobilhersteller, die so gut wie keine Informationen über das Leistungsvermögen der von ihnen verbauten Stoßfänger preis gaben, jedoch
nur begrenzt füllen kann.
Einleitung
14
Der erste Teil der Arbeit gibt zunächst einen Überblick über die derzeit gängigen Konstruktionskonzepte für Stoßfänger und Pralldämpfer. Unter anderem wird hier der Frage nachgegangen, wie die Energie beim Aufprall verzehrt wird. Die Vor- und Nachteile der Konzepte
werden im Hinblick auf Produktionskosten, Einteilung in Typschadenklassen und Recycling
diskutiert.
Der zweite Teil der Arbeit trägt die low-speed Crashtests, die für Fahrzeuge des europäischen sowie des US-amerikanischen Marktes vorgeschrieben sind, zusammen. In diesem
Kapitel steht die Frage im Vordergrund, welchen Anforderungen die Fahrzeuge genügen
müssen, um diese Tests zu bestehen und welche Rückschlüsse die Tests auf das Leistungsvermögen der Stoßfängersysteme zulassen.
Anschließend werden die Unfalltypen vorgestellt, bei denen sich der technische Sachverständige intensiver mit dem Leistungsvermögen von Stoßfängersystemen auseinander
setzen muss. Da die „Schwierigkeiten“, die die modernen Stoßfängersysteme dem Unfallanalytiker bereiten letztendlich in der Vergabe dieses Diplomthemas mündeten, werden
diese Unfallarten etwas intensiver beleuchtet. In diesem Kapitel werden auch die Berechnungsmethoden der Kollisionsmechanik vorgestellt, und es wird der Frage nachgegangen,
wie sich aus dem Deformationsumfang an den Fahrzeugen die relative Kollisionsgeschwindigkeit berechnen lässt.
Den Abschluss dieser Arbeit bildet eine Versuchsreihe, bei der baugleiche Fahrzeuge mit
unterschiedlichen Stoßfängersystemen bestückt waren. Diese Versuchsreihe lässt Rückschlüsse auf das Leistungsvermögen der unterschiedlichen Stoßfängerkonzeptionen zu.
2
2.1
15
Bei modernen Pkw setzen sich der Front- sowie der Heckaufbau aus verschiedenen Fahrzeugbauteilen zusammen. Diese besitzen unterschiedliche Struktursteifigkeiten, welche sich
ausgehend von der Fahrzeugfront in Richtung der Fahrgastzelle progressiv erhöhen. Bei der
Fahrzeugentwicklung wird gemäß der gesetzlich vorgeschriebenen Frontal Crash Tests, wie
z.B. Frontal Offset Test nach ECE R 94 (siehe Anlage 7), herstellerseitig mehr Augenmerk
auf die Konstruktion der Frontstruktur als auf die Gestaltung der Heckstruktur von Pkw gelegt. Prinzipiell lässt sich eine Fahrzeugfront in drei Deformationszonen einteilen. Hierbei
handelt es sich ausgehend vom Stoßfänger in Richtung Fahrgastzelle um die:
•
Fußgängerschutzzone
•
Kompatibilitätszone
•
Eigenschutzzone.
Abb. 1: Deformationszonen der Pkw-Front nach [1]
Bezüglich der ansteigenden Deformationskräfte der Fahrzeugstruktur kann man verallgemeinert die Aussage treffen, dass Pkw aus dem Segment der Kleinwagen, insbesondere in
der Frontstruktur, bezogen auf die Fahrzeugmasse eine höhere Steifigkeit besitzen wie beispielsweise Mittelklassefahrzeuge. Diese auf dem ersten Blick etwas widersprüchlich erscheinende Aussage ist bei genauerer Betrachtung leicht zu erklären. Um im Kollisionsfall
Energie abbauen zu können, besitzen die Fahrzeuge der gehobeneren Klasse aufgrund ihrer
Abmessungen einen größeren zur Verfügung stehenden Bauraum. Bei den kleineren Fahrzeugen hingegen steht der Anspruch im Vordergrund, die Fahrgastzelle als Überlebensraum
16
der Insassen zu erhalten. Bedingt durch den relativ gering ausfallenden Bauraum muss gewährleistet sein, dass möglichst ein Maximum an Energie schon zu Anfang einer Kollision
vernichtet wird.
Abb. 2: Prinzipieller Fahrzeugaufbau nach [2]
Der prinzipielle Fahrzeugaufbau moderner Pkw lässt sich aus Abbildung 2 erschließen. Bis
auf wenige Unterschiede in verschiedenen Details der einzelnen Strukturelemente kann die
grundsätzliche Fahrzeuggestaltung auf die vorangegangene Darstellung zurückgeführt
werden.
Abb. 3: Querschnitt der Vorderwagenstruktur nach [3]
17
Beim Betrachten der Querschnittabbildung eines Pkw Vorderwagens (Abbildung 3) ist die
Aneinanderreihung der crashoptimierten Fahrzeugbauteile zu erkennen. Durch diese Hintereinanderkopplung der verschiedenen Strukturelemente soll ein stufenförmiger Deformationskraftverlauf (siehe Abbildung 4) während der Fahrzeugdeformation gewährleistet werden.
Abb. 4: Stufenförmiger Deformationskraftverlauf nach [2]
Während der Deformation sollten zwischen den unterschiedlichen Deformationskraftniveaus
möglichst nur geringe Differenzen auftreten. Bei realen Fahrzeugversuchen hat sich gezeigt,
dass dieser stufenförmige Deformationskraftverlauf nicht reproduziert werden kann. Es
kommt in den meisten Fällen zu einem fast linear ansteigenden Deformationskraftverlauf,
welcher sich stark oszillierend darstellt [2].
2.1.1 Stoßfängerverkleidung
Aus der Abbildung 3 lässt sich der prinzipielle Aufbau eines Fahrzeugfrontends erkennen.
Der äußere Stoßfängerabschluss besteht aus einer Kunststoffverkleidung. Diese großflächige Abdeckung ist bei modernen Fahrzeugen meist lackiert sowie als festes Bestandteil
im Karosseriedesign integriert. An dieser Stelle wird auf die Anlage 1 verwiesen, in der
Schnittdarstellungen verschiedener Stoßfänger abgebildet sind. Die Stoßfängeraußenverkleidung besteht heutzutage bei vielen Fahrzeugen aus PP/EPDM (Polypropylen/EthylenPropylen-Dien-Mischpolimerisat) oder aus PC/PBT (Polycarbonat/Polybutuylenterephathalat). Diese Kunststoffe besitzen eine sehr hohe Elastizität sowie gute Oberflächeneigenschaften.
18
2.1.2 Kunststoffschaumelemente
Unter der Stoßfängerverkleidung befinden sich Kunststoffschaumteile. Hierbei kommen
Schäume aus PUR (Polyurethan), PS (Polysterol) sowie auch PP (Polypropylen) zur Anwendung (siehe Abbildung 5; Anlage 2). Bei älteren Fahrzeugen ist die Stoßfängeraußenhaut mit
dem Schaumkern und gegebenenfalls mit dem Querträger zu einer komplexen Einheit verschäumt. Bei Fahrzeugen neueren Baujahres ist der Trend zu beobachten, dass die Stoßfängeraußenhaut sowie die Schaumelemente des Systems einzeln ausgeführt sind. Das
birgt im Reparaturfall eine Reduzierung der Ersatzteilkosten in sich. Mit der Separierung der
Bauteile des Stoßsystems geht auch eine bessere Trennbarkeit in Bezug auf das Recyclingverhalten einher. Anmerkend zur Verwendung von Kunststoffschäumen in Stoßfängersystemen lässt sich ergänzend feststellen, dass auch Fahrzeuge auf dem Markt sind, in denen
keine Schaumelemente im Stoßfängersystem eingesetzt werden. Darüber hinaus ist ebenso
ein Einsatz von Kunststoffformteilen (siehe Anlage 3) im Stoßfänger wieder zu finden.
Ford Mondeo Kombi
Mercedes Benz E-Klasse (W 124)
Abb. 5: Querschnitte von unterschiedlichen Stoßfängern nach [Autor; 4]
19
Abb. 6: PP Schaumblock in einem Mercedes Benz CLK Stoßfänger nach [Autor]
Abb. 7: Verwendung von unterschiedlichen Schaumstoffen
an einer MCC Smart Fahrzeugfront nach [Autor]
2.1.3 Querträger
Der Schaumkörper des Stoßfängersystems stützt sich auf dem darunterliegenden Querträger ab. Als Material für den Querträger werden Stahlbleche, Aluminium- oder Magnesiumlegierungen und unter anderem auch glasfaserverstärkte Kunststoffe verwendet. Die
Formgebung der Querträger reicht von einfachen U-Profilen bis hin zu hydroform gefertigten
Hohlkammerprofilen. Diesbezüglich wird auf die Anlage 4 verwiesen, in der weitere Varianten von Querträgern aufgeführt sind.
20
Opel Omega
Opel Omega
Audi A3
Audi A3
Mercedes Benz C220
Mercedes Benz C220
Abb. 8: Darstellung von unterschiedlichen Querträgern nach [Autor]
21
Hinter dem Querträger ist das Deformationselement des Pkw angeordnet. Dieses Crashbauteil ist mit dem Querträger und dem Fahrzeuglängsträger verbunden. Hierbei existieren
verschiedene Möglichkeiten der Anbindung an den Rahmen des Automobils. Es gibt
Lösungen, bei denen das Deformationselement mit dem Längsträger verschraubt oder verschweißt ist. Bei anderen Fahrzeugen ist die Längsträgerendspitze direkt als Crashbauteil
konstruiert. Im Schadenfall wird diese mittels Abschnittreparatur instand gesetzt.
2.2
Unter Crashabsorbern versteht man Elemente der Fahrzeugfront- oder Heckstruktur, welche
konstruktionsbedingt bei bestimmten Belastungen kinetische Energie verzehren sollen. Nach
[2] lassen sich Crashabsorber in irreversible und in reversible Systeme einteilen. Des
Weiteren existieren auch noch Hybridsysteme, bei denen die unterschiedlichen Merkmale
der verschiedenen Absorbertypen kombiniert wurden.
irreversible Crashabsorber
- irreversibel bis zu einer
reversible Crashabsorber
- reversibel bis zu einer
Hybridsysteme
- reversibel bis zu einer
Wandaufprallge-
Wandaufprallge-
Wandaufprallge-
schwindigkeit von 15 km/h
- irreversibel bis zu einer
Wandaufprallgeschwindigkeit von 15 km/h
- Crashboxen
- Pralldämpfer
- Typschadenhalter
- Schaumelemente
- Hybridabsorber
- Wabenstrukturen
- profilierte Blechelemente
Tabelle 1: Einteilung der Crashabsorber nach [Autor]
Der Einsatz von crashabsorbierenden Bauteilen im Automobilbau bringt sowohl Vorteile als
auch Nachteile mit sich. Sie werden im Folgenden näher erläutert.
22
2.2.1 Vorteile von Crashabsorbern
Nach [5] finden ca. 85 % aller Frontalunfälle bei Kollisionsgeschwindigkeiten bis 15 km/h
statt. Die daraus resultierenden Reparaturkosten sind für die Versicherungswirtschaft von
erheblicher Bedeutung. Bei Anstößen mit geringen Anstoßgeschwindigkeiten soll die Fahrzeugstruktur nicht beschädigt und im günstigsten Fall eventuelle Deformationen durch reversible Crashelemente wieder in den Ausgangszustand zurück versetzt werden. Um kostenintensive Fahrzeugbeschädigungen zu vermeiden, ist es unentbehrlich, dass die Pkw für
diese Unfälle crashoptimierte Strukturen besitzen.
Kommt es zu einem Unfall, ist es wichtig, dass sich am Pkw zunächst definierte Fahrzeugstrukturen bzw. die Crashelemente deformieren. Eine solche Auslegung der Fahrzeugstruktur hilft die anschließenden Reparaturkosten der beschädigten Fahrzeuge zu minimieren.
Durch gut ausgelegte Crashstrukturen eines Fahrzeugs lässt sich die Einstufung der
Typschadenklasse in der Kaskoversicherung beeinflussen. Die Ersteinstufung der Typschadenklasse neuer Fahrzeuge erfolgt im Allianz Zentrum für Technik (AZT). Im AZT wird mittels
(
des so genannten Crash-Reparaturtests der Schadendurchschnitt SDtypCT
) für den jewei-
ligen Fahrzeugtyp ermittelt. Der Crashreparaturtest des AZT wird im Kapitel 3.2.1 noch näher
erläutert.
Weiterhin ist eine Verwendung von Pralldämpfern und Schaumstoffteilen in Stoßfängersystemen vorteilhaft, weil sich infolgedessen das Schadenrisiko für Fußgänger und Fahrzeuginsassen verringert. Es wirkt eine geringere Belastung auf den menschlichen Körper bei
einer Kollision ein.
Ein weiterer Vorteil der Fahrzeugausstattung mit Crashabsorbern oder energieverzehrender
Systeme ist die Verbesserung der Fahrzeugreferenzen auf dem internationalen Absatzmarkt,
auf dem zum Teil andere Prüfvorschriften gelten als in Europa. Auf die Crashversuche von
Fahrzeugen wird im folgenden Abschnitt 3 der Arbeit eingegangen.
2.2.2 Nachteile von Crashabsorbern
Der Einsatz von Crashabsorbern in Kraftfahrzeugen hat aber nicht nur positive Aspekte.
Kontrovers steht sich die passive Sicherheit eines Pkw mit dem Design gegenüber. Fahrzeugteile, die große Energien aufnehmen sollen, benötigen auch in ihren Abmessungen
einen dementsprechenden Einbauraum. Das dadurch benötigte Mehrvolumen widerspricht
23
dem Fahrzeugdesign moderner Fahrzeuge. Der begrenzte Einbauraum eines Fahrzeugs
zwingt die Fahrzeugentwickler, verschiedene Materialien sowie hochkomplexe Crashstrukturen zu entwickeln und zum Einsatz zu bringen.
Ein weiterer Nachteil, der sich durch die Verwendung von crashabsorbierenden Bauteilen
ergibt, bezieht sich auf die Recyclingfähigkeit des Fahrzeugs. Nach Ablauf der Fahrzeugnutzungsdauer muss ein Pkw einer umweltverträglichen Entsorgung bzw. dem Recyclingsystem
zugeführt werden. Durch die vielfältig eingesetzten unterschiedlichen Materialien und Bauteile werden die Arbeitsumfänge beim Fahrzeugrecycling immer umfangreicher und komplexer. So zieht beispielsweise eine Fahrzeugausstattung mit hydropneumatischen Pralldämpfern nach Beendigung der Fahrzeugnutzung eine spezielle Entsorgung dieser Bauteile
mit sich. Diesbezüglich müssen die Automobilhersteller Kompromisse finden, um auch
zukünftig marktfähige Fahrzeuge bauen zu können.
2.2.3 Einbauorte von Crashabsorbern
Crashabsorber findet man bei den meisten Fahrzeugen zwischen dem Stoßfängerquerträger
und den Endspitzen der Längsträger verbaut. Sie werden sowohl im Frontbereich wie auch
im Heckbereich von Pkw eingesetzt. Abbildung 9 zeigt die Einbauorte von Crashabsorbern
bei einem BMW der 5er Baureihe. Bei diesem Fahrzeug werden hydropneumatische Pralldämpfer als Crashbauteile verwendet. Durch die reversiblen Eigenschaften der Pralldämpfer
(siehe Kapitel 2.4) kommen bei diesem Fahrzeug keine Schaumstoffelemente zum Einsatz.
Abb. 9: Einbauorte von Crashabsorbern im Pkw nach [6]
2.3
24
Irreversible Crashabsorber
Die Energieabsorption von irreversiblen Crashabsorbern erfolgt durch die Umsetzung
kinetischer Energie in plastische Verformungsenergie von Bauteilen bzw. eines Deformationselements. Irreversible Crashabsorber bezeichnet man auch als Crashboxen oder Typschadenhalter. Diese Bezeichnungen sind bei den verschiedenen Automobilherstellern
unterschiedlich und nicht genau definiert. Das Deformationsverhalten sowie die Energievernichtung von irreversiblen Crashabsorbern sind im Regelfall auf den Crashreparaturtest
des AZT (siehe Kapitel 3.2.1) optimiert.
2.3.1 Energieabsorptionsverfahren von irreversiblen Crashabsorbern
Für den praktischen Einsatz von irreversiblen Crashabsorbern werden verschiedene Arbeitsprinzipien zur Energievernichtung genutzt. Die folgende Abbildung stellt die im Automobilbau
am häufigsten angewendeten Verformungsverfahren zur Energie-Absorption dar.
Abb. 10: Lösungsprinzipien von irreversiblen Crashabsorbern nach [2]
2.3.1.1
25
Faltung
Die Faltung bzw. das Faltbeulen von Rohren oder beliebig geformten Profilen ist heutzutage
das am häufigsten angewandte Deformationsprinzip. Bei der Faltung tritt zu Beginn des
Umformvorgangs oft eine maximale Kraftspitze der Deformationskraft auf. Diese wird als
Triggerkraft bezeichnet. Zur Reduktion der Triggerkraft werden am Verformungsprofil vom
Hersteller gezielt Querschnittsverringerungen vorgesehen oder Materialschwächungen eingebracht. Diese Maßnahmen werden als Triggerung bezeichnet und sind in der folgenden
Abbildung graphisch dargestellt.
Abb. 11: Varianten der Triggerung nach [2]
Durch den Kri-, Bevel-, oder Tuliptrigger wird der Rohrquerschnitt zu Beginn der Beaufschlagung verringert. Weiterhin besteht die Möglichkeit einer Vorfaltung des Rohres mittels
Sicken. Eine Triggerung durch die Einbringung von Bohrungen in das Verformungsprofil ist
ebenfalls möglich.
2.3.1.2
Inversion
Die Inversion von Rohren ist ein weiterer Deformationsvorgang zur Vernichtung von kinetischer Energie. Bei der Inversion wird die Energiedissipation durch das Umstülpen eines
Rohrprofils realisiert. Während des Umstülpens kommt es zu Biegevorgängen mit einer sich
daran anschließenden Aufweitung des Absorberrohres. Man unterscheidet die freie und die
erzwungene Inversion.
2.3.1.3
26
Verjüngung
Eine weitere Arbeitstechnik zur Anwendung in irreversiblen Crashabsorbern stellt die Verjüngung von Rohren dar. Hierbei wird der ursprüngliche Rohrdurchmesser verringert, indem das
Verformungsrohr durch eine Matrize gedrückt wird. Die Energieverzehrung beim Verjüngen
von Rohrprofilen beruht auf Biegevorgänge sowie auch auf dem Einfluss der Reibung zwischen Matrize und Rohr.
2.3.1.4
Aufweitung
In Anlehnung an die Verjüngung von Rohrprofilen existiert auch die Möglichkeit der Aufweitung eines Rohres. Bei diesem Prinzip wird der ursprüngliche Durchmesser des Deformationselements vergrößert. Die eingebrachte Energie wird ebenfalls durch Biegevorgänge und
durch Reibung zwischen Matrize und Rohr vernichtet.
2.3.1.5
Längung
Die Längung von Profilen wird auch als Deformationsprinzip in irreversiblen Crashabsorbern
eingesetzt. Hierbei wird das Crashbauteil über seine Streckgrenze gedehnt und verrichtet
somit die erforderliche Deformationsarbeit.
Des Weiteren existieren auch noch Lösungen durch die Verwendung eines Schneidrohres.
Dabei wird die Energieaufnahme durch Aufschneiden eines Blechrohres gewährleistet. Hierüber hinaus sind auch noch Lösungen für irreversible Crashabsorber durch Einsatz von Verbundwerkstoffen bekannt.
Bei allen in der Abbildung 10 gezeigten Verformungsverfahren muss gewährleistet sein, dass
es während der Energieaufnahme nicht zum Biegekollaps in der Verformungsstruktur
kommt. In diesem Fall könnte keine Energie mehr absorbiert werden und das Element wäre
wirkungslos.
2.3.2 Vergleich der Energieabsorptionsverfahren von irreversiblen Crashabsorbern
Die Faltung, die freie Inversion und die Verjüngung sind als Energieabsorptionsverfahren im
Automobilbau am häufigsten anzutreffen. Aus diesem Grund werden sie für den anschließenden Vergleich aufgegriffen. In der folgenden Abbildung sind die Kraft-Weg-Verläufe für
27
die drei Verformungsverfahren dargestellt. Fmax beschreibt den maximalen Kraftausschlag
während des Deformationsvorganges. Oft tritt Fmax zu Deformationsbeginn auf und kann
somit als Triggerkraft angenommen werden. Fm steht für den Mittelwert der Deformationskraft, bezogen auf den Deformationsweg [2].
Abb. 12: Deformationskraftverläufe der verschiedenen Deformationsprinzipien nach [2]
Im linken Teil der Abbildung ist der Kraftverlauf der Faltung dargestellt, im mittleren die freie
Inversion und rechts der Kraftverlauf der Verjüngung. Als Versuchsobjekt wurde bei allen
drei Versuchen ein Stahlrohr mit dem Durchmesser von 50 x 1,5 mm aus St 35 verwendet.
Beim Betrachten der Darstellung fallen die unterschiedlichen Kraftverläufe der verschiedenen Deformationsverfahren ins Auge. Bei der Faltung sind eine hohe Triggerkraft sowie
weitere Kraftspitzen deutlich zu erkennen. Diese Kraftspitzen kann man auf jede neue Faltenbildung zurückführen. Die Triggerkraft lässt sich auf die Bildung der ersten Falte beziehen. Im Gegensatz zur Faltung zeigen die beiden anderen Deformationsverfahren nahezu
konstante Deformationskräfte. Da bei allen Versuchen das gleiche Verformungsrohr verwendet wurde, lassen sich die verschiedenen Verfahren direkt miteinander vergleichen. Bei
Betrachtung der Abbildung 12 kann man die allgemeine Aussage treffen, dass Energieabsorption von irreversiblen Absorbern stark vom verwendeten Umformungsverfahren
abhängig ist. Als weitere Einflussfaktoren lassen sich diesbezüglich noch die verwendeten
Materialien, die Wandstärken sowie die Formgebung der Profile nennen.
In weiterführenden Versuchen wurde nach [2] die spezifische Energieabsorption E s für die
verschiedenen Deformationsverfahren unter Verwendung unterschiedlicher Verformungsrohre einmal zusammengefasst. Die spezifische Energieabsorption beschreibt das Verhältnis
zwischen absorbierter Energie W und der Masse m Rohr der verkürzten Länge ∆s Rohr des
28
Crashabsorbers. Die Berechnungsgleichung lautet:
Es =
W
m Rohr (∆s Rohr )
(1)
Darin bedeuten:
Es :
kJ/kg
Spezifische Energieabsorption
W:
kJ
Absorbierte Energie
m Rohr (∆s Rohr ) : kg
Masse der verkürzten Absorberlänge
m Rohr (s ) setzt sich hierbei folgendermaßen zusammen:
m Rohr (∆s Rohr ) = m Rohr
∆s Rohr
l0
(2)
Mit:
m Rohr :
kg
Masse des Absorbers
∆s Rohr :
m
Verkürzte Crashabsorberlänge
l0 :
m
Gesamtlänge Absorber
Abb. 13: Spezifische Energieabsorption der verschiedenen Deformationsprinzipien mit unterschiedlichen Rohren nach [2]
29
Beim Vergleichen der spezifischen Energieabsorption zeigt sich, dass die Verjüngung die
meiste Energie gegenüber der Faltung und der freien Inversion dissipieren kann. Als Grundvoraussetzung muss hierbei aber bei allen Deformationsprinzipien eine ausreichende Verformbarkeit des verwendeten Materials gewährleistet sein.
2.3.3 Anwendung von irreversiblen Crashabsorbern in Crashboxen oder
Typschadenhaltern
Crashboxen und Typschadenhalter haben die Aufgabe, bei einem definierten Verformungsweg eine möglichst hohe kinetische Aufprallenergie aufzunehmen und diese möglichst ohne
größere Kraftspitzen in plastische Deformationsarbeit zu absorbieren. Die Funktion der Absorber besteht im der Schutz der Fahrzeugstrukturen vor Beschädigungen bei Kollisionen.
Insbesondere bei Anstößen mit Kollisionsgeschwindigkeiten bis 15 km/h sollen die irreversiblen Crashabsorber vor kostspieligen Beschädigungen des Pkw schützen und die damit
verbundenen Reparaturkosten verringern.
Bei der Betrachtung von modernen Fahrzeugkonzepten ist eine genaue Differenzierung zwischen einer Crashbox und anderen Pkw-Bauteilen nicht immer möglich. Oftmals ist der Stoßfängerquerträger mit Deformationszonen so konstruiert, dass man ihn nicht direkt von einer
Crashbox abgrenzen kann oder es verschmelzen die verschiedenen Bauteilfunktionen miteinander. An dieser Stelle wird auf die Anlagen 4 und 5 dieser Arbeit verwiesen. Am Beispiel
des MCC Smart soll dieser Sachverhalt exemplarisch verdeutlicht werden.
30
Abb. 14: Crashelement am MCC Smart nach [Autor, 4]
Aus der Abbildung 14 ist deutlich zu erkennen, dass bei der Heckstruktur des Smart der
hintere Querträger als Crashbox konstruiert worden ist. Diese Kombination der Bauteilfunktionen findet bei modernen Fahrzeugen häufig Gebrauch.
Neben der Verflechtung von verschiedenen Bauteilen zur Funktion als Crashbox oder als
Typschadenhalter existieren im Automobilbau auch noch weitere Lösungen, in denen man
die Crashbox als einzelnes Fahrzeugbauteil finden kann. Diesbezüglich wird nachfolgende
Abbildung 15 aufgezeigt:
31
Abb. 15: Crashbox eines Opel Astra nach [Autor]
Im oberen Teil der Abbildung 15 sieht man eine Crashbox eines Opel Astra. Hierbei handelt
es sich um ein Original Opel Ersatzteil. Die Crashbox befindet sich an der Längsträgerspitze.
Im Reparaturfall wird sie mittels Abschnittsreparatur ersetzt und durch Anschweißen wieder
mit der Fahrzeugstruktur verbunden. Im unteren Teil der Abbildung ist die Crashbox nach
erfolgter Reparatur zu sehen.
Auch im Motorsport werden Crashboxen zur Erhöhung der passiven Fahrzeugsicherheit
verwendet. Beispielsweise findet man sie an Monocoque-Formel-Fahrzeugen.
Typschadenhalter stellen sich in ihrem äußerlichen Erscheinungsbild etwas anders dar als
die Crashboxen. Im Gegensatz zu den Crashboxen kann eine Verschmelzung verschiedener
Fahrzeugbauteile bei der Verwendung von Typschadenhaltern nicht festgestellt werden.
Typschadenhalter werden im Pkw als separates Fahrzeugbauteil verwendet. Sie befinden
sich zwischen dem Stoßfängerquerträger und den Längsträgern des Automobils. In Abbildung 16 sind zwei Prinzipdarstellungen von Typschadenhaltern zu sehen.
32
Abb. 16: Typschadenhalter nach [7]
Das Arbeitsprinzip der hier gezeigten Absorber beruht auf der Verjüngung eines Verformungsrohres. Die Energiedissipation erfolgt hierbei über Biegevorgänge im Material des
Rohres sowie über die Reibung zwischen Rohr und Matrize. Nachfolgend ist eine Schnittdarstellung eines solchen Typschadenhalters in seiner Ausgangs- sowie in der Endposition,
nach erfolgter Energieaufnahme, abgebildet.
FDef
ursprünglicher Durchmesser
reduzierter Durchmesser
Abb. 17: Typschadenhalter nach [7]
33
Abb. 18: Deformierter Typschadenhalter der Firma Suspa nach [2]
2.4
Reversible Crashabsorber
Reversible Crashabsorber lassen sich bei modernen Automobilen im Regelfall als Schaumstoffelemente oder als Pralldämpfer wieder finden. Für die Bezeichnung Pralldämpfer gibt es
keine explizite Definition. Daher wird dieser Begriff auch oft in Verbindung mit Hybridabsorbern verwendet.
Betrachtet man die Fahrzeuge des europäischen Marktes, so lässt sich feststellen, dass der
Großteil der Fahrzeuge Schaumstoffabsorber in Verbindung mit irreversiblen Energieabsorptionssystemen aufweist. Eine Fahrzeugausstattung mit ausschließlich reversiblen Pralldämpferelementen konnte im Rahmen der Recherchen für diese Arbeit nicht gefunden werden.
Als einziger deutscher Hersteller rüstet BMW seine Fahrzeuge serienmäßig mit Hybridabsorbern aus. Diese Hybridabsorber werden aber von BMW als Pralldämpfer bezeichnet. Andere Hersteller wie z.B. Audi oder Volkswagen verfolgen diesbezüglich die Philosophie, dass
bei den Modellen für den europäischen Absatzmarkt irreversible Absorber eingebaut werden.
Anderseits werden Fahrzeuge, die für den Export in die USA oder andere Staaten bestimmt
sind, mit Pralldämpfer- bzw. Hybridabsorbersystemen ausgestattet. Auf diesen Ausstattungsunterschied wird mittels eines Vergleichs der Fahrzeugbeschädigungen nach einem
Crashversuch von verschiedenen VW New Beetle im Kapitel 5 noch näher eingegangen.
2.4.1 Energieabsorptionsverfahren von reversiblen Crashabsorbern
Reversible Crashabsorber im Pkw sind im Regelfall für eine Wandaufprallgeschwindigkeit bis
4 km/h ausgelegt. Hierbei wird die kinetische Energie vom Absorber gespeichert und nach
34
Ende der Krafteinwirkung wieder abgegeben. Während der Restitution geht er in seine
ursprüngliche Lage zurück. Steigt die Kollisionsgeschwindigkeit über 4 km/h so stellen sich
irreversible Deformationen ein. Bei Hybridabsorbern findet man diese Verformungen im
Deformationselement des Absorbers. Sind keine Hybridabsorber am Fahrzeug verbaut, so
stellen sich die Deformationen an anderen Bauteilen ein.
Die Energieaufnahme eines Schaumstoffelements beruht auf einer elastischen Kompression
des Schaumkörpers. Durch die innere Reibung im Schaumkörper kommt es zu einem Energieverzehr. Nach dem Wegfall der wirkenden Deformationskraft verformt sich der Schaumkörper wieder in seine Ausgangslage zurück. Die Entspannung des Schaummaterials
passiert nicht schlagartig, sondern nimmt eine bestimmte Zeitdauer in Anspruch. Dieser Vorgang wird auch als Relaxation bezeichnet. Manche Fahrzeughersteller sprechen in diesem
Zusammenhang auch von „selbstheilenden“ Stoßfängern. Kunststoffschäume besitzen im
Vergleich zu Pralldämpfern eine hohe gewichtsspezifische Energieaufnahme.
Bei Pralldämpfern hingegen erfolgt die Energieaufnahme durch Vorspannen eines Gasvolumens, eines Kunststoffelements oder einer mechanischen Feder. Hierbei wird Energie durch
laminare und turbulente Strömungen eines Arbeitsmediums oder durch innere Reibung eines
Feststoffes aufgezehrt. Es werden Gase (z.B. Stickstoff), Flüssigkeiten (z.B. Öle) oder Feststoffe (z.B. Silikon-Elastomere, Polyurethan-Elastomere) als Arbeitsmedien in Pralldämpfern
eingesetzt. Pralldämpfer besitzen eine geringe gewichtsspezifische Energieaufnahme. Da in
ihren Innenraum ein sehr hoher Arbeitsdruck entstehen kann, ist eine massive Bauweise
unabdingbar. Abbildung 19 stellt die im Automobilbau am häufigsten anzutreffenden
Lösungsprinzipien für Pralldämpfer dar.
Abb. 19: Lösungsprinzipien von reversiblen Crashabsorbern nach [2]
35
2.4.2 Hydropneumatischer Pralldämpfer
Wirkt eine Kraft auf den hydropneumatischen Pralldämpfer, so verschiebt sich der Kolben in
Richtung der Drosselbohrung. Dadurch wird das Öl durch die Drossel gedrückt und beaufschlagt den Trennkolben. Bei ausreichender Krafteinwirkung auf die Kolbenstange kommt es
zu einer Verschiebung des Trennkolbens mit einer daraus resultierenden Kompression des
Gases. Nach Beendigung der Krafteinwirkung drückt das komprimierte Gas den Trennkolben
zurück. Das Öl strömt wieder in die Hydraulikkammer und bewegt die Kolbenstange in ihre
Ausgangslage zurück.
2.4.3 Feststoff- oder Elastomerpralldämpfer
Die Arbeitsabläufe des Feststoff- sowie des Elastomerpralldämpfers laufen ähnlich dem des
hydropneumatischen Pralldämpfers ab. Der Unterschied besteht nur bei der Art der Energieaufnahme. Beim Feststoffabsorber wird ein Arbeitskolben, welcher mit Drosselbohrungen
versehen ist, durch ein Silikonfeststoff bewegt. Hierbei kommt es zur gewünschten Energieaufnahme. Beim elastomeren Absorber wird die Energieaufnahme durch eine Stauchung des
Elastomerkörpers realisiert. Nachfolgend sind zwei Prinzipdarstellungen von Pralldämpfern
dargestellt.
Abb. 20: Pralldämpfer nach [7]
2.5
Hybridabsorber
In Hybridabsorbern wurden ein Pralldämpfer (reversible Crashkomponente) und ein Verformungselement (irreversible Crashkomponete) miteinander kombiniert. Diese Verbindung der
unterschiedlichen Elemente hat sich als vorteilhaft erwiesen, da mit nur einem Bauteil eine
Wandaufprallgeschwindigkeit bis 4 km/h, (reversibel) als auch bis 15 km/h (irreversibel)
aufgenommen werden kann. Im Kollisionsgeschwindigkeitsbereich bis 15 km/h wird durch
36
die Deformation des Verformungselementes gewährleistet, dass keine Schäden an der Fahrzeugstruktur entstehen. Im Reparaturfall eines solchen Schadens sind daher die leicht
austauschbaren Crashelemente, speziell die Hybridabsorber, kostengünstig zu ersetzen. Bei
Aufprallgeschwindigkeiten von mehr als 15 km/h verformen sich die Längsträger des Fahrzeugrahmens mit zunehmenden Maßen. Diese Verformung beginnt an den Endspitzen der
Längsträger und setzt sich in Richtung Fahrgastzelle fort. Verformte Längsträger können je
nach Deformationsgrad wieder instandgesetzt werden oder sie müssen mittels Teilersatz
repariert werden.
2.5.1 Energieabsorptionsverfahren von Hybridabsorbern
Die Energieaufnahmeverfahren setzen sich aus den bereits erläuterten Prinzipien zusammen
und werden deshalb an dieser Stelle nicht noch einmal explizit aufgeführt. Hybridabsorber
stellen für die Automobilindustrie einen guten Kompromiss zwischen den einzelnen irreversiblen und reversiblen Energieabsorptionsverfahren dar. Im Hinblick auf eine Fahrzeugaustattung mit Hybridabsorbern müssen sowohl die höheren Kosten und als auch die relativ
große Masse der Hybridabsorber betrachtet werden. Als einziger deutscher Hersteller rüstet
BMW serienmäßig seine Fahrzeuge mit Hybridabsorbersystemen aus. In der folgenden Abbildung 21 sind zwei Hybridabsorber für Pkw der Firma ZF Boge dargestellt. Weitere Darstellungen sind in der Anlage 6 abgebildet.
Abb. 21: Hybridabsorber der Firma ZF Boge nach [6]
2.5.2 Aufbau
Der Aufbau eines Hybridabsorbers setzt sich aus mehreren Einzelteilen (siehe Abbildung 22)
zusammen. Im Außenrohr {1} befindet sich das bewegliche Zylinderrohr {2}, welches über
37
Gummidichtungen nach außen abgedichtet wird. Das Außenrohr bzw. der Absorber ist über
den Befestigungsflansch {8} starr mit dem Längsträger des Fahrzeugs verbunden. Am außen
liegenden Ende des Zylinderrohres ist das Aufnahmerohr für die Stoßfängerbefestigung {9}
zu sehen. Im Zylinderrohr befindet sich der mit Stickstoff befüllte Gasraum {4}. Er wird durch
den beweglichen Trennkolben {5} von der Hydraulikkammer {3} abgetrennt. Am inneren
Ende des Zylinderrohres befindet sich die Drosselbohrung {6}. Die Hydraulikkammer wird
fahrzeugseitig durch den Deformationskolben {7} abgeschlossen. Dieser stützt sich in der
Ausgangsposition an der Durchmesserverringerung des Außenrohres ab.
Abb. 22: Schnittdarstellung eines Hybridabsorbers1 nach [6]
2.5.3 Funktionsweise
Kommt es mit einem Fahrzeug zu einer Kollision, so wirkt am Zylinderrohr eine Kraft. Durch
diese Krafteinwirkung wird das Zylinderrohr in das Außenrohr geschoben. Das Öl aus der
Hydraulikkammer strömt durch die Drosselbohrung in den Ölraum des Zylinderrohres und
verschiebt den Trennkolben gegen den anstehenden Gasdruck. Aufgrund der hohen Relativgeschwindigkeit überwiegt zu Beginn der Bewegung die hydraulische Dämpfung im
Absorber. Am Ende des Hubs trägt die pneumatische Federkraft den hauptsächlichen Teil
der Dämpfung. Der sich während der Kollision aufbauende Gasdruck im Zylinderrohr sorgt
nach Ende der Krafteinwirkung für den Rückgang des Systems in die Ausgangslage.
1
bei der Firma ZF Boge als Pralldämpfer mit irreversiblen Anteil durch Aufweitung bezeichnet
38
Die Pralldämpferwirkung setzt sich aus einer geschwindigkeitsabhängigen Dämpfung in der
Drosselbohrung und der progressiv ansteigenden Federkraft infolge der Gaskompression
zusammen.
Bei einem Fahrzeuganstoß mit einer Wandaufprallgeschwindigkeit bis 4 km/h treten keine
bleibenden Deformationen am Hybridabsorber bzw. am Stoßfängersystem des Pkw auf. Es
wird eine komplette Energieaufnahme durch den Hybridabsorber sichergestellt. Erhöht sich
die Anstoßgeschwindigkeit auf ein Niveau bis 15 km/h so kommt es zu einer Deformation im
Absorber. Hierbei bewegt sich der Deformationskolben des Absorbers in den verringerten
Durchmesser des Außenrohres. Es treten bleibende Verformungen am Außenrohr auf und
der Hybridabsorber muss ausgetauscht werden. Kommt es zur Kollision mit einer Kollisionsgeschwindigkeit von über 15 km/h, werden die Längsträger des Fahrzeugs deformiert. Ab
diesen Anstoßgeschwindigkeiten ist eine Energieaufnahme zum Schutz der Fahrzeugstrukturen seitens des Absorbers nicht mehr gewährleistet.
Abb. 23: Hybridabsorber an BMW Fahrzeugen nach [Autor]
3
39
Kraftfahrzeuge, die auf öffentlichen Straßen betrieben werden sollen, benötigen sowohl in
Deutschland als auch international eine Typzulassung. Für diese Zulassung müssen die
Fahrzeuge vor der Markteinführung eine große Anzahl von Untersuchungen und Tests absolvieren. Dazu zählen auch die Fahrzeugcrashversuche. Mithilfe der Crashversuche werden
die Fahrzeuge geprüft auf:
•
Bergungsverhalten der Insassen (Dummys)
•
Deformation der Fahrzeugstruktur
•
Deformation der Fahrgastzelle
•
Dichtigkeit des Kraftstoffsystems
•
Dichtigkeit des Kühlsystems
•
Insassenbelastungen
•
Lenkungsverschiebung
•
Verkehrssicherheit.
Darüber hinaus existieren zu den Crashversuchen am kompletten Fahrzeug auch noch zahlreiche Einzeltests von sicherheitsrelevanten Fahrzeugkomponenten. Im Rahmen dieser Arbeit werden nur die Versuche aufgezeigt, die am kompletten Fahrzeug durchgeführt werden.
Allgemein lassen sich die Crashtests in gesetzlich vorgeschriebene und nicht gesetzlich
vorgeschriebene Untersuchungen einteilen. Die nicht gesetzlich vorgeschriebenen Tests
unterscheiden sich von Ersteren im Regelfall durch andere Testgeschwindigkeiten sowie
durch andere Versuchskonstellationen. Diese Prüfungen finden Anwendung bei:
•
Autofahrervereinigungen/Automobilclubs
•
Fachpresse/Automobilzeitschriften
•
Forschungsorganisationen
•
Vereinigungen der Versicherungswirtschaft.
Die daraus resultierenden Versuchsergebnisse dienen hauptsächlich den Kraftfahrzeugkonsumenten als Informationsquelle über die passive Fahrzeugsicherheit und damit im weiteren
Sinne als Entscheidungshilfe zum Fahrzeugkauf. Ferner werden die Resultate der nicht
gesetzlichen Crashversuche für die Sicherheitsforschung angewendet. Im Folgenden werden
die wichtigsten Crashversuche im Niedriggeschwindigkeitsbereich näher dargestellt.
40
3.1
Gesetzlich vorgeschriebene Crashtests im Niedriggeschwindigkeitsbereich
in Deutschland
3.1.1 Niedriggeschwindigkeitscrashtest nach ECE-R 42
Die Regelung R 42 der ECE (Economic Commission for Europe) schreibt für eine Fahrzeugzulassung auf dem europäischen Markt verschiedene Prüfungen des vorderen und hinteren
Stoßfängersystems eines Pkw vor. Die ECE-R 42 trat bereits 1980 in Kraft und betrifft alle
Pkw, die eine Typzulassung erlangen wollen.
Beim Crashversuch nach ECE-R 42 wird ein Pkw mit insgesamt sechs Anstößen durch eine
starre, undeformierbare Barriere beaufschlagt. Die Barriere kann als Pendelanlage oder als
Rollwagen ausgeführt sein. Sie ist mit einer Aufpralleinrichtung gemäß Abbildung 24 ausgestattet. Die Stoßkante der Aufpralleinrichtung ist aus Hartstahl ausgeführt.
51
9
15°
Bezugslinie
50
3
76
5°
41
1
R3
Ebene A
610
406
R25
Ebene A
R102
Stoßkante
Abb. 24: Aufpralleinrichtung für den ECE-R 42 Test nach [8]
41
Die effektive Masse der Barriere muss dem Leergewicht des Prüffahrzeuges im betriebsfertigen Zustand entsprechen. Das zu prüfende Fahrzeug muss für den Versuch ungebremst
und mit einer neutralen Getriebestellung auf seinen Rädern stehen.
Abb. 25: Anstoßkonfigurationen der ECE-R 42 Crashtests nach [9]
Bei der Durchführung des ECE-R 42 Crashtests wird das Fahrzeug aus verschiedenen Richtungen angestoßen. Es wird sowohl zweimal frontal als auch zweimal heckseitig mit Anstößen beaufschlagt. Bei der weiteren Durchführung der Testreihe erfolgen einmalige Anstöße
von schräg vorn und von schräg hinten auf die Fahrzeugkanten. Bei den schrägen Anstößen
befindet sich die Aufpralleinrichtung in einem Anstoßwinkel von 60°, bezogen auf die Fahrzeuglängsachse, zum Pkw. Im Gegensatz zu den schrägen Anstößen, die nur bei Fahrzeugleermasse im betriebsfertigen Zustand absolviert werden, werden die geraden Anstöße
sowohl mit unbeladenen als auch beladenen Fahrzeugen durchgeführt. Hierfür wird das
Prüfobjekt, je nach Anzahl der Fahrzeugsitzplätze, mit Dummys zu je 75 kg bestückt. Die
Zuladungsverteilung ist in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
Anzahl der Sitzplätze
Anzahl der Dummys
Verteilung der Zuladung
2 und 3
2
2 auf Vordersitzen
4 und 5
3
2 auf Vordersitzen
1 auf Hintersitz
6 und 7
4
2 auf Vordersitzen
2 auf hintersten Sitzen
8 und 9
5
2 auf Vordersitzen
3 auf hintersten Sitzen
Tabelle 2: Beladungsverteilung für den ECE-R 42 Crashtest nach [8]
42
Die Anstoßgeschwindigkeit für die geraden Anstöße beträgt 4 km/h. Bei den Anstößen auf
die Fahrzeugkanten hingegen beträgt sie 2,5 km/h. Zwischen den einzelnen Versuchen ist
es erlaubt, die Stoßfängersysteme und ihre Befestigungselemente auszutauschen oder zu
reparieren.
Nach jedem durchgeführten Aufprallversuch muss das Prüffahrzeug folgende Anforderungen
erfüllen:
•
Die Beleuchtungs- und die lichttechnischen Einrichtungen müssen
funktionsfähig arbeiten und sichtbar sein.
•
Die Motorhaube, der Kofferraumdeckel und die Türen müssen normal
betätigt werden können.
•
Die Seitentüren des Prüffahrzeugs dürfen sich unter der Aufprallwirkung nicht selbsttätig öffnen.
•
Die Kühlmittel- und Kraftstoffsysteme des Fahrzeuges dürfen keine
Leckagen aufweisen.
•
Die Kühlmittel- und Kraftstoffleitungen dürfen keine Beschädigungen
aufweisen, welche ihre normale Funktion beeinträchtigen würde.
•
Die Abgasanlage des Fahrzeugs darf nicht derart beschädigt sein,
dass ihre normale Funktion verhindert wird.
•
Die Antriebssysteme, die Aufhängung einschließlich der Reifen, die
Lenkung und die Bremsanlage des Fahrzeuges müssen funktionsfähig
sein.
Hat ein Prüffahrzeug alle Crashversuche unter den oben genannten Gesichtspunkten bestanden, so wird von der Prüfbehörde die Genehmigung für den Betrieb auf öffentlichen
Straßen zugeteilt. Hierzu wird den Fahrzeugstoßfängern ein Genehmigungszeichen verliehen. Ein Muster eines solchen Zeichens ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Abb. 26: Genehmigungszeichenmuster nach [8]
43
Das vorhergehend dargestellte Genehmigungszeichenmuster ist ein Beispiel aus den
Niederlanden (E4). Es bedeutet, dass dieser Fahrzeugtyp dort nach der ECE Regelung
Nr.42 genehmigt wurde. Die Genehmigungsnummer lautet 002439.
Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit von Stoßfängern lassen sich durch den Crashtest
nach ECE-R 42 nur bedingt ziehen, da keine detaillierten Messergebnisse erfasst werden.
Die Bewertung bezieht sich nur auf eventuell entstandene Beschädigungen des Stoßfängersystems. Es ist nur ein eingeschränkter Vergleich zwischen verschiedenen Fahrzeugen möglich.
Nachfolgende Tabelle zeigt die wichtigsten Merkmale des ECE-R 42 Crashtests in Kurzform:
Anstoßgeschwin-
Barriere
Beladung
Bewertung
digkeit
gerader Anstoß
- 4 km/h
- starre Barriere
(Rollwagen oder
Pendel)
- je ein Versuch
leer
- je ein Versuch
- Kraftstoffdichtigkeit
- Kühlmitteldichtigkeit
- Verkehrssicherheit
beladen
schräger Anstoß
- 2,5 km/h
- starre Barriere
- leer
(Rollwagen oder
Pendel)
Tabelle 3: Merkmale der ECE-R 42 Crashtests nach [Autor]
44
3.2
Nicht gesetzlich vorgeschriebene Crashtests im Niedriggeschwindigkeitsbereich
in Deutschland
3.2.1 Typschadeneinstufungstest des AZT
Einen weiteren Fahrzeugcrashtest im Niedriggeschwindigkeitsbereich in Deutschland stellt
der AZT Typschadeneinstufungstest dar. Mittels des Crash-Reparaturtests wird der Scha-
(
)
dendurchschnitt eines Fahrzeugtyps nach Crashversuchen SDtypCT ermittelt. Hierfür werden
ein Front- und ein Heckcrash durchgeführt. Beide Versuche laufen mit einer lenkungsseitigen
Überdeckung von 40 % und einer Kollisionsgeschwindigkeit von 15 km/h ab. Bei der Frontkollision wird das Prüffahrzeug gegen eine starre undeformierbare Barriere gefahren. Beim
Heckcrash hingegen wird ein 1000 kg schwerer undeformierbarer Stoßwagen auf das Heck
des Prüfobjekts aufgefahren.
Barriere
Abb. 27: AZT Crashreparaturtest Frontanstoß nach [10]
Stoßwagen
Abb. 28: AZT Crashreparaturtest Heckanstoß nach [10]
Im Anschluss an die Crashversuche werden die Reparaturkosten für die entstandenen
Schäden ermittelt. Hierbei werden unter anderem Ersatzteilpreise, Instandsetzungszeit,
Werkstattstundensatz und Lackierungskosten festgestellt. Als weiterer Einflussfaktor auf den
Schadendurchschnitt wird noch ein fiktiver Seitenschaden einbezogen. Hierbei werden für
45
einen vordefinierten Seitenschaden Ersatzteilpreise, Arbeitspositionen und Aufwendungen
für die Lackierung betrachtet. Aufgrund von Erkenntnissen über die Verteilung von Unfallschäden ergeben sich dann für die einzelnen Kostenpositionen verschiedenen Wertigkeitsfaktoren, welche in die Berechnungsformel des Schadendurchschnittswertes mit einfließen.
Damit ergibt sich die Ermittlung des Schadendurchschnitts durch nachstehende Gleichung:
SDtypCT = (0,54 S F + 0,3 S H + 0,16 S s ) PRK
(3)
Darin bedeuten:
SDtypCT :
€
Schadendurchschnitt eines Fahrzeugtyp nach Crashtests
SF :
€
Kosten für den Frontschaden
SH :
€
Kosten für den Heckschaden
SS :
€
Kosten für den Seitenschaden
PRK :
%
Variable Regulierungskostenpauschale
Über den somit ermittelten Schadendurchschnitt lässt sich anhand von weiteren Berechnungen der indizierte Schadenbedarf ermitteln. Mit diesem erhaltenen Wert kann man anschließend mithilfe einer Einstufungstabelle eine Festlegung der Kaskoklasse vornehmen [11].
Durch die geringe Überdeckung von 40 % sind die Crashversuche des AZT für eine Leistungsfähigkeitsbewertung von Stoßfängersystemen nur bedingt anwendbar. Die Krafteinleitung in den Stoßfänger erfolgt sehr stark einseitig. Das führt zu einer großen Belastung der
Stoßsysteme auf der linken Fahrzeugseite. Des Weiteren ist die Anstoßgeschwindigkeit von
15 km/h für eine reversible Energieabsorption durch den Stoßfänger zu hoch. Bei Kollisionsgeschwindigkeiten in diesem Bereich treten in allen Fällen schon irreversible Deformationen
an den Fahrzeugen auf. Durch den Typschadentest des AZT ist herstellerseitig eine Optimierung der Stoßfängersysteme auf Fahrzeuganstöße mit 15 km/h zu beobachten. Angesichts
der Tatsache, dass alle Fahrzeugtypen dem Typschadentest unterzogen und im Anschluss
daran die Ergebnisse im Regelfall veröffentlicht werden, ergibt sich damit eine gute Vergleichsbasis für verschiedene Fahrzeuge. Die Bilderdokumentationen des AZT werden auch
häufig für die Abschätzung von Werten der EES (Energie-äquivalente Geschwindigkeit)
herangezogen.
Nachfolgend werden die Hauptmerkmale des Typschadentests nochmals in Tabellenform
zusammengefasst.
46
Anstoßgeschwin-
Barriere
Beladung
Bewertung
digkeit
Frontanstoß
- 15 km/h
- starre Barriere
- 1 Dummy
- Reparaturkosten
(Rollwagen oder
Pendel)
- 40 % Überdeckung
Heckanstoß
- 15 km/h
- starre Barriere
- 1 Dummy
- Reparaturkosten
(Rollwagen oder
Pendel)
- 40 % Überdeckung
Tabelle 4: Merkmale der AZT Crashreparaturtests nach [Autor]
3.3
in den USA
3.3.1 Niedriggeschwindigkeitscrashtest nach FMVSS Part 581
Die gesetzliche Regelung des FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standard) Part 581 ist
sehr stark angelehnt an die ECE-R 42 Regelung der europäischen Länder, insbesondere der
Bundesrepublik Deutschland. Entsprechend der ECE Versuche werden frontale und heckseitige Anstöße mit einer Aufprallgeschwindigkeit von 4 km/h realisiert. Die Anstöße auf die
Fahrzeugkanten werden ebenfalls mit einer Aufprallgeschwindigkeit von 2,5 km/h durchgeführt. Darüber hinaus ist auch die Ausführung der Aufpralleinrichtung der ECE-R 42
Regelung entsprechend. Im Unterschied zum europäischen Reglement werden in den USA
noch zwei weitere Versuche durchgeführt, in welchen das Prüffahrzeug front- und heckseitig
mit einer Anstoßgeschwindigkeit von 4 km/h gegen eine starre Barriere gefahren wird. Auf
weitere Ausführungen bezüglich der FMVSS Part 581 Untersuchungen wird an dieser Stelle
47
verzichtet, weil es in Analogie zum ECE-R 42 Verfahren geschehen würde. Nachfolgend wird
die tabellarische Zusammenstellung der US Vorschrift aufgezeigt.
Anstoßgeschwin-
Barriere
Beladung
Bewertung
digkeit
gerader Anstoß
- 4 km/h
- starre Barriere
(Rollwagen oder
Pendel)
- je ein Versuch
leer
- Stoßfängerbeschädigung
- je ein Versuch
beladen
- 4 km/h
- starre Barriere
- leer
schräger Anstoß
- 2,5 km/h
- starre Barriere
(Rollwagen oder
- leer
Pendel)
Tabelle 5: Merkmale der FMVSS Part 581 Crashtests nach [Autor]
3.4
48
in den USA
3.4.1 Niedriggeschwindigkeitscrashtest nach IIHS
In den USA werden neben den gesetzlich vorgeschriebenen Crashversuchen auch Untersuchungen von anderen Behörden und Organisationen durchgeführt. Das IIHS (Insurance
Institute for Highway Safety) beschäftigt sich unter anderem auch mit der passiven Sicherheit
von Kraftfahrzeugen. Diesbezüglich führt das IIHS eine Reihe von Fahrzeugcrashversuchen
im niedrigen Anstoßgeschwindigkeitsbereich durch. Hierunter fallen Fahrzeugfrontanstöße
an eine starre, gerade sowie an eine schräge Barriere mit einem Winkel von 30°. Die Anstoßgeschwindigkeit beträgt bei allen Versuchen des IIHS 5 mph das entspricht ca. 8 km/h.
Neben den Frontanstößen werden auch noch Anstöße an das Fahrzeugheck untersucht.
Hierbei wird einerseits das Fahrzeug gegen eine starre, gerade Barriere gefahren und andererseits gegen einen Stahlpfosten. Hierbei wird das Stoßfängersystem des Pkw sehr stark
punktuell belastet. Bei den Untersuchungen des IIHS steht die Ermittlung der Reparaturkosten durch die verursachten Schäden im Vordergrund. Die Ergebnisse werden als Kundeninformationen veröffentlicht.
49
Anstoßgeschwin-
Barriere
Beladung
Bewertung
digkeit
gerader Anstoß
- ca. 8 km/h
- starre Barriere
- leer
- Reparaturkosten
- ca. 8 km/h
- Stahlpfahl
- leer
- Reparaturkosten
schräger Anstoß
- ca. 8 km/h
- starre Barriere
- leer
- Reparaturkosten
Tabelle 6: Merkmale der IIHS Crashtests nach [Autor]
3.5
50
in Kanada
3.5.1 Niedriggeschwindigkeitscrashtest nach CMVSS 215
Die gesetzlich vorgeschriebenen Crashtests in Kanada sind durch den CMVSS (Canadian
Motor Vehicle Safety Standard) geregelt. Die Prüfung für Stoßfängersysteme an Pkw entspricht in ihren Anforderungen sowie in der Durchführung allgemein dem amerikanischen
Standard nach FMVSS Part 581. Als Unterschiede zu den amerikanischen Versuchen sind
die Prüfgeschwindigkeiten und die Ergebnissauswertung zu betrachten. Die geraden Fahrzeuganstöße nach CMVSS 215 laufen bei einer Anstoßgeschwindigkeit von 8 km/h ab. Die
Fahrzeugkanten werden mit 4,8 km/h angestoßen. Bei den kanadischen Versuchen wird
nicht nur die Stoßfängerbeschädigung betrachtet, sondern es wird auch die Erhaltung der
Verkehrssicherheit mit in Betracht gezogen. Auf die tabellarische Darstellung wird an dieser
Stelle verzichtet und auf die Tabelle 5 der amerikanischen Zusammenfassung verwiesen.
3.6
in England und weiteren Staaten
3.6.1 Niedriggeschwindigkeitscrashtest nach RCAR
Das RCAR (Research Council for Automobile Repairs) ist eine internationale Organisation,
die auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugforschung tätig ist. Das RCAR umfasst Mitgliedsorganisationen in 17 Ländern. Als deutsche Vertreter seien hier das AZT und das KTI (Kraftfahrzeugtechnisches Institut) genannt. Die Crashtestversuche des RCAR sind identisch mit dem
Typschadeneinstufungstest des AZT. Die Versuche des RCAR bilden in England ebenfalls
die Grundlage zur Versicherungseinstufung von Fahrzeugen. Mit dem Verweis auf den AZT
Crashtest wird auf eine ausführliche Darstellung des RCAR Versuches an dieser Stelle wiederum verzichtet.
3.7
Wichtige Fahrzeugcrashversuche in allen Geschwindigkeitsbereichen
In den Anlagen 7 … 10 dieser Arbeit ist ein kurzer Gesamtüberblick über die wichtigsten
europäischen und amerikanischen Fahrzeugcrashversuche dargestellt. Hierbei wurden alle
Anstoßgeschwindigkeiten berücksichtigt. Über diese Zusammenstellung hinaus existieren
noch weitere angewandte Crashverfahren für Pkw. Im Rahmen dieser Arbeit wurden hierbei
nur die wichtigsten Prüfungen ohne Anspruch auf Vollständigkeit berücksichtigt.
4
51
Wie schon kurz in der Einleitung beschrieben, muss sich der Unfallanalytiker insbesondere
dann, wenn ein Versicherungsbetrug vermutet wird, mit der Frage beschäftigen, ob die
Beschädigungen an einem Fahrzeug aus dem behaupteten Unfallgeschehen resultieren
können. Unter anderem steht dann die Frage im Raum, ob die Schadenintensitäten zueinander kompatibel sind.
Gerade bei Kollisionen im niedrigen Geschwindigkeitsbereich ergeben sich oftmals Schwierigkeiten bei der Beantwortung der Frage, ob die Intensitäten der Beschädigungen an den
Fahrzeugen miteinander vereinbar sind. Dies liegt unter anderem daran, dass die hohe
Elastizität der Außenverkleidung in Verbindung mit reversiblen Bauteilen des Stoßfängers
von Pkw eine Abschätzung der Struktursteifigkeit erschwert. Andererseits haben aber auch
die verschiedenen Struktursteifigkeiten der Pkw einen großen Einfluss auf die Verformungscharakteristik. Im folgenden Abschnitt wird die Kompatibilitätsanalyse von Fahrzeugschäden
einmal näher betrachtet.
4.1
Kompatibilitätsanalyse von Fahrzeugbeschädigungen nach einem
Verkehrsunfall
Die Automobilhersteller sind bemüht, die Fahrzeugkomponenten des Stoßfängersystems so
zu konstruieren, dass bei leichteren Anstößen (Parkplatzremplern) keine bleibenden Schäden am Pkw auftreten. Diese Bauteilauslegung hat unter Umständen zur Folge, dass auch
bei etwas heftigeren Kollisionen die Kunststoffoberfläche wieder in ihre Ausgangsposition
zurückgeht und damit eventuelle weitere Beschädigungen am nicht demontierten Pkw verborgen bleiben. Für den nichtfachkundigen Fahrzeugbesitzer sind nach dementsprechenden
Karambolagen meist keine Schäden erkenntlich und werden somit auch oftmals toleriert.
Ein weiterer Konfliktpunkt, der in diesem Zusammenhang erwähnt werden muss, sind die
variablen Unfallkonstellationen der an der Kollision beteiligten Fahrzeuge. Je nach Lage der
Fahrzeuge zu Beginn der Kollision können sich erwartungsgemäß unterschiedliche Beschädigungsbilder ausprägen.
4.1.1 Strukturelle Eigenschaften von Fahrzeugen
Die strukturellen Fahrzeugeigenschaften sind von mehreren Faktoren abhängig. Die wichtigsten werden nachfolgend kurz beschrieben.
4.1.1.1
52
Fahrzeugbauform
Die Fahrzeugbauform der Kollisionspartner hat einen großen Einfluss auf die eintretenden
Beschädigungen (siehe auch 4.3.3.6.4). Diesbezüglich können exemplarisch zur Verdeutlichung aufgeführt werden:
•
Fließheck-
•
Stufenheck-
•
Kombifahrzeuge.
4.1.1.2 Fahrzeugklassifizierung
Sind am Unfallgeschehen Pkw verschiedener Fahrzeugklassen beteiligt, kann man davon
ausgehen, dass die zu erwartenden Beschädigungen erheblich voneinander differieren
können. Die Struktursteifigkeit eines Kleinwagens beispielsweise ist aufgrund der geringen
Fahrzeuglänge und somit des zur Verfügung stehenden Verformungswegs sehr steif ausgelegt. Im Gegensatz dazu hat ein Pkw der gehobenen Mittelklasse einen längeren Verformungsweg zur Verfügung. Eine positive Folgeerscheinung hieraus ist die Erhöhung der passiven Sicherheit, die durch eine weiche Auslegung der Fahrzeugstrukturen bedingt ist.
Angenommen es kollidiert ein Kleinwagen auf das strukturweiche Heck eines Mittelklassefahrzeugs, so treten erwartungsgemäß am Heck des größeren Pkw die höheren Schadenintensitäten ein. Besonderer Augenmerk fällt hierbei den Lkw-Pkw-Kollisionen zu. Nach Auffahrunfällen von Lkw auf Pkw sind am Lkw meist keine Schäden feststellbar, am kleineren
Fahrzeug hingegen treten oft gravierende Beschädigungen auf.
4.1.1.3 Fahrzeuge mit Anhängerzugvorrichtung
Bei Fahrzeugen mit Anhängerzugvorrichtung weicht die vorhandene Steifigkeit des Hecks
stark von der konstruktionsbedingten Hecksteifigkeit ab. Durch eine montierte Anhängerkupplung können sich die Verformungswege, vergleichsweise zum Fahrzeug ohne dieses
Anbauteil, erheblich verringern (siehe 4.3.3.6.4).
4.1.2 Variable Unfallkonstellation
Je nach Unfallkonstellation können erheblich voneinander differierende Schadenintensitäten
auftreten. Anhand eines Heckaufpralls soll dieser Sachverhalt verdeutlicht werden.
4.1.2.1
53
Unterfahr-, Überfahrkollision
Bei einer Heckkollision, bei der sich der Stoßfänger des anstoßenden Fahrzeugs gegen den
Stoßfänger des anderen Pkw abstützt, sind bis zu einer Aufprallgeschwindigkeit von ca.
15 km/h verhältnismäßig geringe Beschädigungen zu erwarten. Durch den direkten Stoßfänger-Stoßfänger-Kontakt können relativ hohe Kräfte über die dahinter liegenden Fahrzeuglängsträger aufgenommen werden. Fährt der stoßende Pkw allerdings stark gebremst auf, so
kommt es durch das Eintauchen der Front zu einem Unterfahren des Stoßfängers vom Vordermann und bei gleicher Kollisionsgeschwindigkeit zu gravierenden Beschädigungen am
auffahrenden Fahrzeug (siehe auch 4.3.3.6.3). Ebenso ist beim Überfahren des Stoßfängers,
hervorgerufen durch stark beschleunigtes Auffahren, der gleiche Effekt, jedoch mit umgekehrten Schadenintensitäten feststellbar.
4.1.2.2
Vollüberdeckte und teilüberdeckte Kollision
Der Überdeckungsgrad hat auch großen Einfluss auf die Schadenintensität. Während es bei
einer Kollision mit voller Überdeckung zu geringen Schäden an den beteiligten Fahrzeugen
kommt, ist beim teilüberdeckten Unfall mit sonst identischen Randbedingungen mit größeren Beschädigungen an den Pkw zu rechnen. Im Abschnitt 4.3.3.6.2 wird noch näher auf den
Überdeckungsgrad bei Fahrzeugkollisionen eingegangen.
54
4.2
Fallbeispiele zur Problematik der Kompatibilitätsanalyse
4.2.1 Auffahrunfall Opel Omega Caravan auf Opel Omega Caravan
Aufgefahrenes Fahrzeug
Angestoßenes Fahrzeug
Beschädigungen am aufgefahrenem
Beschädigungen am angestoßenem
Fahrzeug
Fahrzeug
Abb. 29: Stark differierende Beschädigungen durch einen
realen Verkehrsunfall nach [12]
4.2.1.1
55
Unfallablauf
Der vorausfahrende Opel Omega Caravan musste an einem Kreisverkehr halten, um einem
am Unfall unbeteiligtem Pkw die Vorfahrt zu gewähren. Durch diesen Haltevorgang ereignete
sich anschließend die Auffahrkollision des zweiten beteiligten Opel Omega Caravan [12]. Die
beiden unfallbeschädigten Pkw sind gleichen Fahrzeugtyps.
4.2.1.2
Fahrzeugbeschädigungen
In Abbildung 29 sind die beiden am Unfall beteiligten Opel Omega Caravan abgebildet. Auf
dem ersten Blick fällt eine starke Diskrepanz zwischen den Beschädigungen der beiden Pkw
auf. Diese augenscheinliche Ungleichheit der Deformierungen gab dem Sachbearbeiter der
regulierenden Versicherung den Anlass, eine Begutachtung durch einen Sachverständigen
in Auftrag zu geben.
Am aufgefahrenen Omega befinden sich die Beschädigungen vor allem oberhalb des
vorderen Stoßfängers. Beide Hauptscheinwerfer sind zerstört. Des Weiteren kann man
Beschädigungen der Motorhaube sowie an den vorne gelegenen Aggregaten erkennen. Die
sichtbaren Deformationen am angestoßenen Pkw belaufen sich auf eine Stauchfalte im
linken hinteren Seitenteil und leichten Dellen in der Heckklappe. Aus dem Schadengutachten, welches dem Rekonstruktionsauftrag beigefügt war, konnte man außerdem auf
deutliche Stauchungen im Bereich des Kofferraumbodens des angestoßenen Fahrzeugs
schließen. Der Stoßfänger des Fahrzeugs erscheint jedoch nicht, allenfalls gering, beschädigt.
4.2.1.3
Zuordnung der Fahrzeugschäden
Durch die deutlich abgegrenzten Beschädigungsbereiche sowie den Aussagen der Fahrzeugführer lässt sich schlussfolgern, dass beide Pkw während der Kollision stark gebremst
waren. Man kann von einem Unterfahrvorgang beim Anstoß ausgehen. Die folgende Abbildung 30 stellt die Anstoßsituation graphisch dar.
56
Abb. 30: Anstoßsituation Auffahrunfall nach [12]
Eine nähere Betrachtung der Anstoßsituation (siehe Abbildung 30) gibt eine plausible Erklärung der auf den ersten Blick nicht miteinander in Verbindung bringenden Schadenintensitäten. Durch das Unterfahren des auffahrenden Omega bildet sich die Kontaktfläche zwischen
dem Stoßfänger des vorderen und der Scheinwerferebene des hinteren Pkw aus. Da der
Heckstoßfänger auf der Höhe der Längsträger montiert ist, besitzt das Fahrzeugheck des
angestoßenen Fahrzeuges eine höhere Steifigkeit als die strukturweiche Scheinwerferebene
des auffahrenden Pkw.
Im weiteren Verlauf der Begutachtung war es möglich, detaillierte Schadenmerkmale ihren
Ursachen zuzuordnen. Hierbei behalf man sich mittels Überlagerung der Schadenbilder.
Dieses Verfahren wird heutzutage unter Verwendung von moderner Computertechnik und
entsprechender Software weit verbreitet angewandt.
In Abbildung 31 werden die Beschädigungen des aufgefahrenen Pkw mit einem unbeschädigten Vergleichsfahrzeug in Verbindung gebracht. Hierbei wurde das Bild des Vergleichsfahrzeugs gespiegelt, um eine direkte Zuordnung der Schäden zu ermöglichen. Ebenfalls
gespiegelt (siehe Abbildung 32) wurde auch das Bild des angestoßenen Opel Omega Caravan. In dieser Darstellung wurden die Schadenmerkmale den beiden unfallbeteiligten Pkw
zugeordnet.
Abb. 31: Schadenzuordnung mit Vergleichsfahrzeug nach [12]
Abb. 32: Schadenzuordnung der unfallbeteiligten Fahrzeuge nach [12]
57
4.2.1.4
58
Auswertung
Bei genauerer Analyse der Beschädigungen besteht die Möglichkeit, die am aufgefahrenen
Pkw entstandenen, markanten Schäden detailliert einem Kontaktpartner am gestoßenen
Fahrzeug zuzuordnen. Hieraus kann aus technischer Sicht die Schlussfolgerung gezogen
werden, dass diese Kollision mit der angenommenen Anstoßsituation stattgefunden hat.
Nachfolgend kann man die Aussage treffen, dass die Beschädigungen der beiden Fahrzeuge miteinander kompatibel sind.
Das hintere Fahrzeug ist mit einem leichten Versatz auf das Heck des vorderen Omega aufgefahren. Die Pkw waren zum Kollisionszeitpunkt beide stark gebremst. Bedingt durch das
Eintauchen der Fahrzeugfront sowie das Ausfedern des Fahrzeughecks beim Bremsvorgang
kam es zu einem Unterfahrvorgang des hinteren Pkw. Hierbei traf dieser mit der Scheinwerferebene auf den Stoßfänger des vorausfahrenden Omega Caravan auf. Mit diesem
Hintergrund lassen sich die stark voneinander differierenden Fahrzeugbeschädigungen plausibel erklären, da die Struktursteifigkeiten der in der Kollision einbezogenen Kontaktbereiche
stark voneinander abweichen.
59
4.2.2 Auffahrunfall BMW 3-er auf Audi 80
Um nicht durch das vorangegangene Beispiel einen falschen Eindruck entstehen zu lassen,
dass der auffahrende Pkw stärkere Beschädigungen beim Auffahrunfall erfährt wie das angestoßene Fahrzeug, wird nachfolgend ein weiterer Realunfall kurz aufgezeigt.
Beschädigungen am aufgefahrenem
Beschädigungen am angestoßenem
Fahrzeug
Fahrzeug
Abb. 33: Stark differierende Beschädigungen durch einen realen
Verkehrsunfall nach [13]
4.2.2.1
60
Auswertung
Zwischen den beiden Pkw kam es zu einem Auffahrunfall mit teilweiser Überdeckung.
Hierbei entstand, im Gegensatz zu Beispiel 4.2.1, am angestoßenen Fahrzeug erheblicher
Sachschaden. Der aufgefahrene BMW dagegen zeigt äußerlich keine sichtbaren Beschädigungen. Die Differenz der entstandenen Beschädigungen lässt sich wieder auf die
verschiedenen Fahrzeugsteifigkeiten sowie die Energieabsorptionseigenschaften der Stoßfängersysteme zurückführen. Der BMW besitzt ein modernes Stoßfängersystem mit reversiblen Teilkomponenten. Der ältere Audi 80 dagegen weist eine sehr weiche Heckstruktur in
Verbindung mit einem starren Stoßfänger auf. Dadurch wird die in die Kollision eingebrachte
Energie beim Audi 80 vorrangig in Deformationsarbeit umgewandelt.
Anhand dieser beiden realistischen Unfallereignisse zeigt sich, dass die Schadenbilder der
beiden Kollisionspartner nach einem Auffahrunfall stark voneinander abweichen können. Im
direkten Vergleich der Beschädigungen kann somit beim Schadenregulierer leicht der
Verdacht auf ein manipuliertes Schadenereignis aufkommen. Dies führt im weiteren Verlauf
zur Verweigerung der Zahlungen seitens der Versicherung. In den meisten Fällen kommt es
im Anschluss daran zum Rechtsstreit. Das Gericht beauftragt dann wieder einen Unfallanalytiker, der ein Gutachten zur Kompatibilität der Beschädigungen verfasst. Es gibt aber auch
Fälle, in denen der Sachverständige direkt von einer Versicherungsgesellschaft beauftragt
wird, einen Schadensachverhalt zu beleuchten.
Mit diesen Beispielunfällen wird deutlich, dass eine Beschäftigung mit den Leistungsmerkmalen von modernen Stoßfängersystemen im Bereich der Verkehrsunfallrekonstruktion von
großer Bedeutung ist.
Bezüglich der Kompatibilitätsprüfung von Fahrzeugbeschädigungen wird auf die Anlage 11
verwiesen. Dort sind weitere aus Realunfällen resultierende Fahrzeugschäden abgebildet.
4.3
61
Halswirbelsäulenverletzung nach einem Verkehrsunfall
Die Anzahl einer verkehrsunfallbedingten Verletzung der HWS von Pkw-Insassen hat in den
letzten Jahren, insbesondere bei leichten Auffahrunfällen, deutlich zugenommen. Betrachtet
man die ständige Verbesserung der passiven Sicherheit von Pkw, so erscheint diese Tatsache etwas widersprüchlich.
4.3.1 Problematik einer verkehrsunfallbedingten Verletzung der HWS
Nach [14] ist zu entnehmen, dass bei Pkw-Heckkollisionen mit aufgetretenem Personenschaden in 93,5 % der Fälle eine HWS-Verletzung vorgetragen wird. Der daraus entstehende volkswirtschaftliche Schaden wird für Europa auf jährlich 5 … 10 Milliarden €
geschätzt. In einer anderen Studie wurden 15000 Pkw-Pkw-Kollisionen mit eingetretenem
Personenschaden untersucht. Hierbei wurden in 81,3 % der Fälle eine Verletzung der HWS
gemeldet [15].
Die Problematik, die hinter diesen Zahlen vermutet wird, ist die allgemein verbreitete
Annahme, dass man aus leichten Pkw-Unfällen als „Geschädigter“ ein paar Tage „Krankheits-Urlaub“ oder im günstigsten Fall auch noch ein „Schmerzensgeld“ auf Kosten der
Versicherungswirtschaft erwirken kann. Es gibt sogar eine Veröffentlichung, in der ein
ADAC-Verbraucherberater rät, auch bei geringem Sachschaden eine Unfallaufnahme durch
die Polizei zu erzwingen, indem man eine Verletzung vorschütze. Bei Verkehrsunfällen mit
Personenschäden ist die Polizei verpflichtet, eine Verkehrsunfallanzeige anzufertigen.
Anschließend, so die „Empfehlung“, könne man auch noch Schmerzensgeld für ein Schleudertrauma der HWS geltend machen. Selbst von einem Polizeioberrat wurde 1994 in der
„Auto-Bild“ folgendes Zitat abgedruckt:
„Bei kleineren Blechschäden lege ich mich einfach neben mein Auto –
und bin eben verletzt.“ [13]
Veröffentlichungen mit derartigen Inhalten verleiten einen Großteil der Autofahrer dazu,
Verletzungen der HWS nach Verkehrsunfällen geltend zu machen. Ob diese Verletzungen
auch wirklich auftraten oder durch den Verkehrsunfall hervorgerufen wurden, ist sehr schwer
bzw. nur mit aufwendigen Untersuchungen festzustellen. Weiterhin kommt hinzu, dass ein
Versicherungsbetrug mit einer vorgetäuschten Verletzung der HWS in der Bevölkerung als
„Kavaliersdelikt“ angesehen wird. Es wurden sogar Fälle bekannt, in denen Auffahrkollisionen verabredet wurden, um Schmerzensgeldforderungen geltend machen zu können [13].
62
Die mit den steigenden Schadensersatzansprüchen verbundenen ansteigenden Kosten
werden von der Versicherungswirtschaft nicht gebilligt. Folglich bemühen sich die Versicherungen mit zunehmenden Maßen, die eingeforderten Gelder nicht zahlen zu müssen. Nach
verweigerter Zahlung seitens der Versicherung kommt es in vielen Fällen zu einem Rechtsstreit vor dem Gericht. Im Verlauf des Verfahrens beauftragt das Gericht unter anderem oft
einen Sachverständigen für Straßenverkehrsunfälle mit der Erstellung eines Gutachtens. Bei
einem derartigen Gutachten geht es in der Regel um die Klärung der Fragestellung, wie hoch
die Geschwindigkeitsänderung des angestoßenen Fahrzeuges durch die Kollision war, da
diese Geschwindigkeitsänderung nach der derzeitigen Lehrmeinung ein Maß für die Verletzungskausalität ist.
4.3.2 Beurteilung der HWS-Verletzung durch Sachverständige
4.3.2.1
Technische Sachverständige
Die Arbeit des technischen Sachverständigen beschränkt sich in der Regel darauf, die Belastung, die während der Kollisionsphase auf die Insassen in einem Fahrzeug einwirkte, zu
ermitteln. Hierzu wertet er die an den Fahrzeugen entstandenen Beschädigungen aus, um
hierüber mittelbar eine Aussage zur Insassenbelastung zu treffen. Häufig tritt hierbei jedoch
das Problem auf, dass an einem oder sogar an beiden Fahrzeugen äußerlich keine Beschädigungen feststellbar sind. Aus diesem Grunde bereitet es oftmals Schwierigkeiten, die
Insassenbelastung ausreichend genau einzugrenzen. Über das Energieabsorptionsvermögen von aktuellen Stoßfängersystemen im niedrigen Geschwindigkeitsbereich ist derzeit so
gut wie nichts bekannt.
4.3.2.2
Medizinische Sachverständige
Die Aufgabe des medizinischen Sachverständigen besteht darin, eine Beurteilung über die
Möglichkeit einer Verletzung der HWS nach einem Unfallereignis abzugeben. Hierbei ist der
medizinische Sachverständige, oftmals der Hausarzt des Geschädigten, nur selten bzw.
nicht in der Lage eine simulierte HWS-Verletzung nachzuweisen. Er bestimmt seine Diagnose im Regelfall über die subjektiv empfundenen Beschwerden seines Patienten. Informationen zum Unfallhergang liegen dem Arzt meistens nicht vor.
63
Die vorwiegend angegebenen Symptome der Patienten lauten:
•
Nackenschmerzen
•
Bewegungseinschränkung der HWS
•
Muskelverspannungen
•
Druckschmerzen
•
Kopfschmerzen
•
Schulterschmerzen
•
Übelkeit
•
Schwindelgefühl
•
Schwäche der oberen Gliedmaßen
•
Hör- und Sehstörungen
Am häufigsten werden von den Geschädigten ein oder zwei Symptome genannt. In seltenen
Fällen sind es mehrere Anzeichen. Thoraxprellungen, die aufgrund des angelegten Sicherheitsgurtes aufgetreten sein sollen, werden nicht selten als Begleitverletzung erwähnt [15].
Weitergehende Untersuchungen wie z.B. Röntgen, computertomografische oder kernspintomografische Untersuchungen werden in den meisten Fällen aus Kostengründen nicht
vorgenommen.
Vor dem Gericht wird im Regelfall nicht genau zwischen dem technischen und dem medizinischen Sachverständigen unterschieden. Es ist eine Vermischung der beiden Fachgebiete
feststellbar, so dass auch technische Gutachter Aussagen treffen, welche die Verletzungsmöglichkeit der HWS beschreiben.
4.3.3 HWS-Verletzung aus technischer Sicht
4.3.3.1
Begriffsbestimmung
In den meisten technischen Veröffentlichungen wird in Verbindung mit einer HWS-Verletzung
von einem Schleudertrauma der HWS, HWS-Distorsion, Beschleunigungs- oder Schleuderverletzung der HWS gesprochen. Auf detaillierte Begriffsbestimmungen an dieser Stelle wird
verzichtet, weil die Fachleute aus den verschiedensten Bereichen sich bis zum heutigen
Tage auf keine einheitliche Definition in diesem Zusammenhang einigen konnten [16]. Im
Folgenden werden in dieser Arbeit alle Begriffe verwendet.
4.3.3.2
64
Einteilung der Kollisionen
Zur Begutachtung der Insassenbelastung bei Pkw-Kollisionen im Hinblick auf eine Verletzung der HWS, unterscheidet der Unfallanalytiker zwischen einer eindimensionalen und
einer zweidimensionalen Kollision.
Als eindimensionale Kollision kann beispielsweise der klassische Heckauffahrunfall betrachtet werden. Hierbei fährt ein Fahrzeug auf ein stehendes Fahrzeug auf. Im Anschluss an den
Zusammenprall bewegt sich der angestoßene Pkw mit einer Auslaufgeschwindigkeit fort. Bei
einer eindimensionalen Kollision ändert sich die Kollisionsgeschwindigkeit nur nach dem
Betrag. Bei einer zweidimensionalen Kollision hingegen ändert sich die Kollisionsgeschwindigkeit nach dem Betrag und in der Richtung. Ein typisches Beispiel hierfür ist der Kreuzungsunfall. Ein vorfahrtberechtigtes Fahrzeug überquert mit einer bestimmten Geschwindigkeit eine Kreuzung. Durch einen von der Nebenstraße einfahrenden Pkw wird die
Vorfahrtregelung nicht beachtet und es kommt zu einem Unfall. Der Pkw auf der Vorfahrtstraße erfährt, hervorgerufen durch den Anstoß, eine Geschwindigkeitsänderung von Betrag
und Richtung [14].
Im weiteren Verlauf dieser Arbeit werden nur eindimensionale Kollisionen im niedrigen Geschwindigkeitsbereich betrachtet. Bei diesem Unfalltyp ist das Energieabsorptionsvermögen
von Stoßfängersystemen von besonderem Interesse.
4.3.3.3
Bewegungsablauf des Kopfes
Abb. 34: Beschreibung der Kopfbewegung nach [16]
65
Unter dem Schleudertrauma der HWS versteht man die stoßartige Beschleunigung oder
Abbremsung des menschlichen Körpers, welche eine gegenläufige Bewegung des auf der
Halswirbelsäule getragenen Kopfes bewirkt. Diese Kopfbewegung ist durch die Massenträgheit des Schädels erklärbar. Die Wirkungsrichtung der Kraft ist hierbei von untergeordneter
Rolle. Man unterscheidet bei den Bewegungsabläufen die Flexion und die Extension (Abbildung 34) [16]. Während einer Frontkollision (Fahrzeugverzögerung) erfährt der Kopf des
Pkw-Insassen eine Flexion (Vorwärtsbewegung). Bei einer Heckkollision (Fahrzeugbeschleunigung) hingegen ist zuerst eine Extension (Rückwärtsbewegung) des Kopfes feststellbar, an die sich eine Flexion mit geringer Intensität anschließt.
Bei medizinischen Untersuchungen hat sich gezeigt, dass die HWS bei der Kopfbewegung
nach vorn biomechanisch belastbarer ist als bei der Bewegung nach hinten. Diese Feststellung lässt sich damit begründen, dass die bei einer Flexion beanspruchte Nackenmuskulatur
stärker ausgeprägt ist als die Muskulatur des Halses. Eine weitere Erkenntnis zeigt, dass die
HWS von Männern höhere Belastungen erträgt als die HWS der Frauen. Dies lässt sich mit
der stärkeren Muskelausbildung beim männlichen Körper erklären [17, 18].
4.3.3.4
Tolerierbare HWS-Belastungen
Um den Bereich der erträglichen HWS-Belastungen eingrenzen zu können, wurden zur
Grundlagenerforschung verschiedene Versuchsreihen von Sachverständigen der unterschiedlichsten Fachbereiche durchgeführt.
Nach [13, 15, 16] wurde bei einer Versuchsreihe beispielsweise das klassische AutoskooterFahrgeschäft als Testobjekt verwendet. Hierbei stellte man fest, dass die Beschleunigung a,
welche auf den Autoskooter einwirkte, mit dem Beschleunigungsverlauf einer PkwFahrgastzelle im realen Unfallgeschehen gut vergleichbar ist (siehe Abbildungen 35 und 36).
66
Abb. 35: Beschleunigungsverlauf Pkw-Fahrgastzelle nach [14]
Abb. 36: Beschleunigungsverlauf Autoskooter nach [14]
Im normalen Autoskooterbetrieb ereignen sich unzählige Anstöße mit einem sehr breit
gefächertem Fahrerklientel (Jugendliche bis ältere Menschen). Autoskooter werden schon
einige Jahrzehnte lang betrieben, ohne dass bis zum heutigen Tage eine Klage wegen einer
Verletzung der HWS bekannt wurde. Betrachtet man die im Vergleich zum Pkw ungünstigere
Sitzposition (Rückenabstützung nur bis unter die Schulterblätter) sowie das gänzliche Fehlen
von Kopfstützen, ist das eine sehr bemerkenswerte Feststellung. Somit eignen sich die Ergebnisse der Autoskooterversuche als Grundlage dafür, welche Geschwindigkeitsänderung
die menschliche HWS ohne Verletzung toleriert.
4.3.3.5
67
Belastungsgrenzwerte der HWS
Wie vorangegangen schon beschrieben, werden in der alltäglichen Praxis des Unfallanalytikers vermehrt Gutachten bearbeitet, in denen die Fragestellung zur Insassenbelastung aus
technischer Sicht erläutert werden soll. Da die Insassenbelastung von verschiedenen Faktoren, die nachfolgend beschrieben werden, abhängig ist, stellt sich die Eingrenzung eines
ertragbaren Belastungsniveaus für die menschliche HWS als sehr schwierig dar. Aus diesem
Grund geht man dazu über, von einem „Harmlosigkeitsbereich“ im Hinblick auf die Verletzungen zu sprechen [14]. Dieser Bereich, in dem „normale“ Menschen keine Verletzung der
HWS erfahren, ist durch zahlreiche Versuche der unterschiedlichsten Arten relativ abgesichert. Natürlich muss man hierbei immer bedenken, dass es sich um lebendige Menschen
handelt und diese jeweils die verschiedensten Körperkonstitutionen vorweisen.
Die bekannten Belastungswerte zur Eingrenzung des Harmlosigkeitsbereiches stammen
aus:
•
Verkehrsunfallanalysen
•
Leichenversuchen
•
Dummyversuchen
•
Freiwilligenversuchen.
Nach dem derzeitigen Erkenntnisstand der biomechanischen Forschung geht man heutzutage davon aus, dass es bei einer Geschwindigkeitsänderung von 10 … 11 km/h nicht zu
einer Verletzung der menschlichen HWS kommen kann. Hierbei wird aber vorausgesetzt,
dass der Insasse normal in seinem Fahrzeugsitz gesessen hat und dass keine Abnormalitäten der HWS vorhanden waren. Für den Bereich oberhalb dieser angegebenen Geschwindigkeitsänderung gibt es zum momentanen Zeitpunkt keine gesicherten Untersuchungsergebnisse [14].
4.3.3.6
Einflussparameter der Insassenbelastung
Die Insassenbelastung des angestoßenen Pkw bei Fahrzeugkollisionen wird durch mehrere
Einflussparameter bestimmt. Die einflussnehmenden Größen sind die Geschwindigkeitsänderung, der Überdeckungsgrad, die Stoßpunkthöhe, die Struktursteifigkeit und das
Massenverhältnis der Fahrzeuge.
68
4.3.3.6.1 Geschwindigkeitsänderung
Die zentrale Bedeutung für die Belastung der HWS von Fahrzeuginsassen kommt der
Geschwindigkeitsänderung des angestoßenen Fahrzeugs zu. In Verbindung mit der
Geschwindigkeitsänderung kann man auch von dem Geschwindigkeitszuwachs des gestoßenen Fahrzeugs sprechen. Die bei der Kollision eingetretenen Schäden an den Fahrzeugen
erlauben Rückschlüsse auf die Relativgeschwindigkeit v rel (Geschwindigkeitsüberschuss
des stoßenden Fahrzeugs). Hierüber erschließt sich mittelbar die Geschwindigkeitsänderung
des gestoßenen Fahrzeugs und somit unter Berücksichtigung der Kollisionsdauer auch die
Belastung, die auf die Insassen im Fahrzeug während der Kollisionsphase einwirkte. Die
Relativgeschwindigkeit der beiden Kollisionspartner ist folgendermaßen bestimmt:
v rel = v1 − v 2
(4)
Darin bedeuten:
v rel :
km/h
v1 :
km/h
Geschwindigkeit stoßendes Fahrzeug vor Kollision
v2 :
km/h
Geschwindigkeit gestoßenes Fahrzeug vor Kollision
4.3.3.6.2 Überdeckungsgrad
Einen zweiten Einflussfaktor bei der Ermittlung der Geschwindigkeitsänderung stellt der
Überdeckungsgrad der kollidierten Fahrzeuge dar. Er beschreibt das Verhältnis der Kontaktbereiche der Pkw zur Fahrzeugbreite mittels einer Prozentangabe. Der Überdeckungsgrad unterscheidet sich grob in vollüberdeckte Kollisionen und in Kollisionen mit teilweiser
Überdeckung (siehe Abbildung 37). Nimmt der Überdeckungsgrad der Fahrzeuge zu, so erhöht sich auch die Kontaktfläche zwischen den Kollisionspartnern. Daraus resultiert eine
größere Fläche, die dem Kraftaustausch zur Verfügung steht. Bei gleicher Geschwindigkeitsdifferenz ergibt sich damit ein größerer Anteil elastischer Rückverformung. Die vollüberdeckte Kollision verläuft im Vergleich zur teilüberdeckten Kollision elastischer ab. Somit ist
der Stoßfaktor k (siehe Kapitel 4.4.1.2) bei voller Überdeckung größer als beim teilüberdeckten Stoß. Bezogen auf die Insassenbelastung kann man folgende Aussage treffen: Bei
einer Fahrzeugkollision mit gleicher Differenzgeschwindigkeit erfährt der Insasse im angestoßenen Pkw bei voller Fahrzeugüberdeckung eine größere Geschwindigkeitsänderung als
bei einem teilüberdeckten Anstoß.
Anstoß mit 100 % Überdeckung
69
Anstoß mit 50 % Überdeckung
Abb. 37: Einfluss des Überdeckungsgrades auf den Verformungsumfang nach [14]
Die Abbildung 37 zeigt die Beschädigungen der Versuchsfahrzeuge mit einer jeweiligen Kollisionsgeschwindigkeit v Koll von ca. 20 km/h. Im linken Teil der Abbildung sind die Fahrzeugschäden nach einem Anstoß mit einer vollen Überdeckung, im rechten Bildteil die Beschädigungen nach einem Anstoß mit einer Überdeckung von 50 % zu sehen. Es ist deutlich
erkennbar, dass der teilüberdeckte Anstoß mit größeren Deformationen einhergeht als im
vollüberdeckten Anprall. Resultierend aus den verschiedenen Deformationsumfängen
wurden auch verschiedene Geschwindigkeitsänderungen der angestoßenen Fahrzeuge ∆v 2
ermittelt. Beim vollüberdeckten Versuch belief sich die Geschwindigkeitsänderung ∆v 2 auf
13,6 km/h, beim teilüberdeckten Versuch wurde ∆v 2 mit 9,0 km/h bestimmt [14].
70
4.3.3.6.3 Stoßpunkthöhe
Die Stoßpunkthöhe stellt einen weiteren Einflussfaktor auf die Insassenbelastung bei Fahrzeugkollisionen dar. Bei Auffahrkollisionen fährt das anstoßende Fahrzeug meist gebremst
auf den Kollisionspartner auf. Durch den Bremsvorgang taucht das Fahrzeug vorne ein und
es kommt zu einem Unterfahren des Stoßfängers beim angestoßenen Fahrzeug. Je nach
Fahrzeugtyp und Witterungseinflüssen kann das Eintauchen der Front ca. 6 … 11 cm bei
einer Vollbremsung auf trockener Straße betragen [19]. Bedingt durch diesen Effekt kommt
es zu einem Kraftaustausch zwischen der Scheinwerferebene des auffahrenden Pkw sowie
dem Heckstoßfänger des angestoßenen Fahrzeugs. Im Gegensatz zur Stoßfängerstruktur
besitzt die Scheinwerferebene eine deutlich geringere Struktursteifigkeit (siehe Punkt
4.3.3.6.4). Dadurch bedingt ist eine höhere Schadensausprägung am auffahrenden Pkw zu
erwarten.
Abb. 38: Veränderung der Stoßpunkthöhe nach [13]
Kollision mit Unterfahren
71
Kollision Stoßfänger-Stoßfänger
Abb. 39: Einfluss der Stoßpunkthöhe auf den Verformungsumfang nach [14]
Die in Abbildung 39 dargestellten Fahrzeuge wurden wiederum durch einen Anstoß mit einer
Kollisionsgeschwindigkeit v Koll von ca. 20 km/h beaufschlagt. Bei der Kollision mit Unterfahren befinden sich die Hauptbeschädigungen des Opel Rekord oberhalb des Stoßfängers.
Im anderen Schadenbild hingegen ist die Hauptbeschädigung direkt auf dem Stoßfänger
erkennbar. In diesem Versuch wurde die Geschwindigkeitsänderung ∆v 2 der angestoßenen
Pkw mit 12,8 km/h bei der Unterfahrkollision sowie mit 12,7 km/h bei dem StoßfängerStoßfänger-Anstoß ermittelt [14].
4.3.3.6.4 Struktursteifigkeit
Die jeweilige Struktursteifigkeit der Fahrzeuge hat ebenfalls Einfluss auf die Belastung der
Insassen. Die Struktursteifigkeit wird maßgeblich durch die Fahrzeugbauform bestimmt. So
lässt sich verallgemeinert die Aussage treffen, dass Fließheckfahrzeuge (z.B. VW Golf IV,
Peugeot 307) und Kombifahrzeuge (z.B. Volvo V 70, VW Passat) steifere Heckstrukturen
72
aufweisen als Pkw mit Stufenheck (z.B. Audi A4, Mercedes C-Klasse). Diese Beispiele
wurden willkürlich ausgewählt und nur zur Verdeutlichung der verschiedenen Bauweisen
benannt. Da diese Fahrzeuge mit unterschiedlichen Massen einhergehen, können sie nicht
direkt miteinander verglichen werden.
Bei der Betrachtung der Struktursteifigkeiten der Fahrzeuge muss zwingend erwähnt werden, dass die Verwendung von Anbauteilen sehr große Auswirkung auf die Struktursteifigkeit
des Pkw hat. Der Anbau einer Anhängerzugvorrichtung beispielsweise erhöht die Steifigkeit
des Fahrzeughecks erheblich. Abbildung 40 stellt die unterschiedlichen Fahrzeugbeschädigungen eines Opel Rekord dar. Im linken Teil des Bildes ist ein Fahrzeug mit Anhängerkupplung abgebildet, rechts hingegen ein Opel Rekord ohne Anhängerzugvorrichtung. Die
Deformationen der beiden Fahrzeuge weichen erheblich voneinander ab, obwohl bei beiden
Pkw eine identische Geschwindigkeitsänderung ∆v 2 von ca. 10 km/h ermittelt wurde [14].
Pkw mit Anhängerzugvorrichtung
Pkw ohne Anhängerzugvorrichtung
Abb. 40: Verschiedene Struktursteifigkeiten durch Anhängerkupplung nach [14]
73
4.3.3.6.5 Massenverhältnis
Das Massenverhältnis der Kollisionspartner wirkt sich ebenfalls auf die Geschwindigkeitsänderung des angestoßenen Pkw aus. Untersuchungen belegen, dass bei Kollisionen von
massegleichen Kollisionspartnern die Geschwindigkeitsänderungen des angestoßenen
Fahrzeugs bei teilüberdeckten Anstößen etwa 60 % der Relativgeschwindigkeit v rel beträgt.
Bei Anstößen mit voller Überdeckung liegt ∆v 2 etwa bei 70 % von v rel .
In neueren Untersuchungen wurden Lkw-Pkw-Kollisionen nachgestellt. Hierzu veröffentlichte
Ergebnisse sagen aus, dass bei vollüberdeckten Kollisionen mit einem Massenverhältnis der
Fahrzeuge von ca. 1:10 die Geschwindigkeitsänderung des Pkw bis zu 130 % der Relativgeschwindigkeit betragen kann. Mit Hilfe eines Beispiels lässt sich dieses Resultat verdeutlichen. Fährt ein Lkw auf einen stehenden Pkw auf, so kann dieser nach der Kollision eine
höhere Geschwindigkeit besitzen als der zuvor aufgefahrene Lkw. Man kann allgemein
formulieren: Mit zunehmenden Massenverhältnis zwischen dem auffahrendem und gestoßenem Fahrzeug steigt auch die Geschwindigkeitsänderung [14, 20].
Abb. 41: Verschiedene Massenverhältnisse bei Kollisionen nach [20]
74
Die Abbildung 42 zeigt zusammenfassend nochmals die Einflussfaktoren auf die
Insassenbelastung bei Auffahrunfällen.
Abb. 42: Überblick der Einflussgrößen nach [14]
75
4.4
Kollisionsmechanik des Pkw-Auffahrunfalls
Im folgenden Abschnitt sollen die Berechnungsgrundlagen sowie die Kollisionsmechanik
bezüglich des Pkw-Auffahrunfalls einmal näher beleuchtet werden.
4.4.1 Berechnungsgrundlagen
Eine Auffahrkollision zwischen zwei Pkw lässt sich in zwei Abschnitte einteilen. Der erste
Abschnitt wird als Kompressions- und der zweite als Restitutionsphase bezeichnet. Die
Kompressionsphase beginnt mit dem Anstoß des auffahrenden Pkw mit der Relativgeschwindigkeit v rel . Während der Kompressionsphase werden die beteiligten Fahrzeugstrukturen zunächst elastisch verformt. Nach Überschreitung der maximalen Festigkeit
der Strukturen setzt eine plastische Verformung der betroffenen Bauteile ein. Die Kompressionsphase endet, sobald sich die Geschwindigkeiten der beiden Fahrzeugschwerpunkte
angeglichen haben. Im Anschluss an diesen Vorgang stellt sich die Restitutionsphase ein.
′ der Pkw, welche auf der elastischen
Hierbei entsteht die Trennungsgeschwindigkeit v rel
Rückverformung der Bauteile beruht. Kollisionen, bei denen sich die Geschwindigkeiten der
Stoßobjekte während des Stoßes vollständig angleichen, werden als vollplastische Kollisionen bezeichnet.
v1
vrel
v'rel
v2
Abb. 43: Phasen des Auffahrunfalls nach [21]
76
4.4.1.1
Als Modell für eine Auffahrkollision wird häufig der eindimensionale teilelastische Stoß
verwendet.
v1 > v2
v΄1 < v΄2
v1
v2
m1
v΄1
m1
m2
v΄2
m2
Abb. 44: Eindimensionaler teilelastischer Stoß nach [Autor]
Darin bedeuten:
v1′ :
km/h
Geschwindigkeit stoßendes Fahrzeug nach Kollision
v 2′ :
km/h
Geschwindigkeit gestoßenes Fahrzeug nach Kollision
m1 :
kg
Masse stoßendes Fahrzeug
m2 :
kg
Masse gestoßenes Fahrzeug
Der eindimensionale teilelastische Stoß ist gekennzeichnet durch einen Anstoß von zwei
Massen (m1 , m2 ) , die vor der Kollision unterschiedliche Geschwindigkeiten vorweisen. Die
vorkollisionäre Geschwindigkeit v1 ist größer als die Geschwindigkeit v 2 des zweiten Objekts. Als Folge des Zusammenstoßes bewegen sich beide Objekte getrennt voneinander
aus der Kollision heraus. Die Masse m 2 besitzt nach dem Stoß eine größere Geschwindigkeit v 2′ , als die Masse m1 .
Ein weiteres Merkmal der eindimensionalen Kollision ist, dass die Geschwindigkeiten in ihrer
Richtung exakt bzw. näherungsweise gleichgerichtet sind.
4.4.1.2
Stoßfaktor k
Der Stoßfaktor k, oder auch Newtonsche Stoßziffer, Stoßzahl, Geschwindigkeits-DifferenzFaktor, k-Faktor, k-Wert genannt, beschreibt das Verhältnis der Geschwindigkeitsdifferenzen
bedingt durch die Fahrzeugeigenschaften.
k=
v 2′ − v1′
v1 − v 2
77
(5)
Durch den Stoßfaktor k werden physikalische Eigenschaften der beiden Kollisionspartner
beschrieben. Abhängig von den Kollisionspartnern kann der k-Faktor Werte zwischen -1 und
1 annehmen. Bezüglich der Stoßziffer lassen sich drei physikalische Sonderfälle aufzeigen.
Nimmt der k-Faktor den Wert -1 an, so spricht man von einem Stoßvorgang, bei dem sich die
Geschwindigkeiten der beiden Kollisionspartner nicht annähern. Als Beispiel für diesen Fall
lässt sich eine abgefeuerte Gewehrkugel, die ein Blatt Papier durchschlägt, aufzeigen. Beim
Durchdringen der Kugel ist keine Geschwindigkeitsannäherung der Kugel festzustellen und
das Papierblatt bewegt sich nicht.
Besitzt die Stoßziffer den Wert 0, beschreibt es den Sonderfall eines plastischen Stoßes. Zur
Verdeutlichung lässt sich diesbezüglich das Beispiel der zwei aufeinander gestoßenen
Knetmassekugeln aufzeigen. Trifft die erste Kugel auf die zweite, so verbinden sich beide
Körper und bewegen sich im Anschluss mit einer gemeinsamen, aus dem Anstoß resultierenden Geschwindigkeit weiter.
Beträgt der Wert für die Stoßziffer 1, steht dies für einen weiteren Sonderfall, der des elastischen Stoßvorgangs. Ein Beispiel hierfür ist der Anstoß einer Billardkugel mittels einer
gleichwertigen Kugel. Trifft die erste Kugel mit der zweiten zusammen, kommt es zu keinerlei
Deformationen. Die gesamte Bewegungsenergie der ersten Kugel wird auf die angestoßene
Kugel übertragen. Bei massegleichen Kugeln bleibt die erste Kugel nach der Kollision stehen, während die zweite beschleunigt wird und sich mit der Anstoßgeschwindigkeit entfernt.
Bei Fahrzeug-Fahrzeug-Kollisionen ist der k-Faktor keine konstante Größe. Bei sehr geringen Relativgeschwindigkeiten beträgt die Stoßziffer k etwa 0,4 … 0,5. Mit weiterer Zunahme
der Relativgeschwindigkeit wird das Verhältnis zwischen Trennungsgeschwindigkeit nach
und Differenzgeschwindigkeit vor der Kollision immer kleiner. Dieser Zusammenhang ist in
der Abbildung 45 für einen Frontaufprall eines Pkw auf eine undeformierbare Barriere einmal
grafisch dargestellt.
78
Abb. 45: Zusammenhang zwischen Stoßziffer k und Differenzgeschwindigkeit nach [22]
Da sich bei kleinen Anstoßgeschwindigkeiten die Bauteile primär im elastischen Bereich
verformen, steigt der k-Faktor mit abnehmender Relativgeschwindigkeit an. Mit steigender
Relativgeschwindigkeit sind bei den an der Kollision beteiligten Fahrzeugen auch größere
Beschädigungen zu erwarten. Das hat zur Folge, dass sich der Anteil der Verformungen im
plastischen Bereich erhöht. Die elastischen Verformungen stellen sich auf ihr konstruktionsbedingtes Niveau ein. Im Bereich sehr hoher Kollisionsgeschwindigkeiten stellt sich die
Stoßzahl als nahezu konstanter Wert um 0,1 ein.
′ im KollisionsNeuere Untersuchungen zeigen auf, dass die Trennungsgeschwindigkeit v rel
geschwindigkeitsbereich von etwa 20 … 25 km/h an der Obergrenze keine 5 km/h beträgt.
Dieses Ergebnis lässt sich durch einfache Division mittels Gleichung (6) zu einem maximalen
Stoßfaktor von 0,2 (bei v Koll mit 25 km/h) bzw. einem k-Faktor von 0,25 (bei v Koll mit
20 km/h) umrechnen.
k=
′
v rel
v rel
(6)
79
Mit:
v rel :
km/h
′ :
v rel
km/h
Trennungsgeschwindigkeit
4.4.1.3
Impulserhaltungssatz
Eine weitere Gesetzmäßigkeit zur Beschreibung eines eindimensionalen Stoßvorganges ist
der Impulserhaltungssatz. Er wird oft als Grundlage zur Bewertung von Fahrzeugkollisionen
verwendet.
m1 v1 + m2 v 2 = m1 v1′ + m2 v 2′
(7)
Der Impulserhaltungssatz besagt, dass die Summe der in die Kollision eingehenden Impulse
gleich der Summe der aus der Kollision herausgehenden Impulse entspricht. Aufgrund der
kurzen Zeitdauer eines Stoßvorgangs können bei der Betrachtung der Kollision die äußeren
Kräfte (z.B. Reifenkräfte) vernachlässigt werden.
4.4.1.4
Energieerhaltungssatz
Kollidieren zwei Pkw miteinander, so kann im Regelfall davon ausgegangen werden, dass
Fahrzeugbeschädigungen auftreten. Der Grad der Beschädigung lässt sich durch die verrichtete Deformationsarbeit beschreiben. Im Allgemeinen lässt sich folgende Energiebilanz
für eine Pkw-Kollision aufstellen:
′ 1 + E Def1 + E kin
′ 2 + E Def
E kin1 + E kin2 = E kin
2
(8)
Darin bedeuten:
Ekini :
J
Kinetische Energie des Fahrzeugs vor Kollision
′ i:
Ekin
J
Kinetische Energie des Fahrzeugs nach Kollision
EDef i :
J
Deformationsenergie
Ekini beschreibt den Energiegehalt des jeweiligen Fahrzeugs vor der Kollision, welcher in der
Regel auf einer translatorischen Bewegung beruht. Im Falle einer Kollision zwischen einem
80
auffahrenden und einem stehenden Pkw ist die kinetische Energie des stehenden Objektes
mit dem Wert 0 anzusetzen.
′ setzt sich wie folgt zusammen:
Die kinetische Energie nach der Kollision E kin
′ + EReib
′ = ETrans
′ + ERot
Ekin
(9)
′ :
ETrans
J
Translatorische Energie des Fahrzeugs nach Kollision
′ :
E Rot
J
Rotatorische Energie des Fahrzeugs nach Kollision
EReib :
J
Reibungsenergie während der Kollision
′
ETrans
beschreibt die translatorische Energie des Fahrzeugs nach der Kollision. Im Rahmen
dieser Arbeit werden nur eindimensionale Stoßvorgänge betrachtet. Somit ist ein rotatori-
′ nach der Kollision nicht vorhanden. EReib beschreibt den während
scher Energieanteil E Rot
der Kollision dissipierten Energieanteil. Da eine Kollisionsphase bei Fahrzeuganstößen im
Mittel ca. 0,1 s dauert, wird davon ausgegangen, dass die an den Reifenaufstandsflächen
verrichtete Reibarbeit einen sehr geringen Einfluss auf die Energie des Gesamtsystems hat.
Mit dieser Annahme wird die Reibarbeit bei der weiteren Betrachtung der Energiebilanz vernachlässigt [13, 23]. Demzufolge ergibt sich aus (9) die vereinfachte Gleichung:
′ = ETrans
′
E kin
(10)
Betrachtet man die beiden Körper bei der Kollision als Gesamtsystem, so lässt sich der
Energieerhaltungssatz folgendermaßen formulieren:
′ ges + E Def ges
E kinges = E kin
(11)
Mit:
E kinges :
J
Kinetische Energie des Gesamtsystems vor Kollision
′ ges :
E kin
J
Kinetische Energie des Gesamtsystems nach Kollision
E Def ges :
J
Gesamte Deformationsenergie
81
Durch die Verknüpfung von Impulserhaltungssatz (7) mit dem Energieerhaltungssatz (8) erhält man die Abhängigkeit der Deformationsenergie und der Relativgeschwindigkeit der
Fahrzeuge zum Kollisionszeitpunkt:
E Def ges =
1 m1 m2
(v1 − v2 )2
2 m1 + m2
(12)
Diese Gleichung gilt aber nur für den plastischen Stoß. Da Fahrzeugkollisionen teilelastisch
einhergehen, muss die Elastizität der Karosserie mit berücksichtigt werden. Hierzu wird die
Gleichung (12) mittels des k-Faktors erweitert:
E Def ges =
(
)
1 m1 m2
2
1 − k 2 (v1 − v 2 )
2 m1 + m2
(13)
Mithilfe von (13) lässt sich durch die Kenntnis der Relativgeschwindigkeit die gesamte
Deformationsenergie bestimmen. Die Relativgeschwindigkeit v rel kann man nach Umformung der Gleichung und mit Kenntnis der gesamten Deformationsenergie folgendermaßen
bestimmen:
v rel =
2 E Def ges (m1 + m2 )
(1 − k )m m
2
1
(14)
2
4.4.2 Betrachtung der unterschiedlichen Struktursteifigkeiten von Fahrzeugen
Die Fahrzeugstrukturen verschiedener Pkw besitzen durch ihre voneinander abweichenden
Konstruktionen auch verschiedene Struktursteifigkeiten. Diese Eigenschaft kommt besonders bei den Kollisionen zum tragen, in die Fahrzeuge mit verschiedenen Massen verwickelt
sind. Anhand des folgenden Beispiels soll dieser Sachverhalt verdeutlicht werden.
4.4.2.1
Kollision gegen starre Wand
In diesem Beispiel soll ein Wandaufprall eines leichten Fahrzeugs, mit einer Masse von
500 kg, mit dem eines schweren Fahrzeugs, mit einer Masse von 1500 kg, verglichen werden. Zur Vereinfachung werden die Steifigkeitskennungen der Frontstrukturen von beiden
Pkw als linear angenommen. Ausgehend von einer konstanten Wandaufprallgeschwindigkeit
82
v Koll von 50 km/h und jeweils einem zur Verfügung stehenden Deformationsweg sDef von
0,5 m, ergibt sich folgendes Ergebnis (siehe Abbildung 46) für diese Kollision [1]:
Abb. 46: Energieaufnahmevermögen beim Wandaufprall nach [1]2
Aus der Abbildung 46 ist erkennbar, dass auf beide Fahrzeuge die gleiche Verzögerung von
39 g wirkt. Betrachtet man die jeweiligen Kräfte, die auf die Pkw einwirken, lässt sich feststellen, dass auf das Fahrzeug mit der größeren Masse eine deutlich größere Deformationskraft
FDef wirkt als auf das leichtere Fahrzeug. Die schraffierten Flächen unterhalb der Graphen
beschreiben die verrichtete Deformationsarbeit WDef bei der Kollision. Die Deformationsarbeit lässt sich vereinfacht bestimmen mit:
WDef =
2
1
FDef s Def
2
(15)
Die in der Abbildung verwendeten Indizes stehen für: k = leichtes Fahrzeug und g = schweres Fahrzeug, F steht für die Deformationskraft,
a beschreibt die auf das Fahrzeug wirkende Verzögerung, s kennzeichnet den Deformationsweg.
83
Darin bedeuten:
WDef :
J
Deformationsarbeit
FDef :
N
Deformationskraft
s Def :
m
Deformationsweg
Für das leichtere Fahrzeug wurde WDef
l
mit 97 kJ bestimmt, für den schwereren Pkw hin-
gegen mit 289 kJ. Das schwerere Fahrzeug muss somit eine größere Deformationsarbeit
verrichten als der Pkw mit der geringeren Masse.
4.4.2.2
Kollision Pkw-Pkw
Im folgenden Beispiel werden die beiden verschiedenschweren Fahrzeuge in einer PkwPkw-Kollision betrachtet.
Abb. 47: Energieaufnahmevermögen bei Pkw-Pkw-Kollision nach [1]2
84
Kollidieren die beiden Pkw aus dem vorangegangenen Beispiel frontal miteinander, so ergibt
sich ein stark abweichendes Ergebnis zum Wandaufprall. Der erste Unterschied besteht in
der wirkenden Deformationskraft FDef . Bei Kollisionen zwischen zwei Fahrzeugen wirken auf
beide Kollisionspartner die gleichen Deformationskräfte [1]. Diese Feststellung beruht auf
dem physikalischen Grundgesetz: actio = reactio.
Eine weitere Differenz besteht in der verrichteten Deformationsarbeit WDef . Es ist deutlich
erkennbar, dass das leichtere Fahrzeug eine größere Energie verzehrt als der Pkw mit der
größeren Masse. Die Deformationsarbeit WDef des leichteren Kollisionspartners wurde mit
145 kJ ermittelt, im Gegensatz zu 48 kJ des schwereren Pkw. Daraus resultierend differieren
auch die Deformationswege stark voneinander. Der leichtere Pkw zeigt einen Deformationsweg s Def von 0,87 m. Hierbei kann davon ausgegangen werden, dass das Energieaufnahmevermögen dieses Fahrzeugs aufgebraucht ist. Beim schwereren Pkw hingegen stellte
sich nur eine Verformung von 0,29 m ein. Es ist nur ein geringer Anteil der zur Verfügung
stehenden Deformationsenergie ausgeschöpft worden. Mittels (16) lässt sich die Beschleunigung a der Fahrzeuge bestimmen:
a=
FDef
(16)
m
Mit:
a:
m/s2
Beschleunigung
Mithilfe dieser Bestimmung wird wiederum aufgezeigt, dass das Fahrzeug mit der geringeren
Masse eine höhere Verzögerung erfährt als der schwerere Pkw. Der leichte Kollisionspartner
wird mit 68 g verzögert, das andere Fahrzeug im Gegensatz nur mit 23 g.
Die Betrachtung dieser Ergebnisse zeigt, dass die Fahrzeuge nicht nur für Crashversuche
gegen starre Barrieren konstruiert sein dürfen. Es müssen bei der Auslegung der Fahrzeugstrukturen auch die Kollisionen mit anderen Verkehrsteilnehmern berücksichtigt werden. Das
Ziel der Entwickler ist es, vertretbare Kompromisse zwischen dem Selbstschutz der
Fahrzeuginsassen und dem Partnerschutz der Kollisionsbeteiligten zu finden.
5
85
Energie-äquivalente Geschwindigkeit als wichtiges Hilfsmittel
in der Verkehrsunfallrekonstruktion
Bei der Rekonstruktion von Verkehrsunfällen wird oftmals der Deformationsumfang der
beschädigten Fahrzeuge als Anknüpfungspunkt für die Berechnungen der Kollisionsgeschwindigkeiten herangezogen. Hierzu wurde in den achtziger Jahren die Hilfsgröße der
energie-äquivalenten Geschwindigkeit (EES) eingeführt. Die Abkürzung EES stammt von
der englischen Bezeichnung Energy Equivalent Speed.
Mithilfe der EES kann die von einem Fahrzeug in Verformung umgewandelte kinetische
Energie beschrieben werden. Die EES ist gleichzusetzen mit der Geschwindigkeit, mit der
ein Fahrzeug gegen ein Hindernis mit unendlich großer Masse und ohne eigenes Energieabsorptionsvermögen prallen muss, um ähnliche Deformationen zu erhalten wie im realen
Unfallgeschehen. Bei der EES handelt es sich im Prinzip um eine Energieangabe, welche
die geleistete Formänderungsarbeit in Abhängigkeit von der Masse des Fahrzeugs beschreibt. Der elastische Anteil der Verformung bleibt hierbei unberücksichtigt. Die EES wird
mit der Einheit der Geschwindigkeit angegeben. Als Formelzeichen für die EES wird nachfolgend v EES verwendet. Allgemein ist die EES folgendermaßen definiert:
v EES =
2 E Def
(17)
m
Mit:
v EES :
km/h
Umgestellt nach der Deformationsenergie stellt sich die Gleichung für einen plastischen Stoß
folgendermaßen dar:
E Def =
5.1
1
2
m v EES
2
(18)
Ermittlung von EES-Werten
Die Ermittlung von EES-Werten basiert grundsätzlich auf durchgeführten Fahrzeugcrashversuchen (siehe Kapitel 3). Sie kann als positiver Nebeneffekt der Crashtests betrachtet
werden. Wird ein Pkw gegen eine starre Barriere, ohne eigenes EnergieabsorptionsverDiplomarbeit im Bereich Verkehrsunfallrekonstruktion
86
mögen, gefahren, so werden durch diese Prüfung ähnliche Verformungen am Pkw hervorgerufen wie sie bei realen Unfallabläufen entstehen können. Diese Vergleichsbeschädigungen
werden vorrangig durch Fahrzeug-Crashversuche der Automobilindustrie sowie von Prüfund Forschungsorganisationen ermittelt und veröffentlicht. Darüber hinaus werden auch verschiedene Versuchsreihen von Unfallanalytikern durchgeführt und publiziert. Während des
Versuchs wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gemessen. Weiterhin ist die Masse des
Prüffahrzeugs bekannt. Da das starre Hindernis keine Energie aufnimmt und bei derartigen
Tests das Fahrzeug im Regelfall direkt vor der Barriere zum Stillstand kommt, wird näherungsweise die gesamte kinetische Energie des Pkw bei der Kollision in Verformung umgewandelt. In diesen Fällen entspricht also die Kollisionsgeschwindigkeit annähernd genau
dem EES-Wert.
5.1.1 Beispielversuch zur EES-Ermittlung
Bei dem in den Abbildungen 48 und 49 dargestellten Versuchsfahrzeug handelt es sich um
einen Mercedes Benz der Baureihe W140, Typ 300 SE, mit einer Masse von 2043 kg. Dieser
Pkw wurde mit einer linksseitigen Überdeckung von 40 % gegen eine starre Barriere gefahren. Die Aufprallgeschwindigkeit v Koll wurde mit 16,5 km/h ermittelt. Bei diesem Versuch
betrug die EES des Fahrzeugs 15,3 km/h. Die Differenz von EES und v Koll ist darauf zurückzuführen, dass die Restitutionsenergie in dieser Versuchsreihe mit berücksichtigt worden ist.
Sie wurde von der Gesamtenergie abgezogen [24].
Abb. 48: Versuchsfahrzeug vor dem Anstoß nach [24]
87
Abb. 49: Versuchsfahrzeug nach dem Anstoß nach [24]
5.1.1.1
Beschädigungen des Versuchsfahrzeugs
Nach der Kollision lassen sich deutliche Beschädigungen am Testfahrzeug erkennen. Der
Stoßfänger besitzt linksseitig neben der Kennzeichenauflagefläche eine Eindellung.
Des Weiteren lässt sich eine Fehlstellung des Stoßfängers an der linken Fahrzeugseite feststellen. Der Scheinwerfer sowie die Blinkleuchte links sind ebenfalls beschädigt. Die Motorhaube des Pkw ist durch den Fahrzeuganprall angestaucht worden und befindet sich
dadurch in einer etwas herausstehenden Endlage.
5.2
EES in der Praxis des Verkehrsunfallrekonstrukteurs
In der Gutachterpraxis wird die verrichtete Formänderungsarbeit des angestoßen Fahrzeugs
durch Vergleichen mit bereits existierenden Beschädigungsbildern abgeschätzt. Entsprechend der Abbildung 49 lässt sich daraus folgende Aussage ableiten: Stößt ein Mercedes
Benz W 140 in einer Frontkollision mit einem Fahrzeug gleichwertiger Masse und einem
Überdeckungsverhältnis von 40 % zusammen, so ist bei einer Relativgeschwindigkeit von
ca. 33 km/h ein Beschädigungsbild der Fahrzeuge ähnlich dem der Abbildung 49 zu erwarten. Die Verdopplung der Differenzgeschwindigkeit erklärt sich damit, dass bei einem PkwPkw-Anstoß beide Kollisionspartner in der Lage sind, kinetische Energie in Verformungsarbeit umzuwandeln. Da die Fahrzeuge gleich schwer sind, wirken an beiden Pkw die
gleichen Deformationskräfte. Ausgehend von der Annahme, dass Fahrzeuge mit einer iden-
88
tischen Masse auch vergleichbare Fahrzeugsteifigkeiten aufweisen, ist zu erwarten, dass
sich auch vergleichbare Deformationsumfänge an den Pkw einstellen.
Aufbauend auf dem Deformationsumfang an den Fahrzeugen, lässt sich zunächst die Aufprallgeschwindigkeit des stoßenden Pkw bzw. die Geschwindigkeitsdifferenz der Fahrzeuge
bei der Kollision berechnen. Anschließend kann über eine Impulsbetrachtung die Geschwindigkeitsänderung der Pkw, die sich in der Kollision begründet, berechnet werden. Je nach
Fragestellung im Gutachten kann folglich die Insassenbelastung oder eine Aussage zur
Fahrzeuggeschwindigkeit getroffen werden.
5.2.1 Problematik der EES-Abschätzung in der Gutachterpraxis
Der Großteil der publizierten EES-Versuche bezieht sich auf die Crashtests der verschiedenen Organisationen. Für Fahrzeugbeschädigungen, die sich im geringen Kollisionsgeschwindigkeitsbereich ereignet haben, stehen nur im geringen Umfang Versuche zur
Verfügung. Ein weiteres Problem des veröffentlichen Datenmaterials bezüglich der EESBestimmung sind die teilweise sehr alten Vergleichsversuche. Hierbei wurden oftmals Fahrzeuge verwendet, die mit den heutigen modernen Pkw nicht mehr in einen direkten Vergleich
einbezogen werden können.
Zur Verdeutlichung dieser Problematik soll als Beispiel ein Gerichtsgutachten des Ingenieurbüros Morawski + Hugemann aufgegriffen werden. In diesem Gutachten wurde eine Auffahrkollision zwischen zwei Pkw aus technischer Sicht betrachtet. Im Verlauf der Ausarbeitung
stellte sich die Frage nach der Einschätzung der Beschädigungen am angestoßenen Fahrzeug. Die folgenden Abbildungen dokumentieren die aus dem Unfall resultierenden Schäden
des angestoßenen VW Passat.
5.2.1.1
89
Schadenbilder des gestoßenen Fahrzeugs
Abb. 50: Unfallfahrzeug nach dem Anstoß nach [12]
Abb. 51: Unfallfahrzeug nach dem Anstoß nach [12]
5.2.1.2
Beschädigungen des Fahrzeugs
Der Heckbereich des VW Passat weist geringe Beschädigungen auf. An der äußeren
Abdeckung des hinteren Stoßfängers zeichnen sich etwa in der Heckmitte beginnend
ausgeprägte Kratz- und Schrammspuren ab. Das Stoßfängersystem des Passat hat die
während des Anstoßes eingeleitete Kraft vollständig absorbiert, da keine weiteren BeschädiDiplomarbeit im Bereich Verkehrsunfallrekonstruktion
90
gungen an den Fahrzeugstrukturen erkennbar sind. Zur Eingrenzung des Belastungsniveaus
am Passat wurde ein dokumentierter Crashtest des AZT zur Beurteilung genutzt.
5.2.1.3
Schadenbilder des Versuchsfahrzeugs
5.2.1.4
91
Resultierende Beschädigungen aus AZT-Versuch
Dieser Crashversuch wurde beim AZT unter Verwendung einer fahrbaren Barriere mit einer
Masse von 1000 kg durchgeführt. Hierbei wurde das Stoßobjekt mit einer Überdeckung von
40 % und einer Geschwindigkeit von 15 km/h auf das stehende Versuchsfahrzeug aufgefahren. Der dabei entstandene Schaden am Versuchs-Pkw entspricht einer EES von ca.
10 km/h.
Beim Betrachten des Versuchsfahrzeugs fällt als Erstes auf, dass es sich um einen älteren
Fahrzeugtyp der Baureihe VW Passat handelt. Da zum Bearbeitungszeitpunkt des Gutachtens keine neueren Versuchsergebnisse zum Vergleich zur Verfügung standen, konnte nur
auf die ältere Veröffentlichung zurückgegriffen werden.
Bei der Analyse der Beschädigungen am Versuchsfahrzeug fällt unverkennbar ins Auge,
dass die Schadenintensität gegenüber dem Unfallfahrzeug deutlich höher liegt. Der Stoßfänger des Versuchs-Pkw zeigt eine sichtbare Eindellung. Des Weiteren lässt sich feststellen, dass die hinter dem Stoßfänger liegenden Fahrzeugstrukturen, insbesondere die
Heckklappe und das Abschlussblech, erkennbare Verformungen erfahren haben.
5.2.1.5
Vergleich der Schadenintensitäten
Im direkten Vergleich der Schadenintensitäten lässt sich schlussfolgern, dass die Beschädigungen am Versuchsfahrzeug deutlich höher einzuschätzen sind als die Schäden am VW
Passat nach dem Auffahrunfall. Die EES des Versuchsfahrzeugs wurde mit ca. 10 km/h ermittelt. Beim VW Passat des realen Unfalls lässt sich angesichts des geringen Schadenumfangs die EES mit 4 … 6 km/h eingrenzen. Die Relativgeschwindigkeit des auffahrenden
Pkw lag in einem Geschwindigkeitsbereich von ca. 10 … 12 km/h.
Die EES ist im Beschäftigungsfeld der Verkehrsunfallrekonstruktion ein sehr wichtiges
Hilfsmittel. Man kann durch ihre Angabe, in Verbindung mit Fahrzeugbeschädigungen, die
verrichtete Deformationsarbeit der Pkw abschätzen. Dies wiederum ermöglicht die Durchführung weiterer Berechnungen zu bewertungsrelevanten Geschwindigkeiten und Geschwindigkeitsänderungen im Unfallgeschehen von Kraftfahrzeugen.
Bezüglich der EES wird an dieser Stelle auf die Anlagen 12 … 15 verwiesen. Dort sind verschiedene Fahrzeuge mit unterschiedlichen Beschädigungen unter dem Gesichtspunkt der
EES dargestellt.
Analyse der Schadenauswirkungen VW New Beetle
6
92
Analyse der Schadenauswirkungen bei verschiedenen Ausführungen des VW New Beetle
Wie schon im Kapitel 2 kurz aufgezeigt, rüsten einige Automobilhersteller bestimmte Fahrzeugmodelle mit unterschiedlichen Bauteilkonstruktionen entsprechend dem Absatzmarkt
aus. Bezüglich der Stoßfängersysteme der Pkw kommt dieser äußerlich nicht wahrnehmbare
Unterschied deutlich zum tragen. Am Beispiel des VW New Beetle soll dieser Sachverhalt
einmal näher verdeutlicht werden.
6.1
Betrachtung der unterschiedlichen Stoßfängerkonstruktionen des
europäischen und des amerikanischen VW New Beetle
Betrachtet man den europäischen VW New Beetle im äußerlichen Vergleich mit seinem
amerikanischen Pendant, so kann man keine Unterschiede erkennen. Wird die Fahrzeuggegenüberstellung aber tiefgründiger durchgeführt, stellen sich verschiedene Abweichungen
zwischen den beiden Pkw heraus. Bezüglich des Stoßfängersystems wird diese Differenz
nachfolgend näher beleuchtet.
6.1.1 Äußerlicher Stoßfängeraufbau
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Abb. 54: Explosionsdarstellung Vorderwagen VW New Beetle nach [25]
93
Teilenummer Bezeichnung
1
Querträger
2
Stoßfängerabdeckung
3
Deckel Abschleppöse
4
Einlegegitter
5
Spoiler
6
Kupplungsstück Nebelscheinwerfer
7
Blinkleuchte
8
Kennzeichenunterlage
9
Kennzeichen
10
Nebelscheinwerfer
Tabelle 7: Teilebezeichnungen Vorderwagen VW New Beetle nach [25]
Das Frontstoßfängersystem des VW New Beetle setzt sich aus mehreren Einzelteilen zusammen (siehe Abbildung 54). Die äußere Stoßfängerabdeckung des Pkw besteht aus
Kunststoff und ist fahrzeugfarben lackiert. Mit ihr sind die Blinkleuchten, die Nebelscheinwerfer, die Kennzeichenaufnahme sowie der Spoiler und ein Einlegegitter verbunden. Unter
der Stoßfängerabdeckung befindet sich ein Querträger aus Stahl.
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Abb. 55: Explosionsdarstellung Hinterwagen VW New Beetle nach [25]
94
Teilenummer Bezeichnung
11
Deformationselement
12
Haltewinkel
13
Stoßfängerhalter
14
Querträger
15
Stoßfängerabdeckung
16
Halterahmen
17
Kennzeichenleuchte
18
Kennzeichenunterlage
19
Kennzeichen
20
Schutzfolie
21
Nebelschlussleuchte/Rückfahrscheinwerfer
Tabelle 8: Teilebezeichnungen Hinterwagen VW New Beetle nach [25]
Das Fahrzeugfrontend setzt sich ebenfalls, wie das Heck des New Beetle, aus mehreren
einzelnen Bauteilen zusammen. Die Stoßfängerabdeckung besteht wiederum aus lackiertem
Kunststoff. Die Kennzeichenaufnahme, die Kennzeichenbeleuchtung, die Nebelschlussleuchte sowie der Rückfahrscheinwerfer sind in ihr integriert. Darunter befindet sich der
Querträger des Hinterwagens. Dieser ist ebenso wie der vordere aus Stahl gefertigt. Des
Weiteren befinden sich unter der Stoßfängeraußenhaut noch diverse Befestigungselemente
sowie zwei Deformationselemente.
Der äußere Stoßfängeraufbau des VW New Beetle beider Modelle ist identisch. Die Unterschiede, die sich zwischen den zwei Fahrzeugen ergeben, beziehen sich auf die Anbindung
des Stoßfängers zum Fahrzeuglängsträger.
6.1.2 Stoßfängerbefestigung europäischer VW New Beetle
Beim europäischen Modell des New Beetle werden die Querträger über Crashboxen mit dem
Fahrzeuglängsträger verbunden. Diese Crashelemente sind aus Stahl gefertigt und sollen
bei Energieeinbringung deformieren. Man findet die Crashboxen am Vorder- und am Hinterwagen der europäischen Fahrzeugvariante. Die folgende Abbildung stellt die Crashbox der
Fahrzeugfront dar.
95
Abb. 56: Europäischer VW New Beetle mit Crashbox nach [26]
Die starre Verbindung des Querträgers zum Längsträger ist beim europäischen New Beetle
deutlich zu erkennen. Sie wird über die Stahlcrashbox realisiert. Unter Krafteinwirkung
kommt es zu einer irreversiblen Deformation der Crashbox.
6.1.3 Stoßfängerbefestigung amerikanischer VW New Beetle
Beim amerikanischen Modell des New Beetle werden im Gegensatz zu seinem europäischen
Ebenbild keine Crashboxen verbaut, sondern er besitzt Hybridabsorber. Diese befinden sich
wiederum zwischen dem Querträger des Stoßfängers und dem Fahrzeuglängsträger. Der
amerikanische New Beetle ist am vorderen sowie am hinteren Stoßfängermodul mit Hybridabsorbern ausgestattet. Die nachstehende Darstellung zeigt den Hybridabsorber an der
Fahrzeugfront eines amerikanischen New Beetle.
Abb. 57: Amerikanischer VW New Beetle mit Hybridabsorber nach [26]
96
6.2
Crashversuche zur Reparaturkostenermittlung
Aufgrund der unterschiedlichen Modellvarianten des VW New Beetle führte das IIHS eine
vergleichende Untersuchung der Fahrzeugbeschädigungen nach Crashversuchen an diesem
Pkw durch. Hierfür wurden Fahrzeugkollisionen mit jeweils zwei New Beetle der gleichen
Ausstattungsvarianten durchgeführt. In der ersten Versuchsreihe fuhren U.S. New Beetle auf
weitere New Beetle mit amerikanischer Ausstattung. Im zweiten Versuch wurden identische
Prüfabläufe mit jeweils zwei europäischen Fahrzeugmodellen des „neuen Käfers“ absolviert.
Abb. 58: Crashversuch für Reparaturkostenvergleich des IIHS nach [Autor]
Die Anstoßgeschwindigkeit des auffahrenden New Beetle betrug bei den Versuchen 20 mph
das entspricht ca. 32 km/h. Das Fahrzeug 1 befand sich vor der Kollision im Stillstand.
Europäische VW New Beetle
Amerikanische VW New Beetle
Abb. 59: Anstoßkonfiguration der VW New Beetle Crashversuche nach [26]
97
6.3
Auswertung der entstandenen Beschädigungen
Europäische VW New Beetle
Amerikanische VW New Beetle
Abb. 60: Beschädigungen der Fahrzeuge nach [26]
Die Beschädigungsbilder der Fahrzeuge nach den Anstößen zeigen deutliche Unterschiede
in der Schadenintensität. Um eine bessere Vergleichbarkeit der Versuche zu erlangen, wurden die Schädigungen der Fahrzeuge vom IIHS kalkuliert. Hierbei entstanden folgende
Durchschnittswerte für die verschiedenen Verkaufsvarianten:
Europäisches
Amerikanisches
Modell
Modell
Fahrzeugfront
3217 $
2389 $
828 $
Fahrzeugheck
3940 $
2733 $
1207 $
Gesamtschaden
7157 $
5122 $
2035 $
Beschädigungszone
Tabelle 9: Durchschnittliche Fahrzeugschäden nach [26]
Differenz
98
Die Crashboxen der europäischen Variante des New Beetle zeigten nicht das erwünschte
Deformationsverhalten. Anstatt gleichmäßig einzufalten, bogen sich die Crashboxen mit dem
Stoßfänger nach oben. Im weiteren Kollisionsverlauf führte das zu einem Unterfahrvorgang
des auffahrenden New Beetle. Dies hatte eine größere Schadenausprägung an beiden Fahrzeugen zu Folge, da die Stoßfängersysteme nicht optimal belastet wurden. Die Hybridabsorber an den amerikanischen Modellen funktionierten, im Gegensatz zur europäischen Crashbox, erwartungsgemäß. Durch ihren Energieverzehr ist ein größerer Schadeneintritt an den
Fahrzeugen verhindert worden.
Betrachtet man die Reparaturkosten, die für die Instandsetzung der Schäden an den Versuchsfahrzeugen anfallen, so fällt unmittelbar ins Auge, dass die amerikanische Ausführung
des New Beetle seinem europäischen Pendant in Bezug auf das Energieabsorptionsvermögen der Stoßfänger überlegen ist.
Anmerkend an diese Untersuchung lässt sich nach [26] noch feststellen, dass der
amerikanische New Beetle im Vergleich zu anderen im IIHS getesteten Mittelklassefahrzeugen die besten Ergebnisse bei den Niedriggeschwindigkeitscrashtests erzielte. Diese
Ergebnisse werden in folgender Tabelle kurz aufgezeigt.
99
6.3.1 Reparaturkostenvergleich anderer Pkw der Fahrzeugklasse
8 km/h Niedriggeschwindigkeitscrashtests
Fahrzeug
Reparatur-
Reparatur-
Reparatur-
Reparatur-
Gesamt-
kosten durch
kosten durch
kosten durch
kosten durch
reparatur-
Frontanstoß
Heckanstoß
Frontanstoß
Heckanstoß
kosten
30° Barriere
Stahlpfahl
Subaru
Impreza
413 $
456 $
1040 $
606 $
2515 $
347 $
522 $
1224 $
1011 $
3104 $
406 $
435 $
1116 $
1212 $
3169 $
19 $
0$
190 $
0$
209 $
4305 $
1246 $
1225 $
2971 $
9747 $
Mitsubishi
Lancer
Volvo
S40
VW
New Beetle
Kia
Sedona
Tabelle 10: Reparaturkosten verschiedener Fahrzeuge nach Niedriggeschwindigkeitscrashtests nach [26]
Ein Vergleich der einzelnen Reparaturkosten der verschiedenen Fahrzeuge zeigt, dass das
Stoßfängersystem des amerikanischen New Beetle ein sehr gutes Energieabsorptionsvermögen aufweist. Als negatives Beispiel wurde noch der Kia Sedona aufgeführt, welcher
zwar bei den Mini-Vans einzugliedern ist, aber zur prinzipiellen Begutachtung an dieser
Stelle mit betrachtet werden kann. Die sehr hohen Reparaturkosten des Kia lassen sich auf
eine nicht optimale Stoßfängerausführung sowie auf eine schlecht abgestimmte Airbagauslöseschwelle zurückführen. So zündeten beim Frontanstoß mit 8 km/h an die flache
Barriere der Fahrer- sowie der Beifahrerairbag. Hierbei wurden die Windschutzscheibe und
die Armaturentafel des Fahrzeuges beschädigt. Des Weiteren wurden bei allen Versuchen
die Leuchteinheiten des Pkw beschädigt. Infolge dieser gravierenden Beschädigungen entstehen die oben aufgeführten sehr hohen Reparaturkosten.
Zusammenfassung
7
100
Zusammenfassung
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Energieabsorptionsvermögen moderner PkwStoßfängersysteme. Während vor kaum zwei Jahrzehnten die Stoßfänger von Automobilen
als Metallprofile ähnlich konzipiert waren, finden sich heute an den unter stilistischen Gesichtspunkten konzipierten Fahrzeugen eine Vielzahl von Stoßfängervarianten, die sich nicht
nur optisch, sondern auch in ihrem Aufbau und ihrer Wirkungsweise voneinander unterscheiden. Der moderne Stoßfänger ist in das Design des Fahrzeuges einbezogen und nicht
nur einfach ein Bauteil, das bei leichten Parkplatzkarambolagen die dahinter angeordneten
Bauteile schützen soll.
Um dem interessierten Leser einen Überblick darüber zu verschaffen, warum das Leistungsvermögen moderner Stoßfängersysteme bei gewissen Fragestellungen, mit den sich ein
Unfallanalytiker zu beschäftigen hat, von Interesse ist, wurden im Verlauf der Arbeit zwei
Unfalltypen etwas näher beleuchtet. Ein zurzeit sehr aktuelles Thema ist die Verletzungswahrscheinlichkeit der HWS bei Auffahrkollisionen mit geringer Differenzgeschwindigkeit.
Hierbei wird von den Insassen im angestoßenen Fahrzeug häufig ein Schleudertrauma der
HWS vorgetragen. Die Beantwortung der Frage, ob die Verletzung an der HWS und das Unfallgeschehen im ursächlichen Zusammenhang stehen, erfolgt auf Grundlage der Geschwindigkeitsänderung, die das entsprechende Fahrzeug bei der Kollision erfuhr. Die Berechnung
der kollisionsbedingten Geschwindigkeitsänderung stützt sich in der Regel auf eine energetische Betrachtung, bei der es die von den Fahrzeugen in Formänderungsarbeit umgewandelte Energie anhand der Schadenintensitäten abzuschätzen gilt. Da sich solche
Kollisionen oftmals im niedrigen Geschwindigkeitsbereich ereignen, kommt bei der Eingrenzung der Formänderungsarbeit dem Leistungsvermögen der Stoßfänger eine zentrale Bedeutung zu.
Nach Verkehrsunfällen stellt sich, insbesondere wenn ein Versicherungsbetrug vermutet
wird, bei einem stark divergierenden Schadenausmaß an den beteiligten Pkw die Frage, ob
die Schadenintensitäten der Fahrzeuge kompatibel sind. Immer häufiger stößt man auf Kleinkollisionen, bei denen eines der beteiligten Fahrzeuge scheinbar unbeschädigt ist, während
der andere Pkw augenfällige Schäden zeigt. Um die Frage nach der Kompatibilität der Verformungsintensitäten fundiert beantworten zu können, sind Informationen über die Struktursteifigkeiten und das Energieabsorptionsvermögen moderner Stoßfängersysteme notwendig.
Während der Recherchen für diese Arbeit musste festgestellt werden, dass kein in Deutschland ansässiger Fahrzeughersteller bereit war, Informationen über die an ihren Fahrzeugen
Zusammenfassung
101
verbauten Stoßfängersysteme preiszugeben. Eine Begründung hierfür lieferte keiner der
Automobilhersteller. Im Rahmen einer umfangreichen Recherche im Internet kristallisierte
sich heraus, dass die Automobilindustrie die an ihren Fahrzeugen verbauten Stoßfängersysteme an die jeweiligen im Absatzland herrschenden Zulassungsbestimmungen und vorgeschriebenen Crashversuche anpassen. So wird ein Fahrzeug, das für den amerikanischen
Markt bestimmt ist, mit qualitativ hochwertigeren Stoßfängerkomponenten ausgestattet als
das entsprechende europäische Pendant. Möglicherweise begründet sich hierin die mangelnde Kooperationsbereitschaft der Automobilindustrie. Durch eine Informationsveröffentlichung könnte direkt aufgezeigt werden, dass die Fahrzeuge die für den amerikanischen
Absatzmarkt bestimmt sind, mit besseren Stoßfängerkomponenten ausgestattet sind als ihre
europäischen Ebenbilder. Dieser Sachverhalt konnte mit Hilfe der Schadenauswirkungsanalyse der unterschiedlichen Ausführungen des VW New Beetle im Kapitel 6 dieser Arbeit
bewiesen werden. Es wurde aufgezeigt, dass durch eine Pkw-Ausstattung mit Pralldämpfern
die Reparaturkosten nach einem Crashversuch, verglichen mit einem Fahrzeug mit Crashboxen, erheblich verringert werden konnten.
Auch bei der Zulieferindustrie stieß die Anfrage zu der Leistungsfähigkeit der von ihnen hergestellten Stoßfängerkomponenten auf wenig Gegenliebe. Die ablehnende Haltung der
Zulieferindustrie erklärt sich sicherlich in der engen Bindung zu den Automobilfirmen. Einige
Firmen der Zulieferindustrie stellten zumindest allgemeine Broschüren und Prospekte zur
Verfügung, deren Inhalt ausgewertet und in die Diplomarbeit eingebunden wurde.
Angesichts der mangelnden Kooperationsbereitschaft der Automobilindustrie konnte bei der
Ausarbeitung der Diplomaufgabe nur auf in der Literatur bereits veröffentlichtes bzw. im
Internet frei zugängliches Material zurückgegriffen werden. Hierdurch gelang es zumindest
einen Überblick über die derzeit aktuellen Stoßfängerkonzeptionen zu erhalten.
Der erste Teil der Diplomarbeit liefert zunächst einen Überblick über die aktuellen Konstruktionskonzepte von Stoßfängersystemen moderner Pkw. Hierbei zeigt sich, dass die Fahrzeughersteller, was den Aufbau der Stoßfänger betrifft, verschiedene Philosophien verfolgen.
Während bei Fahrzeugen der Oberklasse, z.B. BMW, Hybridabsorber die in das Stoßfängersystem eingeleiteten Kräfte vernichten, werden Stoßfängersysteme bei Fahrzeugen im
mittleren Preissegment überwiegend mit Deformationselementen ausgestattet. Diese sind
entweder als Kunststoffschaumelemente, z.B. Ford, oder als Wabenkonstruktionen aus
Kunststoff, z.B. Renault, ausgelegt. Darüber hinaus existieren auch noch die verschiedensten Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Systeme.
Zusammenfassung
102
Über das Leistungsvermögen dieser Energieabsorber war nur wenig in Erfahrung zu bringen.
Teilweise fand man in der Literatur den Hinweis, dass solche Stoßfängerkomponenten
Wandaufprallgeschwindigkeiten bis 4 km/h ohne bleibende Beschädigungen an dahinter
liegenden Bauteilen absorbieren. Die aufwendigeren Stoßfängersysteme, die mit Hybridabsorbern ausgestattet sind, können bis zu einer Wandaufprallgeschwindigkeit von 4 km/h völlig reversibel Kräfte aufnehmen. Bis zu Wandaufprallgeschwindigkeiten von 15 km/h sollen
bei diesen Stoßfängersystemen nur bleibende Verformungen an den Komponenten des
Stoßfängers auftreten, ohne dass die dahinter liegenden Bauteile beschädigt werden.
Generell war festzustellen, dass fast alle Fahrzeughersteller die Stoßfängersysteme ihrer
Fahrzeuge bereits als energieabsorbierende Elemente auslegen, hierbei jedoch unterschiedliche Wege beschreiten. Wie das Energieabsorptionsvermögen durch die unterschiedlichen
Stoßfängerkonstruktionen beeinflusst wird, konnte angesichts der bereits angesprochenen
„Zurückhaltung“ der Automobilhersteller nicht verifiziert werden. Die Durchführung eigener
Versuchsreihen hätte sowohl zeit- als auch kostenmäßig den Rahmen dieser Diplomarbeit
gesprengt.
Auch die vorgeschriebenen Crashversuche für die Fahrzeuge des europäischen Marktes
erlauben keine Aussage zum Leistungsvermögen der Stoßfänger. Mit diesen Crashtests, die
mit einer Geschwindigkeit zwischen 2,5 km/h und 4 km/h durchgeführt werden, wird lediglich
untersucht, ob sich die Fahrzeuge nach einem solchen Anprall noch in einem verkehrssicheren Zustand befinden.
Auch in der Zukunft ist in Anbetracht der im Rahmen dieser Diplomarbeit gemachten Erfahrungen kaum eine kooperative Zusammenarbeit mit der Automobilindustrie zu erwarten,
wenn es um technische Fragen zu den verbauten Fahrzeugkomponenten geht. Unter dieser
Prämisse erscheint es für die zukünftige Arbeitspraxis des Unfallanalytikers sinnvoll, ein Datenbanksystem aufzubauen, in dem man Bilder von beschädigten Kraftfahrzeugen zusammenträgt und nach bestimmten Gesichtspunkten auswertet. So könnte man systematisch die
Leistungsmerkmale von modernen Stoßfängerkonzepten näher erfassen. Eine solche Informationssammlung wäre als Grundlage für energetische Einstufung von Pkw-Beschädigungen sehr gut geeignet. Pflegt man ein dementsprechendes Datensystem über einen
längeren Zeitraum, so ist es möglich, die permanente Weiterentwicklung der Stoßfängersysteme zu verfolgen und gegebenenfalls zu beurteilen. Eine solche Datenbank würde im Vergleich zu kostenaufwendigen Versuchsreihen, die zur Erforschung von Leistungsmerkmalen
der Stoßfängerkonzeptionen erforderlich wären, eine günstigere Variante darstellen.
8
[1]
103
Kramer, F.: Passive Sicherheit von Kraftfahrzeugen. Braunschweig/Wiesbaden:
Vieweg Verlag, 1998
[2]
Kröger, M.: Methodische Auslegung und Erprobung von Fahrzeug- Crashstrukturen.
Düsseldorf: Fortschritt-Berichte VDI Reihe 12, Nr. 496, 2002
[3]
Jüngling, L.; Meck, M. J.; Schüßler, R.: Auslegung einer Crashboxgeometrie unter
besonderer Berücksichtigung der Funktionsfähigkeit beim Schrägaufprall mit
begrenztem Impulswinkel. In: VDI Berichte 1543 (2000), S. 249 … 268
[4]
Abbildungsarchiv des Ingenieurbüros Morawski + Hugemann, Leverkusen
[5]
Anselm, D.: Die Pkw-Karosserie. Konstruktion, Deformationsverhalten, Unfallinstandsetzung. Würzburg: Vogel Fachbuchverlag, 1997
[6]
ZF Boge GmbH: Pralldämpfer zur Fahrzeugsicherheit. Bonn, 2001-Firmenschrift
[7]
SUSPA Holding GmbH: Produkteinheit- Aufprallsysteme. Altdorf, 2002-Firmenschrift
[8]
ECE-R 42 Einheitliche Vorschriften für die Genehmigung der Kraftfahrzeuge hinsichtlich ihrer vorderen und hinteren Schutzeinrichtungen (Stoßstangen usw.), 1980
[9]
[10]
http://www.kfv.or.at/crashtests/testprog.htm, (Zugriff: 02/2003)
http://www.allianz-azt.de/Kraftfahrzeugtechnik/Content/Seiten/Forschung/index_
forsch.html, (Zugriff 02/2003)
[11]
Butscher K.: Anforderungen zur Vollkaskoversicherung. Fachhochschule
Braunschweig/Wolfenbüttel, Diplomarbeit, 1997
[12]
Gutachtenarchiv des Ingenieurbüros Morawski + Hugemann, Leverkusen
[13]
Weber, M.: Die Aufklärung des Kfz-Versicherungsbetruges. Münster: Schriftenreihe
Unfallrekonstruktion, 1995
[14]
104
Castro, W. H. M.; Kügelgen, B.; Ludolph, E.; Schröter, F.: Das „Schleudertrauma“
der Halswirbelsäule. Stuttgart: Ferdinand Enke Verlag, 1998
[15]
Müncker, H.; Langwieder, K.; Chen, E.; Hell, W.: HWS-Beschleunigungsverletzungen. GDV Institut für Fahrzeugsicherheit, Nr. 9412
[16]
Meyer, S.: Experimentelle Untersuchung des Zusammenhangs zwischen technischen
Kollisionsparametern und der Bewegungskinematik von Insassen im Hinblick auf
leichte HWS-Schleudertraumen. Hannover, Institut für Kraftfahrwesen der Universität,
1993
[17]
Deutscher, C.: Bewegungsablauf von Fahrzeuginsassen beim Heckaufprall.
Freienbach: Eurotax AG, 1994
[18]
HUK-Verband: Fahrzeugsicherheit 90. München: Büro für Kfz-Technik, 1994
[19]
Weber, M.; Dieling, W.: Die Zuordnung von Beschädigungszonen bei Berücksichtigung von Beladung, Verzögerung und Querbeschleunigung. Verkehrsunfall und
Fahrzeugtechnik 28 (1990), S. 179 … 182
[20]
Meyer, S.; Weber, M.: Biomechanische Belastung der HWS bei Fahrzeugkollisionen.
Münster: Seminarunterlagen, 1997
[21]
Kalthoff, W.; Becke, M.: Die Stoßzahl bei Auffahrkollisionen Ein wesentlicher Parameter zur Bestimmung der HWS-Belastung. Verkehrsunfall und Fahrzeugtechnik 38
(2000), S. 275 … 282
[22]
Schimmelpfennig, K.-H.: Die Analyse von Serien-Auffahrunfällen mit Hilfe des
Delta v-Schritt-Verfahrens. Verkehrsunfall und Fahrzeugtechnik 22 (1984), 73 … 75
[23]
Vranjes, L.: Durchführung und Auswertung von Crash-Versuchen zur Bestimmung
der energieäquivalenten Geschwindigkeit (EES) bei Pkw-Baumaufprallen.
Osnabrück, Fachhochschule, Studienarbeit, 1994
[24]
Mercedes-Benz: Die Bedeutung der Energy Equivalent Speed (EES) für die Unfallrekonstruktion und die Verletzungsmechanik. Broschüre der Mercedes-Benz AG,
Sindelfingen, 1992
[25]
SilverDAT II, Pogramm zur Fahrzeuginstandsetzungskalkulation, Deutsche Automobil
Treuhand GmbH
[26]
105
http://www.hwysafety.org/srpdfs/sr3703.pdf, (Zugriff: 01/2003)
106
9
Abbildung
Benennung
Seite
Quelle
1
Deformationszonen der Pkw-Front
15
[1]
2
16
[2]
3
Querschnitt der Vorderwagenstruktur
16
[3]
4
Stufenförmiger Deformationskraftverlauf
17
[2]
5
Querschnitte von unterschiedlichen Stoßfängern
18
[Autor, 4]
6
PP Schaumblock in einem Mercedes Benz SLK Stoßfänger
19
[Autor]
7
Verwendung von unterschiedlichen Schaumstoffen an
einer MCC Smart Fahrzeugfront
19
[Autor]
8
Darstellung von unterschiedlichen Querträgern
20
[Autor]
9
Einbauorte von Crashabsorbern im Pkw
23
[6]
10
Lösungsprinzipien von irreversiblen Crashabsorbern
24
[2]
11
Varianten der Triggerung
25
[2]
12
Deformationskraftverläufe der verschiedenen Deformati27
[2]
formationsprinzipien mit unterschiedlichen Rohren
28
[2]
14
Crashelement am MCC Smart
30
[Autor, 4]
15
Crashbox eines Opel Astra
31
[Autor]
16
Typschadenhalter
32
[7]
17
Typschadenhalter
32
[7]
18
Deformierter Typschadenhalter der Firma Suspa
33
[2]
19
Lösungsprinzipien von reversiblen Crashabsorbern
34
[2]
20
Pralldämpfer
35
[7]
21
Hybridabsorber der Firma ZF Boge
36
[6]
22
Schnittdarstellung eines Hybridabsorbers
37
[6]
23
Hybridabsorber an BMW Fahrzeugen
38
[Autor]
24
Aufpralleinrichtung für den ECE-R 42 Test
40
[8]
25
Anstoßkonfiguration des ECE-R 42 Crashtests
41
[9]
26
Genehmigungszeichenmuster
42
[8]
27
AZT Crashreparaturtest Frontanstoß
44
[10]
28
AZT Crashreparaturtest Heckanstoß
44
[10]
29
Stark differierende Beschädigungen durch einen realen
54
[12]
onsprinzipien
13
Spezifische Energieabsorption der verschiedenen De-
Verkehrsunfall
107
30
Anstoßsituation Auffahrunfall
56
[12]
31
Schadenzuordnung mit Vergleichsfahrzeug
57
[12]
32
Schadenzuordnung der unfallbeteiligten Fahrzeuge
57
[12]
33
Stark differierende Beschädigungen durch einen realen
Verkehrsunfall
59
[13]
34
Beschreibung der Kopfbewegung
64
[16]
35
Beschleunigungsverlauf Pkw-Fahrgastzelle
66
[14]
36
Beschleunigungsverlauf Autoskooter
66
[14]
37
Einfluss des Überdeckungsgrades auf den Verformungsumfang
69
[14]
38
Veränderung der Stoßpunkthöhe
70
[13]
39
Einfluss der Stoßpunkthöhe auf den Verformungsumfang
71
[14]
40
Verschiedene Struktursteifigkeiten durch Anhängerkupplung
72
[14]
41
Verschiedene Massenverhältnisse bei Kollisionen
73
[20]
42
Überblick der Einflussgrößen
74
[14]
43
Phasen des Auffahrunfalls
75
[21]
44
76
[Autor]
45
Zusammenhang zwischen Stoßziffer k und Differenzgeschwindigkeit
78
[22]
46
Energieaufnahmevermögen beim Wandaufprall
82
[1]
47
Energieaufnahmevermögen bei Pkw-Pkw-Kollision
83
[1]
48
Versuchsfahrzeug vor dem Anstoß
86
[24]
49
Versuchsfahrzeug nach dem Anstoß
87
[24]
50
Unfallfahrzeug nach dem Anstoß
89
[12]
51
Unfallfahrzeug nach dem Anstoß
89
[12]
52
90
[4]
53
90
[4]
54
Explosionsdarstellung Vorderwagen VW New Beetle
92
[25]
55
Explosionsdarstellung Hinterwagen VW New Beetle
93
[25]
56
Europäischer VW New Beetle mit Crashbox
95
[26]
57
Amerikanischer VW New Beetle mit Hybridabsorber
95
[26]
58
Crashversuch für Reparaturkostenvergleich des IIHS
96
[Autor]
59
Anstoßkonfiguration der VW New Beetle Crashversuche
96
[26]
60
Beschädigungen der Fahrzeuge
97
[26]
108
Tabellenverzeichnis
10
Tabellenverzeichnis
Tabelle
Benennung
Seite
Quelle
1
21
[Autor]
2
Beladungsverteilung für den ECE-R 42 Crashtest
41
[8]
3
Merkmale der ECE-R 42 Crashtests
43
[Autor]
4
Merkmale der AZT Crashreparaturtests
46
[Autor]
5
Merkmale der FMVSS Part 581 Crashtests
47
[Autor]
6
Merkmale der IIHS Crashtests
49
[Autor]
7
Teilebezeichnungen Vorderwagen VW New Beetle
93
[Autor]
8
Teilebezeichnungen Hinterwagen VW New Beetle
94
[Autor]
9
Durchschnittliche Fahrzeugschäden
97
[Autor]
99
[Autor]
10
Reparaturkosten verschiedener Fahrzeuge nach Niedriggeschwindigkeitscrashtests
109
Anlagenverzeichnis
11
Anlagenverzeichnis
Anlage
1
Benennung
Seitenanzahl
Quelle
Schnittdarstellungen verschiedener Stoßfängersysteme
5
[4]
2
Schaumstoffelemente in Stoßfängersystemen
8
[Autor, 4]
3
Kunststoffelemente in Stoßfängersystemen
3
[Autor, 4]
4
Querträger in Stoßfängersystemen
20
[Autor, 4]
5
Crashboxen in Stoßfängersystemen
3
[Autor, 4]
6
Pralldämpfer in Stoßfängersystemen
3
[Autor, 4]
7
Gesetzlich vorgeschriebene Crashtests in Europa
2
[1, 2, 9]
8
Nicht gesetzlich vorgeschriebene Crashtests in
Europa
2
[1, 2, 9]
9
Gesetzlich vorgeschriebene Crashtests in den USA
4
[1, 2, 9]
10
Nicht gesetzlich vorgeschriebene Crashtests in den
USA
3
[1, 2, 9]
11
Fahrzeugbeschädigungen nach Realunfällen
7
[12]
12
EES-Werte an verschiedenen Fahrzeugen nach
3
[4]
3
[4]
7
[4]
9
[4]
Frontanstößen
13
EES-Werte an verschiedenen Fahrzeugen nach
Heckanstößen
14
Fahrzeugfrontbeschädigungen verschiedener
Fahrzeuge mit einer EES von ca. 15 km/h
15
Fahrzeugheckbeschädigungen verschiedener
Fahrzeuge mit einer EES von ca. 10 km/h
Anlagen
Anlagen
1/1
BMW 3-er (E36), vorn
Fiat Tipo, hinten
Ford Escort, vorn
Ford Scorpio, vorn
1/2
Mercedes Benz E-Klasse (W 124), vorn
Mercedes Benz E-Klasse (W 124), vorn
Mercedes Benz S-Klasse (W 126), hinten
Mercedes Benz C-Klasse (W 202), hinten
1/3
Mercedes Benz C-Klasse (W 202), vorn
Opel Astra, vorn
1/4
Opel Astra, hinten
Opel Kadett E, hinten
Opel Omega B Caravan, hinten
VW Golf III, vorn
VW Sharan, hinten
1/5
Ford Escort Heckstoßfänger
2/1
Ford Mondeo Heckstoßfänger
Jeep Grand Cherokee Heckstoßfänger
2/2
Ford Schaumstoffelement Heckstoßfänger
Mercedes Benz SLK Frontstoßfänger
2/3
MCC Smart Fahrzeugfront
2/4
Mercedes Benz CLK Frontstoßfänger
2/5
Mercedes Benz E-Klasse Frontstoßfänger
2/6
Mercedes Benz E-Klasse Heckstoßfänger
2/7
Mercedes Benz SLK Heckstoßfänger
2/8
Renault Clio Heckstoßfänger
3/1
Renault Scénic Frontstoßfänger
3/2
Renault Mégane Frontstoßfänger
3/3
4/1
Audi A3 Heck
Audi A4 Avant Heck
4/2
Audi A4 Front
BMW 3-er Front
4/3
BMW 3-er Heck
4/4
BMW 7-er Front
Jeep Grand Cherokee Heck
4/5
Ford Fiesta Heck
4/6
Ford Puma Front
4/7
Lancia Delta Integrale
4/8
MCC Smart Front
4/9
MCC Smart Front
4/10
MCC Smart Heck
MCC Smart Heck
4/11
Mercedes Benz A-Klasse Front
4/12
Mercedes Benz A-Klasse Heck
4/13
Mercedes Benz C-Klasse Front
4/14
Mercedes Benz E-Klasse Front
4/15
Mercedes Benz E-Klasse Heck
4/16
Nissan Almera Front
Renault Clio Front
4/17
Renault Mégane Front
4/18
Renault Twingo Front
4/19
VW Bora Heck
VW Golf IV Heck
4/20
VW Lupo Front
5/1
Mercedes Benz A-Klasse Front
Mercedes Benz C-Klasse Front
5/2
Mercedes Benz E-Klasse Front
Nissan Almera Front
5/3
VW Golf III Heck
6/1
BMW 3-er Front
6/2
BMW 3-er Front
BMW 3-er Heck
6/3
BMW 7-er Front
Bezeichnung
- Frontal Offset Test
7/1
Anstoßgeschwindigkeit
- 56 km/h
ECE R 94
Barriere
- deformierbare Barriere
(ortsfest)
Beladung
Bewertung
- 2 Dummys
- Bergungsverhalten
- 90% Tankbefüllung
- Fahrzeugstruktur
- 40% Überdeckung
- Innenraum
- Insassenbelastungen
- Seiten Crashtest
- 50 km/h
ECE R 95
- 2 Dummys
(auf einem Rollwagen)
- Fahrzeugstruktur
- Innenraum
- 100% Überdeckung
- Frontal Test
- 48 km/h
ECE R 12
ECE R 33
ECE R 34
- starre Barriere
(ortsfest)
- 100% Überdeckung
- leer
- Fahrzeugstruktur
- 90% Tankbefüllung
- Innenraum
- Lenkungsverschiebung
Bezeichnung
- Heckaufpralltest
- 38 km/h
7/2
Barriere
- starre Barriere
Beladung
- leer
Bewertung
- Fahrzeugstruktur
ECE R 32
(auf einem Rollwagen
- Innenraum
ECE R 34
oder als Pendel)
- 100% Überdeckung
- Low Speed Crashtest
- 4 km/h
ECE R 42
- starre Barriere
- je ein Versuch leer
- je ein Versuch beladen
oder als Pendel)
- 2,5 km/h
ECE R 42
- starre Barriere
- leer
oder als Pendel)
Nicht gesetzlich vorgeschriebene Crashtests in Europa
Bezeichnung
- Frontal Offset Crash-
8/1
- 64 km/h
test
Barriere
(ortsfest)
Euro-NCAP
Beladung
- 2 Dummys + 2 Kinderdummys
- 40% Überdeckung
Bewertung
- Bergungsverhalten
- Fahrzeugstruktur
- Innenraum
- Seiten Crashtest
- 50 km/h
Euro-NCAP
- 1 Dummy + 2 Kinderdummys
- Fahrzeugstruktur
- 100% Überdeckung
- Fußgänger Sicher-
- 40 km/h
heitstest
Euro-NCAP
- Teildummys (Unter-,
Oberschenkel, Kopf)
- leer
- Belastungen der
Körperteile
Nicht gesetzlich vorgeschriebene Crashtests in Europa
Bezeichnung
- Pfahl Eindringprüfung
- 29 km/h
8/2
Barriere
- Stahlpfahl
Euro-NCAP
- Frontal Offset Test
- 15 km/h
AZT
- starre Barriere
Beladung
Bewertung
- 1 Dummy
- Fahrzeugstruktur
- Zuladung
- 1 Dummy
- Reparaturkosten
- leer
- Reparaturkosten
oder als Pendel)
- 40% Überdeckung
- Heckcrashtest
- 15 km/h
AZT
- starre Barriere
oder als Pendel)
- 40% Überdeckung
Bezeichnung
9/1
- 40 km/h
test
Barriere
(ortsfest)
FMVSS 208
- 40% Überdeckung
Beladung
Bewertung
- 2 Dummys
- Bergungsverhalten
- 92- 94% Tank-
- Fahrzeugstruktur
befüllung
- zulässige Nutzlast
- Innenraum
- Frontal Crashtest
- 48 km/h
- starre Barriere
(ortsfest)
FMVSS 208
- 100% Überdeckung
- 2 Dummys
- Bergungsverhalten
- 92- 94% Tank-
- Fahrzeugstruktur
befüllung
- Innenraum
- Seiten Crashtest
- 32 km/h
FMVSS 208
- starre Barriere
- 100% Überdeckung
- 1 Dummy
- Bergungsverhalten
- Zuladung
- Fahrzeugstruktur
- Innenraum
Bezeichnung
- 30° Frontal Crashtest
9/2
- 48 km/h
FMVSS 208
Barriere
- starre Barriere
(ortsfest)
- 100% Überdeckung
Beladung
Bewertung
- 2 Dummys
- Bergungsverhalten
- 92- 94% Tankbefüllung
- Fahrzeugstruktur
- Innenraum
- Seiten Crashtest
- 54 km/h
FMVSS 214
- deformierbare „Krebsgang“-Barriere
- 100% Überdeckung
- 2 Dummys
- Bergungsverhalten
- Zuladung
- Fahrzeugstruktur
- Innenraum
Bezeichnung
- Pfahl Eindringprüfung
- 29 km/h
9/3
Barriere
- Stahlpfahl
Beladung
- 1 Dummy
FMVSS 201
- Überschlagtest
Bewertung
- Fahrzeugstruktur
- 48 km/h
- 1 Dummy
FMVSS 208
- Bergungsverhalten
- Fahrzeugstruktur
- Innenraum
- 4 km/h
FMVSS 581
- starre Barriere
oder als Pendel)
- ein Versuch leer
- ein Versuch beladen
Bezeichnung
9/4
Barriere
Beladung
Bewertung
- 4 km/h
- starre Barriere
- leer
- 2,5 km/h
- starre Barriere
- leer
FMVSS 581
FMVSS 581
oder als Pendel)
Nicht gesetzlich vorgeschriebene Crashtests in den USA
Bezeichnung
- Frontal Crashtest
10/1
- 56 km/h
..NHTSA-NCAP
Barriere
- starre Barriere
Beladung
Bewertung
- 2 Dummys
- 2 Dummys
(ortsfest)
- 100% Überdeckung
- Seiten Crashtest
- 60 km/h
..NHTSA-NCAP
- deformierbare „Krebsgang“-Barriere
- Zuladung
- 100% Überdeckung
- 64 km/h
test
IIHS
(ortsfest)
- 40% Überdeckung
- 2 Dummys
- Bergungsverhalten
- Fahrzeugstruktur
- Innenraum
Bezeichnung
- Low Speed Crash-
- ca. 8 km/h
test
Barriere
- starre Barriere
Beladung
Bewertung
- leer
- Reparaturkosten
- leer
- Reparaturkosten
(ortsfest)
IIHS
- Low Speed Crash-
10/2
- 100% Überdeckung
- ca. 8 km/h
test
IIHS
- Stahlpfahl
Bezeichnung
- Low Speed Crash-
10/3
- ca. 8 km/h
test
IIHS
Barriere
- starre Barriere
(ortsfest)
- 100% Überdeckung
Beladung
- leer
Bewertung
- Reparaturkosten
11/1
Opel Vectra
Nissan Micra
Beschädigungen am Vectra
Beschädigungen am Micra
11/2
BMW 3-er
Mitsubishi Galant
Beschädigungen am 3-er
Beschädigungen am Galant
11/3
BMW 3-er
Opel Calibra
Beschädigungen am 3-er
Beschädigungen am Calibra
11/4
Mercedes Benz E 230
VW Golf III
Beschädigungen am E 230
Beschädigungen am Golf III
11/5
Mazda 323
Ford Fiesta
Beschädigungen am 323
Beschädigungen am Fiesta
11/6
Citroen BX
Mercedes Benz A-Klasse
Beschädigungen am BX
Beschädigungen an der A-Klasse
11/7
BMW 525
Alfa Romeo 156
EES-Werte an verschiedenen Fahrzeugen nach Frontanstößen
12/1
BMW 520
VW Derby
v EES ≈ 5 km/h
v EES ≈ 8 km/h
Toyota Previa
Citroen AX
v EES ≈ 10 km/h
v EES ≈ 12 km/h
Audi 100
Ford Escort
v EES ≈ 15 km/h
v EES ≈ 18 km/h
12/2
BMW 318
VW Golf III
v EES ≈ 21 km/h
v EES ≈ 26 km/h
Ford Escort
Citroen BX
v EES ≈ 29 km/h
v EES ≈ 32 km/h
Ford Escort
Mercedes Benz 190
v EES ≈ 35 km/h
v EES ≈ 39 km/h
12/3
BMW 325
Ford Escort
v EES ≈ 40 km/h
v EES ≈ 48 km/h
Ford Escort
Citroen BX
v EES ≈ 65 km/h
v EES ≈ 75 km/h
EES-Werte an verschiedenen Fahrzeugen nach Heckanstößen
13/1
Ford Escort
BMW 318
v EES ≈ 5 km/h
v EES ≈ 7 km/h
BMW 730
Audi 80
v EES ≈ 10 km/h
v EES ≈ 11 km/h
Audi 100
Audi 80
v EES ≈ 14 km/h
v EES ≈ 16 km/h
13/2
Audi 80
BMW 318
v EES ≈ 18 km/h
v EES ≈ 23 km/h
VW Golf III
BMW 523 touring
v EES ≈ 26 km/h
v EES ≈ 28 km/h
Mercedes Benz E-Klasse
Citroen XM
v EES ≈ 32 km/h
v EES ≈ 34 km/h
13/3
VW Golf III
VW Golf II
v EES ≈ 37 km/h
v EES ≈ 39 km/h
Ford Escort
VW Golf III
v EES ≈ 47 km/h
v EES ≈ 71 km/h
Fahrzeugfrontbeschädigungen verschiedener Fahrzeuge mit einer EES von ca. 15 km/h
14/1
Alfa Romeo 33
Alfa Romeo 75
Alfa Romeo 164
Audi 80
Audi 100
Audi 100
BMW 318
BMW 318
BMW 325
14/2
BMW 730
Citroen XM
Fiat Tipo
Ford Escort
Ford Mondeo
Honda Accord
Honda Prelude
Hyundai Lantra
Hyundai Pony
14/3
Mazda 121
Mazda 323
Mazda 626
Mazda 626
Mercedes Benz E 200
Mercedes Benz 190
Mercedes Benz 200
Mitsubishi Colt
Mitsubishi Colt
14/4
Mitsubishi Galant
Nissan Maxima
Nissan Micra
Nissan Sunny
Opel Astra
Opel Corsa
Opel Kadett
Opel Omega
Opel Vectra
14/5
Peugeot 106
Peugeot 605
Renault Clio
Renault R19
Renault R21
Renault Twingo
Skoda Felicia
Suzuki Swift
Toyota Camry
14/6
Toyota Carina II
Toyota Corolla
Trabant 601
Volvo 440
Volvo 480 ES
Volvo 740
Volvo 850
VW Golf II
VW Golf III
VW Passat
Wartburg 353
14/7
Fahrzeugheckbeschädigungen verschiedener Fahrzeuge mit einer EES von ca. 10 km/h
15/1
Alfa Romeo 33
Audi 80
Audi 80 Cabriolet
Audi 100
BMW 3-er Coupé
BMW 325
BMW 530
BMW 730
Citroen AX
15/2
Citroen BX
Citroen XM
Fiat Tempra
Fiat Tipo
Ford Escort
Ford Escort
Ford Fiesta
Ford Mondeo
Ford Mondeo Turnier
15/3
Ford Orion
Ford Scorpio
Ford Sierra
Honda Civic
Honda Civic
Honda Civic LSi
Lancia Dedra
Mazda 323
Mazda 626
15/4
Mercedes Benz 200
Mercedes Benz C 180
Mitsubishi Colt
Mitsubishi Colt
Nissan Maxima
Nissan Prairie
Nissan Sunny
Nissan Terrano
Opel Astra 5-türig
15/5
Opel Astra 3-türig
Opel Astra Caravan
Opel Calibra
Opel Corsa
Opel Corsa
Opel Corsa
Opel Kadett
Opel Kadett
Opel Omega
15/6
Opel Omega Caravan
Opel Vectra
Opel Vectra
Peugeot 205
Peugeot 309
Peugeot 405
Porsche 928
Renault Clio
Renault Espace
15/7
Renault R19
Seat Cordoba
Seat Toledo
Toyota Camry
Toyota Carina
Toyota Carina II
Toyota Celica
Toyota Corolla
Toyota Corolla
15/8
Toyota Corolla
Toyota Corolla
Toyota Previa
Trabant 601
Volvo 440
Volvo 480 ES
VW Corrado
VW Golf II
VW Golf III
15/9
VW Golf III Variant
VW Jetta
VW Passat Variant
Wartburg 353
VW Passat

Diplomarbeit Nr. KS / 03 / 2003 Untersuchungen zur

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