physikalische zu crashtests
ich hab mir neulich folgende frage gestellt:
man vergleiche:
a) ein VW Golf V mit 60 km/h (ca. 1300 kg) gegen eine betonwand
b) zwei VW Golf V mit 60 km/h frontal gegeneinander
Haben beide szenarien die selben auswirkungen oder ist vielleicht der golf gegen die wand nach dem crash noch besser in schuss als, wenn mein zwei golfs frontal gegeneinander fährt????
der hausverstand würde sagen, dass die beiden golfs gegeneinander stärker deformiert sein müssten weil 2x60 km/h doch deutlich mehr rumms erzeugt als nur 1x60 km/h....
andererseits, wenn man sich das ganze mit dem energieerhaltungssatz überlegt müssten beide szenarien in etwa gleich ausgehen, weil:
crasht man einen golf gegen eine wand ist ja viel kinetische energie vorhanden, die abgebaut werden muss.
crasht man zwei golfs gegeneinander so ist die doppelte menge an energie vorhanden, allerdings ist auch doppelt soviel blech und knautschzone vorhanden um diese wieder abzubauen, also endet es eigentlich darin, dass jedes auto seine eigene energie abbaut und es somit zu den selben auswirkungen wie bei einem crash gegen eine wand kommt.
was ist eure meinung dazu???
(sry, wollte eigentlich "physikalische frage zu crashtests" schreiben)
51 Antworten
Ja da kann man nicht widersprechen, wenn man allerdings so auf die IAA guckt, geht der Trend insg. weiter.
Kumpel von mir hat Industriedesign studiert und malte schon in der Schule solche Autos wie die, die wir hier in news sehen. Auf meine Einwände die Physik nicht zu vernachlässigen grinste nur der Physiklehrer, alle anderen waren begeistert von "vorne kurz, hinten lang" (meistens noch ´ne Zündschnur dran - denke gerad an das Lied 😁)...
Ich sage auch dass man die 50 cm bis ins Unendliche optimieren kann, doppelte Motorhaube = 1/4 der Belastung, ist aber imernoch das "Problem". Deswegen finde ich es schon mal gut dass heutige Kleinwagen etwas wachsen. Die fliegend Fahrgastzelle alias Smart ist aber für mich immernoch nichts was ich kaufen würde.
Zitat:
Original geschrieben von aurian
Schade dass im Film keine Messwerte der Dummies genannt werden. Diese wären nämlich ausschlaggebend über das Verletzungsrisiko. Die Verformung des Autos an sich ist natürlich eindrücklich, sagt aber nicht sehr viel aus.
Sagt immerhin aus, dass dem Fahrer mit großer Warscheinlichkeit die Beine amputiert werden müssen. Also ich hätte lieber im Modus gesessen, auch ohne die genauen Werte zu kennen.
Also so wie ich's verstanden habe sprachen sie von cut out, nicht von cut off... 😉
Also aus dem Auto Rausschneiden, nicht die Beine Abschneiden 😛
Aber lustig wärs wohl so oder so nicht.
Ja sie haben es nicht gesagt aber die Bilder sind doch recht eindeutig. Den Dummy kannste noch rausschneiden, aber Beine aus Fleisch und Knochen wären warscheinlich für die Tonne gewesen. Oder mit etwas Glück vielleicht ein Jahr Krankenhaus und 2 Jahre Reha, auch nicht so toll.
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Hier noch mal was neueres (S-Klasse gegen Smart).
Die steife Karosserie des Smart hat halt den Nachteil, dass dadurch die Beschleunigungswerte für die Insassen in die Höhe schießen, vor allem, wenn der Smart auf ein Hindernis trifft, das auch nicht viel nachgeben will...
So neu ist der nicht, zeigt aber das genau gleiche Problem. Nur ist beim Smart die "Knautschzone" noch viel kürzer, de facto praktsich nicht vorhanden.
Die einzige was man da tun kann ist die Fahrgastzelle so stabil wie möglich zu bauen um den Überlebensraum zu sichern und zu hoffen dass der Unfallgegner kein Baum oder Betonmauer darstellt, sondern ein "weiches" Ziel ist.
Abhilfe könnte wie gesagt Kohlefaser darstellen. In der Formel 1 können von KF Monocoques abartig hohe Energiemengen absorbiert werden, da jede einzelne Faser solange Energie aufnimmt bis sie aus ihrem Verbund losbricht. Übrig bleibt optimalerweise nur Staub.
Ein 1 Meter langes Blechteil, welches an 3, 4 Stellen verbogen wurde kann da gar nicht soviel Energie absorbieren.
Wird wohl eines Tages so kommen, neue günstige und automatisierbare Herstellmethoden vorausgesetzt.
Tja aber die Physik bleibt, bei 100km/h und 50cm Knautschzone kann die Kohlefaser auch bei linearer Aufnahme der Kraft und somit Minimierung der Kraft pro Zeiteinheit, trotzdem nicht die g-Kräfte erreichen die unproblematisch sind.
Übrigens der 1 Meter kann auch so gestalten werden dass das mit 3 oder 4 Punkten gar nicht so unbedingt sein muss. Wenn die Träger wie eine "Welle" zusammengepresst werden und wenn die Aggregate unter der Motorhaube entsprechend an der Verformung beteiligt werden, kann man auch heute relativ gute Belastungsfunktionen (Funktion mathematisch gemeint) erreichen.
Diese riesigen längs aufgehängten Stahlbrocken alias Motor, die kaum unter das Auto verschoben werden und 2 Knickstellen in Trägern etc. sind natürlich keine grosse Hilfe...
/\/\/\ -> |||||| 😉
Mit Stahl kann man die Knautschzone genauso auslegen wie mit Kohlefaser - wird halt nur schwerer. Die Träger werden bei heutigen Autos auch nicht mehr nur irgendwie gebogen sondern an zig Stellen mit vielen Biegungen zusammengefaltet da sie so die gleichen Energiemengen mit weniger Gewicht aufnehmen können.
Guter Kompromiss ist Alu für die Verformungselemente das pro Gewicht etwa doppelt soviel Energie aufnehmen kann als Stahl.
Rein physikalisch ergibt sich bei gegebener Geschwindigkeit und Verformungsweg eine mittlere Beschleunigung von 0,5*Geschwindigkeit²/Verzögerungsweg. Bei 100km/h und 0,5m wie im letzten Beispiel wären das schon im Mittel 79g über rund 36ms. Als Grenzwert für schwere Kopfverletzungen sieht man 80g bereits ab 3ms an. Sprich: Da möchte ich nicht mehr drinsitzen 😉
Gruß Meik
Zitat:
Original geschrieben von Meik´s 190er
Mit Stahl kann man die Knautschzone genauso auslegen wie mit Kohlefaser - wird halt nur schwerer.
Gruß Meik
Nie im Leben... 😁😛
Ich stütze mich dabei auf Aussagen aus der Formel 1 Entwicklung. Gemäss diesen ist es unmöglich, mit einem Aluchassis die selben Eigenschaften zu erreichen wie es mit Kohlefaser möglich ist. Im Rennsport hat sich Kohelfaser nicht nur wegen Gewichtsgründen durchgesetzt, sondern eben auch wegen der Sicherheit. Wäre ein Aluchassis ebenso sicher könnte problemlos Kohlefaser als Werkstoff verboten werden. Dann wäre zwar mehr Gewicht da, aber es wäre einheitlich und absolut Chancengleich. Allerdings wären massiv Kosten gespart. Warum wird das so wohl nicht umgesetzt? 😉
Natürlich kann man Metallbauteile so auslegen dass sie sich mehrfach verbiegen. Aber die konzentrierte Energieaufnahme von Kohlefaser, wo jedes einzelne Fäserchen eine genau definierte Menge Energie aufnimt bevor jedes Fäserchen einzeln aus dem Verbund ausbricht und sich schlussendlich dieser Verbund idealerweise komplett zu Staub auflöst ist mit den Eigenschaften von metallischen Werkstoffen niemals erreichtbar. Ausser ev. bei Sinter- oder anderen Verbundverfahren.
Das löst aber immer noch nicht das Problem der tödlichen negativbeschleunigungen. Im Motorsport durch Mehrpunktgurte, HANS etc entschäft bleibt das im PKW ein Thema.
Man kommt dabei auch nicht drum herum zu sagen dass irgendwo einfach eine Grenze ist wo ein crash einfach nicht mehr unbeschadet überstanden werden kann. Der Point of no return, was Gesundheitsrisiken betrifft.
Das schaffen keine Premiumallüren und auch kein NCAP Crashtest.
Was oft vergessen geht: Beim NCAP Test wird nie gegen ein hartes Hinderniss gefahren. (Frontal) Der Aufprallblock simuliert einen anderen PW. Dies reduziert massiv die Probleme Harter Zellstrukturen in Verbindung mit kurzen Knautschzonen. Wäre der Betonblock nicht "gepolstert" sondern nackt hätten IMHO Autos die Heute gute Resultate abliefern keine Chance. z.B eben Smart, Modus etc. Da wären dann der gute alte Benz oder Volvo mit langer Schnauze prinzipiell im Vorteil. Nicht was Deformationen betrifft, sondern aufgrund der vorhandenen Knautschzone in bezug auf Energieabbau und damit die auf die Insassen einwirkende Restenergie.
Zitat:
Original geschrieben von Meik´s 190er
Rein physikalisch ergibt sich bei gegebener Geschwindigkeit und Verformungsweg eine mittlere Beschleunigung von 0,5*Geschwindigkeit²/Verzögerungsweg. Bei 100km/h und 0,5m wie im letzten Beispiel wären das schon im Mittel 79g über rund 36ms. Als Grenzwert für schwere Kopfverletzungen sieht man 80g bereits ab 3ms an. Sprich: Da möchte ich nicht mehr drinsitzen 😉
Ach was, was du nur wieder hast. 🙂
Mit CFK wie in der F1 ist das easy... 🙄
Die knallen mit 250 in die Wand und steigen nur mit Kopfschmerzen aus...
Zitat:
Original geschrieben von aurian
Im Rennsport hat sich Kohelfaser nicht nur wegen Gewichtsgründen durchgesetzt, sondern eben auch wegen der Sicherheit.
Das Entscheidende ist leicht
undhohe Steifigkeit/Festigkeit. Die Betonung liegt auf "und".
Zitat:
Original geschrieben von aurian
Wäre ein Aluchassis ebenso sicher könnte problemlos Kohlefaser als Werkstoff verboten werden. Dann wäre zwar mehr Gewicht da, aber es wäre einheitlich und absolut Chancengleich. Allerdings wären massiv Kosten gespart. Warum wird das so wohl nicht umgesetzt? 😉
Weil die Autos, weil schwerer, langsamer wären?
Zitat:
Original geschrieben von aurian
Natürlich kann man Metallbauteile so auslegen dass sie sich mehrfach verbiegen. Aber die konzentrierte Energieaufnahme von Kohlefaser, wo jedes einzelne Fäserchen eine genau definierte Menge Energie aufnimt bevor jedes Fäserchen einzeln aus dem Verbund ausbricht und sich schlussendlich dieser Verbund idealerweise komplett zu Staub auflöst ist mit den Eigenschaften von metallischen Werkstoffen niemals erreichtbar. Ausser ev. bei Sinter- oder anderen Verbundverfahren.
Blöderweise ist die Faser nicht isotrop.
Btw wird in das Kohlefaser-Monocoque - zur Versteifung 🙂 (damit´s halt nicht wie´n Knäcke bröselt) - eine Aluminiumwabenschicht integriert.
Zitat:
Original geschrieben von aurian
Das löst aber immer noch nicht das Problem der tödlichen negativbeschleunigungen. Im Motorsport durch Mehrpunktgurte, HANS etc entschäft bleibt das im PKW ein Thema.
Bestenfalls gelingt es den Gurten, dass auch der Fahrer die Fahrzeugverzögerung erfährt. Und auch HANS kann keine Wunder vollbringen. Wenn das Gehirn innerhalb der Schädeldecke mit >80g umhersaust, weiß Hans hinterher net mehr was HANS ist.
Überhaupt verrichten die F1 Monocoques keine Wunderdinge. Mal etwas zu den Anforderungen:
Mittlerweile gibt es drei dynamische Tests und zwölf statische Belastungsprüfungen. Ein Rennauto bekommt erst die Zulassung, wenn sämtliche Tests bestanden sind. Das Chassis wird dabei von vorne mit 15 Meter/Sekunde (54 Stundenkilometer), von der Seite mit zehn m/s (36) und mit dem Heck voran mit elf m/s (39,6) gegen eine Wand gefahren. Die Obergrenzen für die maximale Verzögerung, Energie-Aufnahme und Verformung sind genau festgelegt.
Grundsätzlich gilt: Die Überlebenszelle muss dabei völlig intakt bleiben.
Wobei man sagen muss, dass "intakt bleiben" nicht unbeschädigt meint und so ein Monocoque beim 54km/h Anprall nicht soooo viel wiegt. 😉
Zitat:
Original geschrieben von aurian
Der Aufprallblock simuliert einen anderen PKW.
Welchen denn?
Zitat:
Weil die Autos, weil schwerer, langsamer wären?
Was aber an sich überhaupt kein Problem im Motorsport darstellt, wenn nämlich für alle die selben Voraussetzungen gelten würden. Wäre dann ein Aluchassis reglementarisch vorgeschrieben, z.B. auch mit einem entsprechenden Mindestgewicht wäre absolute Chancengleicheit gegeben, und das bei deutlich minimierten Kosten. WENN es nur ums Gewicht gienge.
Zitat:
Blöderweise ist die Faser nicht isotrop.
Btw wird in das Kohlefaser-Monocoque - zur Versteifung (damit´s halt nicht wie´n Knäcke bröselt) - eine Aluminiumwabenschicht integriert.
Stellt sich dabei nur die Frage welches Element welche Aufgabe übernimmt. Wie z.B. Formgebung, Herstellungsoptimierung, Energieabsorption...
Zitat:
Bestenfalls gelingt es den Gurten, dass auch der Fahrer die Fahrzeugverzögerung erfährt. Und auch HANS kann keine Wunder vollbringen. Wenn das Gehirn innerhalb der Schädeldecke mit >80g umhersaust, weiß Hans hinterher net mehr was HANS ist.
Selbstverständlich. Habe auch nie was anderes Gesagt. Ich bin einfach davon ausgegangen wie bei einer Kleinwagentypisch kurzen Knautschzone maximale Energieabsorption möglich wäre. Ein theoretischer Ansatz. Das aber auch dabei elementare Physikalische Grössen nicht ignoriert werden können versteht sich von selbst. Es geht einfach darum so nah wie möglich an die Grenze zu gehen um das Machbare grösstmöglichst auszuschöpfen. Genau so wie der Rennfahrer der Bessere ist der den Grenzbereich tiefer ausloten kann ohne ihn zu überschreiten. Und da sind Kohlefaserkonstruktionen IMHO jeglicher gängigen PKW Konstruktion himmelhoch überlegen. Zumindest kostenunabhängig betrachtet.
Zitat:
Wobei man sagen muss, dass "intakt bleiben" nicht unbeschädigt meint und so ein Monocoque beim 54km/h Anprall nicht soooo viel wiegt.
Ich wage jezt einfach ohne irgendwelche Belege zu behaupten dass der Testschlitten den Crash mit ebenso viel Energie durchführt wie sie ein Rennwagen bei dieser Geschwindigkeit aufbringt. Und hast du dir mal das Hindernis beim crash angesehen? Genau, eine Betonmauer. 100% unnachgiebig. Ganz im Gegensatz zum Hinderniss beim Euroncap. Dies führt zum nächsten Punkt:
Zitat:
Welchen denn?
EURO Ncap lässt die Autos nie gegen ein Hindernis wie oben beschrieben prallen. Da ist ein Aluelement dazwischen welches die Aufgabe hat die Knautschzonen eines gegnerischen Autos zu simulieren. Wäre da aber eine nackte Betonwand würde bei EuroNCAP maches Testresultat anders aussehen.
Ach ja, noch was interessantes dazu:
Link
Zitat:
Original geschrieben von Elk_EN
Bestenfalls gelingt es den Gurten, dass auch der Fahrer die Fahrzeugverzögerung erfährt. Und auch HANS kann keine Wunder vollbringen. Wenn das Gehirn innerhalb der Schädeldecke mit >80g umhersaust, weiß Hans hinterher net mehr was HANS ist.
bestenfalls? das sollen sie sogar - bzw, sie sollen den fahrer so sicher wie möglich im auto halten, egal ob sich das auto überschlägt oder sich im kreise dreht. etwas, was im normal-kfz-bau nicht von gurten erwartet wird (vorallem aus komfortgründen). auch hans erfüllt keinen anderen grund und soll "nur" die nacken/hals-muskulatur unterstüzten und schützen.
rennfahrer überlegen ihre crashs nicht nur durch ihre knautschzone, sondern eher durch ihre fitness. einen crash wie kubica dieses jahr oder ralf schumachre letztes (oder vorletztes?) jahr würde von uns wohl keiner überleben.
Unfälle in der F1 laufen meist auch anders ab als im Strassenverkehr. Gibt z.B. selten Gegenverkehr 😛
Daher geht die Konstruktion auch mehr von einer möglichst stabilen Zelle um den Fahrer aus. Die meisten Unfälle sind Überschläge oder auch "Abpraller" von anderen Autos bzw. Hindernissen. Letztere noch meist mit Reifenstapeln entschärft. Direkten Aufprall wo das Fahrzeug die ganze Energie abbauen muss gibt es bei denen glücklicherweise seltenst. Da geht es dann auch darum den Fahrer fest im Cockpit zu halten, bei den Belastungen in alle möglichen Richtungen geht das halt am besten per Hostenträgergurt.
Bei normalen Autos ist die Vorverlagerung des Fahrers ein weiteres Plus an Verzögerungsweg. Da kann erstmal der Gurt auf 20-30cm schon einiges Abfangen bevor der Oberkörper dann flächig vom Airbag aufgefangen wird. So lässt sich je nach Fahrergrösse noch einiges an Weg gewinnen. Erst bei seitlicheren Aufprallrichtungen wäre da der Hosenträgergurt wünschenswert um den Fahrer im Sitz zu halten. Nach aussen stützten mittlerweile die Seiten- bzw. Kopfairbags, nach innen aber leider wenig.
Die 56km/h gegen die starre Barriere sind übrigens Standarttest in den USA nach FMVSS 208, also gesetzliche Anforderungen. Nichts was für die F1 extra ausgedacht wurde. Ist die Verschärfung der alten Norm bei der mit 48km/h gefahren wurde. Den NCAP konnte man für die F1 kaum nehmen, wie soll da eine 40% Überdeckung aussehen? Da geht die Nase an der Barriere vorbei. Für "normale" Autos stellt aber gerade diese einseitige Belastung die grosse Herausforderung dar.
Gruß Meik