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Die
vorliegende Erfindung betrifft Strukturelemente mit variabler Deformationseigenschaft
und darauf aufbauende Strukturen.
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Aus
DE 197 41 766 A1 ist
eine geschäumte Struktur
für ein
Fahrzeug bekannt. Durch Einbringung eines gasförmigen, flüssigen oder pulverförmigen Mediums
in die geschäumte
Struktur können
deren physikalische Eigenschaften verändert werden. Dadurch ist es
beispielsweise möglich,
die Steifigkeit einer als Energieabsorptionselement in einem Fahrzeug
wirkenden Schaumstruktur entsprechend den Kollisionsbedingungen
zu verändern.
Auch können die
thermischen oder akustischen Eigenschaften von geschäumten Flächenelementen
beeinflusst werden. Die Kraft-Weg-Kennlinie der geschäumten Struktur kann
entsprechend den Kollisionsbedingungen (Kollisionsgeschwindigkeit,
Aufprallrichtung, Kollisionsobjekt, etc.) verändert werden, so dass idealerweise die
Steifigkeit und das Energieaufnahmevermögen den jeweiligen Kollisionsbedingungen
angepasst werden können.
Handelt es sich beispielsweise bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug
um ein Fahrzeug mit hohem Eigengewicht, kann durch die Erfindung für den Fall
einer Kollision mit einem leichteren Fahrzeug eine Kraft-Weg-Kennlinie
mit einem entsprechend flachen Verlauf eingestellt werden (Kompatibilität). Auch
bei Kollisionen mit Fußgängern oder
Radfahrern kann eine signifikante Reduzierung der Steifigkeit des
Energieabsorptionselementes die Folgen für den schwächeren Unfallbeteiligten mindern.
Stößt das Fahrzeug
hingegen gegen auf ein feststehendes Hindernis, wird die Steifigkeit
im Sinn eines maximalen Eigenschutzes entsprechend erhöht. Somit
kann eine einstellbare Knautschzonencharakteristik erzeugt werden.
Die Beschickung oder Entleerung der geschäumten Struktur wird durch einen
sogenannten "Pre-Crash-Sensor" vor oder in der
Anfangsphase einer Kollision eingeleitet.
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Die
geschäumte
Struktur aus
DE 197
41 766 A1 weist den Nachteil auf, dass sie vergleichsweise aufwendig
herzustellen ist. Zudem braucht sie zur Adaption externe Pumpen,
um das Medium in die geschäumte
Struktur einzugeben bzw. herauszulassen. Diese Pumpen o.ä. müssen leistungsfähig und
damit teuer sein, um innerhalb der kurzen zur Verfügung stehenden
Zeit zwischen Crash-Vorerkennung und Aufprall die geschäumte Struktur
geeignet einstellen zu können.
Die richtige Einstellung auf Grundlage der Pre-Crash-Daten benötigt zudem
einen erhebliche Rechenleistung bei Anpassungen. Außerdem kann diese
Struktur in ihren Eigenschaften, z. B. der Kraft-Weg-Kennlinie, nur voreingestellt
werden, was zu einem zwar adaptiven Verhalten führt, wobei die Kraft-Weg-Kennlinie
aber einer 'Bulkmaterial'-Kennlinie ohne qualitative Änderung
des Verhaltens während
der Deformation ähnelt.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit
zur Ausgestaltung von Fahrzeugstrukturen bereitzustellen, welche
flexibel, besonders einfach und kostengünstig an Fahrzeugauslegungen
angepasst werden kann und welche eine erhöhte Sicherheit bezüglich Eigenschutz des
Fahrers sowie Partnerschutz, als auch von Fußgängern bereitstellen kann.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Strukturelement nach Anspruch 1, eine Längsbaustruktur
nach Anspruch 21, ein Fahrzeug nach Anspruch 22 und einen Satz von
Fahrzeugen nach Anspruch 23 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind insbesondere den Unteransprüchen einzeln oder in Kombination
entnehmbar.
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Das
Strukturelement ist dazu eingerichtet und daran angepasst, als Antwort
auf das Erreichen mindestens eines Schwellwerts eines Steuerparameters
zwischen zwei unterschiedlichen Deformations-Lastniveaus des Strukturelements
umzuschalten. Mit anderen Worten kann als Antwort auf das Erreichen
mindestens eines Schwellwerts eines Steuerparameters zwischen zwei
unterschiedlichen Steifigkeiten des Strukturelements für eine Deformation umgeschaltet
werden.
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Das
Umschalten geschieht – im
Rahmen der Trägheits-
und Reaktionskräfte
des Strukturelements – insbesondere
plötzlich,
d. h., dass eine zugehörige bzw.
Kraft-Deformationsweg-Linie einen im wesentlichen stufenförmigen Abfall
zeigt. In anderen Worten ändert
sich das Lastniveau des Strukturelements bzw. sein Steifigkeitswert
im wesentlichen stufenförmig.
Wenn also ein innerer und/oder äußerer Lastpfad
bzw. Steifigkeiten sich ändern,
indem je nach konstruktiver Lösung
die Änderung
der Steifigkeiten schnell erfolgt bzw. das System keine Trägheiten
hat, erfolgt eine entsprechend schneller Abfall bzw. Anstieg des
Gesamtlastniveaus. In der Praxis werden typischerweise einige Millisekunden
bis zum erreichen eines neuen Lastniveaus vergehen. Bei einem Aufprall
werden je nach Lastfall typischerweise zwischen 60 und 150 ms benötigt, bis
das Kfz steht.
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Dadurch
diese Änderung(en)
der Deformationseigenschaft lässt
sich das Strukturelement flexibel an unterschiedliche Deformationsszenarios
anpassen. Besonders attraktiv ist die sich ebenfalls ergebende Anpassungsfähigkeit
an Fahrzeuge verschiedener Produktlinien und kommunale Fahrzeugstrukturen,
wobei das Strukturelement dann ggf. zwar angepasst werden muss,
aber nicht neu konstruiert zu werden braucht.
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Der
Steuerparameter kann der Deformationsweg des Strukturelements sein,
der zugehörige Schwellwert
kann dann beispielsweise eine vorbestimmte Länge auf dem Deformationsweg
des Strukturelements sein, so dass abhängig vom Deformationsweg das
Lastniveau verändert
wird. In diesem Fall kann sich das Strukturelement somit selbsttätig umschalten.
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Ein
weiterer Steuerparameter kann ein Druckschwellwert einer Flüssigkeit
in einer Kammer des Strukturelements sein.
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Die
Steuerparameter können
aber auch externe Parameter sein, die von einer Fahrzeugsensorik
geliefert werden, wie beispielsweise eine Aufprallgeschwindigkeit,
eine Hindernisgröße bzw.
einen Hindernistyp, eine Aufprallart, ein Aufprallwinkel, eine Zeit
nach Aufprallbeginn und so weiter. Dies ist insbesondere vorteilhaft
bei Verwendung von Daten einer sog. 'Pre-Crash'-Umfeldsensorik, z. B. mittels Radar,
da dann die Sensordaten bereits vor oder am Anfang eines Aufprall
dazu verwendet werden können,
die Deformationsstruktur an die Art des Aufpralls anzupassen, wodurch
ein besonders flexibler und effektiver Aufprallschutz ermöglicht wird.
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Es
können
auch verschiedene Schwellwerte, die ggf. zu verschiedenen Steuerparametern
gehören,
verschiedene Lastniveaus umschalten, insbesondere nacheinander.
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Die
Lastniveaus und/der Schwellwert bzw. die Schwellwerte können strukturell
einstellbar, aber dann fest sein und/oder während eines Aufpralls individuell
einstellbar sein.
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Es
ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Strukturelement dazu eingerichtet
und daran angepasst ist, zu Beginn einer Deformation ein erstes Lastniveau
aufzuweisen und mit fortschreitender Deformation nach Erreichen
eines dem Deformationszustand zugeordneten Schwellwerts (z. B. Deformationslänge, Druck
usw.) auf ein zweites Lastniveau umzuschalten.
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Es
kann aber auch vorteilhaft sei, wenn das Strukturelement dazu eingerichtet
und daran angepasst ist, vor Beginn einer Deformation auf der Grundlage
eines externen Steuerparameters (z. B. Aufprallgeschwindigkeit,
Hindernisgröße, Aufprallart, Aufprallwinkel,
Zeit nach Aufprallbeginn u.s.w.) von einem ersten Lastniveau auf
ein zweites Lastniveau umzuschalten. Dadurch ist es insbesondere
möglich, die
Aufprallreaktion eines Fahrzeugs (insbesondere abgebildet durch
seine Steifigkeit) zwischen einen Fußgängeraufprall und einen Fahrzeugaufprall,
und dort wiederum zwischen einem Aufprall mit niedri ger Geschwindigkeit
und einem Aufprall mit hoher Geschwindigkeit zu differenzieren.
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Für eine Fußgängersicherheit
wird eine sehr geringe Steifigkeit gewünscht, für einen Eigenschutz jedoch
eine höhere
Steifigkeit während
des gesamten Aufpralls. Ein idealer Aufprallpuls weist zusätzlich einen
Steifigkeitsabfall beim Aufprall für den Eigenschutz und eine
reduzierte Insassenbelastungen auf.
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Durch
die Höhe
der Lastniveaus sind zugehörige
verschiedenen Steifigkeitsniveaus entsprechend einstellbar.
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Vorteilhafterweise
weist das Strukturelement einen äußeren Strukturteil
und eine darin angeordnete innere Kammer mit mindestens einem darin
enthaltenen Kammerelement auf, wobei das äußere Strukturteil einen äußeren Lastpfad
bildet und das Kammerelement anfänglich
einen inneren Lastpfad bildet, und wobei der äußere Lastpfad und der innere Lastpfad
das erste Lastniveau definieren, und wobei das zweite, folgende
Lastniveau durch eine Abschwächung
des inneren Lastpfads definiert ist. Nach Erreichen des vorbestimmten
Schwellwerts des Strukturelements bewirkt das innere Strukturteil somit
einen Abfall einer Steifigkeit des Strukturelements. In anderen
Worten 'kollabiert' ein innerer Lastpfad
zumindest bis auf ein gewisses Niveau, so dass die auf das Strukturelement
wirkende Kraft nun im wesentlichen durch das äußere Strukturteil aufgenommen
werden muss ('äußerer Lastpfad'), wodurch sich dieses
unter höhere
Deformation und damit Energieaufnahme verformt.
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Es
ist vorteilhaft, wenn das innere Kammerelement eine Flüssigkeit
ist, wobei zwischen zwei Lastniveaus dadurch umgeschaltet wird,
dass die Flüssigkeit
beim ersten Lastniveau die innere Kammer nicht verlassen kann (z.
B. weil eine Öffnung durch
eine Membran und/oder ein Ventil versperrt ist), wodurch durch die
Flüssigkeit
bzw. der Druck in der Flüssig keit
der innere Lastpfad aufgebaut wird, und dass nach Erreichen des
Schwellwerts die Flüssigkeit
die innere Kammer verlassen kann (z. B. durch Bersten der Membran
oder Öffnen
des Ventils), wodurch das zweite, niedrigere Lastniveau definiert wird,
das der innere Lastpfad durch den Druckabfall vermindert oder ganz
aufgehoben wird.
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Es
kann insbesondere günstig
sein, wenn die innere Kammer eine Öffnung aufweist, die mittels
eines Verschlusselements, insbesondere einer Membran, abgedichtet
ist, welches nach Erreichen eines Druckschwellwerts der Flüssigkeit
die Öffnung
freigibt.
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Es
ist insbesondere günstig,
wenn die Höhe des
zweiten Lastniveaus durch einen Strömungsquerschnitt eines die
Größe der Öffnung der
inneren Kammer bestimmenden Ventils bestimmt wird. Dadurch kann
beispielsweise schon vor dem Aufprall das zweite, ggf. sehr früh einsetzende,
Lastniveau zur Fußgängersicherheit
auf einen niedrigen Wert eingestellt werden oder zur Insassensicherheit
auf ein höheres
Niveau. Die Umschaltung kann, wie bereits oben besprochen durch
externe Sensormesswerte bestimmt werden.
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Es
kann zur kostengünstigen
Herstellung aber auch vorteilhaft sein, wenn das Ventil ein mechanisch
angetriebenes Ventil ist, das nach Erreichen eines vorbestimmten
Deformationswegs umgeschaltet wird.
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Es
ist insbesondere zur Einstellung des Strukturelements vor einem
Aufprall vorteilhaft, wenn das Ventil ein elektrisch steuerbares
Ventil ist, das mittels eines externen Steuersignals zwischen mindestens
zwei Strömungsquerschnitten
umschaltet.
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Es
kann auch günstig
sein, wenn die Höhe des
zweiten Lastniveaus durch einen Strömungsquerschnitt eines Durchstoßes durch
eine Begrenzungsblende der inneren Kammer bestimmt wird, der nach
Erreichen eines vorbestimmten Deformationswegs mittels eines sich
in der Kammer befindlichen Durchstoßelementes erzeugt wird. Dies
ergibt eine besonders kostengünstige
und robuste Umsetzung.
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Es
kann aber auch vorteilhaft sein, wenn die Flüssigkeit eine rheologische
Flüssigkeit
ist, deren Viskosität
mittels einer zugehörigen
Felderzeugungsvorrichtung einstellbar ist, so dass mindestens eines der
Lastniveaus durch eine Einstellung der Viskosität einstellbar ist. Dann kann
z. B. häufig
auf ein Ventil zur Einstellung des Druckabfalls verzichtet werden. Es
ist dann besonders günstig,
wenn die Viskosität der
rheologischen Flüssigkeit
mittels einer zugehörigen
Felderzeugungsvorrichtung einstellbar ist, so dass das Umschalten
zwischen Lastniveaus durch eine Änderung
der Viskosität
einstellbar ist.
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Es
kann aber auch gewünscht
sein, dass das Kammerelement mindestens ein am äußeren Strukturteil befestigtes
Strukturelement ist, das durch Deformation den zweiten Lastpfad
des ersten Lastniveaus bildet, wobei das Umschalten zum zweiten Lastniveau
durch Lösen
zumindest einer Verbindung mit dem äußeren Strukturteil geschieht.
Besonders günstig
geschieht das Lösen
des Kammerelements durch Zünden
eines pyrotechnischen Verbindungselements. Vorteil ist hier die
einfache konstruktive Lösung
mit heute bereits vorhandenen Bauteilen. Diese Anordnung ist zudem
während
eines Aufpralls durch Öffnen
der Verriegelung schaltbar, was einen verbesserten Eigenschutz und
verbesserten Insassenschutz ergibt. Auch ist diese Ausführung geeignet
für aufprallgeschwindigkeitsgesteuerte
Lösungen,
wodurch sich ein vorkonditioniertes Systemerstellen lässt.
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Das
Strukturelement kann aber auch mindestens zwei Bereiche unterschiedlicher
Steifigkeit aufweist, die jeweils eines der Lastniveaus definieren.
Die unterschiedliche Steifigkeit lässt sich Z. B. durch unterschiedliche
Wandstärken
des äuße ren Strukturteils
erreichen. Der Steuerparameter kann dann z. B. der Deformationsweg
sein, und der Schwellwert entspricht der Position auf dem Deformationsweg
des Übergangs
zwischen den zwei Bereichen.
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Es
kann auch vorteilhaft sein, wenn das Strukturelement einen äußeren Strukturteil
und eine darin angeordnete innere Kammer mit mindestens einem darin
enthaltenen Umlenkelement aufweist, wobei das äußere Strukturteil einen Lastpfad
auf anfänglich
dem ersten Lastniveau mittels einer Falten-Beulen-Deformation bildet,
und wobei nach Erreichen eines vorbestimmten Deformationswegs das Umlenkelement
Deformationskräfte
so in das äußere Strukturteil
umlenkt, dass das äußere Strukturteil
einen Lastpfad auf dem zweiten, niedrigeren Lastniveau durch Übergang
zu einer Biegedeformation bildet.
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Insgesamt
kann die Erfindung dazu eingerichtet sein, zwischen mehr als zwei
Lastniveaus umzuschalten und/oder dazu eingerichtet sein, zwischen
zwei Lastniveaus auf der Grundlage mehrerer unabhängiger Schwellwerte
umzuschalten.
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Es
ist auch günstig,
wenn das Strukturelement zumindest ein Teil eines Motorträgers, eines Fahrwerkträgers oder
eines Defoelements ist. Defo-Elemente stellen typischerweise die
Verbindung zwischen Stossfängerquerträger und
Motorträger her.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen schematisch
genauer beschrieben.
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1 zeigt
in Schrägansicht
typische, bekannte Komponenten einer Fahrzeugstruktur.
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2 zeigt
schematisch als Schnittdarstellung in Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Motorträger;
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3 zeigt
eine zum Motorträger
aus 2 zugehörige
prinzipielle Auftragung der vom Motorträger aus 2 aufgenommenen
Kraft bzw. Last in beliebigen Einheiten gegen den Deformationsweg
in beliebigen Einheiten;
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4 zeigt
schematisch als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine weitere
Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Motorträgers;
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5 zeigt
schematisch als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine weitere
Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Motorträgers;
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6 zeigt
eine zum Motorträger
aus 5 zugehörige
prinzipielle Auftragung der vom Motorträger aus 5 aufgenommenen
Kraft bzw. Last in beliebigen Einheiten gegen den Deformationsweg
in beliebigen Einheiten;
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7 zeigt
schematisch als Schnittdarstellung in Seitenansicht noch eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Motorträgers;
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8 zeigt
schematisch als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine weitere
Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Motorträgers;
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9 zeigt
eine zum Motorträger
aus 8 zugehörige
prinzipielle Auftragung der vom Motorträger aus 8 aufgenommenen
Kraft bzw. Last in beliebigen Einheiten gegen den Deformationsweg
in beliebigen Einheiten;
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10 zeigt
schematisch als Schnittdarstellung in Seitenansicht noch eine weitere
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Motorträgers;
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11 zeigt
eine zum Motorträger
aus 10 zugehörige
prinzipielle Auftragung der vom Motorträger aus 10 aufgenommenen
Kraft bzw. Last in beliebigen Ein heiten gegen den Deformationsweg
in beliebigen Einheiten;
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12 zeigt
schematisch als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine weitere
Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Motorträgers;
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13 zeigt
schematisch als Schnittdarstellung in Seitenansicht noch eine weitere
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Motorträgers;
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14 zeigt
eine zum Motorträger
aus 13 zugehörige
prinzipielle Auftragung der vom Motorträger aus 13 aufgenommenen
Kraft bzw. Last in beliebigen Einheiten gegen den Deformationsweg
in beliebigen Einheiten;
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1 zeigt
in Schrägansicht
typische Komponenten einer teilweise eingezeichneten Fahrzeugstruktur
und typischer Lasteinträge
bei einem Frontaufprall.
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Bei
einem Frontaufprall wird typischerweise ein Lasteintrag an einem
Motorträger
auftreten, wie durch A und den zugehörigen Pfeil bezeichnet. Ferner
können
ein Lasteintrag an einem Stützträger, B, und
einem Rad, C, auftreten. Weitere Komponenten umfassen beispielsweise
einen Stützträger eines Radgehäuses D,
eine A-Säule
E, eine Schwellerverstärkung
K, einen Stützträger G einer
Stirnwand, ein Tunnelschließblech
H, ein Fersenblech I und einen hinteren Motorträger J.
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In
herkömmlicher
Bauweise ist ein Abstimmungskompromiss der Steifigkeiten und Lastniveaus für die zu
erfüllenden
Anforderungen in den Lastfällen
bzw. Aufprallfällen
notwendig. Damit ist je nach Aufprallsituation eine bisherige Struktur
bei geringer Aufprallgeschwindigkeit zu hart und für die optimale Absorption
der Energie bei hoher Geschwindigkeit zu weich. Insassenschutzsysteme
(Gurtsystem, Airbag, etc.) sind zur Mi nimierung der Insassenbelastungen auf
diese nicht optimalen Struktureigenschaften abzustimmen, so dass
auch das Gesamtsystem bisher keine optimale Leistung zeigen kann.
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2 zeigt
einen Motorträger 1,
der direkt – an
Position x2 an eine Fahrgastzelle 2 angelenkt
ist. Der Motorträger 1 ist
durch eine Blende 3 an Position x1 in
eine vordere Kammer 4 und eine hintere Kammer 5 unterteilt.
Die Blende 3 besitzt eine Öffnung 6 zur Verbindung
zwischen vorderer Kammer 4 und eine hinterer Kammer 5.
Zur Abdichtung der Öffnung 6 ist
diese mit einer Membran 7 versehen. Zusätzlich befindet sich in der Öffnung 6 ein
steuerbares Ventil 8. Die vordere Kammer 4 ist
mit einem Fluid, hier: einer Flüssigkeit 9 gefüllt.
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Bei
einem hier gezeigten Vorderaufprall bewirkt eine auf das vordere
Ende 10 des Motorträgers 1 bei
x0 ausgeübte
Kraft F eine Falten-Beulen Deformation des Motorträger 1,
genauer: eine Deformation der flüssigkeitsgefüllten vorderen
Kammer 4. Der durch die Deformation erzeugte Innendruck
in der vorderen Kammer 5 öffnet nach überschreiten eines voreinstellbaren
Druckschwellwerts die Membran 7 (z. B. zerreist diese),
und das Fluid 9 strömt
durch das Ventil 8 in die hintere Kammer 7, und
von dort ggf. durch eine weitere Öffnung 11 nach Außen. In dieser
Ausführungsform
kann das Ventil 8 zwischen zwei verschiedenen Strömungsquerschnitten
umgeschaltet werden. Zur besseren Übersichtlichkeit sind zugehörige Signal- und Stromleitungen,
als auch eine zur Steuerung verwendete Steuervorrichtung nicht eingezeichnet.
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3 zeigt
eine zu der Struktur von 2 gehörige Darstellung eines Deformationsverhaltens.
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Das
Gesamtlastniveau Fv, das vom vorderen Teil des Motorträgers 1 aus 2 aufgenommen wird,
setzt sich aus dem Lastniveau Fvm des die vordere Kammer 5 umfassenden
Teil des Motorträgers mit
dem Lastniveau Ff1 durch das Fluid 7 bei geschlossenes
vorderer Kammer 4 zusammen. In anderen Worten ist der gesamte
Lastpfad des vorderen Teils des Motorträgers von x0 bis x1 aus einem äußeren Lastpfad
durch die Struktur des Motorträgers 1 selbst
und einem inneren Lastpfad durch das fluidgefüllte Volumen zusammengesetzt
und beträgt
Fv = Fvm + Ff1.
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Bei
einem Aufprall mit einer ausreichend hohen Kraft F auf die vordere
Stirnseite 10 wird zunächst
der vordere Teil des Motorträgers 1 solange entsprechend
dem Lastniveau Fv = Fvm + Ff1 verformt, bis der Druck des Fluids 9 durch
die Kompression der vorderen Kammer 5 auf einen Schwellwert ansteigt,
bei dem die Membran 7 öffnet.
Dadurch kann das Fluid 9 aus der vorderen Kammer 5 unter Druckabfall
in die hintere Kammer 6 strömen. Die Strömungsgeschwindigkeit
und damit der Druckabfall ist durch den Strömungsquerschnitt des Ventils 8 in
einer ersten Stellung einstellbar. Aufgrund der üblicherweise hohen Deformationsgeschwindigkeit bleibt
die Flüssigkeit 9 druckbeaufschlagt
und kann somit weiter als Lastpfad dienen, allerdings auf einem
niedrigeren Niveau Ff0, so dass der Motorträger nun insgesamt ein Lastniveau
Fv = Fvm + Ff0 < Fv
= Fvm + Ff1.
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Wird
im folgenden das Ventil 8 so angesteuert, dass sich der
Strömungsquerschnitt
in einer zweiten Stellung weiter vergrößert, sinkt der Druck der Flüssigkeit 9 so
weit ab, dass das Fluid 9 zur Aufnahme von Lasten nicht
mehr geeignet ist, so dass der vordere Teil nur noch ein maximales
Lastniveau des eigentlichen Motorträgers 1 bzw. der Motorträgerhülle in diesem
Bereich von Fvm aufweist. In anderen Worten, fällt der innere Lastpfad weg.
Dies bedeutet, dass die Steifigkeit des vorderen Teil schlagartig
weiter absinkt und er sich leichter verformen lässt.
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Diese
Verformung hält
an, bis die Verformung den hinteren Teil des Motorträgers von
x1 bis x2 erfasst. Da der hintere Teil steifer ist, erhöht sich das
Lastniveau wieder auf maximal Fhm. Wird der Motorträger 1 noch
weiter bis zur Fahr gastzelle 2 (oder einem anderen Teil
der Fahrzeugstruktur) zusammengedrückt, wird die Deformation vor
allem durch deren, meist weit höhere,
Steifigkeit bestimmt.
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Die
Höhe Ff1,
Ff2 der inneren Fluid-Lastpfade in der vorderen Kammer 4 lässt sich
zum Beispiel durch Verändern
der Querschnittsfläche
und des Volumens der vorderen Kammer 5, durch die Art des Fluids 7 (z.
B. viskoser oder weniger viskos), durch die Strömungsquerschnitte des Ventils 8,
durch die Schaltcharakteristik des Ventils 8, durch den
Druckschwellwert zum Öffnen
der Membran 7 usw. einstellen.
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Durch
den in den 2 und 3 beschriebenen
Aufbau wird eine besonders gut an verschiedene Aufprallarten und
Aufprallniveaus anpassbare Struktur erzeugt.
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Bei
vergleichsweise kleiner Kraft F, entsprechend typischerweise einem
Aufprall bei geringer Geschwindigkeit, bei dem der Öffnungsschwellwert der
Membran 7 nicht überschritten
wird, bleibt der Motorträger 1 vergleichsweise
steif, so dass ein damit ausgerüstetes
Fahrzeug nicht wesentlich verzogen wird.
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Bei
vergleichsweise großer
Kraft F, entsprechend typischerweise einem Aufprall bei hoher Geschwindigkeit,
bleibt der Motorträger
zwar anfänglich vergleichsweise
steif, lässt
sich dann aber nach Öffnen
der Öffnung 6 leichter
unter Aufnahme und Dissipation einer erheblichen Menge an Aufprallenergie verformen.
Er bildet somit eine effektive Knautschzone. Dies geschieht so lange,
bis sich die Verformung der Fahrgastzelle 2 nähert, die
sich zum Insassenschutz wenig verformen sollte. Bevor die Verformung die
Fahrgastzelle 2 erreicht, verringert sich die Verformungsfähigkeit
(erhöht
sich die Steifigkeit) am hinteren Teil des Motorträgers 1 wieder,
um die Fahrgastzelle 2 selbst vor Verformung zu schützen.
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Bei
der dargestellten Anordnung ergibt die Möglichkeit, eine Steifigkeit
des Motorträgers 1 fast augenblicklich
erheblich zu ändern,
eine bisher nicht bekannte Flexibilität bei der Crashauslegung von Fahrzeugstrukturteilen.
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Ferner
ergibt sich durch die Verwendung des elektrisch angesteuerten Ventils 8 die
bisher nicht gekannte Möglichkeit,
die Öffnung
des Ventils 4 als Antwort auf beliebige am Fahrzeug angebrachte
Sensoren auszulösen,
wie beispielsweise durch Drucksensoren in der vorderen Kammer 4 oder
Verformungs- und/oder Geschwindigkeitssensoren außerhalb
des Motorträgers 1,
was die Flexibilität
dieser Crashstruktur weiter erhöht.
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Und
weiterhin ergibt sich nun die Möglichkeit, ein
erfindungsgemäßes Strukturelement,
ggf. mit nur geringen konstruktiven Anpassungen, für verschiedene
Produktionslinien verwenden zu können
durch Anpassen der Öffnungseigenschaft
des Ventils 4.. Dies ist insbesondere vorteilhaft für Fahrzeuge
verschiedener Varianten innerhalb einer Fahrzeugklasse bzw. Produktionslinien.
Bei diesen stimmt der grundsätzliche
Aufbau überein,
aber bisher mussten vergleichsweise aufwendige Anpassungen zur Berücksichtigung
eines höheren
Gewichts, einer höheren
Geschwindigkeit usw. durchgeführt
werden, damit beispielsweise eine vorgeschriebene Insassensicherheit
gewährleistet
war. Mit der obigen Erfindung braucht nun nur noch das Ventil 4 angepasst
zu werden, ggf. elektronisch.
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Bei
einem anderen Verfahren zum Betreiben des Motorträgers 1 (oder
z. B. einer Defo-Box) wird ein elektrisch angesteuertes Ventil 8 verwendet.
Das Ventil 8 wird dabei zwischen unterschiedlichen Strömungsquerschnitten
vor einem Aufprall eingestellt. Die Entscheidung, welcher Strömungsquerschnitt
aktiv ist, geschieht insbesondere auf der Grundlage der Aufprallart
(z. B. mit einem Fußgänger oder
einem schweren Hindernis), der Aufprallgeschwindigkeit (z. B. kleiner
20 km/h oder größer als
20 km/h) und/oder anderer Parameter.
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Wird
beispielsweise von einem externen Steuersystem ein (kommender) Aufprall
mit einem Fußgänger erfasst,
wird das Ventil 8 auf einen großen Durchlass geschaltet, um
die Steifigkeit zu verringern und den Aufprall 'weicher' zu gestalten. Die Membran kann in dieser
Ausführungsform
(und, je nach Bedürfnis,
auch bei anderen Ausführungsformen)
lediglich zum Halten der Flüssigkeit 9 im
undeformierten Zustand benutzt werden, so dass sie bereits bei einem
sehr geringen Innendruck aufbricht und der innere Lastpfad der geschlossenen
Kammer 4 zur Deformationseigenschaft wenig beiträgt.
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Erkennen
die Bordsensoren jedoch einen Aufprall mit einem schwereren Hindernis
(Fahrzeug, Wand usw.), wird das Ventil 8 auf einen kleinen Durchlass
geschaltet, um die Steifigkeit nicht so weit zu verringern, dass
die Fahrgastzelle 2 beschädigt werden kann. Der Aufprall
wird also 'härter gestaltet.
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Bei
noch einer anderen Ausführungsform kann
beispielsweise auf ein Ventil 8 verzichtet werden, wodurch
nach Öffnen
der Membran 7 das Lastniveau Fv sofort von Fv = Fvm + Ff1
auf Fv = Fvm abfällt.
Damit geht Flexibilität
verloren, aber dafür
ist diese Ausführungsform
einfacher und kostengünstiger.
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Auch
ist die Erfindung nicht auf die Verwendung nur eines Ventils beschränkt oder
auf nur zwei Öffnungsstellungen
des Ventils. So kann z. B. auch ein Ventil mit graduell veränderlichem
Strömungsquerschnitt
verwendet werden, was eine noch feinere Steuerungsmöglichkeit
bereitstellt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
(nicht dargestellt) fehlt im Vergleich zu der aus 2 ebenfalls
das Ventil, jedoch ist die Flüssigkeit
eine rheologische Flüssigkeit,
und die vordere Kammer, welche diese aufnimmt, ist mit entsprechenden
Mitteln zum Aufbau eines elektrischen und/oder magnetischen Felds
durch die rheologische Flüssigkeit
ausgestattet. Durch Einstellung der entsprechenden Feldstärken kann
die Viskosi tät
der rheologischen Flüssigkeit in
einem weiten Bereich eingestellt werden. Dadurch kann insbesondere
nach Überschreiten
des zur Öffnung
der Membran notwendigen Schwellwertdrucks die Strömungsgeschwindigkeit
der rheologischen Flüssigkeit
aus der vorderen Kammer eingestellt werden, und damit auch die Höhe des verbleibenden
inneren Lastpfads. Dies entspricht in der Wirkung dem Vorhandensein
eines Ventils, insbesondere eines stufenlos schaltbaren Ventils.
Das Ventil kann beispielsweise mittels hydraulischer Zylinder (nicht
dargestellt) geschaltet werden. Je nach Auslegung und verwendeten
Materialien kann auch auf die Membran verzichtet werden.
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Auch
sind Ausführungsformen
möglich,
bei denen, wie ähnlich
bereits oben besprochen, die Viskosität der rheologischen Flüssigkeit
bereits vor einem Aufprall z. B. auf die Art und Stärke des
Aufpralls angepasst wird.
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Eine
Anpassung des Systems vor einem Aufprall ist auf alle dazu geeigneten
Ausführungsformen mit
externer Schaltung anwendbar..
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Motorträgers 12,
der im grundsätzlichen
Verformungs- bzw. Lastverhalten der in den 2 und 3 gezeigten
Ausführungsform ähnelt.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird nun eine Erhöhung
des Strömungsquerschnitts
nicht durch eine Schaltung eines Ventils erreicht, sondern dadurch,
dass die Blende mittels eines Durchstoßelements 11, das
an der vorderseitigen Stirnwand 10 der vorderen Kammer 4 angebracht
ist, aufgebrochen wird, wie schematisch durch die gekrümmten Pfeile angedeutet.
Falls der Motorträger 12 also
um einem bestimmten Deformationsweg zusammengeschoben wird, stößt das Durchstoßelement 13 auf
die (typischerweise bereits durch die zerstörte Membran 7 geöffnete)
Blende 3 und drückt
sie so auf, dass der Strömungsquerschnitt
größer wird.
Durch die entstehende vergrößerte Öff nung tritt
die Flüssigkeit 7 schneller
aus, insbesondere, nachdem der Kopf des Durchstoßelements 13 die Blende 3 durchtreten
hat und nur der schmale Schaft in der Öffnung 6 verbleibt.
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Die
Form des Durchstoßelements 13 ist
nicht auf die abgebildete Form beschränkt, sondern kann alle dem
Fachmann bekannte Formen aufweisen, z. B. mit einer zur Kammerwand 10 gerichteten
Spitze.
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Dadurch
ergibt sich grundsätzlich
das bereits in 3 gezeigte Verhalten.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Motorträgers 14,
der hier im Vergleich zu 1 ohne weitere innere Unterteilung mit
seinem gesamten Innenraum eine Kammer 15 zur Aufnahme der
Flüssigkeit 9 bildet.
Die Kammer 10 weist ein Ventil 16 zum wahlweisen
Umschalten des Strömungsquerschnitts
durch das Ventil 16 an der nach Außen führende Öffnung 11 auf. Die Öffnung 11 ist
durch eine Membran 7 abgedichtet. Dadurch ist die Wirkweise
des Öffnungs
(11)-/Ventil(16)-/Membran-Systems ähnlich zum
dem analogen System aus 2.
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Der
Vorteil der durchgängigen
Kammer 15 gegenüber
der unterteilten Kammer aus 2 ist, dass
der Träger 14 einfacher
aufgebaut ist und somit kostengünstiger
herstellbar ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
(nicht dargestellt) ähnlich
zu 5 fehlt diesbezüglich das Ventil, jedoch kann
auch hier die Flüssigkeit
eine rheologische Flüssigkeit
sein, und die Kammer 15 ist mit entsprechenden Mitteln
zum Aufbau eines elektrischen und/oder magnetischen Felds durch
die rheologische Flüssigkeit
ausgestattet. Durch Einstellung der entsprechenden elektrischen
oder magnetischen Feldstärken
kann die Viskosität
der rheologischen Flüssigkeit
in einem weiten Bereich eingestellt werden. Dadurch kann insbesondere
nach Überschreiten
des zur Öffnung
der Membran notwendigen Schwellwertdrucks die Strömungsgeschwindigkeit der
rheologischen Flüssigkeit
aus der vorderen Kammer eingestellt werden, und damit auch die Höhe des verbleibenden
inneren Lastpfads. Dies entspricht in der Wirkung dem Vorhandensein
eines Ventils, insbesondere eines stufenlos schaltbaren Ventils.
Je nach Auslegung und verwendeten Materialien kann auch hier auch
auf die Membran verzichtet werden.
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Das
Verformungs- bzw. Lastaufnahmeverhalten der Crashstruktur aus 5 (und
ihrer beschriebenen Abwandlungen) wird in 6 genauer dargestellt,
auf die sich nun bezogen wird. Der Motorträger 15 aus 5 verformt
sich ähnlich
zum dem in 3 gezeigten Verhalten, außer dass
nun der Anstieg des Lastniveaus auf Fhm aus 3 nicht
auftritt, das der Motorträger 15 bzw.
seine Hülle
eine gleiche Steifigkeit über
den Verformungsbereich x0 bis x2 aufweist. Bei der Ausführungsform
nach 5 erhöht
sich somit erst nach Erreichen der Fahrgastzelle 2 die
Steifigkeit wieder erheblich. Somit wird auch für den in den 5 und 6 dargestellten Motorträger 9 das
gewünschte "hoch-niedrig-hoch"-Verformungs- bzw.
Steifigkeitsprofil erreicht, bei dem bei einer (ausreichend starken)
Kraftaufbringung
- – zunächst eine vergleichsweise hohe
Steifigkeit vorhanden ist, bei der in einer anderen Sichtweise ein
innerer und ein äußerer Lastpfad
die aufgebrachte Last aufnehmen, entsprechend einem Lastniveau von,
Fv (= Fvm + Ff1);
- – nach Öffnen der
Membran 7 und kleiner Querschnittsöffnung des Ventils 16 ein
Druckabfall in der Kammer 15 die Steifigkeit dort auf ein
niedrigeres Lastniveau Ff0 absinken lässt, so dass das Lastniveau
des gesamten Motorträgers 14 auf
ein Lastniveau Fv = Fvm + Ff0 < Fvm
+ Ff1 absinkt;
- – nach
Umschalten des Ventils 16 auf den größeren Strömungsquerschnitt der Druckabfall
in der Kammer 15 die Steifigkeit schlagartig, entsprechend
dem Wegfall des inneren Lastpfands durch das Fluid 7, das
Lastniveau auf Fvm absinken lässt;
und
- – bei
Erreichen der Fahrgastzelle 2 die Steifigkeit wieder zunimmt
bzw. das Lastniveau auf F(Fahrgastzelle) ansteigt.
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Wie
auch schon bei den zu den 2 und 3 besprochenen
Strukturvarianten kann auch hier auf das Ventil verzichtet werden,
was einen Abfall des Lastniveaus von Fv = Fvm + Ff1 auf Fv = Fvm zur
Folge hat. Auch ähnelt
sich das Deformationsverhalten für
die rheologischen Flüssigkeiten.
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Im
Vergleich zur den Ausführungsformen
zu den 2 und 3 fehlt hier zwar eine Stufe
im Lastniveau, was das Crashverhalten weniger flexibel gestaltet,
aber die Crashstruktur einfacher und kostengünstiger macht.
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Der
Grund für
die fehlende Stufe ist jedoch nicht die Tatsache, dass in den 2 und 3 das innere
der Crashstruktur unterteilt ist, während in 4 eine
einzige Kammer verwendet wird, sondern dass in den 2 und 3 der
Motorträger
im hinteren Teil bzw. seine Hülle
(also der äußere Lastpfad) strukturell
ein höheres
Lastniveau aufweist als die Hülle
im vorderen Teil (ebenfalls dem äußeren Lastpfad
entsprechend). Dies kann z. B. durch eine höhere Wandstärke usw. im hinteren Teil (von
X1 bis x2) erreicht werden. In weiteren Variationen der Ausführungsform
kann der hintere Teil des Motorträgers bspw. ohne höhere Steifigkeit
ausgebildet sein.
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Analog
kann durch strukturelle Versteifung von Abschnitten des eigentlichen
Motorträgers
aus 5 einen, ggf. mehrfache Abstufung erreicht werden.
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7 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines vollständig
mit einer Flüssigkeit 9 gefüllten Motorträgers 17,
bei dem im Gegensatz zu der Ausführungsform
nach 5 das Ventil nicht elektronisch angesteuert, sondern
ein mechanisches Ventil in Form einer verschiebbaren Blende 18 mit
zwei nebeneinanderliegenden Öffnungen 19, 20 mit
unterschiedlichem Durchmesser ist. Die Kraft F bewirkt eine Falten-Beulen
Deformation des Motorträgers 17.
Der Innendruck öffnet
die Membrane (ohne Bezugszeichen) ab einem bestimmten Innendruck,
und das Fluid 9 strömt
dann durch die Öffnung 18 und durch
die kleinere Blendenöffnung 19 nach
außen. Wenn
die Deformation die Anbindung der Blende 18 erreicht hat,
wird diese in Deformationsrichtung geschoben und gibt die größere Öffnung 20 frei,
wodurch sich die inneren Kräfte
im Fluidlastpfad weiter verringern. Das Deformationsverhalten kann
wiederum durch 6 grundsätzlich beschrieben werden.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Strukturelements
in Form eines Motorträgers 21,
mit einer Verformung, die derjenigen aus 3 sehr ähnlich ist.
Allerdings wird nun im Gegensatz insbesondere zu 2 der
innere Lastpfad nicht durch eine Flüssigkeit gebildet, sondern
durch eine mechanische Struktur, die aus zwei an der Vorderseite 10 des
Motorträgers 21 angelenkten
Längsstreben 22 besteht,
welche an ihrer anderen Seite wiederum mit inneren Seitenwänden des Motorträgers 21 mittels
pyrotechnisch schaltbarer Element 23 über Abstützungen 24 verbunden
sind. Die Abstützungen 24 liegen
am Übergang
zwischen vorderem Motorträgerteil 25 und
hinterem Motorträgerteil 26 bei
x1. Hier ist gut zu Erkennen, dass der vordere Motorträgerteil 25 und
der hintere Motorträgerteil 26 im äußeren Lastpfad
dahingehend unterschiedliche ausgebildet sind, dass sie eine unterschiedliche
Deformationseigenschaft aufweisen.
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Die
Kraft F bewirkt bei einem Aufprall eine Falten-Beulen-Deformation des Motorträgers 21 selbst
und des inneren Deformationsstruktur 22, 23, 24.
Somit sind am Anfang der Deforma tion ein inneren und ein äußerer Lastpfad
am vorderen Motorträgerteil 25 mit
Fv = Fvm + Ff vorhanden.
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Durch
Zündung
des pyrotechnischen Elements 23 öffnet sich die Verbindung zwischen
Motorträger 21 und
den inneren Längsstreben 22,
wodurch das Lastniveau Fv auf das des vorderen Motorträgerteils 25,
Ff, absinkt. Bei geöffneter
Verbindung werden die Längsstreben 22 in
Richtung des Deformationswegs ohne Zusatzlast verschoben. Wird dann
der hintere Motorträgerteil 26 deformiert,
so erhöht
sich die Steifigkeit bzw. das Lastniveau wieder auf Fhm, da der
hintere Motorträgerteil 26,
wie beschrieben, eine steifere Struktur aufweist, z. B. aufgrund
einer größeren Wandstärke. Alternativ
kann die gleiche Wand verwendet werden, wodurch sich keine Steifigkeitserhöhung ergibt,
sondern das Lastniveau Fv bei nominalen Fhm = Fvm verbleibt.
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Zur
Abdeckung verschiedener Fahrzeuggewichte in einer Produktlinie können beispielsweise angepasste
Steifigkeiten beim inneren Deformationselement 22, 23, 24 eingesetzt
werden.
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10 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer
Crashstruktur zur Erzielung eines stufenartigen Deformationsverhaltens.
Hier ist im Inneren des Motorträgers 27 eine
mechanische Struktur 28, 29 angebracht, die fest
an der inneren Seitenwand des Trägers 27 befestigt
ist, um die durch den Aufprall zunächst entstandene Falten-Beulen-Deformation
seitlich in eine Biegedeformation der Wand des Motorträgers 27 umzulenken,
wodurch deren Steifigkeit bzw. Lastniveau sinkt. In dieser Ausführungsform
ist die mechanische Innenstruktur aus einem quer zur anfänglichen
Deformationsrichtung angeordneten Schottblech 28 und einem
oder mehreren diagonal angebrachten Schottblechen 29 aufgebaut,
wobei die diagonal angeordneten Schottbleche 29 in Deformationsrichtung
hinter dem diagonalen, ersten Schottblech 28 angeordnet
sind und mit diesem und der Seitenwand des Motorträgers 27 verbunden
sind.
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Eine
Kraft F bewirkt somit zunächst
eine Falten-Beulen Deformation des Motorträgers 27. Wenn die
Deformation das quer angeordnete erste Schottblech 28 bei
x1 erreicht hat, erfolgt eine Krafteinleitung quer zur Deformationsrichtung über die
diagonal angeordneten Schottbleche 29. Mit ausreichender Querkraft
knickt der Träger 27 lateral
aus und ändert sein
Deformationsverhalten, wodurch das Lastniveau absinkt. Dies ist
schematisch in 11 gezeigt, wobei die Falten-Beulen-Deformation ein Lastniveau von
Fv = Fa aufweist, und das des ausgeknickten Motorträgers ein
Lastniveau von nur noch Fv = Fb.
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Zur
Erlangung eines grundsätzlich ähnlichen Deformationsverhaltens
wie in 11 gezeigt lässt sich auch eines Crashstruktur
in einer Ausführungsform
nach 12 verwenden. Wie bei der in 10 gezeigten
Ausführungsform
wird hier der Motorträger 30 durch
ein innenliegendes mechanisches Element, hier: durch eine einseitige
Aussteifung 31, in seinem qualitativen Deformationsverhalten
verändert,
nämlich
von einer Falten-Beulen-Deformation zu einer Biegedeformation.
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Die
Kraft F bewirkt zunächst
eine Falten-Beulen Deformation des Motorträgers 30. Wenn die
Deformation bei x1 die einseitig angeordnete Aussteifung 31 erreicht
hat, entsteht eine Querkraft, die zu einem Ausbiegen des Trägers 30 führt. Hier
ist die vordere Stirnseite 10 des Motorträgers 30 mit
einem Verstärkungselement 32 versehen,
damit nicht die Stirnseite 10 aufreist, bevor die Biegedeformation eingesetzt
hat. 3. Mit ausreichender Querkraft knickt der Träger aus
und ändert
sein Deformationsverhalten, wodurch das Lastniveau absinkt, wie
schematisch bereits in 11 gezeigt.
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Zur
Unterstützung
des Übergangs
von einer Falten-Beulen- in eine Biegedeformation können in einer
anderen, nicht gezeigten, Ausführungsform
beispielsweise auch diagonale Sicken eingesetzt werden
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13 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer
Crashstruktur mit stufenförmigem
Deformationsverhalten.
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Der
Motorträger 33 weist
nun an seiner vorderen Stirnseite eine zumindest teilweise konische Öffnung 34 auf,
in die ein Einsatzelement 35 eingesetzt ist, das selbst
funktionaler Teil des Motorträgers sein
kann. Das Einsatzelement 35 ist in Längsrichtung entlang der hier
durch die Kraft F angedeuteten Deformationsrichtung verschiebbar.
Das Einsatzelement 35 weist einen vorderen, steiferen Teil 36 und einen
hinteren, weniger steifen Teil 37 auf, im undeformierten
Zustand schließt
der vordere Teil 36 eine innere Kammer 38 ab,
und ragt hier in diese hinein. Seitlich der Öffnung 34 ist die äußere Seitenwand des
Motorträgers 33 mit
Verstärkungen,
z. B. umlaufenden Verstärkungsbändern 39,
zur lateralen Verstärkung
des Motorträgers 33 in
diesem Bereich ausgerüstet.
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Bei
einem Aufprall bewirkt die Kraft F Verschiebung des Einsatzelements 35 in
den äußeren feststehenden
Motorträger 33.
Bei Kontakt der konischen Flächen
des Einsatzelements 35 mit der verstärkten Wand des Motorträgers 33 entsteht
ein hohes Lastniveau, bis der konisch verlaufende Teil des Einsatzelements 35 durch
die Öffnung 34 geschoben worden
ist, entsprechend dem in 14 gezeigten Lastniveau
Fv = Fk. Im weiteren Deformationsweg fällt das Lastniveau auf F1 (14)
ab, da nun das Einsatzelement 35 fast ohne Gegenkraft verschoben wird
und die Lastaufnahme nur durch die äußere Wand des Motorträgers 33 geschieht.
Wenn jedoch das Einsatzelement 35 mit dem vorderen, deformierbaren
Teil 36 die Abschlusswand 2 erreicht, kommt ein
durch diesen Teil 36 gebildeten innerer Lastpfad hinzu,
so dass das Lastniveau auf Fm ansteigt.
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Das
Lastniveau Fk kann beispielsweise durch zusätzliche Verstärkungen,
die Außen
am Motorträger 33 angebracht
sind, und durch die Steifigkeit des vorderen, deformierbaren Teils 36 des
Einsatzelements 35 variiert werden, wie in 14 durch die
beiden Pfeile von Fk angedeutet.
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Die
obigen beispielhaften schematischen Ausführungsbeispiele sind nicht
dazu gedacht, die Erfindung auf die gezeigten Merkmale zu beschränken. Vielmehr
sind alle Ausführungsformen
von der Erfindung umfasst, die in den Umfang der angehängten Patentansprüche fallen.
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Beispielsweise
können
die Lastniveaus durch konstruktive Auslegungen in einem weiten Bereich
verändert
werden, auch können
Lastverhältnisse
unterschiedlicher Abschnitte umgekehrt werden. Zum Beispiel können Lastniveaus
zwischen einem vorderen Teil und einem hinteren Teil je nach Bedarf bei
einer Deformation absinken, gleich bleiben oder ansteigen. So kann
beispielsweise ein Ventil zur Steuerung eines Ausströmverhaltens
einer Flüssigkeit
auch seinen Strömungsquerschnitt
verkleinern statt, wie gezeigt, zu vergrößern.
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Auch
ist es dem Fachmann klar, dass die von der Erfindung umfassten Ausführungsformen
nicht zur Verwendung bei einer einseitigen oder sogar von vorne
ausgeübten
Deformation beschränkt
sind. Der Fachmann wird bei der Auslegung der Strukturelemente bzw.
Crashstruktur unter Kenntnis der grundsätzlichen Lehre der Erfindung
auch komplexere, z. B. mehrseitige, Kraftaufbringungen berücksichtigen können, z.
B. durch Nutzung üblicher
rechnerischer Hilfsmittel, wie z. B. von Finite-Elemente-Methoden.
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die beispielhaft zur Darstellung herausgegriffenen Motorträger beschränkt, sondern
umfasst sämtlich Strukturelemente,
die einer Verformung unterliegen können, insbesondere sogenannte
Crashstrukturen, welche zur Auslegung eines Deformationsverhaltens herangezogen
werden. Andere Crashelemente umfassen z. B. hintere Träger zum
Auffahrschutz, parallel zum Motorträger angeordnete Unterstützungsträger und/oder
speziell ausgelegte Deformationselemente, sogenannte "Defo-Boxen". Besonders ist die Erfindung
geeignet, um mit einem Deformations element verwendet zu werden,
das eine Verbindung eines Stossfängerquerträgers mit
dem Motorträger herstellt.
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Auch
ist eine Ausrüstung
und Einrichtung von Steuerelementen, Sensoren, elektrischen Schaltungen
(z. B. Mikroprozessoren, Mikrocontrollern usw.) und Verdrahtungen,
Stromversorgung usw. dem Fachmann bekannt und braucht nicht ausgeführt zu werden,
obwohl solche Elemente bei Bedarf selbstverständlich vorhanden sind.
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Mit
den schaltbaren Crashstrukturen bzw. Aufprallstrukturen ist somit
allgemein eine kostengünstige
Anpassung der Lastniveaus an das Fahrzeuggewicht zur Optimierung
des Beschleunigungsverlaufs und Reduktion der Insassenbelastungen möglich.
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Auch
können
mit Verwendung schaltbarer Crashstrukturen allgemein vereinfachte
und standardisierte Rückhaltesysteme
verwendet werden mit der Möglichkeit,
verstärkt
Gleichteile und Synergieteile für
z.B. Gurtsystem und Airbag in einer Produktlinie einzusetzen zur
Erfüllung
der Anforderungen an eine passive Sicherheit in Gesetzen und Verbraucherschutztests.
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Auch
ist allgemein ein kompaktes Package im Vorderbau mit optimaler Nutzung
der zur Verfügung
stehenden freien Aufprallweglängen
möglich.
-
Mit
der Einführung
geeigneter Vorderbaustrukturen für
die Optimierung der Beschleunigungsverläufe zur Verringerung der Insassenbelastungen
ermöglichen
die schaltbaren Crashstrukturen bzw. Aufprallstrukturen zu Aufprallbeginn
ein möglichst
hohe Anfangsbeschleunigung, im mittleren Zeitbereich bzw. Deformationsverlauf
eine eine möglichst
geringe Fahrzeugbeschleunigung und bis zum Fahrzeugstillstand höhere Beschleunigungen
als im mittleren Bereich.
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- 1
- Motorträger 1
- 2
- Fahrgastzelle
- 3
- Blende
- 4
- vordere
Kammer
- 5
- hintere
Kammer
- 6
- Öffnung der
Blende
- 7
- Membran
- 8
- steuerbares
Ventil
- 9
- Flüssigkeit
- 10
- vorderes
Ende
- 11
- weitere Öffnung
- 12
- Motorträger
- 13
- Durchstoßelement
- 14
- Motorträger
- 15
- innere
Kammer
- 16
- Ventil
- 17
- Motorträger
- 18
- verschiebbare
Blende
- 19
- Blendenöffnung
- 20
- Blendenöffnung
- 21
- Motorträgers
- 22
- Längsstrebe
- 23
- pyrotechnisches
Element
- 24
- Abstützungen
- 25
- vorderer
Motorträgerteil
- 26
- hinterer
Motorträgerteil
- 27
- Motorträger
- 28
- erstes
Schottblech
- 29
- zweite
Schottbleche
- 30
- Motorträger
- 31
- einseitige
Aussteifung
- 32
- Verstärkungselement
- 33
- Motorträger
- 34
- Öffnung im
Motorträger
- 35
- Einsatzelement
- 36
- vorderer
Teil des Einsatzelements
- 37
- hinterer
Teil des Einsatzelements
- 38
- innere
Kammer
- 39
- Verstärkungsbänder
- A
- vorderer
Motorträger
- B
- Stützträge
- C
- Rad
- D
- Radgehäuse
- E
- A-Säule
- F
- Kraft
- Fa
- Lastniveau
- Fb
- Lastniveau
- Ff1
- Lastniveau
durch das Fluid
- Ff0
- Lastniveau
durch das Fluid
- Fhm
- Lastniveau
des hinteren Motorträgers
- Fv
- Gesamtlastniveau
des vorderen Motorträgers
- Fvm
- Äußeres Lastniveau
des vorderen Motorträgers
- G
- Stützträger
- H
- Tunnelschließblech
- I
- Fersenblech
- J
- hinterer
Motorträger
- K
- Schwellerverstärkung.
- x2
- Position
an der Fahrgastzelle
- x1
- Position
der Blende
- x0
- Position
des vorderen Endes