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Die Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeug mit einer Einrichtung zum Passantenschutz im Falle einer Kollision mit der Fahrzeugfront des Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Einrichtung zum Passantenschutz für den Einsatz an Schienenfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
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Schienenfahrzeuge, wie z.B. Nieder- oder Mittelflurstraßenbahnen oder Stadtbahnen, verkehren zumeist in gemischtem Fahrbetrieb. Dies bedeutet, dass sie Teilnehmer am öffentlichen Verkehr darstellen und damit in Interaktion mit Personen als Straßenbenutzer treten.
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Seit jeher stellt das Überfahren von Personen, die sich unmittelbar vor dem Fahrzeug befinden, ein Problem dar, da z.B. personenbefördernde Schienenfahrzeuge durch die Aufstandspaarung Metall-Metall zwischen Rad und Schiene, in Verbindung mit der hohen Fahrzeugmasse, in einem längeren Halteweg zum Stillstand kommen als z.B. Automobile, die sowohl weniger Masse als auch durch die Aufstandspaarung Gummi-Asphalt zwischen Rad und Fahrweg eine höhere Friktion aufweisen.
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Das Überfahren von Personen gestaltet sich in mehreren Bereichen problematisch. Einerseits besteht schon beim "Einziehen" der Person in den Spalt an der Fahrzeugfront unter das Fahrzeug signifikante Verletzungsgefahr. Des Weiteren sind Verletzungen beim Überrollen der eingezogenen Person oder Teilen der Person durch die Räder eigentlich kaum zu vermeiden. Zudem birgt ein offener Kupplungsbereich am Fahrzeug eine zusätzlich hohe Verletzungsgefahr. Kommt ein Schienenfahrzeug zum Stillstand, noch bevor eine bereits unter das Fahrzeug geratene Person in den unmittelbaren Gefahrenbereich der Räder gelangt, kann man lebensgefährliche Verletzungen auf ein Minimalmaß reduzieren, wenn auch niemals gänzlich ausschließen.
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Schutzsysteme, die in den Begriffsbereich "Abweiser-Obstacle deflector" fallen, sind seit Anbeginn der Schienenfahrzeug-Geschichte bekannt und wurden auch schon in den verschiedensten Ausprägung realisiert. Bekannte Einrichtungen bzw. Lösungen im Bereich Abweiser-Obstacle deflector arbeiten dabei auf Basis der Minimierung der Verletzungsgefahr im Falle des Einziehens oder Überfahrens einer Person in den Spalt an der Fahrzeugfront zwischen Unterboden und Fahrweg.
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Im Bereich rein mechanisch abweisender Schutzsysteme und Einrichtungen lag und liegt der Fokus auf der Minimierung von Verletzungen einer Person durch Maßnahmen, die ein Einziehen der bereits teilweise überfahrenen Person in den Aufstandsbereich von Rad und Schiene weitestgehend limitieren oder verhindern sollen. Grundgedanke dieser Systeme ist das Ziel, Personen so lange vom unmittelbaren Gefahrenbereich fernzuhalten, bis das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist. Dabei spielt der Spalt zwischen Fahrzeugunterbau und Fahrweg an der Fahrzeugfront eine entscheidende Rolle. Ist der Spalt hinreichend schmal, sollte es dabei gar nicht erst zu einem Einziehen einer Person unter das Fahrzeug kommen können.
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Allerdings stellen die Einsatzbedingungen des Fahrzeuges geometrische Anforderungen an diesen Spalt: zugesicherte verfügbare Bodenfreiheit beim Befahren von vertikalen Radien (Kuppe und Wanne) in Zusammenhang mit den kinematischen Gegebenheiten der Fahrgestellabstände zum vorderen Überhang. Vielfach realisierte Lösungen des Personenschutzes sehen vor, dass ein Hindernis von entsprechender Größe, das z.B. eine vor dem Fahrzeug liegende Person darstellt, auf eine unmittelbar am Beginn des Spaltes an der Fahrzeugfront vertikal hängende Struktur trifft. Diese Struktur ist so beschaffen, dass sie Hindernisse bis zu einer gewissen Masse schadlos vor sich herschieben kann. Ist jedoch ein Hindernis so beschaffen, dass es entweder aus Gründen zu großer Masse oder zu großer Reibung gegen die Fahrtrichtung nicht weitergeschoben werden kann, lässt diese Struktur eine weitere Struktur vom Unterboden auf den Fahrweg herunterklappen, bevor die erste zu zerbrechen droht. Dabei bildet diese zweite herunterklappende Struktur eine "Rampe" unmittelbar vor dem ersten Fahrgestell, so dass im Falle des Durchbrechens des Hindernisses an der ersten Struktur ein "Auflesen" noch vor dem Gefahrenbereich stattfinden kann. Ein derartiges System ist aus der Anwendung bei zum Beispiel Hochflur-Straßenbahnen, beispielsweise Fabrikat „DUEWAG“, seit den 1960er Jahren weitläufig bekannt.
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Diese Systeme finden allerdings nur dann sinnvollen Einsatz, wenn eine hinreichend große Bodenfreiheit am Fahrzeug existiert, die ein Hindernis von der Größe einer überfahrenen Person überhaupt sinnvoll vor dem Gefahrenbereich abweisen kann, ohne dass die überfahrene Person zuvor bereits großen Schaden genommen hat.
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Ein Nachteil dieser Schutzsysteme ist daher, dass die Mehrheit der Fahrzeugtypen, die diese einsetzen, Hoch- oder Mittelflurfahrzeuge sind, welche üblicherweise mit einer geeigneten Bodenfreiheit ausgestattet sind.
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Ein weiterer Nachteil ist, dass es zu scharfkantigen Verformungen oder Brüchen an den vorhandenen Schutzstrukturen kommen kann, wenn diese die Last der "zu schiebenden" Person nicht tragen können.
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Andere rein mechanische Lösungen zum Überfahrschutz, die im Bereich von Niederflurfahrzeugen zum Einsatz kommen, funktionieren ähnlich dem oben erwähnten Prinzip für Mittel- und Hochflurbahnen jedoch mit dem Unterschied, dass die erste Schutzstruktur nicht "tragend" ausgeführt ist. Zudem liegen diese ersten Strukturen oder Bügel auch bereits in signifikantem Abstand zur Fahrzeugfront. Dies bedeutet zum einen, dass eine überfahrene Person schon relativ weit unter das Fahrzeug geraten sein muss, bevor sie in Kontakt mit der ersten Struktur kommt. Zum anderen ist diese Struktur nicht dafür ausgelegt, die Person weiter vor sich herzuschieben, sondern lediglich die finale "Fangstruktur" herunterklappen zu lassen.
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Der Einsatz von Airbags in einem Schutzsystem für vor dem Fahrzeug befindlichen Personen wurde von der Schienenfahrzeugindustrie zwar bereits beschrieben, aber bislang nur verhalten realisiert – meist aus dem Argument heraus, dass ein Schutzsystem, das ausschließlich aus Airbag-Applikationen besteht, nach der Airbag-Auslösung nicht reversibel in die Ausgangslage gebracht werden kann. Eine derartige Lösung wird beispielsweise u.a. in der
DE 102013204555 A1 beschrieben.
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Eine weitere Schwierigkeit stellt die Formgebung dieser Airbags dar, die ja auch Schutz gegen ein Einziehen in bzw. Überfahren unter das Fahrzeug im Bereich des Spaltes zwischen dem Unterboden an der Fahrzeugfront und dem Fahrweg sicherstellen soll.
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Bekannte Airbagtechnologien erschlaffen nach dem Aufblasvorgang durch Druckabfall. Dadurch stellt sich das Problem der Formhaltigkeit – der Luftsack sollte im aufgeblasenen Zustand, jedenfalls nach dem Aufblasvorgang, zumindest formstabil jenen Zeitbereich überdauern, in dem ein Fahrzeug zum Stillstand gebracht werden kann.
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Relativ weit verbreitete Systeme für den Schutz für vor dem Fahrzeug befindliche Personen stellen sogenannte "Soft-Noses" dar. Hier wird eine dämpfende weiche Schicht, z.B. ein polyurethan(PU)-haltiger Kunststoff, an die vorderste Fahrzeugkontur angebracht, um ein maximales Dämpfen des Aufpralles einer kollidierenden Person mit dem Fahrzeug zu ermöglichen. Diese Systeme bieten allerdings keinen Schutz gegen das Einziehen oder Überfahren von Personen unter das Fahrzeug. Ein derartige Lösung wird beispielsweise in den „Hermelijn“-Niederflur-Straßenbahnen des Betreibers „De Lijn“ im Belgischen Gent und Antwerpen bekannt.
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Von den Fahrzeugherstellern wird ferner bereits versucht, die Öffnung an der Fahrzeugfront zwischen Unterboden und dem Fahrweg so klein wie möglich zu halten, um ein Einziehen von Personen unter das Fahrzeug weitestgehend zu unterbinden. Hier gibt es aber den Konflikt von nicht nur vom Betreiber geforderter Mindestbodenfreiheit des Fahrzeugs, sondern auch kinematischen Grenzbedingungen in allen Einsatzbedingungen, vor allem sogenannten "Wannenfahrten". In diesen Zuständen durchfährt das Fahrzeug einen vertikalen Radius mit ansteigendem Gradienten ("Wanne" im Gegensatz zur "Kuppe"), der den vertikalen freien Abstand des vordersten Fahrzeugpunktes zum Fahrweg auf ein Minimum reduziert. Dieser Effekt hängt von den kinematischen Zusammenhängen zwischen den Abständen des vordersten Fahrzeugpunktes zum Drehpunkt des ersten Fahrgestelles in Kombination des Abstandes dieses Drehpunktes zum Drehpunkt des nächsten Fahrgestelles oder Wagengelenkes.
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Der Großteil bisheriger eingesetzter Schutzeinrichtungen, die das Überfahren einer Person verhindern sollen, zielt darauf ab, die Person vor dem direkten Gefahrenbereich, dem Aufstandsbereich von Rad und Schiene, abzuweisen und damit fernzuhalten. Diese meist mehrstufig funktionierenden Abweisersysteme (z.B.
DE 102013204555 A1 ) initiieren den Schutzmechanismus erst, wenn ein physischer Kontakt mit dem überrollenden Hindernis den Abweisemechanismus im Bereich unter der Fahrzeugfront auslöst. Das setzt aber bereits ein teilweises Überrollen der Person durch das Fahrzeug voraus. Ein Vorteil von rein mechanischen Systemen ist jedoch deren unmittelbares und leichtes Re-Initialisierungsvermögen nach erfolgter Applikation, sofern keine funktionsmindernden Schäden am System aufgetreten sind.
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Weitere bekannte Lösungen bestehen aus einer Abweiserstruktur, die sich unmittelbar hinter der Fahrzeugkante befindet und, als "Wägelchen" auf eigenen Rollen ausgebildet, mittels schubfester Verbindung zum Unterbau permanent aktiviert ist. Diese Struktur ist schubfest aber kardanisch am Unterbau befestigt und kann daher Höhenunterschiede, die der Vorbau während der Fahrt durchführt, ausgleichen und weist durch die eigenen Rollen dabei einen konstanten Abstand zum Fahrweg auf. Nachteil dieser Lösung ist, dass vor allem bei wechselnden Wetterbedingungen wie Schnee und Eis, Sand und Steinen das "Wägelchen" in Mitleidenschaft gezogen wird und mehr ein Hindernis für den Betrieb darstellt. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise an Straßenbahnen in Sevilla oder Zaragoza montiert.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Schienenfahrzeug mit einer Einrichtung vorzustellen, welche das komplette "Abweisen" vom Gefahrenbereich einer vor das Fahrzeug geratenen Person ermöglicht. Ziel ist es dabei, das Überrollen eines Passanten gänzlich zu verhindern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst. Die Erfindung beinhaltet dazu eine Einrichtung, die aus einer Anordnung eines oder mehrerer aufblasbarer Strukturen in einem Bereich unter der Frontverkleidung besteht, welche mittels eines Gasmediums aufblasbar ist. Vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass die jeweilige Struktur nicht nur offen, sondern auch einen geschlossenen Körper darstellen kann. Weiter ist vorteilhaft, dass neben anderen verwendeten Materialien die Strukturen aus metallischen Werkstoffen bestehen können. Ebenfalls vorteilhaft ist dabei vorgesehen, dass bei verwendeten metallischen Werkstoffen die Struktur aus einer geschweißten flexiblen Doppelplatine besteht, die über eine Zuführleitung mit einem Gasmedium durch Innendruckumformung aufblasbar ist. In Optimierungsschritten kann die Metallstruktur entweder durch Wahl der Wandstärke oder Substitution mit anderen flexiblen Metallstrukturen verändert werden.
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Im Folgenden beschreibt die Erfindung eine gewählte Ausprägung der aufblasbaren Struktur als geschlossene geschweißte metallische Doppelplatine mit geringer Wandstärke. Diese Wahl stellt nur eine der möglichen Kombinationen der Erfindung dar und beschränkt sich nicht ausschließlich auf diese Auswahl.
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Nach einem besonderen Merkmal wird das Aufblasen der Metallstruktur über eine Sensorik ausgelöst, welche an der Fahrzeugfront angeordnet ist. Vorteilhaft ist die Sensorik mit Messmitteln versehen, die den frontalen Aufprall einer Person auf die Fahrzeugfront erkennen und/oder detektieren. Nach einem besonderen Merkmal ist vorgesehen, dass die Metallstruktur im aktivierten Zustand einen geometrieadaptiven Formkörper bildet, der den Hohlraum zwischen dem Fahrzeugunterbau und dem Schienenweg ausfüllt. Das Aufblasen der Metallstruktur erfolgt dabei vorteilhaft mit einer entsprechenden Expansionsgeschwindigkeit, die die Gefahr des Einziehens einer Person unter das Fahrzeug verhindert.
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Vorteilhaft verbindet die Erfindung dabei das Grundprinzip vom kompletten "Abweisen" vom Gefahrenbereich einer vor das Fahrzeug geratenen Person durch Einsatz einer geschlossenen Metallstruktur, die durch Aufblasung aktiviert wird. Die Lehre beruht außerdem auf dem Zusammenspiel von elektromechanisch-pneumatischen Funktionsweisen. Die Erfindung verhindert dabei sowohl das Einziehen/Überfahren einer unvermutet und unmittelbar vor der Fahrzeugfront auf dem Fahrweg zum liegen kommenden Person in den nominellen Spalt an der Fahrzeugfront, als auch jede weitere Gefahr des Überrollens durch die Schienenräder. Nach Aktivierung kann die geschlossene Metallstruktur unter dem Fahrzeug verbleiben, da sie sich an verändernde Bodenfreiheiten anpasst.
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Die vorliegende Erfindung lässt sich in alle Schienenfahrzeuge mit Frontverkleidung integrieren. Es ist dabei prinzipiell unerheblich, ob es sich um Niederflur-, Mittelflur- oder Hochflurfahrzeuge handelt. Das erfindungsgemäße Schutzsystem kann dabei in alle neuen Schienenfahrzeuge eingebaut werden und auch in alle in Gebrauch befindlichen Schienenfahrzeuge nachgerüstet werden.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigen
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1a: ein Schienenfahrzeug in einer Seitenansicht mit einer Person im Frontbereich,
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1b: ein Schienenfahrzeug in einer Vorderansicht mit einer Person im Frontbereich,
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2a: ein Schienenfahrzeug in einer Seitenansicht mit einer mit einer Einrichtung zum Passantenschutz,
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2b: ein Schienenfahrzeug in einer Vorderansicht mit einer Einrichtung zum Passantenschutz,
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3a: ein Schienenfahrzeug in einer Seitenansicht mit einer mit einer Einrichtung zum Passantenschutz im aktivierten Zustand,
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3b: ein Schienenfahrzeug in einer Vorderansicht mit einer Einrichtung zum Passantenschutz im aktivierten Zustand,
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4a–c: eine Prinzipdarstellung der Wirkungsweise einer Einrichtung zum Passantenschutz.
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Im Schienenverkehr, insbesondere im innerstädtischen Tram-Verkehr, sind Kollisionen zwischen einem Schienenfahrzeug 1 und Personen (Fußgängern) 2 keine Seltenheit. Insbesondere beim frontalen Aufprall kommt es dabei zu schweren und tödlichen Verletzungen, wenn die Person 2 nach dem Aufprall in den Hohlraum zwischen Schienenfahrzeug 1 und Untergrund 3 gerät.
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Durch die erfindungsgemäße Einrichtung soll das Verletzungsrisiko signifikant zu verringert werden, indem der Hohlraum zwischen Schienenfahrzeug 1 und Untergrund 3 unmittelbar vor oder nach der Kollision durch die an der Unterseite der Schienenfahrzeugfront angebrachte Einrichtung 4 derart gefüllt wird, dass die an der Kollision beteiligte Person 2 nicht unter das Schienenfahrzeug 1 geraten kann und vorzugsweise neben die Fahrzeuggleise abgelenkt wird. Auch dabei sind Verletzungen nicht auszuschließen, diese sollten jedoch deutlich geringer und ohne Lebensgefährdung ausfallen.
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Eine Strukturmaterial-Auswahl der erfindungsgemäßen Einrichtung basiert dabei auf einer Struktur 7, ausgeprägt als Metallstruktur, nämlich auf einer Dünnblechstruktur, welche durch ein über Zuführleitungen 11 eingebrachtes Gasmedium 6 expandiert bzw. aufgeblasen wird (verschiedene Aufblaszustände 8, 9). Vorteilhaft ist, dass durch die Wandstärke die Flexibilität der Metallstruktur einstellbar ist und diese Struktur als „Tailored Blank" (geschweisste Doppelplatine) vorliegen kann, wobei auch alternative, weichere Metall-Materialien denkbar sind. Dabei ist diese Anordnung im Ausgangszustand vor Aktivierung einer Detektionstechnologie (nicht Inhalt dieser Erfindung) von außen nicht sichtbar. Das Auslösen der Einrichtung erfolgt über eine Sensorik 10, welche an der Schienenfahrzeugfront adaptiert wird und welche auf optischen, mechanischen oder anderer Messprinzipien den frontalen Aufprall einer Person 2 detektiert oder den Aufprall vorhersieht. Der Mechanismus ist dabei bezüglich der Expansionsgeschwindigkeit derart ausgelegt, dass die vollständige Endgeometrie des Formkörpers bereits dann erreicht ist, bevor die Gefahr des "Hineinziehens" der Person entsteht. Dies sind im Regelfall wenige Millisekunden.
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Um den Anforderung einer dauerhaft sicheren Funktionalität der Personenschutzkomponente nachkommen zu können, muss die Struktur flexible, aufblasbare, rissresistente und kontaktresistente Eigenschaften aufweisen. Das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug 1 umfasst eine Einrichtung (Abweiser-Obstacle deflector), die dem Stoßverzehrsystem des Fahrzeuges vorgelagert ist und welches ohne Auslösung durch eine Aktivierungseinrichtung nicht anspricht. Dies soll die volle Funktionsfähigkeit des darüber befindlichen Stoßverzehrsystems bei Crashes ohne Überfahr-Gefahr einer Person sicherstellen.
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Die Auslösung des Abweisers-Obstacle deflectors erfolgt entweder durch den Fahrer mittels Betätigung einer Einrichtung am Fahrerpult oder durch die automatische Detektionstechnologie (nicht Inhalt dieser Erfindung) der im Vorfeld des Schienenfahrzeuges integrierten Detektionseinrichtung. Jedenfalls löst das erste Ansprechen einer dieser Einrichtungen den Abweiser-Obstacle deflector aus. Dabei bläst ein Gasgenerator die geschlossene Metallstruktur, die gefaltet in Ausgangsposition liegt, auf. Je nach Geometrie der geschlossenen, gefaltet angebrachten Metallstruktur wird während des Aufblasens und Entfaltens Richtung Fahrweg eine zusätzliche Abweiserbewegung durchgeführt, die die im Überfahrenwerden befindliche(n) Person(en) sozusagen unter dem Fahrzeug herausbewegt.
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Dies setzt natürlich eine Abstimmung der Geometrie der geschlossenen Metallstruktur an die Verhältnisse zwischen Frontverkleidung und Fahrweg voraus.
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Die geschlossene, gefaltet angebrachte Metallstruktur kann auch mehrteilig ausgeführt sein, um besondere Krümmungen des Stoßbügels auszugleichen.
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Ein besonderes Merkmal der aktivierten (= aufgeblasenen) geschlossenen Metallstruktur, und damit eine deutliche Verbesserung zu bekannten Airbag-Technologien, ist, dass diese nach dem Aufblasvorgang formstabil in Lage und Position bleibt. Dies bedeutet, dass nach Druckbeaufschlagung (= Aufblasvorgang) per se kein (konstanter) Druck in der Struktur mehr sein muss, um diese in aufgeblasenen Zustand zu behalten. Die geschlossenen Metallstruktur kann sich jedoch vielmehr an sich ändernde vertikale Platzverhältnisse wie z.B. an eine Verringerung der nominellen Bodenfreiheit zwischen Stoßbügel und Fahrweg anpassen: sie wird durch das Eigengewicht des Fahrzeuges ganz einfach zusammengedrückt. Nach dieser Reduktion der Höhe der geschlossenen Metallstruktur verbleibt diese im Zustand der reduzierten Höhe.
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Der gesamt Vorgang der Hinderniserkennung sowie Auslösung und Aufblasung der geschlossenen Metallstruktur soll dabei in Echtzeit geschehen. Durch die vorliegende Erfindung soll in jedem Fall die parallel stattfindende Aktion zum Schutz von Personen hinsichtlich des Überfahrens ergänzt werden: das rechtzeitige Anhalten des Schienenfahrzeuges, bevor eine Person durch Einziehen / Überfahren unter das Fahrzeug verletzt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013204555 A1 [0012, 0017]
