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Fachgebiet
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absorption von Bewegungsenergie bei Zusammenstößen von Fahrzeugen mit einem Stoßpartner bestehend aus einem ausfahrbaren Absorptionselement.
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Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur angepassten Steuerung der Wirkung des Absorptionselements je nach Größe des Stoßpartners. Der Stoßpartner kann entweder ein massives Element oder ein leichter Stoßpartner sein, wobei gilt, dass das massive Element eine deutlich größere Energieabsorption benötigt als der leichte Stoßpartner. So ist das massive Element typischerweise ein anderes Fahrzeug, der leichte Stoßpartner typischerweise ein Fußgänger. Die Erfindung vereint beide möglichen Lastfälle, den Insassenschutz und den Fußgängerschutz in einem situationsbezogen steuerbaren Absorptionselement.
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Stand der Technik
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Nach dem Stand der Technik sind unterschiedliche Vorrichtungen und Verfahren zur Minderung der Aufprall bzw. Stoßenergie bekannt, die entweder den Aufprall für Fußgänger beim Zusammenstoß mit Fahrzeugen (Fußgängerschutz) oder den Aufprall der Fahrzeuginsassen auf das Interieur beim Crash von Fahrzeug mit Fahrzeug dämpfen sollen (Insassenschutz).
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2014 205 412 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Absorption von Bewegungsenergie im Frontbereich eines Kraftfahrzeugs. Dabei werden Stoßfänger und Fußgängerschutz parallel geschaltet, aber selektiv, bezogen auf den jeweiligen Anwendungsfall freigegeben.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2013 203 481 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Absorption von Bewegungsenergie sowohl in Längs-, als auch in Querrichtung. Die Erfindung besteht aus einem Deformationselement und einer Matrize, die das Deformationselement aufnimmt und beim Aufprall in eine Kraftrichtung dieses auch verformt. Eine Querkrafteinrichtung kann bei einem Aufprall, der zwei Kraftrichtungskomponenten erzeugt, die Querkraft durch Deformation des Bewegungselements abbauen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2008 048 678 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Absorption von zwei verschiedenen Belastungsfällen. Das System besteht aus einem fest eingebauten Deformationselement, in dem ein zweites Deformationselement beweglich gelagert ist und über ein Kopplungselement mit dem fest eingebauten Element in Längsrichtung in Verbindung zur Absorption von Aufprallenergie bringt. Wirkt eine Kraft bis zu einem gewissen Kraftniveau auf das System kann das beweglich gelagerte Element durch Betätigung der Kopplungseinrichtung eintauchen und Aufprallenergie durch Verformung dieses Deformationselements umwandeln. Dadurch kann beispielsweise ein Fußgängerschutz erzielt werden. Wird ein bestimmtes Kraftniveau überschritten, sperrt das Kopplungselement und lässt somit eine Kraftübertragung auf das fest sitzende Deformationselement zu, welches sich zum Abbau der Bewegungsenergie verformt.
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Die Patentschrift
DE 10 2006 026 447 B4 beschreibt die variable Einstellung der Steifigkeit eines Pralldämpfers für Kraftfahrzeuge durch die Befüllung einer Schaumstruktur mit einem Fluid bei unterschiedlichen Drücken und/oder Viskositäten. Durch die nachfolgende Deformation wird die Aufprallenergie abgebaut. Dadurch lassen sich sowohl der Fußgängerschutz, als auch der Insassenschutz erreichen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 199 24 617 A1 offenbart eine Vorrichtung, die aus mit Schaumausgangsmaterial gefüllten Kammern, wenigstens einer Kammer, und einem einblasenden Generator besteht. Im Falle eines Aufpralls bläst der Generator Schaumfüllmittel in die Kammer ein, wodurch sich ein benötigtes Deformationsniveau einstellen lässt.
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Die Offenlegungsschrift
DE 196 54 559 A1 offenbart eine Stoßverzehreinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche für einen bevorstehenden Aufprall mittels einer durch eine Aufprallüberwachungseinrichtung zündbaren Treibeinrichtung in eine Arbeitsposition gebracht wird.
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Die Offenlegungsschrift
DE 103 46 031 A1 beschreibt ein Energieabsorptionssystem für Lenksäulen mit einem pyrotechnischen Gasgenerator, der zur Dämpfung der Bewegung des Kolbens Gas in der Kammer freisetzen kann, und mit einem gleitenden Kolben, der sich in einer Dämpfungskammer bewegen kann.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2004 014 776 A1 offenbart als nächstgelegenen Stand der Technik eine Zylinder-Kolben-Anordnung, welche den Stoßfängerquerträger eines Fahrzeugs mit der Fahrgastzelle verbindet. Diese Wirkverbindung besitzt im Falle einer Kollision eine hohe spezifische Energieabsorption durch Deformation, die zudem adaptiv eingestellt werden kann, so dass abhängig vom Kollisionsfall sowohl ein Fußgängerschutz als auch ein Insassenschutz erreicht werden kann. Eine Pre-Crash Sensoreinrichtung ermöglicht das Ausfahren unmittelbar vor der Kollision. Nach ihrem Einsatz ist diese Einrichtung allerdings nicht wiederverwendbar.
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Nachteilig bei dem hier diskutierten Stand der Technik ist vor allem, dass der Umwandlungsprozess der Bewegungsenergie in Wärme durch die Deformation eines Crashelements abläuft, was sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit und den ressourcenschonenden Umgang auswirkt.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abbau von Stoß- bzw. Aufprallenergie für den Einsatz in Fahrzeugen und anderen, gegen Aufprall zu schützenden Einrichtungen bereitzustellen, welche variable Belastungsfälle übernehmen kann, platzsparend aufgebaut ist und zumindest bedingt wiederverwendet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß den Patentansprüchen erreicht.
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Lösung der Aufgabe der Erfindung
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Das System ist durch einen besonderen Aufbau charakterisiert, bei dem Umwandlung von Stoß- bzw. Aufprallenergie in Wärme sowohl in einem Gas (also Molekülebene) als auch durch Reibung von Bauteilen aufeinander (also auf Bauteilebene) stattfinden kann. Daher ist das System für mindestens zwei verschiedene Belastungsfälle einsetzbar. Das System unterscheidet sich auch insofern von den meisten bekannten Energie-Absorptionssystemen, als es die Bewegungsenergie nicht durch Deformationsarbeit mit dem Ergebnis einer irreversiblen Deformation von Bauteilen abbaut. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das System (bedingt) wiederverwendbar ist.
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Das System besteht aus einem Zylinder, in dem ein Kolben in Längsrichtung beweglich gelagert ist. Dieser Kolben ragt mit der Kolbenstange aus dem Zylinder heraus, wobei am Ende der Kolbenstange ein Stoßfänger oder ein anderes stoßabsorbierendes Verkleidungsteil befestigt ist, um die Krafteinleitung bei einem Aufprall zu realisieren. Im Zylinder hinter dem Kolben befindet sich eine Treibmittelladung, die im Bereitstellungsfall durch einen pyrotechnischen Umwandlungsprozess ein Dämpfungsgas in der Zylinderkammer erzeugt. Dabei wird beispielsweise durch eine Mischung aus Schwarzpulver und Natriumazid Stickstoff erzeugt. Dieses Gas bewirkt durch die Druckerhöhung und die damit einhergehender Ausdehnung das Herausfahren des Zylinderkolbens aus dem Absorptionssystem und damit des Stoßfängers aus der Fahrzeugsilhouette. Weiterhin wird dieses Gas auch für den Dämpfungs- und Energieumwandlungs-Prozess für die Aufprallenergie verwendet. Zusätzlich kann ein Teil des Dämpfungsgases durch Leitungen und Ventile in der Zylinderwand aktiv so umgelenkt werden, dass beim Energieumwandlungsprozess zusätzlich Reibbacken auf die Kolbenmantelfläche des Kolbens drücken; durch die erhöhte Reibkraft wird zusätzlich Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt. Die zusätzliche Energieabsorption wird durch Überstromventile gesteuert, welche bei Erreichen eines bestimmten Druckniveaus auslösen und das Anpressen der Reibbacken herbeiführen.
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Gesteuert durch eine vorausschauende Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung wird der Kolben durch Zünden der Treibmittelladung für einen als unmittelbar bevorstehend erwarteten Stoß oder Aufprall ausgefahren, um den nötigen Weg zum Eintauchen und Umwandeln der Aufprallenergie in Wärme bereitzustellen. Hierdurch unterscheidet sich das System grundlegend von anderen Absorptionsanordnungen, denn mit der vorliegenden Erfindung wird der benötigte Dämpfungsweg erst vor einem unmittelbaren Aufprall bereitgestellt, was einen kürzeren Bauraum für das Absorptionselement und damit größere Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Fahrzeugfront ermöglicht.
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Das Absorptionssystem kann nach dem Zünden der Treibmittelladung und dem dadurch bedingten Ausfahren des Kolbens durch ein variables Auslassventil gesteuert werden. Das System kann hierüber mindestens zwei unterschiedliche Lastfälle bedienen, wobei im ersten Lastfall deutlich weniger Aufprallenergie absorbiert wird als im zweiten Lastfall.
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Der Abbau der Bewegungsenergie beim Lastfall mit geringerer Aufprallenergie wird nur durch die Gasdämpfung erreicht. Dabei wird nach der Zündung der Treibmittelladung und dem Ausfahren des Zylinderkolbens mittels variablem Auslassventil ein definiertes Druckniveau im Zylinder eingestellt, wobei der Druck durch einen Drucksensor ermittelt wird. Bleibt das eingestellte Druckniveau unterhalb des Druckniveaus, welches zur Öffnung der Überstromventile benötigt wird, wird die Aufprallenergie allein durch die Fluidreibung im Inneren des Zylinders in Wärme umgewandelt.
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Beim Lastfall mit deutlich höherer Aufprallenergie wird der Abbau der Bewegungsenergie durch die Gasdämpfung zusammen mit der Reibungsdämpfung der Reibbacken erreicht. Dabei wird nach der Zündung der Treibmittelladung im Inneren des Zylinders ein so hohes Druckniveau eingestellt, dass die Überstromventile der Leitungen der Reibbacken öffnen und somit ein Anpressen der Reibbacken an die Kolbenmantelfläche erzwingen. Für diesen Kollisionsfall wird die Bewegungsenergie also sowohl durch die Fluidreibung im Gasdämpfer als auch durch die mechanische Reibung an der Kolbenmantelfläche in Wärme umgewandelt.
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Eine zum Gesamtsystem gehörende, vorausschauende und aus dem Stand der Technik bekannte Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung kann z. B. aus der Relativgeschwindigkeit der Prallpartner unterscheiden, welcher der beiden möglichen Lastfälle vorliegen wird. Bei einem bevorstehenden Kollisionsfall wird zunächst die Treibmittelladung über einen Zünder gezündet; abhängig vom Lastfall wird dann das variable Auslassventil eingestellt.
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Das Absorptionselement kann bedingt wiederverwendet werden. Dazu muss das System nach jeder Auslösung untersucht und mindestens die Treibmitteladung erneuert werden. Abhängig vom Maß der absorbierten Energie und dem damit einhergehenden erhöhten Verschleiß müssen gegebenenfalls auch die Reibbacken ersetzt werden.
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Vorausschauende Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung
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Unter einer vorausschauenden Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung (dem Steuergerät) wird ein elektrisch betriebenes Gerät verstanden, welches Sensorsignale hinsichtlich einer Aufprallkraft sowie eines zu erwartenden Energiebetrags der Aufprallenergie verarbeitet und in Abhängigkeit davon Ansteuersignale für das Energieabsorptionssystem ausgibt. Das Steuergerät besitzt dazu Schnittstellen zu Sensoren und Aktoren.
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Die technische Basis für das Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung gehört zum Stand der Technik.
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Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten applikations-spezifischen integrierten System-Schaltkreises (System-ASICs) sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen.
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Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Bei einer softwaremäßigen Ausbildung wird ein Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann, zur Durchführung des Verfahrens nach der beschriebenen Ausführungsformen verwendet. Somit können die in dem Programmcode definierten Schritte des Verfahrens von Einrichtungen des Computers oder der Vorrichtung umgesetzt werden.
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Die vorausschauende Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung analysiert über eine oder mehrere Sensoren, die einen bevorstehenden Aufprall aufnehmen, mindestens welcher der beiden möglichen Lastfälle sich ergeben wird. Diese Analyse ist nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Das Steuergerät sorgt bei einem erkannten Kollisionsfall über einen Zünder für die Zündung der Treibmittelladung. Da die Aufprallerkennungsvorrichtung bereits vor dem eigentlichen Aufprall das Energieabsorptionssystem in Bereitschaftsstellung bringen muss, kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein berührungslos arbeitendes Radarsystem im relevanten Überwachungsraum eingesetzt werden. Derartige computergestützte Systeme eignen sich zudem gleichwohl für Tag- und Nachtbetrieb und werden beispielsweise in modernen Fahrzeugen bereits zur Abstandserkennung zu anderen Verkehrsteilnehmern verwendet, um so beispielsweise autonome Fahraufgaben an das Fahrzeug selbst zu übertragen. Durch eine geeignete Software kann dieses System darüber hinaus auch die Größe und daraus die möglichen Lastfälle und die Geschwindigkeiten der Kollisionspartner ermitteln.
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Möglichkeiten der Anwendung der Erfindung
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Die Erfindung lässt sich prinzipiell auch für andere, die Wirkung einer Kollision vermindernde Vorrichtungen, wie z. B. in Kraftfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Schienenfahrzeugen, Kettenfahrzeugen, wiederverwendbaren strahlgetriebenen Flugsystemen, Notsystemen bei Achterbahnen, Schiffen und Booten u. v. a. m. verwenden.
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Besonderes Ausführungsbeispiel:
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Vorzugsweise wird die Anordnung zur Reduzierung von Kollisionsenergie an der Frontseite eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei
mindestens ein Absorptionselement in Fahrzeuglängsrichtung befestigt wird,
mindestens eine Einrichtung zur Erkennung eines bevorstehenden Aufpralls und zur Ermittlung des Prallpartners zur Verfügung steht,
ein Steuergerät zur Steuerung des Auslösers und des variablen Auslassventils zur Druckregulierung im Zylinder Anwendung findet,
das Kolbenende eines Absorptionselements mit einem Stoßfängerelement verbunden ist, um eine Krafteinleitung in das Absorptionselement zu ermöglichen
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In einer vorzugsweisen Ausgestaltung kann eine Parallelschaltung mit wenigstens zwei Absorptionselementen eingesetzt werden. Diese Anordnung kann vorzugsweise im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt werden. Die zwei Absorptionselemente werden dabei parallel an den vorderen Längsträgern befestigt und an den Zylinderkolbenenden ein Stoßfänger befestigt. Dabei kann die Anordnung vor allem für den Abbau der Bewegungsenergie bei einem Zusammenstoß mit einem anderen Fahrzeug oder einem ruhenden Gegenstand mit hoher Masse oder einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Fußgänger eingesetzt werden. Der Einsatz bei einem Zusammenstoß mit einem anderen Fahrzeug oder einem ruhenden Gegenstand mit hoher Masse erscheint vor allem daher sinnvoll, da durch den Abbau der Bewegungsenergie ein Verletzungsrisiko für die Insassen und eine mögliche Verformung des Längsträgers minimiert wird. Bei einem Fußgängerschutzsystem können bei möglichen Kollisionen mit Fußgängern und Fahrradfahren schwere Verletzungen bei den Beteiligten reduziert werden. Das vorgestellte System kann auch in Kombination oder allein für eine aktive Motorhaube verwendet werden, um das Risiko für eine schwere Verletzung deutlich zu reduzieren.
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Durch den Einsatz eines einzigen Systems für beide Unfallmuster (d. h. für die Lastfälle Insassenschutz und Fußgängerschutz) kann wertvoller Bauraum reduziert werden.
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Weiterhin kann das Fahrzeug nach einem Zusammenprall, welcher durch einen der beiden Lastfälle charakterisiert ist, nach einer Sichtkontrolle zu einer nahegelegenen Werkstatt selbst fahren, da durch das System keine Deformation (mit Ausnahme möglicher Verkleidungsteile) auftreten, die eine Weiterfahrt aufgrund ausgelöster Absorptionselemente unmöglich erscheinen lassen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung umfasst die Anordnung von mindestens zwei unterschiedlich ansteuerbaren Absorptionselementen, die zusammen an der Front eines Fahrzeugs befestigt sind und an ihren Kolbenenden einen einzigen Stoßfänger führen. Durch die sensorische Erkennung eines möglichen Prallpartners kann dessen genaue Winkelposition zum Fahrzeug ermittelt werden. Durch die variable Ansteuerung der Absorptionselemente kann erreicht werden, dass unterschiedliche Ausfahrlängen bei den Kolben eingestellt werden, wodurch sich eine Neigung des Stoßfängers zur Fahrzeugquerachse ergibt. So können bei einem Aufprall unterschiedliche Krafteinleitungen eingestellt werden. Dies erscheint vor allem bei einer möglichen Kollision mit einem Fußgänger als sinnvoll, da dadurch der mögliche Aufprallpunkt des Fußgängers auf der Motorhaube gesteuert werden kann, was sich in Kombination mit einer aktiven Motorhaube deutlich reduzierend auf das Verletzungsrisiko auswirken kann.
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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung kann die Anordnung bei einem Fahrzeug auch am Heck Verwendung finden. Auch dort kann die Anordnung in vorteilhafter Weise, ähnlich wie bei der Anordnung an der Front eines Fahrzeugs, in einer Parallelschaltung Anwendung finden. Die Absorptionselemente können dabei an den Heckabschlussblech befestigt werden und an den Kolbenenden einen Stoßfänger führen. Mit einer solchen Anordnung können nun Auffahrunfälle bei zwei verschiedenen Geschwindigkeiten als Beispiele für die zwei unterschiedlichen Lastfälle abgeschwächt werden. Dadurch können Schäden an den Fahrzeugen, aber vor allem auch das Verletzungsrisiko für die Insassen reduziert werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Anordnung auch speziell im Nutzfahrzeugbereich angewendet werden. Dabei können als mögliche Lastfälle ein Aufprall mit einem PKW und einem LKW eingestellt werden. Durch diese Anordnung könnten sich die Überlebenschancen bei den Aufprallen erhöhen, da die erfindungsgemäße Anordnung durch das Ausfahren bei einem bevorstehenden Aufprall einen zusätzlichen Dämpfungsweg zur Verfügung stellt, was beim üblicherweise kurzen Dämpfungsweg von europäischen LKWs positiv auswirkt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung umfasst den Einsatz des Absorptionselements im Schienen- und Zugverkehr. Dabei können die Absorptionselemente sowohl bei bewegten Lokomotiven, Wägen und Triebzügen an der Front und dem Heck eingesetzt werden, als auch an stationären Prellböcken zur Reduzierung der Bewegungsenergie bei Aufprallen und Rangierarbeiten Verwendung finden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Absorptionselement
- 2
- Zylinder
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Reibbacken
- 5
- Kammer
- 6
- Kanal
- 7
- Überstromventil
- 8
- Zylinderkolben
- 9
- Rückstellfeder
- 10
- Treibmittelladung
- 11
- Auslassventil
- 12
- Drucksensor
- 13
- Ringdichtung
- 14
- Metalldichtung
- 30
- Zylinderkammer
- 40
- Gummidichtung Reibbacken
- 41
- Gasseite Reibbacken
- 42
- Reibseite Reibbacken
- 43
- Gummiseite Reibbacken
- 44
- Führung Reibbacken
- 51
- Stoßfänger
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Beschreibung der Funktionsweise des Ausführungsbeispiels:
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer besonderen Ausführungsform des Absorptionselements in Längsrichtung in nicht ausgelöstem Zustand. Dabei besteht das Gehäuse des Absorptionselements aus Zylinder 2 und Zylinderkopf 3. Es sind die Reibbacken 4, die mit einer zur Dämpfung beitragenden Gummischicht 40 belegt sind, in eine Kammer 5 in der Zylinderwand eingesetzt und werden über einen Kanal mit dem Überstromventil 7 verbunden. Während des normalen Fahrbetriebs ist der Zylinderkolben 8 im nicht ausgefahrenen Zustand gelagert und mit einer Rückstellfeder 9 vorgespannt. Zum Ausfahren des Zylinderkolbens 8 wird die Treibmittelladung 10 gezündet, welche in der Zylinderkammer 30 Überdruck erzeugt. Zur Einstellung des benötigten Dämpfungsdrucks wird ein variables Auslassventil 11 eingesetzt, welches auf Basis der Messdaten eines Drucksensors 12 gesteuert wird. Zur Abdichtung wird eine Ringdichtung 13 am Kolben und eine Metalldichtung 14 an der Dichtfläche des zwischen Zylinder 2 und Zylinderkopf 3 eingesetzt.
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Die zum Gesamtsystem gehörende, vorausschauende und aus dem Stand der Technik bekannte Aufprallerkennungs- und Aufprallüberwachungseinrichtung (das Steuergerät) ist hier nicht weiter dargestellt.
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Durch den Drucksensor 12 und das variable Auslassventil 11 werden nun die Einstellungen für den bevorstehenden Aufprall vorgenommen. Dazu gibt das Steuergerät ein Zündsignal ab, durch welches die Treibmittelladung 10 ausgelöst wird. Durch das pyrotechnische Abbrennen der Treibmittelladung 10 entsteht Treibgas in der Zylinderkammer 30, durch dessen Druck der Zylinderkolben 8 gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder 9 in seine Bereitstellungsposition ausgefahren wird.
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Für den stärkeren Lastfall der beiden möglichen Lastfälle wird der Druck im Inneren des Absorptionselements höher eingestellt als für den schwächeren Lastfall. Dadurch baut sich ein so hoher Druck in der Zylinderkammer 30 auf, dass sich die Überstromventile 7 öffnen und so ein Einströmen der Treibgase in eine Kammer 5 in der Zylinderwand durch Kanäle 6 ermöglichen. Dies hat zur Folge, dass die Reibbacken 4 zusätzlich an die Mantelfläche des Zylinderkolbens 8 angepresst werden. Bei einem Aufprall wird nun die Aufprallenergie zusätzlich durch die Reibung des Zylinderkolbens 8 an den Reibbacken 4 und nicht nur durch die Gasdämpfung, welche durch das variable Auslassventil 11 und den Drucksensor 12 über den gesamten Prozess überwacht und über eine Kennlinie, welche im Steuergerät hinterlegt ist, gesteuert wird, in Wärme umgewandelt, bis sich der Zylinderkolben 8 wieder in Ausgangsstellung befindet und durch die Rückstellfeder 9 in dieser Position gehalten wird.
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Für den schwächeren der beiden möglichen Lastfälle wird der Druck in der Zylinderkammer 30 des Absorptionselement niedriger eingestellt, als für den stärkeren. Ein Anwendungsfall kann hierbei der Fußgängerschutz darstellen. Dabei wird bei diesem Druckniveau das Überstromventil 7 nicht ausgelöst, was zur Folge hat, dass die Aufprallenergie lediglich (gemäß einer im Steuergerät abgelegten Kennlinie) durch reine Gasdämpfung abgebaut wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer besonderen Ausführungsform des Absorptionselements in Längsrichtung im ausgelösten Zustand.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der Reibbacken 4 in der besonderen Ausführungsform, bei der vier Reibbacken rotationssymmetrisch in der Zylinderwand angeordnet werden. Die Reibbacken haben einen elementaren Anteil an der Umwandlung der Aufprallenergie in Wärme bei dem stärkeren der beiden Lastfälle. Ein einzelner dieser Reibbacken besteht aus zwei mittig verbundenen Bögen, die zusätzlich eine Führung 44 besitzen. Die Oberseite des langen Bogens wird als Gasseite 41 definiert, da auf deren Oberfläche das Gas anliegt. Die Unterseite des kurzen Bogens wird als Reibseite 42 definiert, da an deren Fläche die Kolbenmantelfläche reibt. Diese Ausführung bewirkt, dass das auf die Gasseite 41 anströmende Treibgas die Reibseite 42 an die Mantelfläche des Zylinderkolbens durch Druckerhöhung anpresst. Dabei ist das Verhältnis zwischen Gasseitenfläche und Reibseitenfläche so gewählt, dass eine gleichmäßige Druckerhöhung auf der Gasseite 41 und ein deutliches Anpressen der Reibseite 42 an die Mantelfläche ermöglicht wird. Um einem Druckabfall in der gasgefüllten Kammer 5 entgegenzuwirken, wird eine flächige Gummidichtung 40 an die Unterseite des langen Bogens der Reibbacken eingebaut, weshalb diese Seite als Gummiseite 43 bezeichnet wird.
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4 zeigt zwei der Reibbacken 4 in der besonderen Ausführungsform, wobei der untere Reibbacken auf der Gummiseite 43 bereits mit einer der beiden zu einem Reibbacken gehörenden, flächigen Gummidichtungen 40 belegt ist.
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5 zeigt in einer Explosionsdarstellung den Zusammenbau der einzelnen Bestandteile eines Absorptionselements der besonderen Ausführungsform.
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6 zeigt in einer Draufsicht den typischen Einsatz zweier Absorptionselemente 1 zusammen mit einem einzigen Stoßfänger 51. In der schematischen Darstellung werden die Stoßkräfte, die auf einen einzigen Stoßfänger 51 wirken, in die Enden der Kolbenstangen der Zylinderkolben 8 von zwei Absorptionselementen eingeleitet. Eine derartige Anordnung wird typischerweise im Fahrzeugbereich, sowohl bei Rad- als auch bei Schienenfahrzeugen, Verwendung finden. Die Absorptionselemente 1 leiten ihrerseits die verbleibenden Kräfte, die durch die Wirkung der Absorptionselemente geringer als die Kräfte auf den Stoßfänger sind, an ein massives Bauteil, z. B. einen Längsträger bei Fahrzeugen, weiter.
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Ablauf des Verfahrens:
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Das Verfahren zur angepassten Steuerung der Wirkung des Absorptionselements je nach Größe des Stoßpartners läuft folgendermaßen ab:
Bei einem bevorstehenden Aufprall detektiert die vorausschauende Aufprallerkennungseinrichtung, um welchen Lastfall es sich handelt. Unabhängig von der Art des Lastfalls wird durch die Aufprallüberwachungseinrichtung zunächst ein Zündsignal abgegeben, wodurch die Treibmittelladung gezündet und Treibgas gebildet wird.
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Abhängig vom eigentlichen Lastfall stellt oder regelt die Aufprallüberwachungseinrichtung das variable Auslassventil so ein, dass ein bestimmter Druck im Inneren der Zylinderkammer über- oder unterschritten wird.
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Der Druck in der Zylinderkammer ist jedoch in jedem Lastfall ausreichend, damit die Rückstellkraft einer Rückstellfeder überwunden und der Zylinderkolben ausgefahren werden kann, wodurch das Absorptionssystem in Bereitschaftsstellung gebracht ist.
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Handelt es sich um den schwächeren der beiden typischen Lastfälle (also beispielsweise einen Fußgänger- oder Radfahreraufprall), reicht der Druck jedoch nicht aus um das Überstromventil auszulösen, wodurch die Reibbacken auch nicht an die Kolbenmantelfläche angepresst werden. Die kinetische Energie eines Aufpralls wird hier ausschließlich durch die Gasdämpfung (molekulare Reibung) in Wärme umgewandelt. Das Eintauchen des Kolbens beim Aufprall bedingt eine Druckerhöhung in der Zylinderkammer, wodurch sich auch die Dämpfungseigenschaften abhängig vom Eintauchweg des Kolbens verändern. Um dem entgegenzuwirken und die benötigten Dämpfungseigenschaften auf dem gesamten Kolbenweg einzuhalten, kann durch das variable Auslassventil der Druck in der Zylinderkammer reguliert werden.
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Handelt es sich um den stärkeren der beiden Lastfälle (also beispielsweise um einen Zusammenstoß mit einem anderen Fahrzeug), wird der Druck in der Zylinderkammer höher als beim schwächeren Lastfall eingestellt, wodurch zusätzlich das Überstromventil öffnet und das Treibgas in eine Kammer oberhalb der Reibbacken fließen kann. Dadurch tritt zusätzlich zu der Gasdämpfung (molekularen Reibung), wie sie bei dem schwächeren Lastfall beschrieben wurde, eine Coulombsche Reibung auf, indem durch den Überdruck in der Kammer die Reibbacken an die Kolbenmantelfläche angepresst werden. Hierbei wird zusätzlich kinetische Energie eines Aufpralls in Wärme umgewandelt.
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In beiden unterschiedlichen Lastfällen taucht der Kolben idealerweise bis zum Anschlag ein und eine Rückstellfeder hält ihn dann in dieser Ausgangsposition. Für das energieverzehrende Eintauchen wird der Druck in der Zylinderkammer und der Kammer der Reibbacken durch das variable Auslassventil idealerweise so gesteuert, dass sich der Reibweg der Reibbacken über den gesamten Kolbenweg erstrecken kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014205412 A1 [0004]
- DE 102013203481 A1 [0005]
- DE 102008048678 A1 [0006]
- DE 102006026447 B4 [0007]
- DE 19924617 A1 [0008]
- DE 19654559 A1 [0009]
- DE 10346031 A1 [0010]
- DE 102004014776 A1 [0011]
