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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine aufprallenergieabsorbierende
Struktur für
den oberen Bereich einer Fahrzeugkarosserie. Insbesondere bezieht
sich die Erfindung auf eine aufprallenergieabsorbierende Struktur
in einem Bereich einer Fahrzeugkarosserie, umfassend ein Strukturteil
der Fahrzeugkarosserie, wie z.B, eine Säule, eine Dachseitenschiene,
eine Kopfschiene oder ähnliches
und einen Innenabschluß,
wie z.B. eine Säulenverkleidung,
eine Dachauskleidung oder ähnliches,
die durch einen sich in Richtung des Inneren eines Fahrgastraums
erstreckenden Abstand von dem Strukturteil beabstandet ist, wobei
in dem Zwischenraum ein energieabsorbierendes Element angeordnet
ist.
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BESCHREIBUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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Eine
aufprallenergieabsorbierende Struktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 und 4 ist aus der
US 5,660,426 bekannt.
Bei Motorfahrzeugen, insbesondere bei Personenkraftwagen, ist ein energieabsorbierendes Element
in einem Raum zwischen einem Innenabschluß und einem Strukturteil einer
Karosserie angeordnet. Wenn eine Aufpralllast in einer Richtung
von dem Innenabschluß zum
Strukturteil aufgebracht wird, verformt sich das energieabsorbierende
Element, um die Energie der Aufpralllast zu absorbieren. Normalerweise
verwendete energieabsorbierende Elemente sind z.B. ein Gitterrippenteil,
ein Urethanpolster, ein Stahlteil, das durch Biegen einer dünnen Stahlfolie
so ausgebildet ist, dass es eine hutähnliche Querschnittsform aufweist
und ähnliches.
Ebenfalls werden als ein energieabsorbierendes Element ein im Allgmeinen
als Hybridrohr bezeichnetes Element verwendet (siehe US-PS 5,680,886),
das aus einem Metallfolienkern und Folien aus einem anderen Material
als Metall besteht, die auf gegenüberliegende Seitenflächen des
Kerns gelegt sind. Bei dem Hybridrohr sind der Kern und die auf
den gegenüberliegenden
Seitenflächen
des Kerns angeordneten Folien gewellt, sodass sich Rippen und Nuten
in Richtung einer Längsachse
des Rohres abwechseln.
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Nach
der Ausbildung kann ein Hybridrohr leicht in eine gewünschte Querschnittsform
durch entsprechendes Formen des Rohres verändert werden. Weiter können die
Energieabsorbtionseigenschaften eines Hybridrohres eingestellt werden,
indem man eine Dicke des Hybridrohres, gemessen zwischen einem äußersten
Punkt der gekrümmten äußeren Fläche einer
Rippe oder eines vorstehenden Abschnitts und einem innersten Punkt
einer gekrümmten
inneren Fläche
einer Nut oder eines zurückgesetzten
Abschnitts, d.h., die allgemein sichtbare Plattendicke des Hybridrohres,
oder den Abstand zwischen benachbarten vorstehenden Abschnitten (oder
zu rückgesetzten
Abschnitten), oder ähnlichem, ändert. Somit
weist ein hohles energieabsorbierendes Element, wie ein Hybridrohr
oder ähnliches,
gute für
ein energieabsorbierendes Element angestrebte Eigenschaften auf.
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Fahrzeugkarosseriestrukturteile,
die an bestimmten Stellen in eine Fahrzeugkarosserie eingebaut werden,
sind in dreidimensionalen gebogenen Formen ausgebildet, um den Festigkeits-
und Designanforderungen zu entsprechen. In einigen Stellen ist es
daher schwierig, ein energieabsorbierendes Element so anzuordnen,
dass es genau der Form eines benachbarten Strukturteils entspricht.
Innenabschlüsse
werden normalerweise hauptsächlich
den Designanforderungen entsprechend ausgebildet, und die Forderung,
dass ein Innenabschluß einer örtlichen
Form eines benachbarten Strukturteils entspricht, ist sehr gering.
Wenn daher ein Hybridrohr oder ein unterschiedliches hohles Rohr
in einem Zwischenraum zwischen einem Strukturteil und einem Innenabschluß angeordnet
wird, kann ein Spalt zwischen dem Strukturteil und dem energieabsorbierenden
Element oder zwischen dem energieabsorbierenden Element und dem
Innenabschluß ausgebildet werden,
der sich in Richtungen der Länge
des Strukturteils erstreckt und in seinen Längsrichtungen unterschiedliche
Größe aufweist.
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Ein
energieabsorbierendes Element beginnt die Verformung während einer
Anfangszeitdauer nach dem Auftreten eines Aufpralls, und absorbiert einen
bestimmten Energiebetrag, wenn es um einen vorbestimmten Versetzbetrag
versetzt wird. Wenn jedoch ein Spalt zwischen dem energieabsorbierenden Element
und dem Innenabschluß oder
einem Strukturteil besteht, verformt sich das energieabsorbierende
Element nicht, bis der Spalt überwunden
ist. Der oben erwähnte
vorbestimmte Versetzbetrag eines energieabsorbierenden Elements
bedeutet einen Versetzbetrag, in den das energieabsorbierende Element
versetzt werden kann, wenn es mittels eines Aufpralls verformt wird.
Der vorbestimmte Versetzbetrag ist im Wesentlichen konstant. Wenn
somit ein Spalt zwischen dem energieabsorbierenden Element und dem
Strukturteil oder dem Innenabschluß besteht, bewegt ein Aufprall
das energieabsorbierende Element bis zu einem Versetzbetrag, entsprechend der
Größe des Spalts,
ohne dass das energieabsorbierende Element verformt wird, sodass
die wirksame Versetzung des energieabsorbierenden Elements aufgrund
des Aufpralls abnimmt und der absorbierte Energiebetrag entsprechend
abnimmt. Wenn somit ein Spalt zwischen einem energieabsorbierenden
Element und einem Innenabschluß oder einem
Strukturteil besteht, und sich die Größe des Spalts in Richtung der
Länge des
Strukturteils verändert,
verändert
sich der Betrag der absorbierten Energie entsprechend der Stelle
des Aufpralls.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aufprallenergieabsorbierende
Struktur für den
oberen Bereich einer Fahrzeugkarosserie zu schaffen, der die ausgezeichneten
Eigenschaften eines hohlen Elements, wie z.B. eines Hybridrohrs, vollständig verwendet
und tatsächlich
eine ausgelegte Energieabsorption erreicht.
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Diese
Aufgabe wird durch aufprallenergieabsorbierende Strukturen gemäß den Ansprüchen 1 bzw.
4 gelöst.
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Bei
dieser aufprallenergieabsorbierenden Struktur sind das energieabsorbierende
Element und das Abstandsteil in dem Zwischenraum zwischen dem Strukturteil
und dem inneren Abschlußteil
angeordnet. Das Abstandsteil kann entsprechend der Größe des Spalts
ausgebildet sein, der mindestens entweder zwischen dem energieabsorbierenden
Element und dem Strukturteil oder zwischen dem energieabsorbierenden
Element und dem inneren Abschlußteil
ausgebildet ist, und zwar an einer ersten Stelle längs des
vertikalen Strukturteils. Da das Abstandsteil im Wesentlichen den
Spalt ausfüllt,
beginnt die Kompressionsverformung des energieabsorbierenden Elements
im Wesentlichen unmittelbar nach dem Auftreten eines Aufpralls in
Richtung von dem inneren Abschlußteil zum Strukturteil.
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Das
im Wesentlichen die Spalte ausfüllende Abstandsteil
macht es möglich,
dass das energieabsorbierende Element unmittelbar die Kompressionsverformung
beginnt und somit die Energie beim Auftreten eines Aufpralls absorbiert.
Wenn ein Spalt vorhanden ist, beginnt die Energieabsorbierung so
lange nicht, bis das innere Abschlußteil oder das energieabsorbierende
Element soweit versetzt ist, bis der Spalt ausgefüllt ist.
Diese Versetzung ist hinsichtlich der Energieabsorption nutzlos.
Bei der aufprallenergieabsorbierenden Struktur gemäß der Erfindung
tritt jedoch eine derartige nutzlose Versetzung nicht auf. D.h.,
gemäß der Erfindung
unterliegt das energieabsorbierende Element über der gesamten ausgelegten
Versetzung nach ei nem Aufprall einer Kompressionsdeformation, und
der Betrag der mittels des energieabsorbierenden Elements absorbierten
Energie kann im Wesentlichen über
die gesamte Länge
des Strukturteils passend erreicht werden.
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Da
weiter das energieabsorbierende Element so ausgebildet ist, dass
der Querschnitt im Wesentlichen gleichförmig ist, ist kein mühsames oder schwieriges
Verfahren erforderlich, um das energieabsorbierende Element herzustellen.
Weiter kann die Form des energieabsorbierenden Elements durch Auswahl
einer geeigneten Form des Abstandsteils vereinfacht werden, sodass
die Herstellung des energieabsorbierenden Elements weiter vereinfacht
wird. Da die Verwendung eines hohlen energieabsorbierenden Elements
die Abhängigkeit
von den Energieabsorptionseigenschaften in Richtung eines Aufpralls auf
das energieabsorbierende Element vermindert, ist eine einfache Einstellung
der energieabsorbierenden Eigenschaften durch Ändern der Plattendicke, der
sichtbaren Plattendicke oder des Verdrehabstandes des energieabsorbierenden
Elements möglich.
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Das
Abstandsteil kann den Spalt zwischen dem energieabsorbierenden Element
und dem inneren Abschlußteil
ausfüllen.
Bei dieser Anordnung kann das Abstandsteil als eine Rippenanordnung
aus Kunststoff ausgebildet sein, die einstückig mit einer Rückseite
des inneren Abschlußteils,
die dem energieabsorbierenden Element zugewandt ist, ausgebildet
ist und in der Lage ist, Energie zu absorbieren.
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Bei
dieser Struktur ist das Abstandsteil einstückig mit der Rückseite
des inneren Abschlußteils ausgebil det,
sodass die Ausbildung des Abstandsteils als ein getrenntes Teil
entfällt,
und die Anzahl der erforderlichen Bauteile vermindert wird. Da weiter das
Abstandsteil weiter eine Rippenanordnung aus Kunststoff ist, wird
es möglich,
die energieabsorbierenden Eigenschaften des energieabsorbierenden Elements
durch Auswahl einer Plattendicke der Rippenanordnung, ihrer Auslegung,
ihrer Ringe oder ähnlichem
einzustellen.
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Weiter
ist vorgesehen, dass das Abstandsteil als eine Rippenanordnung aus
Kunststoff und ein Schaumstoffteil ausgebildet ist und einstückig mit dem
energieabsorbierenden Element vorgesehen ist und in der Lage ist,
Energie zu absorbieren.
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Die
Auslegung des Abstandsteils kann somit durch einfaches Anordnen
an einer vorbestimmten Position erfolgen, wobei das energieabsorbierende Element
einstückig
mit einer Rippenanordnung aus Kunststoff oder einem Schaumteil versehen
ist, wie z.B. einem Urethanschaumteil, sodass der Schritt der Befestigung
des Abstandsteils entfällt.
Da das Abstandsteil als ein von dem energieabsorbierenden Element
und dem inneren Abschlußteil
getrenntes Bauteil ausgebildet ist, können das Material und die Form
des Abstandsteils frei gewählt
werden. Die Einstellung der energieabsorbierenden Eigenschaften des
energieabsorbierenden Elements wird daher weiter erleichtert.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung kann das energieabsorbierende Element ein extrudiertes
Metallrohr sein.
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Das
energieabsorbierende Element kann daher in einer vorbestimmten Form
mittels Extrusion ausgebildet werden, sodass die Produktivität verbessert
wird. Die Verwendung eines Metallrohrs als energieabsorbierendes
Element erreicht eine Lastverschiebungs-Energieabsorptionseigenschaft
bei einem steilen Anstieg der Belastung.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung kann das energieabsorbierende Element alternativ als
ein Hybridrohr ausgebildet sein, dass einen Kern aus einer Metallfolie
und auf gegenüberliegenden Flächen des
Kerns laminierte Folien aufweist, wobei jede Folie aus einem von
einem Metall unterschiedlichen Material ausgebildet ist. Bei dem
Hybridrohr sind der Kern und die Folien so geformt, dass das Hybridrohr
vorstehende Abschnitte und zurückgesetzte Abschnitte
aufweist, die angrenzend in einer Richtung der Längsachse des Hybridrohrs ausgebildet sind.
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Das
als ein Hybridrohr ausgebildete energieabsorbierende Element weist
ein geringes Gewicht auf. Ein Hybridrohr kann z.B. durch Wickeln
des Kerns und der Folien um eine Spindel und aufeinanderfolgendes
Ausbilden der vorstehenden und zurückgesetzten Abschnitte ausgebildet
werden, sodass man eine hohe Produktivität erhält. Da ein Hybridrohr relativ
frei gebogen oder geformt werden kann, wird es leicht möglich, das
energieabsorbierende Element anzuordnen, um der Form eines Strukturteils
oder einem inneren Abschlußteil
zu folgen.
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Wenn
das energieabsorbierende Element und das Abstandsteil an einer bestimmten
Position angeordnet sind und geeignet befestigt sind, wird eine
aufprallenergieabsorbierende Struktur ausgebildet. Das energieabsorbierende
Element und das Abstandsteil können
getrennt ausgebildet und getrennt zu einer Stelle gefördert werden,
wo eine aufprallenergieabsorbierende Struktur benötigt wird,
und können
getrennt an dieser Stelle befestigt werden. Es ist ebenfalls möglich, das
energieabsorbierende Element und das Abstandsteil vorher zu verbinden,
sodass das Abstandsteil eine vorbestimmte Position relativ zu dem
energieabsorbierenden Element einnimmt, und das so ausgebildete
Bauteil zu einer Stelle zu fördern,
wo eine aufprallenergieabsorbierende Struktur benötigt wird,
und das Bauteil an dieser Stelle zu befestigen.
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Da
der Querschnitt des energieabsorbierenden Elements im Wesentlichen
gleichförmig
ist, kann das energieabsorbierende Element effizient hergestellt
werden. Durch Anordnen und Befestigen des energieabsorbierenden
Elements und des Abstandsteils an einer bestimmten Position, kann
eine aufprallenergieabsorbierende Struktur leicht ausgebildet werden.
Das aufprallenergieabsorbierende Bauteil besteht aus dem energieabsorbierenden
Element und dem Abstandsteil. In einem Fall, indem das energieabsorbierende
Element und das Abstandsteil getrennt hergestellt werden, getrennt
zu einer Stelle, wo eine aufprallenergieabsorbierende Struktur ausgebildet
werden muss, gefördert
werden und an dieser Stelle befestigt werden, kann das energieabsorbierende
Bauteil leicht durch Einstellen der Relativpositionen des energieabsorbierenden
Elements und des Abstandsteils angeordnet werden, auch wenn sich der
Zwischenraum zwischen dem Strukturteil und dem inneren Abschlußteil ändert.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ersichtlich, wo gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauteile verwendet
werden. Es zeigen:
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1 eine
vergrößerte Schnittansicht
einer Ausführungsform
der aufprallenergieabsorbierenden Struktur für den oberen Bereich einer
Fahrzeugkarosserie gemäß der Erfindung,
längs der
Linie I-I in 3;
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2 eine
vergrößerte Schnittansicht
längs der
Linie II-II in 3;
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3 eine
schematische Darstellung eines Teils einer Fahrzeugkarosserie, bei
der die aufprallenergieabsorbierende Struktur in einem oberen Bereich
der Fahrzeugkarosserie gemäß der Erfindung angebracht
ist;
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4 ein
Diagramm zur Darstellung der Last-Versetzungs-Energieabsorptionseigenschaften;
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5 eine
vergrößerte Schnittansicht
einer weiteren Ausführungsform
der aufprallenergieabsorbierenden Struktur für den oberen Bereich einer Fahrzeugkarosse rie
gemäß der Erfindung,
längs der Linie
V-V in 8;
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6 eine
vergrößerte Schnittansicht,
längs einer
Linie VI-VI in 8;
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7 eine
vergrößerte Schnittansicht,
längs der
Linie VII-VII in 8;
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8 eine
schematische Darstellung eines Teils einer Fahrzeugkarosserie, an
der die aufprallenergieabsorbierende Struktur an dem oberen Bereich
einer Fahrzeugkarosserie gemäß der Erfindung angebracht
ist;
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9 eine
perspektivische Ansicht eines Teils eines energieabsorbierenden
Elements;
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10 ein
Diagramm zur Darstellung der Last-Versetzungs-Energieabsorptionseigenschaften zur
Darstellung der Arbeitsweise und Vorteile der Erfindung;
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11 ein
weiteres Diagramm zur Darstellung der Last-Versetzungs-Energieabsorptionseigenschaften,
zur Darstellung der Arbeitsweise und Vorteile der Erfindung;
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12 eine
perspektivische Ansicht eines Metallrohres, das bei einer aufprallenergieabsorbierenden
Struktur für
den oberen Bereich einer Fahrzeugkarosserie gemäß der Erfindung verwendet werden
kann;
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13 eine
perspektivische Ansicht eines Hybridrohres, das bei einer aufprallenergieabsorbierenden Struktur
für den
oberen Bereich einer Fahrzeugkarosserie gemäß der Erfindung verwendet werden
kann; und
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14 eine
teilweise vergrößerte Schnittansicht
längs einer
Linie XIV-XIV in 13.
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BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden im Einzelnen unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Wie
in den Schnittansichten von 1 und 2 und
der schematischen Darstellung in 3 gezeigt,
umfaßt
eine aufprallenergieabsorbierende Struktur für den oberen Bereich einer
Fahrzeugkarosserie gemäß einer
Ausführungsform
ein längliches,
sich in die Richtungen A erstreckendes Karosseriestrukturteil 20,
ein inneres von dem Strukturteil 20 nach innen beabstandetes
Abschlußteil 22 und
einen in einem Zwischenraum 32 zwischen dem Strukturteil 20 und
dem inneren Abschlußteil 22 angeordnetes
energieabsorbierendes Element 24. Die aufprallenergieabsorbierende
Struktur ist so ausgebildet, dass sie eine Aufprallenergie absorbiert.
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Bei
der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform
ist das Strukturteil 20 eine vordere Säule, bestehend aus einer Innenplatte 26,
einer Außenplatte 28 und
einer Verstärkungsplatte 30.
An den Platten vorgesehene Flansche sind aufeinander angeordnet
und miteinander so verbunden, dass das Strukturteil 20 (vordere
Säule)
einen geschlossenen Querschnitt aufweist. Das innere Abschlußteil 22 ist eine
Säulenverkleidung.
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Das
energieabsorbierende Element 24 ist ein in einem Zwischenraum 32 zwischen
der Innenplatte 26 des Strukturteils 20 und dem
inneren Abschlußteil 22 angeordnetes
hohles Element, das sich in den Längsrichtungen A längs des
Strukturteils 20 erstreckt. Wie man aus dem Vergleich zwischen
den 1 und 2 sieht, ändert sich die Größe des Zwischenraums 32 zwischen
der Innenplatte 26 des Strukturteils 20 und dem
inneren Abschlußteil 22 in Längsrichtung
in bezug auf das Strukturteil 20, wobei der Querschnitt
des energieabsorbierenden Elements 24 längs einer senkrecht zur Längsrichtung des
Strukturteils 20 verlaufenden imaginären Ebene, d.h., der Ebene
der Zeichnung gemäß 1 und 2,
im Wesentlichen gleichförmig
ist und solche Abmessungen aufweist, dass das energieabsorbierende
Element 24 in dem Zwischenraum 32 aufgenommen
werden kann. D.h., der Querschnitt des energieabsorbierenden Elements 24 ist
in Längsrichtung
im Wesentlichen gleichförmig,
und der Querschnitt hat maximale Abmessungen, die die Anordnung
des energieabsorbierenden Elements 24 in einem Abschnitt
des Zwischenraums 32 ermöglicht, der in den Aufprallrichtungen
vorhanden ist.
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Wie
in 3 dargestellt, ist das Strukturteil 20 am
oberen Endabschnitt mit einer sich zur Fahrzeugkarosserie nach vorne
und hinten erstreckenden Dachseitenschiene 50 und einer
sich in bezug auf die Karosserie nach rechts und links erstreckende
Kopfschiene 36 verbunden. Das Strukturteil 20 ist
dreidimensional gebogen, d.h., in einer Richtung im Wesentlichen
senkrecht zur Ebene der Zeichnung in 3, zusätzlich zu
den zweidimensionalen Richtungen, die man in 3 sieht.
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Der
Zwischenraum 32 zwischen der Innenplatte 26 des
Strukturteils 20 und dem inneren Abschlußteil 22,
das innerhalb von der Innenplatte 26 angeordnet ist, ist
an einem Verbindungsabschnitt 34 am schmalsten, wo das
Strukturteil 20, die Dachseitenschiene 50 und
die Kopfschiene 36 verbunden sind, wie man dies aus den 1 und 3 sieht. Da
die Querschnittsform des energieabsorbierenden Elements 24 in
Längsrichtung
im Wesentlichen gleichförmig
ist, und um dem Querschnitt die maximalen Abmessungen zu geben,
die den Einbau des energieabsorbierenden Elements 24 in
den Abschnitt des Zwischenraums 32, der in Richtung des
wirkenden Aufpralls vorhanden ist, berührt das energieabsorbierende
Element 24 sowohl das innere Abschlußteil 22 und die Innenplatte 26 an
und/oder in der Nähe
des Verbindungsabschnitts 34, wie beispielsweise in 1 dargestellt.
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Bei
der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform
ist das energieabsorbierende Element 24 näher an einer
Seite des Zwischenraums 32, d.h., einer Rückseite
angeordnet. Dies beruht darauf, dass das Strukturteil 20 hinter
einer Windschutzscheibe 38 angeordnet ist, und dass in
der Nähe
der Windschutzscheibe 38 ein Aufprall unwahrscheinlich in
einer Richtung von dem inneren Abschlußteil 22 zum Strukturteil 20 wirkt.
Die optimale Form und Anordnung des energieabsorbierenden Elements 24 kann
unter Berücksichtigung
der Aufprallrichtungen, die wahrscheinlich an einer Stelle auftreten,
wo das energieabsorbierende Element 24 anzuordnen ist, ausgewählt werden.
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Da
das energieabsorbierende Element 24 die oben beschriebene
Form aufweist, wird ein Spalt 40 zwischen dem energieabsorbierenden
Element 24 und dem inneren Abschlußteil 22 an einer
von dem Verbindungsabschnitt 34 entfernten Seite ausgebildet,
wie man dies in 2 sieht. Gemäß der Erfindung wird der Spalt 40 durch
Anordnen eines Abstandsteils 24 darin ausgefüllt. Das
Abstandsteil 42 selbst kann entweder Energie absorbieren
oder nicht. Das Abstandsteil 42 erstreckt sich längs des Strukturteils 20 in
seiner Längsrichtung.
Der Querschnitt des Abstandsteils 42 vermindert sich allmählich in
Richtung des Verbindungsabschnitts 34. Das Abstandsteil 42 muss
nicht den gesamten Spalt ausfüllen.
Beispielsweise können
mehrere Abstandsteile 42 hintereinander in Längsrichtung
mit dazwischen ausgebildeten Zwischenräumen angeordnet sein. Wenn
der Zwischenraum zwischen den Abstandsteilen ausreichend kleiner
als die Größe eines
runden Gegenstandes ist, der auf das innere Abschlußteil 22 aufschlägt, stellt
der Zwischenraum zwischen den Abstandsteilen in Längsrichtung
kein Problem bezüglich
der Energieabsorption dar.
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In
einer Struktur, in der das Abstandsteil 42 selbst in der
Lage ist, Energie zu absorbieren, kann das Abstandsteil 42 in
Form von Kunststoffrippen ausgebildet sein, die auf einer Rückseite
des inneren Abschlußteils 22 ausgebildet
sind, die dem energieabsorbierenden Element 24 gegenüberliegt,
und zwar einstückig
mit dem inneren Abschlußteil 22.
Das innere Abschlußteil 22 wird
normalerweise durch Spritzgießen
eines Hartkunststoffs, wie z.B. ein Acrylonitrilbutadienstyrol (ABS)
Harz ausgebildet. Bei dem Verfahren des Gießens des inneren Abschlußteils 22,
d.h., der Kunststoffrippen, werden mehrere Längsrippen und mehrere Querrippen
geeignet voneinander beabstandet gleichzeitig ausgebildet. Dieses
Gießverfahren
vermeidet es, dass ein Abstandsteil 42 getrennt ausgebildet
werden muss. In diesem Fall werden die Plattendicke, die Höhe und ähnliches der
länglichen
und seitlichen Rippen geeignet ausgewählt, um die Last-Versetzungs-Energieabsorptionseigenschaft
des energieabsorbierenden Elements 24 einzustellen. Beispielsweise
kann die Höhe
der Längs- und Querrippen auf
einen Wert innerhalb eines Bereichs von etwa 1 bis 2mm eingestellt
werden, sodass, wenn ein Aufprall auftritt, das energieabsorbierende
Element 24 zuerst eine Kompressionsdeformation erfährt, woraufhin
dann, nachdem das energieabsorbierende Element 24 ausreichend
zusammengedrückt
wurde, die Kunststoffrippen knicken oder abscheren. Somit kann ein
Energiebetrag von den Kunststoffrippen zusätzlich zu dem Energiebetrag,
der mittels des energieabsorbierenden Elements 24 absorbiert
wurde, absorbiert werden.
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Wenn
das Abstandsteil 42 nicht in der Lage ist, Energie zu absorbieren,
wird der Versetzbetrag des energieabsorbierenden Elements 24 so
bestimmt, dass ein sogenanntes Durchschlagsphänomen mittels des Abstandsteils 42 verhindert
wird. D.h., es wird angestrebt, einen Versetzbetrag des energieabsorbierenden
Elements 24 so zu bestimmen, dass, wenn ein Aufprall auf
das energieabsorbierende Element 24 über das innere Abschlußteil 22 und dann
das Abstandsteil 42 einwirkt, die erforderliche Energieabsorption
beendet ist, wenn das energieabsorbierende Element 24 ausreichend
zusammengedrückt
wird.
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Bei
der Ausführungsform
ist der Spalt 40 zwischen dem energieabsorbierenden Element 24 und dem
inneren Abschlußteil 22 mittels
des Abstandsteils 42 ausgefüllt. Der Spalt kann jedoch
möglicherweise
zwischen dem energieabsorbierenden Element 24 und dem Strukturteil 20 ausgebildet
sein, und zwar in Abhängigkeit
von der Anordnung des energieabsorbierenden Elements 24.
In diesem Fall wird der Spalt zwischen dem energieabsorbierenden Element 24 und
dem Strukturteil 20 mittels eines Abstandsteils ausgefüllt. Es
ist auch möglich,
sowohl einen Spalt zwischen dem energieabsorbierenden Element 24 und
dem Strukturteil 20 als auch einen Spalt zwischen dem energieabsorbierenden
Element 24 und dem inneren Abschlußteil 22 mittels Abstandsteilen
auszufüllen.
Es ist ebenfalls möglich,
nur den größeren der
zwei Spalte mit einem Abstandsteil auszufüllen, wenn eine ausreichende
Wirkung erreicht wird.
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4 ist
ein Diagramm zur Darstellung einer Last(F)-Versetzungs(S)-Energieabsorptionseigenschaft
für verschiedene
Fälle.
Wenn ein Aufprall an einer mittels des Querschnitts in 1 dargestellten Seite
auftritt, beginnt das energieabsorbierende Element 24 seine
Verformung während
einer Anfangszeitdauer, die dem Aufprall folgt. Die Reaktionskraft ändert sich,
wie mittels der ausgezogenen Linie B dargestellt. Wenn ein Aufprall
an einer mittels des Querschnitts in 2 dargestellten
Seite erfolgt, beginnt die Verformung des energieabsorbierenden Elements 24 aufgrund
eines schmalen Spalts (nicht dargestellt), der zwischen dem Abstandsteil 42 und dem
inneren Abschlußteil 22 oder zwischen
dem Abstandsteil 42 und dem energieabsorbierenden Element 24 ausgebildet
ist, ein wenig verzögert.
Die Reaktionskraft ändert
sich daher, wie mittels der gestrichelten Linie C dargestellt. Nachdem
das energieabsorbierende Element 24 ausreichend zusammengedrückt ist,
wird das Abstandsteil, d.h., die Kunststoffrippen abgeschert oder
geknickt, sodass die Reaktionskraft abnimmt, wie mittels eines Liniensegments C1
dargestellt. Wenn kein Abstandsteil in dem Spalt an der Seite des
Querschnitts von 2 angeordnet ist, ändert sich
die Reaktionskraft, wie mittels der doppelt gestrichelten Linie
D dargestellt. D.h., die Reaktionskraft verbleibt klein, wie mittels
D1 dargestellt, bis das innere Abschlußteil 22 das energieabsorbierende
Element 24 berührt.
Wenn das innere Abschlußteil 22 das
energieabsorbierende Element 24 berührt und sich das energieabsorbierende
Element 24 beginnt zu verformen, nimmt die Reaktionskraft zu,
wie mittels D2 dargestellt, was zu einem Durchschlagphänomen führt, wie
mittels D3 dargestellt. Das Durchschlagphänomen zeigt eine unvollständige Energieabsorption.
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Wie
in den Schnittansichten gemäß 5 bis 7 und
der schematischen Darstellung in 8 gezeigt,
umfaßt
eine aufprallenergieabsorbierende Struktur für den oberen Bereich einer
Fahrzeugkarosserie gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ein längliches
Karosseriestrukturteil 50, das sich in den Richtungen A' erstreckt, ein von
dem Strukturteil 50 nach innen beabstandetes inneres Abschlußteil 52 und
ein in einem Zwischenraum 62 zwischen dem Stukturteil 50 und
dem inneren Abschlußteil 52 angeordnetes
energieabsorbie rendes Element 54. Die aufprallenergieabsorbierende
Struktur ist so ausgebildet, dass sie eine Aufprallenergie absorbiert.
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Bei
der in den 5 bis 8 dargestellten Ausführungsform
ist das Strukturteil 50 eine Dachseitenschiene, bestehend
aus einer Innenplatte 56, einer Außenplatte 58 und einer
Verstärkungsplatte 60. Die
Flansche der Platten sind aufeinander angeordnet und miteinander
so verbunden, dass das Strukturteil 50 (Dachseitenschiene)
einen geschlossenen Querschnitt aufweist. Das innere Abschlußteil 52 ist eine
Dachverkleidung.
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Das
energieabsorbierende Element 54 ist ein in einem Zwischenraum 62 zwischen
der Innenplatte 56 des Strukturteils 50 und dem
inneren Abschlußteil 52 angeordnetes
hohles Teil, das sich in den Längsrichtungen
A' längs des
Strukturteils 50 erstreckt. Wie man aus dem Vergleich zwischen
den 5 bis 7 sieht, verändert sich die Größe des Zwischenraums 62 zwischen
der Innenplatte 56 des Strukturteils 50 und dem
inneren Abschlußteil 52 in Längsrichtung
in bezug auf das Strukturteil 50, wohingegen der Querschnitt
des energieabsorbierenden Elements 54 in einer imaginären Ebene
senkrecht zur Längsrichtung
des Strukturteils 50, d.h., in der Zeichnungsebene der 5 bis 7,
eine im Wesentlichen gleichförmige
Form aufweist.
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Wie
in 8 dargestellt, ist die Dachseitenschiene 50 an
ihrem vorderen Endabschnitt an eine sich in Rechts-Linksrichtungen
in bezug auf die Fahrzeugkarosserie erstreckende Kopfschiene 36 und
mit einer sich diagonal von einer unteren Position nach oben erstre ckenden
Vordersäule 20 verbunden.
Ein mittlerer bis hinterer Abschnitt der Dachschiene 50 ist konvexförmig gebogen
und ebenfalls in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Zeichnungsebene
in 8 gebogen. Aufgrund der dreidimensionalen gebogenen
Form der Dachseitenschiene 50 ist der Zwischenraum 62 zwischen
der Innenplatte 56 der Dachschiene 50 und dem
inneren Abschlußteil 52,
das von der Innenplatte 56 nach innen angeordnet wird,
am schmalsten, wie in 5 dargestellt, an einem Verbindungsabschnitt 34,
wo die Dachseitenschiene 50, die Vordersäule 20 und
die Kopfschiene 36 verbunden sind. Da das energieabsorbierende Element 54 so
ausgebildet ist, dass es einen im Wesentlichen gleichförmigen Querschnitt über die
gesamte Länge
aufweist, wobei die Querschnittsform mit dem schmalsten Zwischenraum übereinstimmt, wird
das energieabsorbierende Element 54 in den Zwischenraum 62 aufgenommen.
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Da
das energieabsorbierende Element 54 die oben beschriebene
Form aufweist, wird an einer von dem Verbindungsabschnitt 34 entfernten
Seite zwischen dem energieabsorbierenden Element 54 und
dem inneren Abschlußteil 52 ein
Spalt 64 und zwischen dem energieabsorbierenden Element 54 und
der Innenplatte 56 der Dachseitenschiene 50 ein Spalt 66 ausgebildet,
wie dies in 6 dargestellt ist. Weiter wird
an einer anderen von dem Verbindungsabschnitt 34 entfernten
Seite ein Spalt 68 zwischen dem energieabsorbierenden Element 54 und
der Innenplatte 56 der Dachseitenschiene 50 ausgebildet, wie
dies in 7 dargestellt ist. Gemäß der Erfindung
werden die Spalte 64, 66, 68 durch Anordnen von
Abstandsteilen 70, 72, 74 darin gefüllt.
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Die
Abstandsteile 70, 72, 74 selbst können in der
Lage sein, Energie zu absorbieren oder nicht. Das Abstandsteil 70 erstreckt
sich längs
des Strukturteils 50 in seiner Längsrichtung nach hinten. Der Querschnitt
des Abstandsteils 70 nimmt allmählich zum hinteren Ende ab.
Das Abstandsteil 72 erstreckt sich in Richtung des Abstandsteils 74 und
weist einen im Wesentlichen gleichen oder ein wenig größeren Querschnitt
auf als das Abstandsteil 74. Das Abstandsteil 70 füllt nicht
den gesamten Spalt aus. Die Abstandsteile 72, 74 können einzelne
kontinuierliche Abstandsteile oder getrennte Abstandsteile sein.
Beispielsweise können
mehrere Abstandsteile hintereinander in Längsrichtung mit dazwischen
ausgebildeten Zwischenräumen
angeordnet sein, wie oben erwähnt.
Wenn der Zwischenraum zwischen den Abstandsteilen ausreichend kleiner
als die Größe eines runden
Gegenstandes, der gegen das innere Abschlußteil 52 aufschlägt, ist
der Zwischenraum zwischen den Abstandsteilen in Längsrichtung
kein Problem bezüglich
der Energieabsorption.
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Bei
einer Struktur, bei der die Abstandsteile 70, 72, 74 in
der Lage sind, Energie zu absorbieren, kann das Abstandsteil 70 in
Form von Kunststoffrippen ausgebildet sein, die auf einer Rückseite
des inneren Abschlußteils 52,
das dem energieabsorbierenden Element 54 gegenüberliegt,
einstückig
mit dem inneren Abschlußteil 52 ausgebildet
sind, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform. Weiter können die
Abstandsteile 70, 72, 74 Kunststoffrippen
oder geschäumte
Teile sein, die einstückig
mit dem energieabsorbierenden Teil 54 vorgesehen sind, und
die in der Lage sind, Energie zu absorbieren. Wie in der perspektivi schen
Ansicht in 9 dargestellt, wird ein Kunststoffrippenteil 80 über einen
Außenumfang
des energieabsorbierenden Elements 54 angeordnet. Das Kunststoffrippenteil 80 weist
Längsrippen 82 und
mehrere Seitenrippen 84 auf. Das Kunststoffrippenteil 80 ist
von dem energieabsorbierenden Element 54 getrennt ausgebildet
und wird dann auf das energieabsorbierende Element 54 so
aufgesetzt, dass ein einstückiger
Körper
ausgebildet wird. Da die Größe der Spalte 64, 66, 68 im
Stadium der Auslegung bekannt sind, werden die Höhen h der Längsrippen 82 und der
Seitenrippen 84 so bestimmt, dass das Kunststoffrippenteil 80 in
die Spalte paßt.
Weiter wird die Plattendicke d des Kunststoffrippenteils 80 so
bestimmt, dass eine geeignete Energieabsorption geleistet wird.
Auf der Grundlage dieser Abmessungen wird das Kunststoffrippenteil 80 ausgebildet.
Es ist ebenfalls möglich,
ein Schaumteil, z.B. aus Urethanschaum oder ähnlichem, an dem energieabsorbierenden
Element 54 statt des Kunststoffrippenteils 80 anzubringen.
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10 ist
ein Diagramm zur Darstellung der Last(F)-Versetzung(S)-Energieabsorptionseigenschaft
in verschiedenen Fällen.
Wenn ein Aufprall an einer mittels der Schnittansicht in 5 gezeigten Seite
auftritt, beginnt sich das energieabsorbierende Element 54 während einer
Anfangsperiode nach dem Auftreten des Aufpralls zu verformen. Daher ändert sich
die Reaktionskraft, wie mittels der ausgezogenen Linie E dargestellt.
Wenn ein Aufprall an der mittels der Schnittansicht in 6 dargestellten
Seite auftritt, beginnt das Zusammendrücken des energieabsorbierenden
Elements 54 ein wenig verzögert, durch die Wirkung ei nes
schmalen Spalts, der zwischen dem Abstandsteil 70 und dem
inneren Abschlußteil 52 oder
zwischen dem Abstandsteil 72 und dem Strukturteil 50 ausgebildet
ist. Die Reaktionskraft ändert
sich somit, wie mittels der gestrichelten Linie G dargestellt. Nachdem
das energieabsorbierende Element 54 ausreichend zusammengedrückt ist,
schert das Abstandsteil, d.h., die Kunststoffrippen, oder knickt,
sodass die Reaktionslast abnimmt, wie mittels G1 dargestellt. Die
Reaktionskraft ändert sich
in einer ähnlichen
Form, wenn ein Aufprall an einer mittels der Schnittansicht in 7 gezeigten
Seite auftritt. Wenn dagegen kein Abstandsteil in dem Spalt an der
mittels der Schnittansicht gemäß 6 gezeigten
Seite vorhanden ist, ändert
sich die Reaktionskraft, wie mittels der gestrichelten Linie H dargestellt.
D.h., die Reaktionskraft verbleibt klein, wie mittels H1 gezeigt,
bis das innere Abschlußteil 52 das energieabsorbierende
Element 54 berührt.
Wenn das innere Abschlußteil 52 das
energieabsorbierende Element 54 berührt, und das energieabsorbierende Element 54 seine
Verformung beginnt, nimmt die Reaktionskraft zu, wie mittels H2
gezeigt, wodurch ein Aufschlagphänomen
auftritt, wie mittels H3 gezeigt. Wenn das energieabsorbierende
Element 54 ein Metallrohr ist, nimmt die Reaktionskraft
wie mittels E, G oder H zu, wenn das energieabsorbierende Element 54 zusammengedrückt wird.
Wenn das energieabsorbierende Element und die Abstandsteile an der
in 6 gezeigten Seite vorgesehen sind und aus Kunststoff
bestehen, nimmt die Reaktionskraft allmählich, wie mittels I dargestellt,
zu.
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11 ist
ein Diagramm zur Darstellung der Last (F) Versetzung (S)
Energieabsorptionseigenschaften. Wenn ein Aufprall an einer Seite
gemäß der Schnittansicht
in 6 auftritt, nimmt die Struktur der Abstandsteile 70, 72 eine
Energieabsorptionseigenschaft ein, die mittels der gestrichelten
Linie G dargestellt ist, wohingegen die nicht mit einem Abstandsteil versehene
Struktur eine Energieabsorptionseigenschaft einnimmt, die mittels
der gestrichelten Linie H dargestellt ist. Daher kann ein Energiebetrag
entsprechend der gestrichelten Zone J zusätzlich durch Anordnen der Abstandsteile 70, 72 aufgenommen werden.
Die energieabsorbierende Wirkung kann somit erhöht werden. Durch das Vorsehen
der Abstandsteile 70, 72 wird weiter der Spitzenwert
der Reaktionskraft um eine Differenz P zwischen den zwei in 11 gezeigten
Spitzen vermindert.
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Das
oben beschriebene energieabsorbierende Element 24 kann
als ein Metallrohr, mittels Extrusion hergestellt werden, wie in
der perspektivischen Ansicht in 12 gezeigt.
Das Metallrohr kann aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
bestehen, sodass es einen vorbestimmten hohlen Querschnitt 90 und
eine vorbestimmte Form 92 aufweist. Das energieabsorbierende
Element 54 kann ebenfalls ein Metallrohr sein, das ähnlich mittels
Extrusion ausgebildet wird.
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Die
energieabsorbierenden Elemente 24, 54 können ebenfalls
als ein Hybridrohr 100 ausgebildet sein, wie in der perspektivischen
Ansicht in 13 und der Schnittansicht in 14 gezeigt.
Das Hybridrohr 100 besteht aus einem Kern 102 aus
einer Metallfolie und auf gegenüberliegende
Oberflächen
des Kerns 102 auflaminierte und daran befestigte Folien 104,
wobei die Folien 104 aus einem anderen Material als Metall
bestehen. Das Komposit des Kerns 102 und der Folien 104 ist
so geformt oder verformt, dass es vorstehende Abschnitte (Rippen) 108 und
zurückgesetzte
Abschnitte (Nuten) 106 aufweist, die fortlaufend in Richtung
einer Längsachse
des Hybridrohres 100 angeordnet sind. Das Material des
Kerns 102 kann aus einer Folie aus Hartaluminium, einer
Folie aus rostfreiem Stahl, oder einer Folie aus einer Hartmagnesiumlegierung
bestehen. Die Folie 104 kann aus Hartpapier oder Kunststoff
bestehen. Der Kern 102 weist eine Plattendicke von mindestens
0,05mm und eine Breite von mindestens 30mm auf. Die Folie 104 weist
eine Plattendicke von mindestens 0,2mm und eine Breite von mindestens
30mm auf. Bei dem in 13 dargestellten Hybridrohr
erstrecken sich die vorstehenden und zurückgesetzten Abschnitte schraubenlinienförmig. Statt
einer derartigen schraubenlinienförmigen Ausbildung ist es ebenfalls
möglich,
eine schlaufenförmige
Ausbildung zu verwenden, bei der ein zurückgesetzter Abschnitt 106 sich rings
um den Umfang des Rohres erstreckt und eine vollständige Schleife
bildet und entsprechend benachbart zu jeder Seite des zurückgesetzten
Abschnitts 106 angeordnet sind, wobei zwei unabhängige vorstehende
Abschnitte 108 sich rings um den Umfang des Rohres erstrecken,
um vollständige Schleifen
zu bilden.
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Ein
aufprallenergieabsorbierendes Bauteil kann unter Verwendung eines
energieabsorbierenden Elements gebildet werden, wobei die Querschnittsformen
in Ebenen senkrecht zur Längsachse des
Elements im Wesentlichen in Richtung der Längsachse gleichförmig sind,
wobei ein Abstandsteil an vorbestimmten Stellen an dem energieabsorbierenden
Element angeordnet ist. D.h., ein aufprallenergieabsorbierendes
Bauteil mit den Merkmalen, wie mittels B und C in 4 dargestellt,
kann unter Verwendung des energieabsorbierenden Elements 24 und
dem Abstandsteil 42 gemäß 1 und 2 ausgebildet
werden. Ein aufprallenergieabsorbierendes Bauteil mit den mittels
B und C in 10 dargestellten Eigenschaften
kann unter Verwendung des energieabsorbierenden Elements 54 und
der Abstandsteile 70, 72, 74, wie in
den 5 bis 7 dargestellt, ausgebildet werden.
Das verwendete energieabsorbierende Element kann als ein extrudiertes
Metallrohr gemäß 12,
ein Hybridrohr gemäß 13,
oder ähnlichem
ausgebildet sein.