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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft Strukturen, die für einen Aufprallschutz und/oder ein Aufprallenergiemanagement etwa zu dem Zeitpunkt eines Fahrzeugaufpralls verwendet werden, und im Spezielleren mechanische Strukturen, die volumetrisch wieder konfigurierbar sind wie z. B. dass sie ein kleines Volumen einnehmen, wenn sie in einem ruhenden Zustand sind, und dann schnell zu einem größeren Volumen in einem entfalteten Zustand expandieren, wenn sie benötigt werden, um einen Aufprallschutz und/oder ein Aufprallenergiemanagementsystem bereitzustellen.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein Fahrzeug kann zusätzlich zu den inhärenten Knautscheigenschaften seiner Struktur speziell dafür vorgesehene Aufprallenergiemanagementstrukturen besitzen. Deren Funktion besteht ausschließlich darin, Energie im Falle eines Aufpralls abzuleiten. Solche speziell vorgesehene Strukturen besitzen vorbestimmte Knautscheigenschaften, die zu dem resultierenden Verzögerungsimpuls, dem die Insassen unterworfen sind, beitragen.
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Im Stand der Fahrzeugtechnik gibt es zwei bekannte Arten solcher speziell vorgesehener Aufprallenergiemanagementstrukturen: jene, die passiv sind, und jene, die aktiv sind.
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Ein Beispiel einer passiven speziell vorgesehenen Aufprallenergiemanagementstruktur ist ein expandiertes Wabenzellenmaterial, das in einem beschränkten Maß in bestimmten Fahrzeugen verwendet wurde. 1 zeigt beispielhaft den Prozess einer Herstellung eines Wabenzellenmaterials. Eine Rolle 10 aus einem bahnförmigen Material mit einer vorgewählten Breite W wird zerschnitten, um eine Anzahl von Substratbahnen 12 bereitzustellen, wobei jede Bahn eine Anzahl von eng beabstandeten Klebestreifen 14 aufweist. Die Bahnen 12 werden gestapelt und der Klebstoff abgebunden, um dadurch einen Block zu bilden, der als HOBE®(eingetragenes Warenzeichen von Hexcel Corporation)-Block 16 bezeichnet wird und eine Dicke T aufweist. Der HOBE-Block wird dann in geeignete Längen L geschnitten, um dadurch HOBE-Wabenkörper 18 bereitzustellen. Der HOBE-Wabenkörper wird dann durch seine oberen und unteren Flächen 20, 22, die voneinander getrennt sind, expandiert, wobei die Klebestreifen während dessen als Knoten dienen, wo sich berührende Bahnen aneinander befestigt werden. Ein vollständig expandierter HOBE-Wabenkörper besteht aus einem Wabenzellenmaterial 24 mit deutlich erkennbaren sechseckigen Zellen 26. Das Verhältnis der ursprünglichen Dicke T zu der expandierten Dicke T' liegt zwischen 1 bis 20 und 1 bis 60. Ein expandiertes Wabenzellenmaterial stellt ein Aufprallenergiemanagement parallel zu der Zellenachse auf Kosten eines Fahrzeugraums bereit, der durch diese speziell vorgesehene Energiemanagementstruktur dauerhaft belegt ist.
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Typischerweise besitzen Aufprallenergiemanagementstrukturen eine statische Konfiguration, in der ihr Ausgangsvolumen ihr fixes, wirksames Volumen ist, d. h., sie leiten Energie ab und wandeln die Zeitablaufeigenschaften des Verzögerungsimpulses um, indem sie von einem größeren zu einem kleineren Volumen zusammengedrückt werden (d. h., Eindrücken oder Hubvergrößerung eines Kolbens in einem Zylinder).
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Da diese passiven Aufprallenergiemanagementstrukturen ein maximales Volumen in dem nicht eingedrückten/nicht hubvergrößerten, ursprünglichen Zustand einnehmen, nehmen sie schon an sich Fahrzeugraum ein, der speziell für ein Aufprallenergiemanagement vorgesehen sein muss, wobei der Kontraktionsraum andernfalls instabil ist. Anders ausgedrückt verwenden passive Energiemanagementstrukturen wertvollen Fahrzeugraum, der gleich ihrem ursprünglichen Volumen ist, der über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs ausschließlich speziell für das Aufprallenergiemanagement vorgesehen ist, obwohl es sein kann, dass es niemals oder nur einmal während dieser Zeitspanne zu einem Aufprall kommt. Dieser belegte Kontraktionsraum ist für andere Zwecke nicht verfügbar, einschließlich Funktionen wie z. B. ein geräumigeres Fahrzeuginneres und Designflexibilität zu erleichtern.
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Die fixe vordere und hintere Anordnung eines Kniefängers kann beschränken, wie weit der untere Abschnitt des Armaturenbretts vor und weg von den Knien eines Insassen angeordnet werden kann. Diese Einschränkung kann den Komfort des Insassen beeinträchtigen. Die Position von derzeitigen in Position fixierten Kniefängersystemen schränkt auch eine innere Geräumigkeit ein. Es ist bekannt, dass die Verwendung von aufblasbaren Kniefängersystemen die Anordnung des unteren Abschnitts des Armaturenbretts nach hinten bringt, falls bevorzugt. Solche durch einen Aufprall ausgelöste aufblasbare Kniefängersysteme ziehen sich typischerweise nicht automatisch zurück und könnten nach einer Betätigung einen vollständigen Austausch erfordern. Solch ein Austausch ist kostspielig, Kosten, die von dem Konsumenten getragen werden.
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Aktive Aufprallenergiemanagementstrukturen haben eine vorbestimmte Größe, die zum Zeitpunkt eines Aufpralls expandiert, um ihren Beitrag zu einem Aufprallenergiemanagement zu erhöhen.
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Eine Art von speziell vorgesehener aktiver Aufprallenergiemanagementstruktur ist eine Hubvergrößerungsvorrichtung, prinzipiell in der Form einer Kolben- und Zylinderanordnung. Hubvergrößerungsvorrichtungen weisen geringe Kräfte bei einer Ausdehnung und deutlich größere Kräfte bei einem Zusammendrücken auf (wie z. B. ein ausdehnbares/zurückziehbares Dämpfersystem), das beispielsweise an entweder dem vorderen oder hinteren Ende des Fahrzeugs montiert und in der vorweggenommenen Richtung eines aufprallinduzierten Knautschens orientiert ist. Die Stangen solcher Vorrichtungen würden ausgedehnt sein, um die zuvor leeren Räume bei der Detektion eines bevorstehenden Aufpralls oder eines stattfindenden Aufpralls zu überspannen (wenn sie vor der Eindrückfront angeordnet sind). Diese Ausdehnung könnte alternativ durch Signale von einem Voraufprall-Warnsystem oder von Aufprallsensoren ausgelöst werden oder eine mechanische Reaktion auf den Aufprall selbst sein. Ein Beispiel wäre eine Vorwärtsausdehnung der Stange auf Grund ihrer Schwerkraft unter einem Aufprallimpuls mit einem hohen G. Die Nachteile solch eines Ansatzes umfassen eine große Masse und ein begrenztes Expansionsverhältnis (1 zu 2 anstelle von 1 zu 20 bis 1 zu 60, wie mit einem zusammengedrückten Wabenzellenmaterial möglich).
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Eine weitere Art von aktiver speziell vorgesehener Aufprallenergiemanagementstruktur sind aufblasbare Airbags oder pyrotechnische Druckluftdosen. Die Nachteile solcher Systeme umfassen zusätzlich zu den oben erläuterten geringe Kraftniveaus und niedrige Eindrückkraftverhältnisse zu einer hinzugefügten Masse auf Grund des Mangels an mechanischer Steifigkeit dieser Systeme.
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Die
US 5,454,589 A offenbart eine volumenfüllende mechanische Struktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Wabenzellenmaterial der Struktur ist mit einer steifen, keilförmigen Endkappe versehen, die zur Verteilung eines Gases eines Gasgenerators dient, um das Wabenzellenmaterial zu entfalten.
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Demgemäß wird in der Fahrzeugtechnik nach wie vor eine speziell vorgesehene Fahrzeugaufprallenergiemanagementstruktur benötigt, die in Zeiten, in denen kein Aufprallereignis stattfindet, offene Räume für andere Zwecke als ein Aufprallimpulsmanagement, ein hohes Zusammendrückverhältnis, große Eindrückkraft und ein niedriges Verhältnis von Eindrückkraft zu Masse bereitstellt. Die Struktur soll zudem schnell und zuverlässig entfaltbar sein, um bei einem Aufprallereignis schnell Schutz für Fahrzeuginsassen bereitstellen zu können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die genannte Aufgabe wird durch eine volumenfüllende mechanische Struktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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In einer Ausführungsform hiervon ist eine volumenfüllende mechanische Struktur zum Umwandeln eines Aufpralls vorgesehen, die umfasst: ein Fängersystem, das durch einen äußeren Fänger und einen inneren Fänger definiert ist; ein Wabenzellenmaterial, das aus einem ruhenden Zustand in einen entfalteten Zustand expandierbar ist, wobei das Wabenzellenmaterial zwischen dem äußeren und inneren Fänger angeordnet ist, die zusammenwirkend mit dem Wabenzellenmaterial positioniert sind, um Flächen abzudecken, die das Wabenzellenmaterial in dem entfalteten und ruhenden Zustand definiert; und ein Mittel zum Entfalten des Wabenzellenmaterials aus dem ruhenden Zustand in den entfalteten Zustand, das bewirkt, dass der äußere Fänger sich von dem inneren Fänger geradlinig weg bewegt.
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In einer noch weiteren Ausführungsform hiervon ist ein Kraftfahrzeug vorgesehen, das mit einem Aufprallschutz ausgestattet ist, der eine volumenfüllende mechanische Struktur mit zumindest den Merkmalen des Anspruchs 1 umfasst.
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Die oben erwähnten Ausführungsformen sorgen für eine mechanische, aktive, speziell vorgesehene Aufprallenergiemanagementstruktur zum Bereitstellen eines Aufprallschutzes und/oder eines Aufprallenergiemanagements, wobei die Struktur ein ruhendes (anfängliches) Zustandsvolumen aufweist, aber dann im Fall eines Aufpralls verschiedene Entfaltungsmittel verwendet, die zeitgerecht zu einem viel größeren entfalteten Volumen zum Bereitstellen eines Managements von Energie eines erwarteten Aufpralls expandieren.
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Die aktive speziell vorgesehene Aufprallenergiemanagementstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist direkt auf den nachteiligen Platzraub von Aufprallenergiemanagementstrukturen nach dem Stand der Technik gerichtet. Dies speziell deshalb, da sie ein geringes ruhendes Volumen (während normaler Fahrbedingungen) besitzt, was einen leeren Raum daneben zulässt, um ein geräumigeres Fahrzeuginneres und Designflexibilität zu erleichtern, und erst vor oder in Ansprechen auf einen Aufprall ein größeres entfaltetes Volumen an nimmt.
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Die grundlegende Ausführungsform der Aufprallenergiemanagementstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Wabenzeellenmaterial-Wabenkörper (Wabenkörper) vor einer Expansion wie z. B. hergestellt von Hexcel Corp., Pleasanton, Calif., wobei eine Expansion des Wabenkörpers in einer Ebene quer zu der Zellenachse seiner Zellen erfolgt und ein Aufpralleindrücken parallel zu der Zellenachse vorgesehen ist.
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Der Wabenkörper nimmt ein Volumen von irgendwo zwischen ca. 1/20 bis 1/60 des Volumens ein, das er annimmt, wenn er vollständig entfaltet (das Expansionsverhältnis) zu einem entfalteten Wabenzellenmaterial (entfalteter Wabenkörper) ist, abhängig von den ursprünglichen Zellenabmessungen und der Wanddicke. Wabenkörpergeometrien mit kleineren Werten des Expansionsverhältnisses liefern allgemein größere Eindrückkräfte und die Wahl des Wabenzellenmaterials ist abhängig von der Eindrückkraft (Steifigkeit), die in einer bestimmten Aufprallenergiemanagementanwendung (d. h., weichere oder härtere Metalle oder Verbundstoffe) erwünscht sind. Entfaltetes Wabenzellenmaterial besitzt exzellente Aufprallenergiemanagementeigenschaften, jedoch nur parallel zu der Zellenachse, wie hierin oben stehend erläutert.
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Gemäß einer Ausführungsform hierin sorgen verschiedene Vorrichtungen für ein Mittel zum Entfalten einer volumenfüllenden mechanischen Struktur wie z. B. einen expandierbaren Wabenkörper, der innerhalb eines Armaturenbretts angeordnet ist, wie er z. B. in dem Armaturenbrett mit dem Handschuhfachdeckel oder der Lenksäulenabdeckleiste vorhanden ist. Der Wabenkörper ist derart angeordnet, dass die gemeinsame Zellenachse seiner Zellen parallel zu einer vorhergesehenen Aufprallachse, d. h., der Richtung eines Aufpralls, für die er als Energieabsorber dienen soll, orientiert ist. Eine steife Endkappe ist jeweils an jeder der wechselseitig gegenüberliegenden oberen und unteren Endflächen des Wabenkörpers (die Enden, die rechtwinkelig zu der Querebene und parallel zu der Aufprallachse stehen) befestigt.
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Im Fall eines Aufpralls ist entweder ein aktives oder passives Entfaltungsmittel vorgesehen, um die Endkappen voneinander weg zu bewegen, so dass der Wabenkörper in der Querebene in den zuvor freien quer benachbarten Raum hinein expandiert. Eine Bewegung der Endkappen kann z. B. durch eine pyrotechnische Explosion, Luftdruck, eine pneumatische Feder, eine Spannung eines flexiblen Seils, ein Schaltmagnet, ein aktives Material und dergleichen ausgelöst werden. Bei einer Expansion wird der zuvor freie Raum nun wirksam für ein Aufprallenergiemanagement dienen.
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Verschiedene Ausführungsformen werden vorgeschlagen, die ein Zurückkehren des Wabenzellenmaterials von dem entfalteten Zustand zu dem ruhenden Zustand in dem Fall, dass sich ein schwerer Unfall nicht ereignet, zulassen. Während verschiedene automatische Mittel vorstellbar sind, würde eine Ausführungsform ein manuelles Zurücksetzen, z. B. durch einen geschulten Mechaniker bei einem Händler, beinhalten. Beispielsweise würde der Mechaniker das Wabenzellenmaterial zurück zu dem ruhenden Zustand zusammendrücken, einen Expansionsvermittler (d. h., eine Feder) zusammendrücken und eine Arretierung des Entfaltungsmittels, das das Wabenzellenmaterial in dem ruhenden Zustand, bereit für eine Expansion im Fall eines bevorstehenden Aufpralls, hält, zurücksetzen.
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Demgemäß stellt eine Ausführungsform hierin eine speziell vorgesehene Aufprallenergiemanagementstruktur bereit, die eine volumenfüllende Struktur mit einem Entfaltungsmittel zum Entfalten der volumenfüllenden Struktur von einem kleinen, ruhenden Zustandsvolumen, das im Fall eines Aufpralls zeitgerecht in ein viel größeres entfaltetes Volumen expandiert, um für ein Management eines erwarteten Aufprallimpulses zu sorgen, umfasst.
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Diese und zusätzliche Merkmale und Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung besser verständlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine Reihe perspektivischer Darstellungen eines Herstellungsprozesses zum Bereitstellen eines Wabenzellenmaterials nach dem Stand der Technik.
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2 ist eine perspektivische Darstellung einer Aufprallenergiemanagementvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in einem Zustand vor einer Expansion (ruhend) gezeigt ist.
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3 ist eine perspektivische Darstellung der Aufprallenergiemanagementvorrichtung von 2, die in einem expandierten (entfalteten) Zustand gezeigt ist.
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4 ist eine perspektivische weggeschnittene Darstellung einer Aufprallenergiemanagementvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die ein Beispiel eines aktiven Aktivierungssystems zeigt.
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5 ist eine weggebrochene Draufsicht von oben, die ein Auslösen des Aktivierungssystems von 4 zeigt.
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6 ist eine perspektivische Querschnittsseitenansicht eines Handschuhfachdeckels eines Kraftfahrzeugs, die Beispiele einer Anordnung von Aufprallenergiemanagementvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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7 ist eine vergrößerte Teilansicht des Handschuhfachdeckels von 6, die die Aufprallenergiemanagementvorrichtungen in dem ruhenden Zustand zeigt.
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8 ist eine perspektivische Querschnittsseitenansicht eines Handschuhfachdeckels von 6, die die Aufprallenergiemanagementvorrichtungen in dem entfalteten Zustand zeigt.
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9 ist eine Querschnittsansicht von oben der volumenfüllenden mechanischen Struktur von 2, die in Verbindung mit einem äußeren Fänger, von einer Fängerzone entfernt, in einem ruhenden Zustand gezeigt ist.
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10 ist eine Querschnittsseitenansicht von 9.
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11 ist eine Querschnittsseitenansicht von 10, die die volumenfüllende mechanische Struktur in einem entfalteten Zustand zeigt.
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12 ist eine Querschnittsansicht von oben wie in 9 der volumenfüllenden mechanischen Struktur in einem entfalteten Zustand von 11, die den äußeren Fänger, der sich zu der Fängerzone erstreckt, und ein Paar Knie eines Insassen zeigt.
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13 ist eine perspektivische Darstellung eines Wabenzellenmaterials von 1 in einer expandierten Form als einen Wabenkörper, die einen Teil von Material, der von einem Unterteil davon entfernt ist, zeigt.
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14 ist eine Querschnittsvorderansicht von 13 in einer nicht expandierten Form.
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15 ist eine Seitenansicht von 14.
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16 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Armaturenbretts, die eine Lenksäulenabdeckleiste, expandiert zu einer Fängerzone, über eine Entfaltung des Wabenzellenmaterials von 1 gemäß einer alternativen beispielhaften Ausführungsform zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Die vorliegende Offenlegung sieht eine Aufprallenergiemanagementstruktur vor, die eine expandierbare, volumenfüllende, mechanische Struktur zum Zurückhalten und Abpolstern von Insassen in dem Fahrzeug bei Zusammenstößen sowohl mit inneren als auch äußeren Objekten umfasst, wobei die volumenfüllende, mechanische Struktur ein Mittel, in dem Fall eines Aufpralls, zum zeitgerechten Expandieren zu einem entfalteten Volumen zur Bereitstellung einer Energieabsorption eines erwarteten Aufpralls aufweist. Ungefähr zu der Zeit eines Aufprallereignisses in oder um ein/em Fahrzeug und/oder etwa eines Energiestoßes kann das Mittel zum Entfalten der volumenfüllenden Struktur betätigt werden. Die aktuelle Offenlegung verwendet die volumenfüllenden mechanischen Strukturen wie z. B. ein Wabenzellenmaterial 104 mit einem Kniefänger für einen Fahrer oder Beifahrer in dem Fahrzeug. Solch eine Verwendung erlaubt eine Änderung aktueller Richtlinien für Kniefängerkonstruktionen, während es für eine einfache Entfaltung des Wabenzellenmaterials 104 aus einem ruhenden Zustand in einen entfalteten Zustand ohne beträchtliche Kosten oder Komplexität sorgt.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigen die 2 bis 16 bevorzugte Ausführungsformen einer aktiven, speziell vorgesehenen Aufprallenergiemanagementstruktur 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ein Wabenkörper 102, der aus einem Wabenzellenmaterial 104 besteht, ist z. B. gemäß einem Herstellungsverfahren, das verwendet wird, um HOBE®-Wabenkörper bereitzustellen, vorgesehen, wie hierin oben stehend erläutert. Der Wabenkörper 102 ist nicht expandiert, so dass er sich in seinem kompaktesten Zustand befindet. An den oberen und unteren Flächen 106, 108 des Wabenkörpers 102 sind entsprechende Endkappen 110, 112 befestigt (wie z. B. durch einen Klebstoff). Die Endkappen 110, 112 sind steif und dienen als Führungselemente zum Definieren der Konfiguration des Wabenzellenmaterials 104 zwischen einem ruhenden Zustand wie bei 2 gezeigt und einem entfalteten Zustand wie bei 3 gezeigt.
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Die Endkappen 110, 112 müssen nicht notwendigerweise eben sein. Tatsächlich müssen sie nicht die gleiche Form oder Größe aufweisen, für ein minimales Expansionsvolumen sollten die Endkappen aber die gleiche Größe und Form besitzen. Beispielsweise können, bei einer Entfaltung in einem Kniefängerbereich, die Endkappen eine leicht gekrümmte Form aufweisen, die allgemein mit der Krümmung des Kniefängerbereiches entsprechend einem unteren Abschnitt des Armaturenbretts, der sich entlang einer das Fahrzeug definierenden Breite erstreckt, übereinstimmen. Als weiteres Beispiel kann für eine Expansion in einen sich verengenden, keilförmigen Raum die Endkappe, die sich bewegt, wenn das Wabenzellenmaterial expandiert, kürzer als die feststehende Endkappe sein, so dass das expandierte Wabenzellenmaterial eine komplementäre Keilform aufweist.
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Ein Aktivierungsmechanismus 114 ist mit den Endkappen 110, 112 verbunden. Der Aktivierungsmechanismus 114 steuert den Zustand des Wabenzellenmaterials insofern, als bei einer Aktivierung eine schnelle Expansion aus dem ruhenden Zustand in den entfalteten Zustand stattfindet. Ein oder mehrere Montagebügel 115 kann, können mit einer von den Endkappen 110, 112 verbunden sein, so dass die Aufprallmanagementstruktur 100 mit einer ausgewählten Komponente eines Kraftfahrzeugs verbunden werden kann. Alternativ kann eine von den Endkappen 110, 112 ohne irgendwelche Montagebügel fest direkt mit einer ausgewählten Komponente des Kraftfahrzeugs verbunden sein, wie hierin ausführlicher erläutert.
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Ein Beispiel eines Aktivierungsmechanismus 114 ist in den 4 und 5 gezeigt. Ein Expansionsvermittler in der Form einer starr zusammengedrückten Feder 116 ist anliegend zwischen den Endkappen 110, 112 angeordnet. Die Feder 116 wird stark zusammengedrückt selektiv von einem Auslöser 118 gehalten. Der Auslöser 118 umfasst eine Scheibe 120, die drehbar an einer Endkappe 110 montiert ist, wobei die Scheibe ein Paar gegenüberliegender Finger 122 aufweist, die von einem Paar gegenüberliegender Schlitze 124, die in der Endkappe ausgebildet sind, aufgenommen werden können. In einer aktiven Form wird der Aktivierungsmechanismus 114 durch ein Signal von einem Aufprallsensor 126 ausgelöst, wobei das Signal von einem elektronischen Steuermodul 128 ausgewertet wird, das in Ansprechen ein Aktivierungssignal an einen Schaltmagnet 130 sendet. Das Aktivierungssignal bewirkt eine Drehung der Scheibe 120, um zu bewirken, dass die Finger 122 in die Schlitze 124 fallen und daraufhin die Feder sich schnell ausdehnt, was darin resultiert, dass das Wabenzellenmaterial schnell aus dem ruhenden Zustand von 2 in den entfalteten Zustand von 3 expandiert. Neben einer zusammengedrückten Feder können andere Expansionsvermittler eine pyrotechnische Vorrichtung oder einen Druckzylinder umfassen. Alternativ kann der Aktivierungsmechanismus passiv sein und durch einen Aufprall auf Grund einer durch den Aufprall hervorgerufenen Bewegung von Fahrzeugkomponenten mechanisch ausgelöst werden.
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Die 6 bis 16 zeigen illustrative Beispiele von Anordnungen eines Kniefängerfaches der aktiven, speziell vorgesehenen Aufprallenergiemanagementstruktur 100. Die Anordnungen können sich z. B. auch an einem Handschuhfachdeckel 114 für einen Beifahrer (6–15) oder zwischen der Armaturenbretthalterung 342 und der Lenksäulenabdeckleiste 344 für einen Fahrer (16) befinden.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 6 und 7 ist ein Handschuhfach 134 mit einem Handschuhfachdeckel 140 veranschaulicht. Der Handschuhfachdeckel 140 umfasst einen inneren Fänger 142 und einen äußeren Fänger 144 mit einem dazwischen angeordneten Wabenzellenmaterial 104. Eine erste Fläche 146, die eine untere Fläche der Wabenzellen 104 definiert, wie veranschaulicht, ist fest an einem unteren Abschnitt 148, der den Handschuhfachdeckel 134 definiert, befestigt. Enden, die den unteren Abschnitt 148 definieren, sind jeweils mit Enden, die innere und äußere Fänger 142 bzw. 144 definieren, verbunden.
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Eine der ersten Fläche 146 gegenüberliegende zweite Fläche 150, die eine obere Fläche von Wabenzellenmaterial 104 definiert, wie veranschaulicht, ist fest an einer Endkappe 212 befestigt. Die Endkappe 212 ist ähnlich der Endkappe 112 wie in den 1–5 beschrieben. In einer Ausführungsform kann, wie veranschaulicht, die Endkappe 212 Flansche 214 umfassen, die sich von einer von gegenüberliegenden Kanten weg erstrecken, einen Abschnitt 213 der Endkappe 212 definieren und die zweite Fläche 150 entlang einer Länge davon bedecken. Die Flansche 214 bedecken gegenüberliegende Seitenabschnitte 152 von Wabenzellenmaterial 104 in einem ruhenden Zustand. Die Endkappe 212 nimmt ein Halteseil (nicht gezeigt) auf, z. B. um eine Entfaltung zu unterstützen oder Wabenzellenmaterial in einen entfalteten Zustand auszudehnen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Endkappe 212 ein oberes Kunststoffträgermaterial zur Unterstützung einer Entfaltung des Materials 104.
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Der Abschnitt 213 der Endkappe 212 umfasst ferner einen Keil 156, der sich von gegenüberliegenden Enden des Abschnitts 213 weg erstreckt. Jeder Keil 156 ist durch einen spitzen Abschnitt definiert, der sich in einen zwischen innerem und äußerem Fänger 142 bzw. 144 definierten Leerraum 158 erstreckt, wobei das Wabenzellenmaterial 104 nicht vorhanden ist und sich in dem ruhenden Zustand befindet (am besten in 7 zu sehen). Obwohl der Keil 156 als an gegenüberliegenden Enden der Kappe 212 angeordnet beschrieben ist, wird in Erwägung gezogen, dass der Keil 156 sich über eine Gesamtlänge davon oder entlang eines beliebigen Abschnitts, der eine Länge des Abschnitts 213 der Kappe 212 definiert, erstrecken kann. Auf diese Weise erleichtert der Keil 156 eine Expansion des äußeren Fängers 144 von dem inneren Fänger 142, wenn das Wabenzellenmaterial 104 aktiviert wird, um sich zu entfalten und auszudehnen und den Leerraum 158 zwischen dem inneren und äußeren Fänger 142 und 144 zu füllen. Der Keil 156 führt und erleichtert somit eine Expansion des Wabenzellenmaterials 104.
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Wie aus einem Vergleich zwischen 6 (die den ruhenden Zustand zeigt) und 8 (die den entfalteten Zustand zeigt) ersichtlich, erfolgt bei einem Auslösen des Aktivierungsmechanismus die Expansion des Wabenzellenmaterials 104 in einer Querebene P, die rechtwinkelig zu einer vorweg genommenen Aufprallachse A (siehe 3) steht, ohne eine Expansion oder Kontraktion in der Aufprallachsendimension. Die Expansion des Wabenzellenmaterials 104 erfolgt in den in Querrichtung freien Raum oder Leerraum 158.
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Noch immer Bezug nehmend auf die 6–8 expandiert das Wabenzellenmaterial 104, wenn die Fahrzeugsensoren einen Frontalzusammenstoß detektieren, und zwingt den äußeren Fänger 144 des Handschuhfachdeckels 140 von dem inneren Fänger 142 weg und in Richtung einer Hinterseite des Fahrzeugs. Der Handschuhfachdeckel und der innere und äußere Fänger 142, 144 sind wirksam gekoppelt, um den äußeren Fänger 144 relativ zu dem inneren Fänger 142 zurückzuhalten. In einer beispielhaften Ausführungsform sind der innere und äußere Fänger 142, 144 zusammengeschnappt und aneinandergebunden, um den äußeren Fänger in dem entfalteten Zustand zurückzuhalten. Es sind jedoch auch andere verschiedene Rückhaltemittel vorstellbar, einschließlich der in 16 angeführten, ohne darauf beschränkt zu sein.
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Diese Entfaltung kann unter Verwendung verschiedener Mittel bewerkstelligt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Wabenzellenmaterial 104 Aluminium, das bis zum 60fachen seiner ursprünglichen Dicke expandiert und mit 1/10 der Energie entfaltet werden kann, die das Material bewältigt, wenn es entfaltet wird. Darüber hinaus können die Energiemanagementeigenschaften eines Wabenzellenmaterials 104 abgestimmt werden, indem die Wanddicke des Wabenzellenmaterials, die Wabendichte und die Gesamtdicke verändert werden.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 9–12 ist eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer volumenfüllenden mechanischen Struktur zum Umwandeln eines Aufpralls veranschaulicht. Im Spezielleren wird darauf hingewiesen, dass bei allen Fahrzeugen, die von dem Inhaber der vorliegenden Anmeldung in Nordamerika verkauft werden, die Anordnung und Form des Handschuhfachdeckels und der Lenksäulenabdeckleiste unter Verwendung gut bekannter Richtlinien für Kniefängerkonstruktionen entwickelt werden. Die aus der Verwendung der Richtlinien resultierende Fläche des Handschuhfachdeckels und der Lenksäulenabdeckleiste ist beinahe flach. Diese Form wurde entwickelt, um eine einheitliche Fläche bereitzustellen, die parallel zu den Knien eines in dem Fahrzeug sitzenden Insassen steht, was in einer wiederholt belastbaren Fläche zum Bewältigen der Energie nicht angegurteter Insassen resultiert. Diese flache Fläche beschränkt jedoch stark die Kreativität von Designern und verringert eine Produktunterscheidung, indem dieser Bereich in allen Fahrzeugen zwingend praktisch identisch ist.
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9 veranschaulicht einen äußeren Fänger 244 eines Handschuhfachdeckels, Armaturenbretts oder Lenksäulendeckels mit zumindest einem Abschnitt einer freiliegenden hinteren Fläche 246 des äußeren Fängers 244, der aus einer mit einer Linie 250 angezeigten Fängerzone entfernt ist.
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Der äußere Fänger 244 ist wirksam mit einem inneren Fänger 242 gekoppelt gezeigt, wobei ein Wabenzellenmaterial, das bei 104 in 6 angezeigt ist, dazwischen angeordnet ist. Der innere Fänger 242 ist durch ein Paar Bügel 252 gehalten. Die Bügel 252 sind wiederum wirksam mit einem strukturellen Querträger 254 verbunden, der sich über eine Breite des Fahrzeugs erstreckt.
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10 veranschaulicht eine Seitenansicht eines Handschuhfachs 134 mit einem äußeren und inneren Fänger 242, 244 als einen Handschuhfachdeckel mit dem Wabenzellenmaterial 104 in einem ruhenden Zustand. Wie aus einem Vergleich zwischen 10 (die den ruhenden Zustand zeigt) und 11 (die den entfalteten Zustand zeigt) ersichtlich, erfolgt bei einem Auslösen des Aktivierungsmechanismus die Expansion des Wabenzellenmaterials 104 in einer Querebene P, die rechtwinkelig zu einer vorweg genommenen Aufprallachse A (siehe 3) steht, ohne eine Expansion oder Kontraktion in der Aufprallachsendimension. Die Expansion des Wabenzellenmaterials 104 erfolgt in den in Querrichtung freien Raum oder Leerraum 258.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 9–12 expandiert das Wabenzellenmaterial 104, wenn die Fahrzeugsensoren einen Frontalzusammenstoß detektieren, und zwingt den äußeren Fänger 244 des Handschuhfachdeckels 240 von dem inneren Fänger 242 weg und in Richtung einer Hinterseite des Fahrzeugs. Der Handschuhfachdeckel und der innere und äußere Fänger 242, 244 sind wirksam gekoppelt, um den äußeren Fänger 144 relativ zu dem inneren Fänger 142 zurückzuhalten. In einer beispielhaften Ausführungsform sind der innere und äußere Fänger 242, 244 zusammengeschnappt und aneinandergebunden, um den äußeren Fänger in dem entfalteten Zustand zurückzuhalten.
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Die in den 9–12 gezeigte beispielhafte Ausführungsform entkoppelt die Fängerzone 250 von der Handschuhfachdeckel- oder Lenksäulenabdeckleistenfläche, was dem Designer ermöglicht, gekrümmte und geschwungene Flächen zu realisieren, wie am besten in 9 zu sehen, um eine bessere Produktunterscheidung zu erzielen, während eine parallele Belastungsfläche (z. B. gegen Knie 260) bereitgestellt wird, um dem Schutzbedürfnis von Insassen nachzukommen, wie am besten in 12 zu sehen.
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In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Entkopplung durch Verwendung eines Energiemanagementsystems mit Aluminiumwaben mit variablem Querschnitt für nicht angegurtete Insassen erzielt. Das Wabenzellenmaterial 104 ist in einem Handschuhfachdeckel oder einem Lenksäulenabdeckleistendeckel in einem ruhenden Zustand eingebaut. Wenn die Fahrzeugsensoren einen Frontalzusammenstoß detektieren, expandiert das Wabenzellenmaterial und zwingt den äußeren Fänger 244 nach außen und nach hinten. Aluminium-Wabenzellenmaterial 104 expandiert bis zum 60fachen seiner ursprünglichen Dicke und kann mit 1/10 der Energie entfaltet werden, die das Material bewältigt, wenn es entfaltet wird.
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Wie in den 9–12 veranschaulicht, ist das Wabenzellenmaterial 104 an einem oberen Abschnitt des Handschuhfachdeckels z. B. durch Kleben wie auch ein Kunststoffträgermaterial (nicht gezeigt) zur Unterstützung einer Entfaltung angeordnet. Es wird jedoch einzusehen sein, dass Wabenzellenmaterial 104 an einem unteren Abschnitt oder einem beliebigen anderen Abschnitt des Handschuhfachdeckels angeordnet sein kann. Wie unter Bezugnahme auf die 6–8 beschrieben, sind der Handschuhfachdeckel und der innere und äußere Fänger 242 bzw. 244 wirksam gekoppelt, um den äußeren Fänger 244 relativ zu dem inneren Fänger 242 zurückzuhalten. In einer beispielhaften Ausführungsform sind der innere und äußere Fänger 242, 244 zusammengeschnappt (ruhender Zustand) und aneinandergebunden, um den äußeren Fänger in dem entfalteten Zustand zurückzuhalten.
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Demgemäß zeigen die 9–12 ein Energiemanagementsystem, das abgewinkelte Handschuhfachdeckel- und Lenksäulenabdeckleistendesigns kompensieren kann, was mehr Flexibilität im Design bietet. Im Speziellen veranschaulicht 9 eine Vergrößerung eines erhaltenen Raums, allgemein bei 262 angezeigt, zwischen der Fängerzone 250 und einer freiliegenden Fläche, die den äußeren Fänger 244 definiert. Darüber hinaus können die Energiemanagementeigenschaften des Wabenzellenmaterials abgestimmt werden, indem die Wabenzellenwanddicke, die Wabendichte und die Gesamtdicke verändert werden, wie unter Bezugnahme auf die 13–15 veranschaulicht.
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Die 13–15 zeigen verschiedene Ansichten eines Abstimmungsverfahrens eines Wabenkörpers 302 mit einem Abschnitt von Wabenzellenmaterial 104, das von einem unteren Abschnitt 306 davon entfernt ist. Eine Abstimmung wird erreicht, indem ein Teil des Materials 104, allgemein bei 304 bezeichnet, entfernt wird, um die Energiemanagementeigenschaften des Wabenzellenmaterials 104 lokal zu reduzieren. In der in den 13–15 veranschaulichten Ausführungsform ist der entfernte Teil dreieckig, es ist aber vorstellbar, eine beliebige geometrische Form von dem Wabenkörper 302 zu entfernen. Diese lokale Materialentfernung wird z. B. durch Bohren oder Fräsen unter Verwendung eines Präzisionsmaterialentfernungswerkzeugs oder -verfahrens erreicht. Die Materialentfernung wird fertig gestellt, während das Wabenzellenmaterial sich in einer nicht expandierten Form oder einem ruhenden Zustand befindet.
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Beispielsweise ist eine Materialentfernung wie in den 13–15 angezeigt, in einem beifahrerseitigen Fängersystem vorteilhaft. Ein unterer Abschnitt des Fängersystems ist geschwächt, um die Kniebelastungen für kleinere Insassen zu reduzieren, während die notwendigen Belastungsaufnahmeeigenschaften für größere Insassen an einem oberen Abschnitt des Fängersystems vorgesehen sind. Es mag erforderlich sein, ein Band oder ein ähnliches Material über einen Hohlraum 310, der durch das Loch von entferntem Material 304 definiert ist, angeordnet wird, bevor das nicht expandierte Wabenzellenmaterial 104 an die Aufnahmefläche (nicht gezeigt) geklebt wird, die einer Fläche entspricht, die einen unteren Abschnitt 306 definiert. Das Band oder eine andere Abdeckung des Hohlraums 310 verhindert, dass ein Klebstoff (nicht gezeigt) in den Hohlraum 310 gelangt. Wie oben stehend erläutert, besteht das Wabenzellenmaterial 104 aus einer beliebigen metallischen Zusammensetzung, die z. B. Aluminium umfasst. Auf die oben angeführte Weise ermöglicht ein Entfernen eines Abschnitts von Wabenzellenmaterial 104 von einem nicht expandierten Wabenkörper 302 eine einfachere Abstimmung, um einem größeren Bereich von Insassengrößen Rechnung zu tragen, und erweist sich als eine wirkungsvolle anfängliche Konstruktionsrichtung. Im Gegensatz dazu sind Knie-Airbags kostspielig und schwer, sodass eine Verwendung von Knie-Airbags nur bei Bedarf erfolgt und nicht als eine anfängliche Konstruktionswahl oder -richtung.
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16 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Armaturenbretts 300, die einen Lenksäulenabdeckleistendeckel veranschaulicht, der über eine Entfaltung des Wabenzellenmaterials 104 von 1 zu einer Fängerzone 304 expandiert ist, in Übereinstimmung mit einer alternativen beispielhaften Ausführungsform. Im Spezielleren umfasst das Armaturenbrett 300 neben einer Lenksäule (nicht gezeigt) einen Lenksäulenabdeckleistendeckel 305, der von der Fängerzone 350 entkoppelt ist, was dem Designer erlaubt, gekrümmte und geschwungene Flächen zu realisieren, wie am besten in 9 in Bezug auf die Ausführungsform eines Handschuhfachdeckels in einem ruhenden Zustand ersichtlich, um eine bessere Produktunterscheidung zu erzielen, während eine parallele Belastungsfläche (z. B. gegen Knie 260) bereitgestellt wird, um dem Schutzbedürfnis von Insassen nachzukommen, wie am besten in 12 zu sehen.
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In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Entkopplung durch Verwendung eines Energiemanagementsystems mit Aluminiumwaben mit variablem Querschnitt für nicht angegurtete Insassen erzielt. Das Wabenzellenmaterial 104 ist in einem Leerraum 358, der durch einen Raum zwischen einem inneren Fänger 342 und einem äußeren Fänger 344 geschaffen ist, in einem nicht expandierten Zustand eingebaut, wie veranschaulicht. Es wird einzusehen sein, dass der äußere Fänger 344 dem Lenksäulenabdeckleistendeckel 305 entspricht.
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Wie in 16 veranschaulicht, ist das Wabenzellenmaterial 104 an einem unteren Abschnitt des Leerraums 358 angeordnet und eine erste Fläche davon ist z. B. durch Kleben mit einer unteren Fläche des Armaturenbretts 300 gekoppelt. Eine zweite gegenüberliegende Fläche des Wabenzellenmaterials umfasst ein Kunststoffträgermaterial oder eine Endplatte, das/die damit z. B. durch ein Halteseil 360 gekoppelt ist, wie z. B. ein Kunststoffträgermaterial 312, um eine Entfaltung zu unterstützen. Das Halteseil 360 ist an einem gegenüberliegenden Ende mit einem Entfaltungsmechanismus 370 verbunden. Es wird jedoch einzusehen sein, dass Wabenzellenmaterial 104 an einem oberen Abschnitt oder einem beliebigen anderen durch den Leerraum 358 definierten Abschnitt angeordnet sein kann und nicht auf eine Anordnung an einem unteren Abschnitt davon beschränkt ist. Wie unter Bezugnahme auf die 6–8 beschrieben, sind der Lenksäulenabdeckleistendeckel und der innere und äußere Fänger 342 bzw. 344 wirksam gekoppelt, um den äußeren Fänger 244 relativ zu dem inneren Fänger 242 zurückzuhalten. In einer beispielhaften Ausführungsform wie veranschaulicht, umfasst z. B. der äußere Fänger 244 einen Stift 272, der sich davon weg erstreckt, und ist in einem Schlitz 274 zurückgehalten, um das Entfalten, Ausrichten und Zurückhalten des äußeren Fängers 344 relativ zu dem inneren Fänger 342 zu unterstützen.
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Demgemäß zeigt 16 ein Energiemanagementsystem zum Kompensieren von Lenksäulenabdeckleistendesigns, das mehr Flexibilität im Design bietet. Im Speziellen veranschaulicht 16 eine Vergrößerung eines erhaltenen Raums, allgemein bei 362 angezeigt, zwischen der Fängerzone 350 und einer freiliegenden Fläche, die den äußeren Fänger 344 definiert. Eie Energiemanagementeigenschaften können auch abgestimmt werden, indem die Wabenzellenwanddicke, die Wabendichte und die Gesamtdicke verändert werden, wie unter Bezugnahme auf die 13–15 erläutert.
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In einer beispielhaften Ausführungsform wird expandierbares Wabenzellenmaterial 104 verwendet, um ein Energiemanagement zum Schutz von nicht angegurteten Insassen bereitzustellen. Das Wabenzellenmaterial 104 ist zwischen der Armaturenbretthalterung oder dem inneren Fänger 342 und der Lenksäulenabdeckleiste oder dem äußeren Fänger 344 in einem nicht expandierten Zustand eingebaut. Wenn die Fahrzeugsensoren einen Frontalzusammenstoß detektieren, erzeugt ein Sensor ein Signal zu einem Entfaltungsmechanismus 370, um das Wabenzellenmaterial 104 zu betätigen und über das Halteseil 360, das an der Kunststoffhalterung 312 zieht, zu expandieren. Das Wabenzellenmaterial 104 expandiert dann und zwingt die Lenksäulenabdeckleiste nach hinten in Richtung der Fängerzone 350. Diese Entfaltung kann unter Verwendung verschiedener Mittel bewerkstelligt werden, wie sie dem Fachmann bekannt und verständlich sind.
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Das Aluminium-Wabenzellenmaterial expandiert bis zum 60fachen seiner ursprünglichen Dicke und kann mit 1/10 der Energie entfaltet werden, die das Material bewältigt, wenn es entfaltet wird. Die Verwendung des metallischen Wabenzellenmaterials wie z. B. Aluminium kann den Schutz von Insassen verbessern wie auch die Geräumigkeit oder ein Gleichgewicht zwischen diesen verbessern.
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Die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sehen ein Energiemanagemententfaltungssystem vor, das einfach mit minimalem Aufwand von einer Fahrzeugkonstruktion zu einer anderen übertragen werden kann und ein einfaches Abstimmen auf spezielle Fahrzeugparameter erlaubt und einem größeren Bereich von Insassengrößen Rechnung trägt. Des Weiteren verbessert das Energiemanagemententfaltungssystem ein Aufprallverhalten, während es ein geräumigeres Interieur und mehr Designflexibilität ermöglicht. Beispielsweise kompensiert das Energiemanagemententfaltungssystem abgewinkelte Handschuhfachdeckel- und Lenksäulenabdeckleistendesigns, während es bei Bedarf eine parallele Belastungsfläche bereitstellt.
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Für den Fachmann des Gebietes der Erfindung kann die oben stehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform einer Änderung oder Abwandlung unterzogen werden. Solch eine Änderung oder Abwandlung kann durchgeführt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, der allein durch den Umfang der beiliegenden Ansprüche begrenzt sein soll.
