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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug,
mit mindestens einer Energieabsorptionsvorrichtung zur Absorption
von in das Fahrzeug eingeleiteter Energie.
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Bekannte
Fahrzeuge weisen Energieabsorptionsvorrichtungen auf, deren Teile
die eine bei einem Unfall in das Fahrzeug eingeleitete Energie durch plastische
Verformung absorbieren. Die Energieabsorptionsfähigkeit dieser Teile wird dabei
im Wesentlichen durch ihre Geometrie, durch die verwendeten Werkstoffe
sowie durch die Wahl der Position und Lage der Teile an dem Fahrzeug
bestimmt. Um zu vermeiden, dass mit einer Erhöhung der Energieabsorptionsfähigkeit
auch eine Erhöhung
des Fahrzeuggewichts einhergeht, können die genannten Parameter
optimiert werden, beispielsweise indem leichte, aber teure Faserverbundwerkstoffe
zum Einsatz kommen. Dennoch lässt
sich feststellen, dass das Entwicklungspotential konventioneller
Energieabsorptionsvorrichtungen weitestgehend erschöpft ist.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Fahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Energieabsorptionsvorrichtung
bezogen auf ihr Gewicht eine hohe Energieabsorptionsfähigkeit
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Energieabsorptionsvorrichtung der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung mindestens
ein erstes Fahrzeugteil und mindestens eine Zerspanungseinrichtung
umfasst, wobei zum Absorbieren der Energie das erste Fahrzeugteil
mittels der Zerspanungseinrichtung spanend bearbeitbar ist.
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Die
Energieabsorptionsvorrichtung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ermöglicht einen
besonders hohen spezifischen Energieumsatz. Unter dem spezifischen
Energieumsatz wird die auf die eingesetzte Materialmasse bezogene,
durch die spanende Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils absorbierbare Energiemenge
verstanden. Hieraus ergibt sich, dass im Vergleich zu Energieabsorptionsvorrichtungen
bekannter Fahrzeuge entweder das Gewicht erheblich reduziert werden
kann oder bei gleichem Materialeinsatz die Energieabsorptionsfähigkeit
deutlich erhöht werden
kann oder diese Vorteile miteinander kombiniert werden können.
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Die
Energieabsorptionsvorrichtung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs hat den weiteren
Vorteil, dass die Energieabsorptionsfähigkeit während der spanenden Bearbeitung
des ersten Fahrzeugteils weitestgehend konstant ist. Bei konventionellen
Energieabsorptionsvorrichtungen, deren Teile lediglich plastisch
verformt werden, schwankt die Energieabsorptionsfähigkeit
im Verlauf der plastischen Verformung bedingt durch die mit der
Verformung einhergehende Faltenbeulung sehr stark. Hingegen können bei
der Energieabsorptionsvorrichtung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs
weitestgehend konstante Zerspankräfte wirken. Hierdurch wird
auch ein besonders hoher spezifischer Energieumsatz erreicht.
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Es
hat sich herausgestellt, dass selbst bei Verwendung konventioneller
Stahlwerkstoffe bei Beibehaltung der eingesetzten Materialmasse
die Energieabsorptionsfähigkeit
um über
30% steigerbar ist. Durch Wahl höherwertiger
Werkstoffe lassen sich sogar Steigerungen des Energieumsatzes von
deutlich über
50% realisieren.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Fahrzeugs liegt darin,
dass dessen Energieabsorptionsvorrichtung auch die Verwendung spröder Werkstoffe
erlaubt. Bei konventionellen Energieabsorptionsvorrichtungen, deren
Teile lediglich plastisch deformiert werden, ist die Verwendung
duktiler Werkstoffe erforderlich, die eine hohe Bruchdehnung aufweisen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Fahrzeug
ist besonders vorteilhaft, dass sich das Energieabsorptionsvermögen der
Energieabsorptionsvorrichtung besonders einfach einstellen lässt. Hierfür stehen eine
Vielzahl leicht beeinflussbarer Parameter zur Verfügung, beispielsweise
die Geometrie des ersten Fahrzeugteils, der für das erste Fahrzeugteil verwendete
Werkstoff, die Ausgestaltung der Zerspanungseinrichtung und die
Anordnung des ersten Fahrzeugteils und der Zerspanungseinrichtung
relativ zueinander.
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Während der
spanenden Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils mittels der Zerspanungseinrichtung
bewegen sich das erste Fahrzeugteil und die Zerspanungseinrichtung
relativ zueinander. Hierbei ist es möglich, dass die Zerspanungseinrichtung
fest an dem Fahrzeug angeordnet ist und dass das erste Fahrzeugteil
mit Hilfe der in das erste Fahrzeugteil eingeleiteten kinetischen
Energie relativ zu der Zerspanungseinrichtung bewegt wird. Es ist
auch möglich,
dass das erste Fahrzeugteil fest an dem Fahrzeug angeordnet ist
und dass die Zerspanungseinrichtung mit Hilfe der in die Zerspanungseinrichtung eingeleiteten
kinetischen Energie relativ zu dem ersten Fahrzeugteil bewegt wird.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung erstreckt sich das erste Fahrzeugteil parallel oder
im Wesentlichen parallel zu einer Fahrzeuglängsachse. Hierdurch kann eine
bei einem Frontaufprall oder bei einem Heckaufprall in das Fahrzeug
eingeleitete Energie gut absorbiert werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung erstreckt sich das erste Fahrzeugteil quer und insbesondere
senkrecht zu einer Fahrzeuglängsachse.
Dies ermöglicht
es, eine bei einem Seitenaufprall auftretende Energie besonders
effizient abzubauen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass das erste Fahrzeugteil Teil einer Karosseriestruktur
des Fahrzeugs ist. Dies ermöglicht
eine einfache Integration der Energieabsorptionsvorrichtung in das
Fahrzeug.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass das erste Fahrzeugteil einen Träger einer
Karosseriestruktur des Fahrzeugs bildet oder Teil eines Trägers der
Karosseriestruktur ist. Dies ermöglicht
eine besonders gute Einleitung einer durch einen Unfall bedingten
Aufprallenergie in die Energieabsorptionsvorrichtung.
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Vorzugsweise
ist der Träger
ein Längsträger. Diese
Konfiguration eignet sich besonders gut zum Abbau einer bei einem
Heckaufprall oder bei einem Frontaufprall in das Fahrzeug eingeleiteten
Energie.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
der Träger
ein Querträger.
Mit dieser Anordnung lässt
sich bei einem Seitenaufprall in das Fahrzeug eingeleitete Energie
besonders gut abbauen.
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Insbesondere
kann die mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung in einem
vorderen Bereich des Fahrzeugs angeordnet sein, um eine bei einem
Frontaufprall in das Fahrzeug eingeleitete Energie gut abbauen zu
können.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung
in einem hinteren Bereich des Fahrzeugs angeordnet sein, um bei
einem Heckaufprall in das Fahrzeug eingeleitete Energie effizient
abbauen zu können.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
die mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung in einem seitlichen
Bereich des Fahrzeugs angeordnet, so dass sich die bei einem Seitenaufprall
in das Fahrzeug eingeleitete Energie gut absorbieren lässt. Die
Energieabsorptionsvorrichtung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ermöglicht eine
besonders kompakte Auslegung. Dies ist insbesondere bei Anordnung
der Energieabsorptionsvorrichtung in einem seitlichen Bereich des Fahrzeugs
vorteilhaft, da dort der Bauraum, der zum Abbau der eingeleiteten
Energie zur Verfügung
steht, knapper bemessen sein kann als im vorderen oder hinteren
Bereich des Fahrzeugs.
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Vorzugsweise
ist die Energieabsorptionsvorrichtung an oder im Bereich einer Karosseriesäule des
Fahrzeugs angeordnet, insbesondere, wenn die Energieabsorptionsvorrichtung
in einem seitlichen Bereich des Fahrzeugs angeordnet ist. Hierdurch kann
sich die Energieabsorptionsvorrichtung während der spanenden Bearbeitung
des ersten Fahrzeugteils zumindest indirekt an der Karosseriesäule abstützen. Hierfür kommt
insbesondere die B-Säule eines
Kraftfahrzeugs in Betracht.
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Vorzugsweise
umfasst die Zerspanungseinrichtung mindestens ein Zerspanungswerkzeug. Hierdurch
lässt sich
auf besonders einfache Art und Weise erreichen, dass die Energieabsorptionsfähigkeit
des ersten Fahrzeugteils während
des zeitlichen Verlaufs der spanenden Bearbeitung keine oder nur geringe
Schwankungen aufweist.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung
ein zweites Fahrzeugteil umfasst. Die Verwendung eines solchen zweiten
Fahrzeugteils ermöglicht
eine besonders flexible Gestaltung der Energieabsorptionsvorrichtung.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das zweite Fahrzeugteil ein Zerspanungswerkzeug
für eine
spanende Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils umfasst oder bildet.
Hierdurch kann die Energieabsorptionsvorrichtung optimal in die
Karosseriestruktur des Fahrzeugs integriert werden. Hierbei ergeben
sich erhebliche Gewichtsvorteile.
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Nach
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das erste Fahrzeugteil ein Zerspanungswerkzeug für eine spanende
Bearbeitung des zweiten Fahrzeugteils umfasst oder bildet. Dies
hat den Vorteil, dass sich das erste Fahrzeugteil und das zweite
Fahrzeugteil zum Absorbieren einer in das Fahrzeug eingeleiteten
Energie gegenseitig spanend bearbeiten können, so dass bei minimalem
Raum- und Materialbedarf eine maximale Energieumsatzfähigkeit
erreicht wird.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst die mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung
mindestens ein weiteres Fahrzeugteil. Hierdurch wird die Flexibilität bei der
Auslegung der Energieabsorptionsvorrichtung weiter erhöht.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das mindestens eine weitere Fahrzeugteil
ein Zerspanungswerkzeug für
eine spanende Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils und/oder des
zweiten Fahrzeugteils umfasst oder bildet. Hierdurch kann die Energieabsorptionsfähigkeit
weiter erhöht
werden.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
zumindest das erste Fahrzeugteil der mindestens einen Energieabsorptionsvorrichtung
für eine
Energieabsorption durch Verformung ausgelegt. Dies bedeutet, dass
eine Absorption einer in das Fahrzeug eingeleiteten Energie nicht nur
durch eine spanende Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils, sondern
zusätzlich
durch Verformung erfolgen kann. Hierdurch wird die Energieumsatzfähigkeit
der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung
weiter erhöht.
Dabei kann eine spanende Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils der
Verformung des ersten Fahrzeugteils zeitlich vorgeschaltet sein.
Bei der spanenden Bearbeitung können
auch mehrere Fahrzeugteile gleichzeitig oder nacheinander spanend
bearbeitet werden. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass
das zweite Fahrzeugteil zunächst
das erste Fahrzeugteil spanend bearbeitet, und dass anschließend das
zweite Fahrzeugteil mit Hilfe eines dritten Fahrzeugteils spanend
bearbeitet wird. Bei einem zusätzlichen
Energieabbau durch insbesondere plastische Verformung kann mindestens
eines der genannten Fahrzeugteile plastisch verformt werden. Es
ist möglich,
dass die vollständige
oder gegebenenfalls auch nur teilweise spanende Bearbeitung des
ersten Fahrzeugteils ausreicht, um die in das Fahrzeug eingeleitete
Energie zu absorbieren. In diesem Fall ist der vollständige Energieabbau mit
Abschluss der spanenden Bearbeitung erreicht. Bei einer höheren in
das Fahrzeug eingeleiteten Energie kann der Energieumsatz durch
spanende Bearbeitung zumindest des ersten Fahrzeugteils und eine sich
hieran gegebenenfalls zeitlich anschließende plastische Verformung
dieses Fahrzeugteils und/oder eines anderen Fahrzeugteils erfolgen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass zumindest das zweite Fahrzeugteil
der mindestens einen Energieabsorptionsvorrichtung für eine Energieabsorption
durch Verformung ausgelegt ist, um den Energieumsatz erhöhen zu können.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest das weitere Fahrzeugteil
der mindestens einen Energieabsorptionsvorrichtung für eine Energieabsorption durch
Verformung ausgelegt ist, um den Energieumsatz erhöhen zu können.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass zumindest das erste Fahrzeugteil und
das zweite Fahrzeugteil der mindestens einen Energieabsorptionsvorrichtung
koaxial oder im Wesentlichen koaxial angeordnet sind. Dies ermöglicht die
Vorgabe einer Richtung, in der in das Fahrzeug eingeleitete Energie
besonders gut absorbiert werden kann.
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Vorzugsweise
sind zumindest das erste Fahrzeugteil und das zweite Fahrzeugteil
der mindestens einen Energieabsorptionsvorrichtung während der
spanenden Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils ineinander schiebbar.
Diese Anordnung ermöglicht
es, bei nur geringem Raumbedarf große Materialmengen zerspanen
zu können.
Außerdem
ist der Raumbedarf der ineinander geschobenen Fahrzeugteile geringer,
so dass der hierdurch nicht beanspruchte Raum für ein Ausweichen anderer Teile
des Fahrzeugs, beispielsweise eines Motorblocks, zur Verfügung steht.
Hierdurch kann das Crashverhalten des Fahrzeugs weiter verbessert
werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn zumindest das erste Fahrzeugteil der mindestens einen
Energieabsorptionsvorrichtung rohrförmig ausgebildet ist. Hierdurch kann
eine leichte und biegesteife Energieabsorptionsvorrichtung bereitgestellt
werden.
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Vorteilhaft
ist es ferner, wenn das erste Fahrzeugteil einen Außendurchmesser
aufweist, der größer ist
als der Innendurchmesser des zweiten Fahrzeugteils. Auf diese Weise
kann ein außen
angeordneter Materialabschnitt des ersten Fahrzeugteils spanend
bearbeitet werden.
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Bevorzugt
ist es ferner, wenn das erste Fahrzeugteil einen Außendurchmesser
aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser des zweiten
Fahrzeugteils. Hierdurch lässt
sich auf besonders einfache Art und Weise erreichen, dass sich die
Fahrzeugteile während
der spanenden Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils ineinander schieben
können.
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Vorzugsweise
umfasst die mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung eine Führungseinrichtung
zur Führung
des ersten Fahrzeugteils relativ zu dem zweiten Fahrzeugteil. Hierdurch
lässt sich
der zeitliche Verlauf der Energieumsatzfähigkeit der Energieabsorptionsvorrichtung
während
der spanenden Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils besonders einfach
beeinflussen.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Führungseinrichtung
einen Überlappungsbereich
umfasst, in dem sich das erste Fahrzeugteil und das zweite Fahrzeugteil überlappen.
Hierdurch wird eine Ausgangsstellung definiert, aus der heraus die
spanende Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils in zuverlässiger Weise
und ohne die Gefahr eines Abknickens beider Fahrzeugteile eingeleitet
werden kann.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass ein zu zerspanender Materialabschnitt des ersten
Fahrzeugteils entlang der Längsachse
des ersten Fahrzeugteils gesehen hinsichtlich ihrer Größe und/oder ihrer
Form unterschiedliche Querschnitte aufweist. Auf diese Weise lässt sich
die Energieumsatzfähigkeit
der Energieabsorptionsvorrichtung im Verlauf der spanenden Bearbeitung
des ersten Fahrzeugteils in Abhängigkeit
der Größe und/oder
der Form der entlang des Zerspanungswegs zu zerspanenden Querschnitte
beeinflussen.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn ein zu zerspanender Materialabschnitt des
ersten Fahrzeugteils eine konische Oberfläche aufweist. Hierdurch kann
die Energieumsatzfähigkeit
der Energieabsorptionsvorrichtung im Verlauf der spanenden Bearbeitung
des ersten Fahrzeugteils beispielsweise ausgehend von einem niedrigeren
Wert kontinuierlich auf einen höheren
Wert angehoben werden.
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Vorzugsweise
umfasst die Zerspanungseinrichtung mindestens eine Schneidkante.
Dies ermöglicht
eine besonders exakte spanende Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine Schneidkante einen ringförmigen Verlauf
aufweist. Hierunter wird ein umfangsseitig geschlossener Verlauf
der Schneidkante verstanden, der insbesondere kreisringförmig sein
kann. Der ringförmige
Verlauf der Schneidkante erhöht
die mechanische Stabilität
der Zerspanungseinrichtung. Außerdem
ermöglicht
der ringförmige Verlauf
der Schneidkante die Zerspanung einer besonders großen Materialmenge,
so dass bei einem nur geringen Raumbedarf besonders viel Energie
abgebaut werden kann.
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Bevorzugt
ist es, wenn sich die mindestens eine Schneidkante in einer Ebene
erstreckt, die quer und insbesondere senkrecht zu einer Längsachse des
ersten Fahrzeugteils verläuft.
Hierdurch lässt sich
ein Verkanten der Schneidkante während
der spanenden Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils besonders zuverlässig verhindern.
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Günstig ist
es ferner, wenn die Zerspanungseinrichtung einen Freiraum aufweist,
der an die mindestens eine Schneidkante angrenzend angeordnet ist.
Hierdurch kann ein Verklemmen der Zerspanungseinrichtung mit einem
bereits teilweise spanend bearbeiteten ersten Fahrzeugteil wirkungsvoll verhindert
werden, da durch den Freiraum ein Raum geschaffen werden kann, in
den eine durch spanende Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils gebildete Oberfläche federelastisch
ausweichen kann.
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Vorzugsweise
umfasst die Zerspanungseinrichtung eine Führungseinrichtung zur Führung der Zerspanungseinrichtung
auf einer durch spanende Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils gebildeten oder
zu bildenden Oberfläche.
Hierdurch ist während der
gesamten Zerspanungsvorgangs eine optimale Positionierung der Zerspanungseinrichtung
relativ zu dem ersten Fahrzeugteil gewährleistet.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Führungseinrichtung
in Form eines Oberflächenabschnitts
der Zerspanungseinrichtung ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine
einfache und effektive Führung der
Zerspanungseinrichtung.
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Vorzugsweise
ist zumindest das erste Fahrzeugteil der mindestens einen Energieabsorptionsvorrichtung
aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Hierdurch kann eine biegesteife
Energieabsorptionsvorrichtung mit einer hohen Energieabsorptionsfähigkeit
geschaffen werden.
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Vorzugsweise
ist zumindest das erste Fahrzeugteil der mindestens einen Energieabsorptionsvorrichtung
zumindest anteilig aus Stahl gebildet. Hierdurch kann eine stabile
Energieabsorptionsvorrichtung mit einer besonders hohen Energieabsorptionsfähigkeit
bereitgestellt werden.
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Günstig ist
es ferner, wenn zumindest das erste Fahrzeugteil der mindestens
einen Energieabsorptionsvorrichtung zumindest anteilig aus Aluminium
gebildet ist. Hierdurch kann eine besonders leichtgewichtige Energieabsorptionsvorrichtung
bereitgestellt werden.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass zumindest das erste Fahrzeugteil der
mindestens einen Energieabsorptionsvorrichtung mit Hilfe mindestens
eines Versteifungselements versteift ist. Das Versteifungselement
kann beispielsweise durch eine Rippenstruktur oder auch durch einen Schaum,
insbesondere durch einen Metallschaum, gebildet sein. Durch das
mindestens eine Versteifungselement wird die Stabilität der Energieabsorptionsvorrichtung
weiter erhöht.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn das Fahrzeug mindestens zwei Energieabsorptionsvorrichtungen
umfasst. Dies ermöglicht
eine Erhöhung
des Energieumsatzes.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn mindestens zwei der Energieabsorptionsvorrichtungen
zueinander parallel wirken. Hierdurch kann in kurzer Zeit eine hohe
Energiemenge abgebaut werden. Es können insbesondere zwei, vier,
sechs, acht oder zehn Energieabsorptionsvorrichtungen zueinander parallel
wirken. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die parallel wirkenden
Energieabsorptionsvorrichtungen in einem vorderen, einem hinteren und/oder
einem seitlichen Fahrzeugbereich und insbesondere symmetrisch zu
mindestens einer Fahrzeugachse verteilt angeordnet sind. Hierdurch
kann eine Anordnung geschaffen werden, mit der auch Energie gut
abgebaut werden kann, die in einem ungünstigen Aufprallwinkel in das
Fahrzeug geleitet wird. Durch die zueinander parallel wirkenden
Energieabsorptionsvorrichtungen wird außerdem eine Verbesserung der
Torsinns- und Biegesteifigkeit der genannten Fahrzeugbereiche erreicht.
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Besonders
vorteilhaft ist auch eine Anordnung, bei der mindestens zwei zueinander
parallel wirkende Energieabsorptionsvorrichtungen in Reihe mit mindestens
zwei weiteren Energieabsorptionsvorrichtungen wirken. Auf diese
Weise können
in mehreren aufeinander folgenden Energieabsorptionsphasen jeweils
mindestens zwei Energieabsorptionsvorrichtungen gleichzeitig wirken.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass die mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung
und eine mit dieser in Reihe wirkende, Fahrzeugstruktur derart aufeinander abgestimmt
sind, dass für
eine spanende Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils der Energieabsorptionsvorrichtung
eine Mindestkraft erforderlich ist, wobei die Mindestkraft gleich
einer oder geringfügig
größer als
eine Maximalkraft ist, die von der Fahrzeugstruktur maximal aufnehmbar
ist. Dies hat den Vorteil, dass bei Einleitung einer Energie in
das Fahrzeug zunächst
die genannte Fahrzeugstruktur vollständig versagen kann und dass
hieran anschließend
ein weiterer Energieabbau durch spanende Bearbeitung des ersten
Fahrzeugteils erfolgen kann. Durch die auf die Maximalkraft der
Fahrzeugstruktur abgestimmte Mindestkraft der Energieabsorptionsvorrichtung
kann die in das Fahrzeug eingeleitete Energie ohne sprunghaften
Anstieg des Lastniveaus absorbiert werden. Dies ist im Hinblick
auf eine optimale, also möglichst
niedrige Beschleunigung der Fahrzeuginsassen während des Abbaus der Unfallenergie
vorteilhaft.
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Günstig ist
es, wenn die Mindestkraft gleich der Maximalkraft multipliziert
mit einem Faktor zwischen 1,0 einschließlich und 1,2 einschließlich ist. Insbesondere
ist es günstig,
wenn die Mindestkraft gleich der Maximalkraft multipliziert mit
einem Faktor zwischen 1,0 einschließlich und 1,1 einschließlich ist.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist die Fahrzeugstruktur für eine Energieabsorption durch
spanende Bearbeitung mindestens eines Elements der Fahrzeugstruktur
ausgelegt. Die Fahrzeugstruktur kann also eine vorstehend beschriebene
Energieabsorptionsvorrichtung umfassen oder eine solche bilden.
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Bevorzugt
ist es ferner, wenn die Fahrzeugstruktur für eine Energieabsorption durch
Verformung ausgelegt ist. Dies ermöglicht den Abbau auch kleinerer
Energiemengen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass die mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung
und eine mit dieser in Reihe wirkende Fahrzeugstruktur derart aufeinander abgestimmt
sind, dass die bei einer spanenden Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils
der Energieabsorptionsvorrichtung maximal aufnehmbare Kraft gleich einer
minimalen Kraft oder geringfügig
kleiner als eine minimale Kraft ist, die für eine Energieabsorption durch
die Fahrzeugstruktur erforderlich ist. Dies hat den Vorteil, dass
auf einem niedrigeren Lastniveau zunächst ein Abbau einer in das
Fahrzeug eingeleiteten Energie mit Hilfe einer spanenden Bearbeitung des
ersten Fahrzeugteils erfolgen kann, und dass anschließend ohne
sprunghafte Änderung
des Lastniveaus ein Abbau der verbleibenden Energie mit Hilfe der
genannten Fahrzeugstruktur erfolgen kann.
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Vorzugsweise
ist die maximal aufnehmbare Kraft gleich der minimalen Kraft multipliziert
mit einem Faktor zwischen 0,8 einschließlich und 1,0 einschließlich. Insbesondere
ist die maximal aufnehmbare Kraft gleich der minimalen Kraft multipliziert
mit einem Faktor zwischen 0,9 einschließlich und 1,0 einschließlich.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist die Fahrzeugstruktur für eine Energieabsorption durch
spanende Bearbeitung mindestens eines Elements der Fahrzeugstruktur
ausgelegt. Die Fahrzeugstruktur kann also eine vorstehend beschriebene
Energieabsorptionsvorrichtung umfassen oder eine solche bilden.
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Günstig ist
es ferner, wenn die Fahrzeugstruktur für eine Energieabsorption durch
Verformung ausgelegt ist. Dies ermöglicht einen weiteren Abbau
einer in das Fahrzeug eingeleiteten Energie.
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In
vorteilhafter Weise wirkt das bei einer Relativbewegung des ersten
Fahrzeugteils und der mindestens einen Zerspanungseinrichtung aufgrund
Energieeinleitung in das Fahrzeug die Zerspanungseinrichtung auf
das erste Fahrzeugteil.
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Es
ist bevorzugt, dass die eingeleitete Energie Crashenergie ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Energieabsorptionsvorrichtung zur
Verwendung bei einem Fahrzeug, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug. Der
Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Energieabsorptionsvorrichtung
zu schaffen, die bezogen auf ihr Gewicht eine hohe Energieabsorptionsfähigkeit
aufweist. Diese Aufgabe wird bei einer Energieabsorptionsvorrichtung
zur Verwendung bei einem Fahrzeug, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug,
dadurch gelöst,
dass die Energieabsorptionsvorrichtung mindestens ein erstes Element
und mindestens eine Zerspanungseinrichtung umfasst, wobei zum Absorbieren
einer Energie das erste Element mittels der Zerspanungseinrichtung
spanend bearbeitbar ist. Hierbei entspricht die Funktion des ersten Elements
der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung
der Funktion des ersten Fahrzeugteils des vorstehend beschriebenen
erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
Besondere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung und
deren Vorteile gehen aus den vorstehend im Zusammenhang mit dem
erfindungsgemäßen Fahrzeug
erläuterten
Unteransprüchen
hervor.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1:
eine perspektivische Ansicht einer Energieabsorptionsvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2: eine geschnittene Seitenansicht der Energieabsorptionsvorrichtung
aus 1;
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3:
einen in 2 mit III bezeichneten Ausschnitt
in vergrößerter Darstellung;
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4:
eine Explosionsansicht einer Energieabsorptionsvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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5:
eine perspektivische Ansicht der Energieabsorptionsvorrichtung aus 4;
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6:
eine geschnittene Seitenansicht eines in 5 mit VI
bezeichneten Ausschnitts;
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7:
ein Diagramm, in dem die während
einer spanenden Bearbeitung eines Fahrzeugteils einer Energieabsorptionsvorrichtung
auftretenden Zerspankräfte über einem
Zerspanweg aufgetragen sind;
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8:
eine Seitenansicht einer Karosseriestruktur eines Fahrzeugs mit
einer Energieabsorptionsvorrichtung aus 1 und mit
einer Energieabsorptionsvorrichtung aus 4;
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9:
eine perspektivische Ansicht des vorderen Bereichs der Karosseriestruktur
eines Fahrzeugs mit einer Vielzahl von Energieabsorptionsvorrichtungen;
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10:
eine geschnittene Seitenansicht eines Fahrzeugteils mit einem sich
im Querschnitt erweiternden, zu zerspanenden Materialabschnitt;
und
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11:
eine perspektivische Ansicht des seitlichen Bereichs der Karosseriestruktur
eines Fahrzeugs mit einer Energieabsorptionsvorrichtung.
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Eine
in den 1 bis 3 dargestellte Energieabsorptionsvorrichtung 10 weist
ein erstes Fahrzeugteil 12 und ein zweites Fahrzeugteil 14 auf.
Die Fahrzeugteile 12 und 14 sind jeweils hohlzylindrisch ausgebildet.
Das erste Fahrzeugteil 12 erstreckt sich von einem frontseitigen
Ende 16 bis hin zu einem hinteren Ende 18. Das
zweite Fahrzeugteil 14 erstreckt sich von einem vorderen
Ende 20 bis hin zu einem heckseitigen Ende 22.
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Das
erste Fahrzeugteil 12 weist eine in 2 dargestellte
und mit 24 bezeichnete Längsachse auf. Das erste Fahrzeugteil 12 weist
einen Außendurchmesser 26,
eine Wandstärke 28 sowie
einen Innendurchmesser 30 auf.
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Das
zweite Fahrzeugteil 14 weist eine Längsachse 32, einen
Außendurchmesser 34,
eine Wandstärke 36 sowie
einen Innendurchmesser 38 auf. Durch den Innendurchmesser 38 wird
die Größe eines
von dem Fahrzeugteil 14 gebildeten, zylindrischen Innenraums 40 definiert.
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Die
Längsachse 24 des
ersten Fahrzeugteils 12 und die Längsachse 32 des zweiten
Fahrzeugteils 14 fluchten miteinander, so dass das erste
Fahrzeugteil 12 und das zweite Fahrzeugteil 14 koaxial
angeordnet sind.
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Das
erste Fahrzeugteil 12 taucht mit seinem hinteren Ende 18 innerhalb
eines ringförmigen Überlappungsbereichs 42 im
Bereich des vorderen Endes 20 in den Innenraum 40 des
zweiten Fahrzeugteils 14. Der Überlappungsbereich 42 bildet
eine Führungseinrichtung 44,
welche der Führung
des ersten Fahrzeugteils 12 an dem zweiten Fahrzeugteil 14 dient.
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist der Außendurchmesser 26 des
ersten Fahrzeugteils 12 so bemessen, dass dieser größer als
der Innendurchmesser 38 und kleiner als der Außendurchmesser 34 des zweiten
Fahrzeugteils 14 ist. Der Innendurchmesser 30 des
ersten Fahrzeugteils 12 ist kleiner als der Innendurchmesser 38 des
zweiten Fahrzeugteils 14.
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Die
Energieabsorptionsvorrichtung 10 umfasst eine insgesamt
mit 46 bezeichnete Zerspanungseinrichtung mit einem Zerspanungswerkzeug 48,
das an dem vorderen Ende 20 des zweiten Fahrzeugteils 14 angeordnet
ist. Das Zerspanungswerkzeug 48 weist eine ringförmige Schneidkante 50 auf. Diese
erstreckt sich in einer Ebene 52, die quer und insbesondere
senkrecht zu der Längsachse 24 des ersten
Fahrzeugteils 12 angeordnet ist. Die Schneidkante 50 weist
einen kreisringförmigen
Verlauf auf, wobei der Durchmesser dieses Verlaufs dem Innendurchmesser 38 des
zweiten Fahrzeugteils 14 entspricht.
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Das
erste Fahrzeugteil 12 weist einen radial äußeren, zylindrischen
Materialabschnitt 54 auf, der sich im Bereich des hinteren
Endes 12 benachbart zu der Schneidkante 50 bis
hin zu dem frontseitigen Ende 16 erstreckt. Der Materialabschnitt 54 weist eine
Materialstärke
auf, die einer Zerspanungstiefe 56 entspricht. Die Zerspanungstiefe 56 ist
gleich der Hälfte
des Außendurchmessers 26 des
ersten Fahrzeugteils 12 abzüglich der Hälfte des Innendurchmessers 38 des
zweiten Fahrzeugteils 14.
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Für die folgende
Beschreibung der Funktion der Energieabsorptionsvorrichtung 10 wird
davon ausgegangen, dass das erste Fahrzeugteil 12 ein vorderes,
fahrzeugaußenseitig
angeordnetes Fahrzeugteil ist, und dass das zweite Fahrzeugteil 14 ein hinteres,
dem Inneren des Fahrzeugs zugewandtes Fahrzeugteil ist. Bei Einleitung
einer durch einen Unfall bedingten Aufprallenergie wird das erste
Fahrzeugteil 12 entsprechend einer in 3 mit 58 bezeichneten
Vorschubrichtung in Richtung auf das zweite Fahrzeugteil 14 bewegt.
Hierdurch wird das hintere Ende 18 des ersten Fahrzeugteils 12 in
den Innenraum 40 des zweiten Fahrzeugteils 14 hinein geschoben.
Gleichzeitig wird der Materialabschnitt 54 des ersten Fahrzeugteils 12 mit
Hilfe der Schneidkante 50 des zweiten Fahrzeugteils 14 im
Bereich des hinteren Endes 18 beginnend und in Richtung auf
das frontseitige Ende 16 fortschreitend zerspant. Der Zerspanungsvorgang
endet, wenn die gesamte Unfallenergie abgebaut wurde oder wenn die Schneidkante 50 das
frontseitige Ende 16 des ersten Fahrzeugteils 12 erreicht
hat. In diesem Fall ist das erste Fahrzeugteil 12 vollständig in
das zweite Fahrzeugteil 14 eingeschoben. Von diesem Zustand
ausgehend kann mit Hilfe der Energieabsorptionsvorrichtung 10 weitere
Energie abgebaut werden, indem die ineinander geschobenen Fahrzeugteile 12 und 14 durch
Stauchung plastisch verformt werden.
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Während der
spanenden Bearbeitung des ersten Fahrzeugteils 12 ist durch
die Führungseinrichtung 44 gewährleistet,
dass das erste Fahrzeugteil 12 und das zweite Fahrzeugteil 14 während des gesamten
Zerspanungswegs koaxial angeordnet sind. Hierdurch ist gewährleistet,
dass der Querschnitt des zu zerspanenden Materialabschnitts 54 entlang
des gesamten Zerspanungswegs hinsichtlich seiner Größe und hinsichtlich
seiner Form identisch ist. Hierbei ist der zu zerspanende Materialabschnitt 54 nach
radial außen
durch eine außenliegende,
zylindrische Oberfläche 60 des
ersten Fahrzeugteils 12 begrenzt.
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Bei
einer alternativen, in der 10 dargestellten
Ausführungsform
ist die Oberfläche 60 eines spanend
bearbeitbaren ersten Fahrzeugteils 12' nicht zylindrisch ausgebildet,
sondern konisch. Hierbei erweitert sich der Außendurchmesser 26 des
ersten Fahrzeugteils 12' von
seinem hinteren Ende 18 ausgehend hin zu dem frontseitigen
Ende 16. Hierdurch vergrößert sich der Querschnitt des
zu zerspanenden Materialabschnitts 54 in einer zu der Vorschubrichtung 58 entgegengesetzten
Richtung. Dies bewirkt, dass mit zunehmender Zerspanung des ersten
Fahrzeugteils 12' die
für eine
Zerspanung des Materialabschnitts 54 erforderlichen Zerspankräfte ansteigen.
Hierdurch kann das Lastniveau, bei dem ein Abbau von Unfallenergie
erfolgt, kontinuierlich angehoben werden.
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In
den 4 bis 6 ist eine Energieabsorptionsvorrichtung 70 dargestellt.
Gleiche oder funktional äquivalente
Elemente der Energieabsorptionsvorrichtungen 10 und 70 sind
in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Die
Energieabsorptionsvorrichtung 70 umfasst unter Bezugnahme
auf 4 ein erstes, hohlzylindrisches Fahrzeugteil 12 und
ein zweites, hohlzylindrisches Fahrzeugteil 14. Das erste
Fahrzeugteil 12 weist ein frontseitiges Ende 16 sowie
ein dem zweiten Fahrzeugteil 14 zugewandtes, hinteres Ende 18 auf.
Das zweite Fahrzeugteil 14 weist ein dem ersten Fahrzeugteil 12 zugewandtes
vorderes Ende 20 sowie ein heckseitiges Ende 22 auf.
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Die
Energieabsorptionsvorrichtung 70 umfasst eine von dem zweiten
Fahrzeugteil 14 zunächst separat
bereitgestellte Zerspanungseinrichtung 46 in Form eines
ringförmigen
Zerspanungswerkzeugs 72. Das Zerspanungswerkzeug 72 weist
eine Werkzeugvorderseite 74, die dem ersten Fahrzeugteil 12 zugewandt
ist, und eine Werkzeugrückseite 76,
die dem zweiten Fahrzeugteil 14 zugewandt ist, auf. Das
erste Fahrzeugteil 12 weist im Bereich seines hinteres
Endes 18 eine bezogen auf die übrige, äußere Oberfläche 60 nach radial
innen versetzte Ringschulter 78 auf.
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Die
in 4 dargestellten einzelnen Teile, nämlich das
erste Fahrzeugteil 12, das zweite Fahrzeugteil 14 sowie
das Zerspanungswerkzeug 72 können zur Bildung einer in 5 dargestellten
Energieabsorptionsvorrichtung 70 miteinander gefügt werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 6 kann das Zerspanungswerkzeug 72 mit
dem zweiten Fahrzeugteil 14 verbunden werden, indem diese
Teile zueinander koaxial ausgerichtet werden und indem die Werkzeugrückseite 76 benachbart
zu dem vorderen Ende 20 des zweiten Fahrzeugteils 14 angeordnet wird.
In dieser Lage können
das zweite Fahrzeugteil 14 und das Zerspanungswerkzeug 72 mit
Hilfe eines beispielsweise in Form einer ringförmigen Verschweißung ausgebildeten
Verbindungsabschnitts 80 dauerhaft miteinander verbunden
werden.
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Anschließend kann
das erste Fahrzeugteil 12 mit seinem hinteren Ende 18 voran
in den Innenraum 40 des zweiten Fahrzeugteils 14 eingeschoben werden.
Die Ringschulter 78 des ersten Fahrzeugteils 12 erstreckt
sich in zu der Längsachse 24 des ersten
Fahrzeugteils 12 paralleler Richtung um ein Maß, welches
der Breite des ringförmigen
Zerspanungswerkzeugs 72 entspricht.
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Das
erste Fahrzeugteil 12 weist einen Außendurchmesser 26,
eine Wandstärke 28 sowie
einen Innendurchmesser 30 auf. Das zweite Fahrzeugteil 14 weist
einen Außendurchmesser 34,
eine Wandstärke 36 sowie
einen Innendurchmesser 38 auf. Der Innendurchmesser 30 und
der Außendurchmesser 26 des
ersten Fahrzeugteils 12 sind so bemessen, dass sie jeweils
kleiner sind als der Innendurchmesser 38 des zweiten Fahrzeugteils 14.
Die Längsachsen 24 und 32 des
ersten Fahrzeugteils 12 bzw. des zweiten Fahrzeugteils 14 fluchten
miteinander, so dass das erste Fahrzeugteil 12 und das
zweite Fahrzeugteil 14 koaxial angeordnet sind.
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Das
Zerspanungswerkzeug 72 weist benachbart zu seiner Werkzeugvorderseite 74 eine kreisringförmige Schneidkante 50 auf.
Die Schneidkante 50 erstreckt sich in einer Ebene (ohne
Bezugszeichen), die zu der Längsachse 24 des
ersten Fahrzeugteils 12 quer und insbesondere senkrecht
verläuft.
Der Durchmesser des kreisförmigen
Verlaufs der Schneidkante 50 ist um ein Maß kleiner
als der Außendurchmesser 26 des
ersten Fahrzeugteils 12, welches Maß dem Zweifachen einer Zerspanungstiefe 56 eines
zu zerspanenden Materialabschnitts 54 des ersten Fahrzeugteils 12 entspricht.
Der zu zerspanende Materialabschnitt 54 grenzt im Bereich
des hinteren Endes 18 des ersten Fahrzeugteils 12 an
die Ringschulter 78 und erstreckt sich bis hin zu dem frontseitigen
Ende 16 des ersten Fahrzeugteils 12.
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Das
Zerspanungswerkzeug 72 weist benachbart zu der Schneidkante 50 einen
ringförmigen Werkzeugabschnitt 81 auf,
der mit einer ringförmigen,
ersten Innenfläche 82 einen
spitzen Winkel 84 einschließt. An die erste Innenfläche 82 schließt sich in
Richtung auf das zweite Fahrzeugteil 14 eine zylindrische
zweite Innenfläche 86 und
schließlich
eine weitere, ebenfalls relativ zur Ringschulter 78 geneigte,
dritte Innenfläche 88 an.
Die Innenflächen 82, 86 und 88 sowie
die Ringschulter 78 begrenzen einen ringförmigen Freiraum 92.
Das dem ersten Fahrzeugteil 12 zugewandte Ende des Freiraums 92 wird durch
die Schneidkante 50 begrenzt.
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An
dem dem zweiten Fahrzeugteil 14 zugewandten Ende des Freiraums 92 grenzt
dieser an eine insgesamt mit 94 bezeichnete Führungseinrichtung.
Diese weist einen an der Ringschulter 78 anliegenden, nach
radial innen weisenden, ringförmigen Oberflächenabschnitt 96 auf.
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Bei
der folgenden Beschreibung der Funktion der Energieabsorptionsvorrichtung 70 wird
davon ausgegangen, dass das erste Fahrzeugteil 12 fahrzeugaußenseitig
und dass das zweite Fahrzeugteil 14 fahrzeuginnenseitig
angeordnet ist. Bei einem Unfall wird das erste Fahrzeugteil 12 der
Energieabsorptionsvorrichtung 70 entsprechend einer mit 58 bezeichneten
Vorschubrichtung in den Innenraum 40 des zweiten Fahrzeugteils 14 hineinbewegt.
Gleichzeitig wird mit Hilfe der Schneidkante 50 des Zerspanungswerkzeugs 72 der
zu zerspanende Materialabschnitt 54 zerspant. In einer
ersten Zerspanungsphase werden das erste Fahrzeugteil 12 und
das zweite Fahrzeugteil 14 relativ zueinander geführt, indem
der ringförmige
Oberflächenabschnitt 96 auf
der Ringschulter 78 entlang gleitet. Wenn die Zerspanung
so weit fortgeschritten ist, dass der Oberflächenabschnitt 96 das
dem frontseitigen Ende 16 des ersten Fahrzeugteils 12 zugewandte
Ende der Ringschulter 78 erreicht hat, beginnt der Oberflächenabschnitt 96 auf
einer Oberfläche
des ersten Fahrzeugteils 12 zu gleiten, die kurz zuvor
mit Hilfe der Schneidkante 50 durch Zerspanung des Materialabschnitts 54 hergestellt
wurde. Somit ist während
des gesamten Zerspanungsvorgangs eine zuverlässige Führung des ersten Fahrzeugteils 12 relativ
zu dem zweiten Fahrzeugteil 14 gewährleistet.
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7 zeigt
ein Diagramm mit einer Abszisse 100 und einer Ordinate 102.
Auf der Abszisse 100 ist der Zerspanungsweg einer Energieabsorptionsvorrichtung 10 oder 70 in
der Einheit Millimeter angegeben. Auf der Ordinate ist die Zerspanungskraft
in der Einheit Newton angegeben, die entlang des Zerspanungswegs
aufgebracht werden muss, um das erste Fahrzeugteil 12 spanend
bearbeiten zu können.
In dem Diagramm ist ein für
die Energieabsorptionsvorrichtungen 10 und 70 typischer
Kraftverlauf 104 eingezeichnet, der angibt, welche Zerspanungskräfte entlang
des Zerspanungswegs wirken. Bereits nach einem sehr kurzen Zerspanungsweg
von ungefähr 20
mm wird eine Zerspanungskraft von ca. 60.000 N erreicht, die im
weiteren Verlauf des Zerspanungswegs weitestgehend konstant bleibt.
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Der
Kraftverlauf 104 wurde für eine Energieabsorptionsvorrichtung 70 erfasst,
deren erstes Fahrzeugteil 12 aus Stahl gebildet ist. Dieses
Fahrzeugteil weist einen Außendurchmesser 26 von
60 mm und eine Wandstärke 28 von
3 mm auf. Die Zerspanungstiefe 56 beträgt 0,1 mm.
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Die
Geschwindigkeit, mit der das erste Fahrzeugteil 12 während der
Messung des Kraftverlaufs 104 in das zweite Fahrzeugteil 14 hinein
geschoben wurde, beträgt
40 mm/min. Vergleichsversuche haben ergeben, dass höhere Vorschubgeschwindigkeiten
bewirken, dass der Kraftverlauf 104 mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit 58 geringere Schwankungen
um den eingeschwungenen Wert von beispielsweise 60.000 N herum aufweist.
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Der
in 7 dargestellte Kraftverlauf 104 verdeutlicht,
dass ein Energieabbau auf einem gewünschten Kraftniveau zeitlich
unmittelbar nach Beginn der Einleitung einer zu absorbierenden Energie erfolgen
kann. Dabei nähert
sich das Kraftniveau von einem niedrigen Niveau ausgehend rasch
der Zerspanungskraft im eingeschwungenen Zustand an. Kraftwerte,
die diese Zerspanungskraft nennenswert übersteigen, werden nicht erreicht.
Der Kraftverlauf 104 zeigt also keine stark ausgeprägte anfängliche Überhöhung auf
einen Wert weit oberhalb einer zeitlich folgend im Mittel anliegenden
Kraft. Eine solche Überhöhung des
Kraftverlaufs und ein sich anschließender, durch Faltenbeulung
bedingter, stark schwankender Kraftverlauf sind typisch für Teile
eines Fahrzeugs, die Energie lediglich durch Verformung abbauen.
Die Überhöhung des
Kraftverlaufs hat den Nachteil, dass in Richtung der eingeleiteten Unfallenergie
nachfolgende Bereiche des Fahrzeugs so stabil ausgelegt sein müssen, dass
sie nicht bereits bei einem bei einer solchen Überhöhung anliegenden Kraftniveau
versagen. Ein stark schwankender Kraftverlauf hat den Nachteil,
dass in Phasen erhöhter
Kräfte
ein Energieabbau mit erhöhten
Beschleunigungswerten einhergeht und in Phasen niedrigerer Kräfte nur
wenig Energie absorbiert werden kann.
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Durch
den mit Hilfe der Energieabsorptionsvorrichtungen 10 und 70 erzielten
Kraftverlauf 104 ist es hingegen möglich, ohne unerwünschte Überhöhungen und
auf einem nicht stark um ein bestimmtes Kraftniveau schwankenden
Wert Energie abzubauen. Dies ermöglicht
auch bei einem gegebenenfalls insgesamt niedrigeren Kraftniveau
einen effektiveren Energieabbau. Hierdurch können auch in Richtung einer
eingeleiteten Unfallenergie nachfolgende Fahrzeugbereiche bei niedrigeren
Kraftwerten Energie abbauen.
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Mit
Hilfe der Energieabsorptionsvorrichtungen 10 und 70 kann
eine Energieabsorption aber auch auf einem sehr hohen Kraftniveau
auf sehr effektive Art und Weise abgebaut werden, so dass im Vergleich
zu einem Teil eines Fahrzeugs, das Energie lediglich durch Verformung
abbaut, wesentlich weniger Bauraum beansprucht wird.
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In 8 ist
ein Teil einer Karosseriestruktur 110 eines nicht weiter
dargestellten Kraftfahrzeugs dargestellt. Dieses Fahrzeug weist
einen vorderen Bereich 112 (in 8 linkerhand
dargestellt), einen seitlichen Bereich 114 sowie einen
hinteren Bereich 116 auf. Die Karosseriestruktur 110 umfasst mehrere Karosseriesäulen, nämlich zwei
A-Säulen,
deren in Fahrtrichtung linke A-Säule
in 8 mit 118 bezeichnet ist, zwei B-Säulen, die
in dem seitlichen Bereich 114 angeordnet sind und deren
in Fahrtrichtung linke B-Säule
in 8 mit 120 bezeichnet ist sowie zwei im
hinteren Bereich 116 des Fahrzeugs angeordnete C-Säulen. Die
in Fahrtrichtung linke C-Säule
ist in 8 mit 122 bezeichnet. Das Fahrzeug mit
der Karosseriestruktur 110 weist eine Fahrzeuglängsachse 124 sowie
eine sich senkrecht hierzu erstreckende Fahrzeughochachse 126 auf.
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Die
Karosseriestruktur 110 umfasst zwei Längsträger 128, die im Wesentlichen
parallel zu der Fahrzeuglängsachse 124 verlaufen.
Im vorderen Bereich 112 des Fahrzeugs angeordnet weist
der Längsträger 128 eine
unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschriebene
Energieabsorptionsvorrichtung 10 auf. Das erste Fahrzeugteil 12 der
Energieabsorptionsvorrichtung 10 ist in Fahrtrichtung vorne und
das zweite Fahrzeugteil 14 dahinter angeordnet. Das erste
Fahrzeugteil 12 ist an seinem frontseitigen Ende 16 mit
einem Stoßfänger 130 der
Karosseriestruktur 110 verbunden. Der Stoßfänger 130 erstreckt
sich senkrecht zu der Fahrzeuglängsachse 124 und
senkrecht zu der Fahrzeughochachse 126. Die Energieabsorptionsvorrichtung 10 bildet
einen Teil des Längsträgers 128.
Die Längsachsen 24 und 32 der
Energieabsorptionsvorrichtung 10 (vgl. 1 bis 3)
verlaufen parallel zu der Fahrzeuglängsachse 124.
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Benachbart
zu dem zweiten Fahrzeugteil 14 der Energieabsorptionsvorrichtung 10 ist
als Teil des Längsträgers 128 ein
weiteres, rohrförmiges
Fahrzeugteil 132 vorgesehen. Dieses weitere Fahrzeugteil 132 weist
an seinem dem zweiten Fahrzeugteil 14 zugewandten Ende
ein weiteres (nicht dargestelltes) Zerspanungswerkzeug auf, mit
dessen Hilfe das zweite Fahrzeugteil 14 spanend bearbeitet
werden kann.
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Im
hinteren Bereich 116 des Fahrzeugs weist der Längsträger 128 der
Karosseriestruktur 110 eine unter Bezugnahme auf 4 bis 6 beschriebene
Energieabsorptionsvorrichtung 70 auf. Hierbei ist das erste
Fahrzeugteil 12 fahrzeugaußenseitig und das zweite Fahrzeugteil 14 fahrzeuginnenseitig
angeordnet.
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Die
Karosseriestruktur 110 umfasst ferner eine im vorderen
Bereich 112 des Fahrzeugs oberhalb der Energieabsorptionsvorrichtung 10 angeordnete
zusätzliche
Energieabsorptionsvorrichtung 134. Hierbei bildet ein rohrförmiges außenseitiges
Fahrzeugteil 136 ein erstes Fahrzeugteil, das mit Hilfe
eines rückwärtig angeordneten
zweiten Fahrzeugteils 138 spanend bearbeitbar ist.
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Bei
einem Frontaufprall werden die Aufprallkräfte mit Hilfe des Stoßfängers 130 in
das erste Fahrzeugteil 12 der Energieabsorptionsvorrichtung 10 eingeleitet.
Das erste Fahrzeugteil 12 wird unter Zerspanung seines
Materialabschnitts 54 (vgl. 1 bis 3)
in das zweite Fahrzeugteil 14 hinein geschoben. Nach Abschluss
der Zerspanung des Materialabschnitts 54 des ersten Fahrzeugteils 12 wird das
zweite Fahrzeugteil 14 in das weitere Fahrzeugteil 132 eingeschoben
und dabei seinerseits spanend bearbeitet. Ein weiterer Teil der
bei einem Frontaufprall abzubauenden Energie kann mit Hilfe der
parallel wirkenden, zusätzlichen
Energieabsorptionsvorrichtung 134 absorbiert werden.
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Bei
einem Heckaufprall kann mit Hilfe der Energieabsorptionsvorrichtung 70 unter
spanender Bearbeitung des fahrzeugaußenseitigen ersten Fahrzeugteils 12 Energie
abgebaut werden.
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9 zeigt
den vorderen Bereich 112 einer Karosseriestruktur 110 eines
weiteren, nicht weiter dargestellten Fahrzeugs. Die Karosseriestruktur 110 umfasst
zwei frontseitige, rohrförmige
erste Fahrzeugteile 140 und 142, die zu einer
Fahrzeuglängsachse 124 jeweils
identisch beabstandet sind und die sich parallel zu der Fahrzeuglängsachse 124 erstrecken.
Jedem der Fahrzeugteile 140 bzw. 142 ist ein rückwärtig angeordnetes,
ringförmiges
Zerspanungs-Werkzeug 141 bzw. 143 zugeordnet.
Die Zerspanungswerkzeuge 141 und 143 weisen einen
Aufbau auf, der vorstehend unter Bezugnahme auf das Zerspanungswerkzeug 72 bereits
beschrieben wurde. Die ersten Fahrzeugteile 140 und 142 und
die Zerspanungswerkzeuge 141 und 143 bilden gemeinsam
eine Fahrzeugstruktur 144.
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An
ihrem vorderen Ende sind die ersten Fahrzeugteile 140 und 142 mit
einem in 9 angedeuteten Stoßfänger 130 verbunden.
Die ersten Fahrzeugteile 140 und 142 sind mit
ihren rückwärtigen Enden
jeweils an den Zerspanungswerkzeugen 141 und 143 gehalten.
Die Zerspanungswerkzeuge 141 und 143 sind an einem
insgesamt mit 146 bezeichneten Rahmen befestigt. Der Rahmen 146 weist
einen sich im Wesentlichen parallel zu einer Fahrzeugquerachse 147 erstreckenden
Oberzug 148 auf. Der Rahmen 146 weist ferner einen
parallel zu dem Oberzug 148 verlaufenden Unterzug 150 auf. Der
Oberzug 148 und der Unterzug 150 sind an ihren seitlichen
Enden jeweils über
ein unteres seitliches Rahmenteil 152 und ein oberes seitliches
Rahmenteil 154 miteinander verbunden.
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Auf
der den ersten Fahrzeugteilen 140 und 142 abgewandten
Seite des Rahmens 146 sind insgesamt sechs parallel zueinander
wirkende Energieabsorptionsvorrichtungen 70 angeordnet.
Die Energieabsorptionsvorrichtungen 70 sind paarweise symmetrisch
zu der Fahrzeuglängsachse 124 angeordnet.
Sie umfassen jeweils ein vorderes, erstes Fahrzeugteil 12 und
ein hinteres, zweites Fahrzeugteil 14. Die Energieabsorptionsvorrichtungen 70 stützen sich mit
den frontseitigen Enden ihrer vorderen, ersten Fahrzeugteile 12 jeweils
in einem von zwei der genannten Rahmenteile 148 bis 154 gebildeten Übergangsbereich
ab. Auf ihrer Rückseite
stützen
sich die Energieabsorptionsvorrichtungen 70 mit den heckseitigen
Enden ihrer zweiten Fahrzeugteile 14 an einer Fahrzeugstruktur 156 ab.
Diese umfasst einen massiven Querträger 158, der im Bereich
der A-Säulen 118 in
stabile Rahmenteile 160 und 162 übergeht.
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Mit
Hilfe der in 9 dargestellten Karosseriestruktur 110 kann
die bei einem Frontaufprall auftretende Unfallenergie wie folgt
abgebaut werden. Zunächst
wird ein Teil der Unfallenergie abgebaut, indem mit Hilfe der Zerspanungswerkzeuge 141, 143 die
zugeordneten ersten Fahrzeugteile 140 und 142 spanend
bearbeitet werden. Mit Hilfe der Fahrzeugstruktur 144 kann
lediglich eine Maximalkraft aufgenommen werden, die gleich oder
geringfügig kleiner
ist als eine Mindestkraft, die für
eine Energieabsorption mit Hilfe der Energieabsorptionsvorrichtungen 70 unter
spanender Bearbeitung der ersten Fahrzeugteile 12 erforderlich
ist. Hierbei kann mit Hilfe der Energieabsorptionsvorrichtung 70 eine
bestimmte, maximale Kraft aufgenommen werden. Diese maximale Kraft
ist gleich oder geringfügig
kleiner als eine minimale Kraft, die für eine sich zeitlich anschließende Verformung
der rückwärtigen Fahrzeugstruktur 156 erforderlich
ist.
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Mit
Hilfe der in 9 dargestellten Karosseriestruktur 110 kann
eine sehr hohe Energiemenge abgebaut werden, die um ein Vielfaches
höher ist,
als eine Energie, die allein durch Verformung von Teilen der Karosseriestruktur 110 abbaubar
wäre. Durch
die Abstimmung der für
eine spanende Bearbeitung der ersten Fahrzeugteile 140 und 142 bzw.
für eine
spanende Bearbeitung der ersten Fahrzeugteile 12 der Energieabsorptionsvorrichtungen 70 erforderlichen Kräfte kann
ein sprunghafter Wechsel auf höhere Lastniveaus
vermieden werden. Hierbei kommen die insbesondere unter Bezugnahme
auf 7 diskutierten Vorteile der Absorption von Energie
durch spanende Bearbeitung zum Tragen. Darüber hinaus kann durch die zeitlich
parallel spanende Bearbeitung der ersten Fahrzeugteile 140 und 142 und
durch die zueinander parallel wirkenden Energieabsorptionsvorrichtungen 70 eine
sehr biegesteife Anordnung geschaffen werden, die einen effektiven
Energieabbau auch bei ungünstigen
Aufprallwinkeln ermöglicht.
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Bei
weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsformen
ist die Lage der ersten Fahrzeugteils 12 und des zweiten
Fahrzeugteils 14 einer Energieabsorptionseinrichtung derart,
dass das zweite Fahrzeugteil 14 fahrzeugaußenseitig
und das erste Fahrzeugteil 12 fahrzeuginnenseitig angeordnet
ist.
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In
diesem Fall wird bei einem Unfall das zweite Fahrzeugteil 14 mit
dem damit verbundenen Zerspanungswerkzeug 48 oder 72 auf
das erste Fahrzeugteil 12 aufgeschoben, so dass dieses
spanend bearbeitet wird.
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Eine
weitere, in 11 dargestellte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass sich die Längsachse 24 eines
ersten Fahrzeugteils 12 einer Energieabsorptionsvorrichtung
parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Fahrzeugquerachse 147 erstreckt.
Diesem ersten Fahrzeugteil 12 ist ein ringförmiges Zerspanungswerkzeug 72 zugeordnet,
das eine ringförmige
Schneidkante 50 aufweist. Das Zerspanungswerkzeug ist an
einem Schwellerteil 164 der Karosseriestruktur 110 befestigt.
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Das
erste Fahrzeugteil 12 und das Zerspanungswerkzeug 72 sind
benachbart zu der B-Säule 120 der
Karosseriestruktur 110 angeordnet. Die Karosseriestruktur 110 weist
einen Querträger 158 auf, der
auch als Sitzquerträger
bezeichnet werden kann. Der Querträger 158 erstreckt
sich parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Fahrzeugquerachse 147.
Der Querträger 164 und
das erste Fahrzeugteil 12 fluchten miteinander.
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Wenn
bei einem Seitenaufprall Energie in das erste Fahrzeugteil 12 eingeleitet
wird, wird das erste Fahrzeugteil 12 in das Zerspanungswerkzeug 72 hinein
geschoben und dabei spanend bearbeitet. Das Zerspanungswerkzeug
stützt
sich dabei an dem Schwellerteil 164 ab, der wiederum mit
Hilfe des Querträgers 158 stabilisiert
wird.