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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit mindestens einer
Energieabsorptionsvorrichtung zur Absorption von Aufprallenergie.
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Bekannte
Fahrzeuge weisen Energieabsorptionsvorrichtungen auf, deren Teile
die 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. Ein Seitenaufprall auf ein Fahrzeug ist besonders
kritisch, da der zur Verfügung
stehende Verformungsweg relativ klein ist und ein Eindringen eines
Fremdkörpers
in das Innere der Fahrgastzelle vermieden werden soll. Dies gilt
insbesondere bei einem sogenannten ”Pfahlcrash”, bei welchem eine hohe Seitenaufprallenergie
in einen kurzen Seitenabschnitt eines Fahrzeugs eingeleitet wird.
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Hiervon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde,
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 einem Fahrzeug der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass die mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung eine sich
entlang einer Wandstrukturachse erstreckende Wandstruktur umfasst,
welche eine erste Wand und eine bezogen auf die erste Wand fahrzeuginnenseitig angeordnete
zweite Wand umfasst, wobei zwischen den Wänden mindestens eine Zusatzstruktur
angeordnet ist, welche einer aufprallbedingten Verkleinerung des
Abstands zwischen den Wänden
entgegenwirkt, sodass eine Aufprallenergie durch Dehnung zumindest
eines Teils der Wandstruktur absorbierbar ist.
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Die
Zusatzstruktur wirkt der aufprallbedingten Verkleinerung des Abstands
zwischen den Wänden
entgegen, indem eine Abstandsverkleinerung verhindert oder eine
Abstandsverkleinerung zumindest abgeschwächt wird. Hierdurch kann ein
Kollabieren der Wandstruktur, welches im Extremfall zu einem Kontakt
der Wände
miteinander führt,
verhindert werden. Die Zusatzstruktur ermöglicht es also, dass die Wandstruktur
auch nach Einleitung der Aufprallenergie in Aufprallrichtung biegesteif
ist, sodass eine Energieabsorption unter Dehnung zumindest eines Teils
der Wandstruktur erfolgt. Hierbei wird insbesondere die fahrzeuginnenseitig
angeordnete zweite Wand gedehnt, wodurch eine besonders hohe Energie
abgebaut werden kann.
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Ein
weiterer Energieabbau ist möglich
durch Dehnung der ersten Wand und/oder weiterer Teile der Wandstruktur.
Insbesondere baut auch die Zusatzstruktur Energie ab, indem sie
durch die Aufprallkräfte
teilweise gestaucht wird. Diese Stauchung erfolgt in einer Weise,
dass ein Mindestabstand zwischen den Wänden der Wandstruktur erhalten
bleibt und durch Dehnung der Wandstruktur zumindest ein Teil der
Aufprallenergie abbaubar ist.
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Bevorzugt
ist es, wenn die erste Wand fahrzeugaußenseitig angeordnet ist. Hierdurch
ist die Energieabsorptionsvorrichtung unmittelbar nach Aufprall
eines Fremdkörpers
auf das Fahrzeug wirksam.
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Vorzugsweise
sind die erste Wand und die zweite Wand zueinander parallel. Dies
ermöglicht
einen raumsparenden Aufbau der Energieabsorptionsvorrichtung und
eine einfache Integration in das Fahrzeug.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn die Energieabsorptionsvorrichtung in Fahrzeuglängsrichtung
gesehen auf Höhe
einer Karosseriesäule
angeordnet ist. Hier durch kann die Energieabsorptionsvorrichtung bei
einem Aufprall, insbesondere bei einem Seitenaufprall, mit mindestens
einer Karosseriesäule
zusammenwirken, wodurch der Verformungswiderstand einer Fahrgastzelle
weiter erhöht
werden kann. Insbesondere ist zumindest ein Abschnitt der Energieabsorptionsvorrichtung
fahrzeugmittig, beispielsweise auf Höhe der B-Säule
des Fahrzeugs angeordnet.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn sich die Energieabsorptionsvorrichtung in
Fahrzeuglängsrichtung
gesehen zwischen mindestens zwei Karosseriesäulen erstreckt. Hierdurch kann
unabhängig von
der Aufprallposition eines Fremdkörpers eine hohe Energieabsorptionswirkung
bereitgestellt werden. Beispielsweise kann sich die Energieabsorptionsvorrichtung
zumindest zwischen einer A-Säule und
einer C-Säule
eines Fahrzeugs erstrecken.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn die Wandstruktur einen Teil eines Türrahmens
des Fahrzeugs bildet. Dies ermöglicht
es, einen Fahrzeugbereich zu stabilisieren, welcher bei einem Seitenaufprall
besonders hohen Belastungen ausgesetzt ist.
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Vorzugsweise
bildet die Wandstruktur einen Seitenschweller des Fahrzeugs. Dies
ermöglicht
eine besonders einfache Integration der Energieabsorptionsvorrichtung
in das Fahrzeug.
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Eine
besonders gute Energieabsorptionswirkung ergibt sich, wenn die Energieabsorptionsvorrichtung
in Fahrzeughochrichtung gesehen auf Höhe einer Bodengruppe des Fahrzeugs
angeordnet ist. Hierdurch kann in einem bei einem Unfall besonders hoch
belasteten Bereich des Fahrzeugs Energie absorbiert werden. Daher
kann die Bodengruppe entlastet und dementsprechend leichter gebaut
werden. Beispielsweise kann die Bodengruppe aus einem Kunststoffmaterial
hergestellt werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Wandstruktur Teil einer Dachstruktur des Fahrzeugs.
Beispielsweise bildet die Wandstruktur einen Dachholm.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der
Erfindung sieht vor, dass die Wandstruktur Teil einer Stoßfängereinrichtung
des Fahrzeugs ist. Eine solche Energieabsorptionsvorrichtung kann
heckseitig oder bugseitig vorgesehen sein und erstreckt sich im
Wesentlichen in einer Fahrzeugquerrichtung.
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Vorzugsweise
ist die Wandstruktur umfangsseitig geschlossen. Auf diese Weise
kann die Wandstruktur eine Hülle
bilden, welche die Zusatzstruktur umhüllt. Dies erleichtert eine
Positionierung und/oder eine Festlegung der Zusatzstruktur innerhalb
der Wandstruktur.
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Vorzugsweise
begrenzt die Wandstruktur einen Hohlraum. Ein solcher Hohlraum ist
im Querschnitt vorzugsweise mehreckig, insbesondere quadratisch
oder rechteckförmig.
Der Hohlraum kann auch einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt
oder einen unregelmäßig geformten
Querschnitt aufweisen. Der Hohlraum ermöglicht es in besonders einfacher
Weise, mindestens eine Zusatzstruktur innerhalb der Wandstruktur
anzuordnen.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist die Wandstruktur einstückig hergestellt. Bei einer
solchen Wandstruktur sind die erste Wand und die zweite Wand durch
Abschnitte der Wandstruktur gebildet. Hierbei gehen die erste Wand und
die zweite Wand unmittelbar ineinander über oder sind mittels weiterer
Abschnitte der Wandstruktur miteinander verbunden.
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Günstig ist
es, wenn zumindest Anteile der Wandstruktur aus einem metallischen
Material hergestellt sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn Stahllegierungen
eingesetzt werden, welche eine hohe Zugfestigkeit aufweisen, beispielsweise
indem der Stahl Mangan-Anteile enthält. Diese Materialien weisen
eine besonders hohe Zugfestigkeit auf, sodass unter Dehnung dieser
Materialien eine besonders hohe Energie absorbiert werden kann.
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Auch
die Verwendung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen ist möglich, um
eine besonders leichte Wandstruktur herzustellen.
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Günstig ist
es ferner, wenn zumindest Anteile der Wandstruktur aus einem Kunststoffmaterial,
insbesondere aus einem Faserverbundkunststoff hergestellt sind.
Ein solches Material ermöglicht
es, Energie durch Dehnung zugbelasteter Fasern zu absorbieren. Insbesondere
ist hierfür
die Verwendung von Aramidfasern vorteilhaft.
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In
vorteilhafter Weise grenzt die Zusatzstruktur an mindestens eine
Wand der Wandstruktur. Hierdurch kann einer Verkleinerung des Abstands
zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand entgegengewirkt werden.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Zusatzstruktur an die erste Wand und
an die zweite Wand angrenzt. Hierdurch kann einer Abstandsverkleinerung
zwischen den Wänden
der Wandstruktur in besonders effektiver Weise entgegengewirkt werden.
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Günstig ist
es ferner, wenn die Zusatzstruktur mit mindestens einer Wand der
Wandstruktur verbunden ist. Hierdurch kann die Scherfestigkeit der
Energieabsorptionsvorrichtung erhöht werden, was insbesondere
bei einer gegenüber
einer zu der Wandstrukturachse senkrechten Richtung geneigten Aufprallrichtung
vorteilhaft ist.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Zusatzstruktur mit der ersten Wand
und mit der zweiten Wand verbunden ist. Hierdurch kann eine Verringerung
des Abstandes zwischen den Wänden
verhindert oder unter Stauchung der Zusatzstruktur zumindest verringert
werden. Zusätzlich
wird die Scherfestigkeit der Energieabsorptionsvorrichtung erhöht.
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Vorteilhaft
ist es ferner, wenn die Zusatzstruktur an eine Verbindungswand angrenzt,
welche die erste Wand und die zweite Wand miteinander verbindet
und Teil der Wandstruktur ist. Dies ermöglicht es, die Zusatzstruktur
entlang ihres Verlaufs zwischen den Wänden abzustützen und somit die Knickstabilität der Zusatzstruktur
zu erhöhen.
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Eine
besonders gute Abstützung
der Zusatzstruktur ergibt sich, wenn die Zusatzstruktur mit einer Verbindungswand
verbunden ist, welche die erste Wand und die zweite Wand miteinander
verbindet und Teil der Wandstruktur ist.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung sind zumindest Anteile der Zusatzstruktur aus einem metallischen
Material hergestellt. Hierbei ist insbesondere die Verwendung von
Aluminium oder Aluminiumlegierungen vorteilhaft. Hierdurch kann
eine besonders leichte Zusatzstruktur geschaffen werden.
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Günstig ist
es ferner, wenn zumindest Anteile der Zusatzstruktur aus einem Kunststoffmaterial
hergestellt sind. Auch hierdurch lässt sich eine leichte Zusatzstruktur
bereitstellen.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung sind zumindest Teile der Zusatzstruktur anisotop. Dies
ermöglicht
es, richtungsabhängige Festigkeitseigenschaften
der Zusatzstruktur zu nutzen.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn zumindest Teile der Zusatzstruktur in zueinander
orthogonalen Raumrichtungen unterschiedliche Verformungswiderstände bei
Druckbelastung aufweisen und derart zwischen den Wänden der
Wandstruktur angeordnet sind, dass die Raumrichtung, in welcher
der höchste Verformungswiderstand
anliegt, quer, insbesondere senkrecht, zu der Wandstrukturachse
verläuft.
Hierdurch kann eine in Richtung des Aufpralls drucksteife Anordnung
geschaffen werden, welche es ermöglicht,
Aufprallkräfte
von der ersten Wand über
die Zusatzstruktur auf die zweite Wand zu übertragen und Aufprallkräfte unter
Dehnung zumindest der zweiten Wand der Wandstruktur zu absorbieren.
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Bevorzugt
ist es, wenn die Zusatzstruktur mindestens einen Materialabschnitt
aufweist, welcher sich zumindest annähernd senkrecht zu der Wandstrukturachse
erstreckt. Dies ermöglicht
eine besonders einfache Versteifung der Wandstruktur in einer Aufprallrichtung.
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Bevorzugt
ist es ferner, wenn die Zusatzstruktur mindestens einen Materialabschnitt
aufweist, welcher gegenüber
einer zu der Wandstrukturachse senkrechten Richtung geneigt ist.
Auf diese Weise kann die Wandstruktur auch in zu einer Aufprallrichtung
geneigten Richtungen versteift werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Zusatzstruktur eine Mehrzahl von zueinander
parallelen Materialabschnitten aufweist. Hierdurch ist eine Versteifung
der Wandstruktur entlang der Erstreckung der Energieabsorptionsvorrichtung
ermöglicht.
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In
vorteilhafter Weise bildet der mindestens eine Materialabschnitt
eine Kammerbegrenzung für eine
sich zumindest annähernd
senkrecht zu der Wandstrukturachse erstreckende Kammer. Dies ermöglicht die
Bereitstellung einer in Aufprallrichtung steifen Zusatzstruktur.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Kammerbegrenzung umfangsseitig geschlossen
ist. Hierdurch kann eine besonders drucksteife Zusatzstruktur geschaffen
werden. Die Kammer ist im Querschnitt beispielsweise mehreckig,
insbesondere hexagonal, quadratisch oder rechteckförmig oder
auch kreisförmig
oder elliptisch.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Kammer Kammerquerschnitte auf, welche in
einer Richtung quer zu der Wandstrukturachse gesehen unterschiedlich sind.
Dies ermöglicht
es, in einfacher Weise die Drucksteifigkeit der Zusatzstruktur von
der ersten Wand ausgehend in Richtung auf die zweite Wand zu variieren.
Beispielsweise kann sich der Querschnitt von der ersten Wand in
Richtung auf die zweite Wand erweitern, sodass sich die Drucksteifigkeit
mit zunehmender Eindringtiefe eines Fremdkörpers erhöht. Hierdurch ist es möglich, eine
anfängliche
Beschleunigung des Fahrzeugs in Querrichtung nach Kontakt eines Fremdkörpers mit
der ersten Wand zu verringern. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn
sich der Kammerquerschnitt von der ersten Wand in Richtung auf die
zweite Wand konisch erweitert. Außerdem kann ein freies Verformungsvolumen
geschaffen werden, welches einen seitlichen Kontakt benachbarter Zusatzelemente
und damit einhergehende Seitenkraftbelastungen der Zusatzelemente
verhindert.
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Nach
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst
die Zusatzstruktur eine Mehrzahl von Zusatzelementen, welche in
zu der Wandstrukturachse paralleler Richtung zueinander beabstandet
angeordnet sind. Mit Hilfe der Zusatzelemente kann die Wandstruktur
entlang der Fahrzeuglängsachse
gesehen lokal oder punktweise versteift werden. Hierdurch kann eine
drucksteife Zusatzstruktur unter Einsatz nur sehr geringer Materialmengen
gebildet werden. Außerdem
können
Verformungsvolumen für
Zusatzelemente geschaffen werden, so dass ein Zusammendrücken der
Zusatzelemente in Querrichtung vermieden wird und so dass sich zumindest
Teile der Wandstruktur ungehindert dehnen können.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Zusatzelemente zueinander äquidistant
beabstandet sind. Hierdurch weist die Energieabsorptionsvorrichtung
in Richtung der Wandstrukturachse gesehen unabhängig von der Aufprallstelle
eines Fremdkörpers
zumindest annähernd
identische Energieabsorptionseigenschaften auf.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung sind mindestens zwei Zusatzelemente voneinander getrennt.
Diese Zusatzelemente stehen dadurch nicht in unmittelbarer Wirkverbindung
miteinander, dass ein Zwischenraum zwischen den Zusatzelementen
vorhanden ist. Hierdurch kann eine besonders leichte Zusatzstruktur
geschaffen werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst
die Energieabsorptionsvorrichtung mindestens eine Verbindungseinrichtung
zur Verbindung von mindestens zwei Zusatzelementen. Dies ermöglicht eine
be sonders einfache Positionierung der Zusatzelemente innerhalb des
zwischen den Wänden
gebildeten Zwischenraums der Wandstruktur.
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Günstig ist
es, wenn die mindestens eine Verbindungseinrichtung und die mindestens
zwei Zusatzelemente miteinander einstückig hergestellt sind. Dies
ermöglicht
eine besonders einfache Herstellung einer Zusatzstruktur.
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Günstig ist
es ferner, wenn die Zusatzstruktur eine Wabenstruktur umfasst, welche
ein niedriges Gewicht aufweist und besonders drucksteif ist.
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Vorzugsweise
umfasst die Wabenstruktur zueinander parallele Wabenwände, welchen
Wabenzellen begrenzen. Solche Wabenzellen sind im Querschnitt beispielsweise
sechseckig und bilden eine Honigwabenstruktur, auch ”honeycomb”-Struktur
genannt.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn sich die Wabenwände zumindest annähernd senkrecht
zu der Wandstrukturachse erstrecken. Auf diese Weise wird eine in
Fahrzeugquerrichtung hochsteife Zusatzstruktur bereitgestellt.
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Günstig ist
es ferner, wenn die Zusatzstruktur mindestens einen Versteifungsabschnitt
aufweist, welcher einenends mit der ersten Wand oder der zweiten
Wand und anderenends mit einer Verbindungswand der Wandstruktur
verbunden ist, welche die erste Wand und die zweite Wand miteinander
verbindet und Teil der Wandstruktur ist. Hierdurch wird eine Diagonalversteifung
der Wandstruktur ermöglicht.
Bei der Verbindungswand handelt es sich beispielsweise um eine bezogen
auf die Schwerkraft Richtung oben oder unten angeordnete Verbindungswand.
In entsprechender Weise ist der Versteifungsabschnitt bezogen auf
eine horizontale Ebene nach oben oder unten geneigt. Besonders bevorzugt
ist es, wenn der Versteifungsabschnitt gemeinsam mit Teilen der
Wandstruktur mindestens einen sich parallel zu der Wandstrukturachse
erstreckenden Hohlraum begrenzt. Hierdurch weist die Energieabsorptionsvorrichtung
ein hohes Flächenträgheitsmoment
auf.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung sind zumindest Teile der Zusatzstruktur
isotrop. Diese Zusatzstruktur oder diese Teile der Zusatzstruktur
weist oder weisen also richtungsunabhängige Festigkeitseigenschaften
auf, insbesondere Druckfestigkeitseigenschaften.
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Bevorzugt
ist es, wenn die Zusatzstruktur eine Schaumstruktur umfasst. Beispielsweise
handelt es sich um einen Metallschaum, insbesondere aus Aluminium,
oder um einen Kunststoffschaum, beispielsweise um Polyurethanschaum.
Ein solcher Polyurethanschaum weist vorzugsweise eine Dichte auf,
welche größer ist
als 400 kg/m3. Die Schaumstruktur ermöglicht es,
eine besonders leichte Zusatzstruktur bereitzustellen, welche die
Wandstruktur in Aufprallrichtung versteift. Auch die vorstehend
beschriebenen Zusatzelemente und/oder Materialabschnitte der Zusatzstruktur
können
aus einem Schaummaterial hergestellt sein.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Zusatzstruktur ein Fluid oder ist durch
ein Fluid gebildet. Hierbei handelt es sich insbesondere um ein
Medium, welches bei einer Umgebungstemperatur von 20°C gasförmig oder
flüssig ist.
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Bei
Verwendung eines solchen Fluids ist es insbesondere bevorzugt, wenn
das Fluid druckbeaufschlagt ist, sodass sich der Verformungswiderstand der
Wandstruktur in Aufprallrichtung erhöht.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Fluid um ein Fahrzeug-Betriebsmedium, beispielsweise um
Kraftstoff.
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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 eines Ausschnitts einer Ausführungsform
eines Fahrzeugs;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung
zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche
eine Zusatzstruktur mit voneinander getrennten Zusatzelementen umfasst;
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3 eine
Seitenansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 2 längs einer
in 2 mit III-III bezeichneten Schnittlinie;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung
zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche
eine Zusatzstruktur mit voneinander getrennten Zusatzelementen umfasst;
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5 eine
Seitenansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 4 längs einer
in 4 mit V-V bezeichneten Schnittlinie;
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6 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung
zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche
eine Zusatzstruktur mit voneinander getrennten Zusatzelementen umfasst;
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7 eine
Seitenansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 6 längs einer
in 6 mit VII-VII bezeichneten Schnittlinie;
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8 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung
zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche
eine Zusatzstruktur mit miteinander verbundenen Zusatzelementen
umfasst;
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9 eine
Seitenansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 8 längs einer
in 8 mit IX-IX bezeichneten Schnittlinie;
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10 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung
zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche
eine Zusatzstruktur in Form einer Wabenstruktur umfasst;
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11 eine
Seitenansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 10 längs einer
in 10 mit XI-XI bezeichneten Schnittlinie;
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12 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung
zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche
eine Zusatzstruktur mit mindestens einem sich in Fahrzeugquerrichtung
erstreckenden Materialabschnitt umfasst;
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13 eine
Vorderansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 12 längs einer
in 12 mit XIII-XIII bezeichneten Schnittlinie;
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14 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung
zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche
eine Zusatzstruktur in Form einer einteiligen Schaumstruktur umfasst;
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15 eine
Vorderansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 14 längs einer
in 14 mit XV-XV bezeichneten Schnittlinie;
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16 eine
perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung
zur Verwendung bei einem Fahrzeug gemäß 1, welche
eine Zusatzstruktur in Form einer mehrteiligen Schaumstruktur umfasst;
und
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17 eine
Vorderansicht der Energieabsorptionsvorrichtung gemäß 16 längs einer
in 16 mit XVII-XVII bezeichneten Schnittlinie.
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Gleiche
oder funktional äquivalente
Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Ein
in 1 abschnittsweise dargestelltes Fahrzeug 10 erstreckt
sich entlang einer Fahrzeuglängsrichtung 12 und
weist eine hierzu senkrechte Fahrzeugquerrichtung 14 sowie
eine zu den Richtungen 12 und 14 senkrechte Fahrzeughochrichtung 16 auf.
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Das
Fahrzeug 10 umfasst eine Karosseriestruktur 18,
welche vorzugsweise eine Mehrzahl von Karosseriesäulen 20, 22 aufweist.
Die Karosseriesäulen 20, 22 sind
in zu der Fahrzeuglängsrichtung 12 paralleler
Richtung zueinander beabstandet. Beispielsweise ist eine vordere
Karosseriesäule 20 in Form
einer A-Säule
ausgebildet. Ferner ist beispielsweise eine hintere Karosseriesäule 22 in
Form einer B-Säule
ausgebildet. Die Karosseriestruktur 18 umfasst ferner eine
in 1 angedeutete Bodengruppe 24, welche
sich im Wesentlichen in einer bezogen auf die Schwerkraftrichtung
horizontalen Ebene erstreckt. Die Karosseriestruktur 18 umfasst
ferner einen Seitenschweller 26, welcher in Fahrzeughochrichtung 16 gesehen
auf Höhe
der Bodengruppe 24 angeordnet ist. Der Seitenschweller 26 stützt sich
mit seiner der Bodengruppe 18 zugewandten, fahrzeuginnenseitigen
Rückseite
(ohne Bezugszeichen) an mindestens einer der Karosseriesäulen 20, 22 ab.
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Der
Seitenschweller 26 bildet einen Teil eines in 1 strichpunktiert
angedeuteten Türrahmens 28 des
Fahrzeugs 10.
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In 1 ist
ein Aufprallkörper 30 in
Form eines Seitenaufprallkörpers
schematisch dargestellt. Ein solcher Aufprallkörper kann beispielsweise durch einen
Pfahl oder durch ein weiteres Fahrzeug gebildet sein. Bei einem
Seitenaufprall des Fahrzeugs 10 auf den Aufprallkörper 30 wirkt
eine in Richtung auf das Fahrzeuginnere gerichtete Aufprallkraft 32,
welche in Fahrzeugquerrichtung 14 orientiert ist oder zumindest
eine zu der Fahrzeugquerrichtung 14 parallele Kraftkomponente
aufweist.
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Die
im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen
von Energieabsorptionsvorrichtungen 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 können bei
einem Fahrzeug 10 gemäß 1 verwendet
werden. Die Energieabsorptionsvorrichtungen 202 bis 216 können beispielsweise
einen Seitenschweller 26 und/oder einen Teil des Türrahmens 28 bilden.
Alternativ oder zusätzlich
hierzu können
die Energieabsorptionsvorrichtungen 202 bis 216 auch
als zu einem Seitenschweller 26 und/oder zu einem Teil
des Türrahmens 28 separate
Einrichtung vorgesehen sein. Eine zusätzliche Energieabsorptionsvorrichtung 202 bis 216 lässt sich
beispielsweise in Fahrzeughochrichtung 16 gesehen unterhalb
des Seitenschwellers 26 anordnen. Auch eine Anordnung der Energieabsorptionsvorrichtungen 202 bis 216 auf Dachhöhe des Fahrzeugs
oder als (Teil einer) Stoßfängereinrichtung
ist möglich.
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Eine
in den 2 und 3 dargestellte Ausführungsform
einer Energieabsorptionsvorrichtung 202 umfasst eine Wandstruktur 34,
welche sich entlang einer Wandstrukturachse 35 erstreckt,
und eine Zusatzstruktur 36.
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Die
Wandstrukturachse 35 erstreckt sich bei Anordnung der Wandstruktur 34 an
einem Fahrzeug 10 in einem unverformten Zustand der Wandstruktur 34 beispielsweise
in einer zu der Fahrzeuglängsrichtung 12 zumindest
annähernd
parallelen Richtung. Die Wandstruktur 34 weist eine erste
Wand 38 auf, sowie eine bezogen auf die erste Wand 38 fahrzeuginnenseitig
angeordnete zweite Wand 40.
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Vorzugsweise
sind die Wände 38 und 40 bezogen
auf die Fahrzeughochachse 16 zumindest im Wesentlichen
auf gleicher Höhe
angeordnet. Ferner ist es bevorzugt, wenn sich die erste Wand 38 zumindest
in etwa parallel zu der zweiten Wand 40 erstreckt.
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Die
erste Wand 38 bildet vorzugsweise einen Teil der Außenhaut
des Fahrzeugs 10.
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Die
Wände 38 und 40 sind
vorzugsweise mittels einer bodenseitigen Verbindungswand 42 und mittels
einer deckenseitigen Verbindungswand 44 miteinander verbunden.
Die Verbindungswände 42 und 44 erstrecken
sich beispielsweise in bezogen auf die Schwerkraftrichtung horizontalen
Ebenen.
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Die
Wandstruktur 34 umfasst ferner mindestens eine Stirnwand 46, 48,
welche jeweils an einem bezogen auf die Wandstrukturachse 35 der
Wandstruktur 34 vorderen oder hinteren Ende der Energieabsorptionsvorrichtung 202 angeordnet
sind. Die Stirnwände 46, 48 sind
optional.
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Die
Wände 38 und 40 begrenzen
gemeinsam mit den Verbindungswänden 42 und 44 einen umfangsseitig
geschlossenen Hohlraum 50. Der Hohlraum 50 weist
in einer durch die Fahrzeugquerrichtung 14 und die Fahrzeughochrichtung 16 aufgespannten
Ebene beispielsweise einen viereckförmigen Querschnitt auf.
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Die
Wände 38 und 40 sind
in Fahrzeugquerrichtung 14 gesehen zueinander beabstandet.
Ein Abstand 52 der Wände 38 und 40 entspricht
der Ausdehnung des Hohlraums 50 in Fahrzeugquerrichtung 14 gesehen.
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Die
den Hohlraum 50 in Umfangsrichtung begrenzenden Wände, insbesondere
die Wände 38, 40 und
die Verbindungswände 42, 44,
können
miteinander einstückig
hergestellt sein. Beispielsweise handelt es sich bei der Wandstruktur 34 um
eine Strangguss-Struktur.
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Die
Wände 38, 40 und/oder
die Verbindungswände 42, 44 weisen
vorzugsweise eine Wandstärke auf,
welche entlang der Wandstrukturachse 35 gesehen im Wesentlichen
konstant ist. Beispielsweise beträgt die Wandstärke der
Wände der
Wandstruktur 34 zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 5 mm.
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Der
Abstand 52 zwischen den Wänden 36 und 38 beträgt beispielsweise
ungefähr
2 cm bis ungefähr
15 cm.
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Der
Abstand zwischen den Verbindungswänden 42 und 44 beträgt beispielsweise
zwischen ungefähr
2 cm und 15 cm.
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Die
Wände der
Wandstruktur 34 sind vorzugsweise aus einem metallischen
Material hergestellt, welches eine hohe Dehngrenze aufweist. Beispielsweise
sind die Wände
der Wandstruktur 34 aus einer Stahllegierung hergestellt.
Alternativ hierzu können
die Wände
der Wandstruktur 34 aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise
einem faserverstärkten
Kunststoffmaterial, hergestellt sein.
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Die
Zusatzstruktur 36 der Energieabsorptionsvorrichtung 202 umfasst
eine Mehrzahl von Zusatzelementen 54. Die Zusatzelemente 54 sind
in dem Hohlraum 50 angeordnet. In einem unverformten Zustand
der Energieabsorptionsvorrichtung 202 sind die Zusatzelemente 54 bezogen
auf eine zu der Fahrzeuglängsrichtung 12 parallele
Richtung hintereinander angeordnet. Zwischen zwei benachbarten Zusatzelementen 54 sind
Zwischenräume 56 vorgesehen.
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Die
Zusatzelemente 54 erstrecken sich jeweils entlang einer
Zusatzelementachse 58. Vorzugsweise verlaufen die Zusatzelementachsen 58 parallel
zueinander. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Zusatzelementachsen 58 im
unverformten Zustand der Energieabsorptionsvorrichtung 202 zumindest
annähernd
in zu der Wandstrukturachse 35 senkrechten Richtungen verlaufen.
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Die
Zusatzelemente 54 weisen jeweils einen sich parallel zu
ihrer Zusatzelementachse 58 erstreckenden Materialabschnitt 60 auf.
Bei der in den 2 und 3 dargestellten
Ausführungsform
der Energieabsorptionsvorrichtung 202 ist der Materialabschnitt 60 durch
einen Hohlzylinder gebildet. Hierbei entspricht die Zylinderachse
der Zusatzelementachse 58.
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Der
Materialabschnitt 60 begrenzt mit einer Innenfläche 62 eine
sich entlang der Zusatzelementachse 58 erstreckende Kammer 64.
Die Kammer 64 weist einen kreisförmigen Kammerquerschnitt 66 auf.
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Die
Zusatzelemente 54 erstrecken sich entlang der Zusatzelementachse 58 gesehen
zwischen einem fahrzeugaußenseitigen
Ende 68 und einem fahrzeuginnenseitigen Ende 70.
Vorzugsweise grenzt mindestens eines der Enden 68, 70 an
eine der hierzu jeweils benachbarten Wände 38, 40.
Ferner ist es bevorzugt, wenn mindestens eines der Enden 68, 70 mit
einer dem Hohlraum 50 zugewandten Innenfläche jeweils
einer Wand 38, 40 verbunden ist. Eine solche Verbindung
kann beispielsweise durch eine Klebeverbindung, durch eine Schweißverbindung
und/oder durch Formschluss und/oder durch Reibschluss hergestellt
werden.
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Die
Energieabsorptionsvorrichtung 202 funktioniert wie folgt.
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Bei
einem Aufprall eines Aufprallkörpers 30 auf
ein Fahrzeug 10 wird eine Aufprallkraft 32 über die
erste Wand 38 der Wandstruktur 34 in die Zusatzstruktur 36 eingeleitet.
Die Zusatzstruktur 36 überträgt die in
die erste Wand 38 eingeleitete Kraft auf die zweite Wand 40.
Gegebenenfalls erfolgt die Kraftübertragung
von der ersten Wand 38 auf die zweite Wand 40 unter
anteiliger Stauchung mindestens eines Zusatzelements 54.
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Die
Zusatzstruktur 36 bewirkt, dass der Abstand 52 zwischen
den Wänden 38 und 40 auch
nach Einleitung der Aufprallkraft 32 erhalten bleibt oder
zumindest teilweise erhalten bleibt. Auf diese Weise kann zumindest
ein zu der Aufprallkraft 32 senkrechter Abschnitt 72 der
zweiten Wand 40 dehnend beansprucht werden, wodurch eine
hohe Energiemenge absorbiert werden kann. Zusätzliche Energieanteile können durch
Dehnung der ersten Wand 38 und/oder der Verbindungswände 42 und 44 aufgenommen werden.
Schließlich
ermöglicht
es eine anteilige Stauchung der Zusatzstruktur 36, Energie
zu absorbieren.
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Auf
diese Weise kann mittels der Energieabsorptionsvorrichtung 202 eine
besonders hohe Aufprallenergie absorbiert werden. Hierdurch kann
ein raumgreifendes Eindringen eines Aufprallkörpers 30 in die Fahrgastzelle
eine Fahrzeugs 10 verhindert oder zumindest abgeschwächt werden.
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Bezüglich des
Aufbaus und der Funktionsweise der im Folgenden beschriebenen Energieabsorptionsvorrichtungen 204, 206, 208, 210, 212, 214, 216 wird
auf die vorstehende Beschreibung der Energieabsorptionsvorrichtung 202 Bezug
genommen. Im Folgenden wird daher lediglich auf die Besonderheiten
der Energieabsorptionsvorrichtungen 204 bis 216 eingegangen.
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Eine
in den 4 und 5 dargestellte Energieabsorptionsvorrichtung 204 unterscheidet
sich von der Energieabsorptionsvorrichtung 202 durch die Geometrie
der Zusatzelemente 54. Die Zusatzelemente 54 der
Energieabsorptionsvorrichtung 204 weisen jeweils einen
Materialabschnitt 74 auf, welcher zu einer zu der Wandstrukturachse 35 senkrechten
Richtung geneigt angeordnet ist. Der Materialabschnitt 74 ist
in Form eines hohlen Kegelstumpfmantels gebildet. Der Materialabschnitt 74 begrenzt eine
kegelstumpfförmige
Kammer 64.
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Entlang
der Zusatzelementachse 58 gesehen vergrößert sich der Kammerquerschnitt 66 der Kammer 64 ausgehend
von der ersten Wand 38 hin zu der Wand 40. Mit
Hilfe des sich in Richtung einer Aufprallkraft 32 gesehen
vergrößernden
Kammerquerschnitts 66 wird erreicht, dass die Zusatzelemente 54 der
Wandstruktur 34 bei Aufprall eines Aufprallkörpers 30 einen
zunächst
niedrigeren Verformungswiderstand aufweisen und dass sich dieser Verformungswiderstand
mit zunehmender Stauchung der Zusatzelemente 54 erhöht. Auf
diese Weise können
die bei einem Aufprall auftretenden Beschleunigungen verringert
werden.
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Eine
in den 6 und 7 dargestellte Energieabsorptionsvorrichtung 206 umfasst
eine Mehrzahl von Zusatzelementen 54, welche eine Mehrzahl von
Materialabschnitten 60 aufweisen, welche sich im unverformten
Zustand der Energieabsorptionsvorrichtung 206 zumindest
im Wesentlichen parallel zu der Fahrzeugquerrichtung 14 erstrecken.
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Die
Zusatzelemente 54 der Energieabsorptionsvorrichtung 206 weisen
zwei zueinander beabstandete und zueinander parallele Materialabschnitte 60a und 60b auf.
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Die
Materialabschnitte 60a und 60b sind mittels zwei
Materialabschnitten 60c und 60d miteinander verbunden.
Die Materialabschnitte 60c und 60d bilden eine
Diagonalversteifung des Zusatzelements 54.
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Jeweils
drei der Materialabschnitte 60a bis 60d begrenzen
gemeinsam jeweils eine Kammer 64a, 64b, welche
sich parallel zu der Zusatzelementachse 58 erstrecken.
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Eine
in den 8 und 9 dargestellte Energieabsorptionsvorrichtung 208 weist
eine Mehrzahl von Zusatzelementen 54a, 54b auf,
welche jeweils einen im Querschnitt massiven Materialabschnitt 60 aufweisen,
welcher sich im unverformten Zustand der Energieabsorptionsvorrichtung 208 in
Fahrzeugquerrichtung 14 erstreckt.
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Jeweils
zwei zueinander benachbarte Zuatzelemente 54a oder 54b sind
zueinander äquidistant beabstandet.
Der Abstand zwischen zwei Zusatzelementen 54a oder zwischen
zwei Zusatzelementen 54b ist kleiner als der Abstand zwischen
zwei Zusatzelementen 54a und 54b. Alternativ hierzu
können sämtliche
Zusatzelemente 54a, 54b zueinander äquidistant
beabstandet sein.
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Im
Unterschied zu der Energieabsorptionsvorrichtung 202 sind
die Zusatzelemente 54a, 54b mittels einer Verbindungseinrichtung 76 miteinander ver bunden.
Die Verbindungseinrichtung 76 umfasst eine Mehrzahl von
Verbindungsabschnitten 78, welche jeweils zwei zueinander
benachbarte Zusatzelemente 54a, 54b miteinander
verbinden. Die Verbindungsabschnitte 78 sind insbesondere
einstückig
mit den Zusatzelementen 54a, 54b ausgebildet.
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Beispielsweise
bilden die Zusatzelemente 54a, 54b und die Verbindungsabschnitte 78 der
Verbindungseinrichtung 76 eine einstückige Zusatzstruktur 36.
Diese Zusatzstruktur ist beispielsweise aus einem Schaummaterial,
insbesondere aus Metallschaum oder einem Polyurethanschaum hergestellt.
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Eine
in den 10 und 11 dargestellte Energieabsorptionsvorrichtung 210 umfasst
eine Zusatzstruktur 36, welche in Form einer Wabenstruktur 80 ausgebildet
ist.
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Die
Wabenstruktur 80 umfasst eine Vielzahl von sich im unverformten
Zustand der Energieabsorptionsvorrichtung 210 in Fahrzeugquerrichtung 14 erstreckenden
Wabenwänden 82.
Die Wabenwände 82 begrenzen
jeweils im Querschnitt mehreckige, vorzugsweise sechseckige Wabenzellen 84.
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Die
Wabenwände 82 können beispielsweise aus
Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sein.
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Eine
in den 12 und 13 dargestellte Energieabsorptionsvorrichtung 212 umfasst
eine Zusatzstruktur 36 mit einem Materialabschnitt 60.
Der Materialabschnitt 60 erstreckt sich in einer Ebene,
die parallel ist zu einer Ebene, welche durch die Fahrzeuglängsrichtung 12 und
die Fahrzeugquerrichtung 14 aufgespannt wird.
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Der
Materialabschnitt 60 unterteilt den Hohlraum 50 der
Wandstruktur 34 in eine Mehrzahl von Teilhohlräumen.
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Der
Materialabschnitt 60 weist eine Dicke auf, welche beispielsweise
gleich der Wandstärke
einer der Wände 38, 40, 42, 44 der
Wandstruktur 34 ist.
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Vorzugsweise
ist der Materialabschnitt 60 an seinem fahrzeugaußenseitigen
Ende 68 mit der ersten Wand 38 verbunden. Ferner
ist es bevorzugt, wenn der Materialabschnitt 60 an seinem
Fahrzeuginnenseitigen Ende 70 mit der zweiten Wand 40 verbunden
ist.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn der Materialabschnitt 60 und die
Wände 38, 40, 42, 44 der Wandstruktur 34 miteinander
einstückig
hergestellt sind.
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Die
Energieabsorptionsvorrichtung 212 umfasst mindestens einen
Versteifungsabschnitt 86, 88, welcher einenends
mit einer der Wände 38, 40,
vorzugsweise mit der ersten Wand 38, verbunden ist, und
anderenends mit einer der Verbindungswände 42, 44.
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Die
Versteifungsabschnitte 86, 88 unterteilen den
Hohlraum 50 in eine Mehrzahl von Teilhohlräumen.
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Die
Versteifungsabschnitte 86, 88 bilden eine Diagonalversteifung
der Wandstruktur 34.
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Vorzugsweise
sind die Versteifungsabschnitte 86 und 88 einstückig mit
der Wandstruktur 34 hergestellt.
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Eine
in den 14 und 15 dargestellte Ausführungsform
einer Energieabsorptionsvorrichtung 214 umfasst eine Zusatzstruktur 36 in
Form einer Schaumstruktur 90.
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Vorzugsweise
füllt die
Schaumstruktur 90 den durch die Wände 38 bis 44 der
Wandstruktur 34 begrenzten Hohlraum 50 vollständig aus.
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Beispielsweise
ist die Schaumstruktur 90 aus einem Metallschaum, insbesondere
aus einem Aluminiumschaum, hergestellt. Alternativ hierzu ist die
Schaumstruktur 90 aus einem Kunststoffschaum, beispielsweise
aus Polyuretanschaum, hergestellt.
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Hinsichtlich
des Aufbaus und der Funktionsweise einer in den 16 und 17 dargestellten Ausführungsform
einer Energieabsorptionsvorrichtung 216 wird auch auf die
vorstehende Beschreibung der Energieabsorptionsvorrichtung 214 Bezug genommen.
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Im
Unterschied zu der Energieabsorptionsvorrichtung 214 umfasst
die Energieabsorptionsvorrichtung 216 eine mehrteilige
Schaumstruktur 90.
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Die
mehrteilige Schaumstruktur 90 umfasst beispielsweise mindestens
zwei Schaumstrukturabschnitte 90a, 90b.
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Die
Schaumstrukturabschnitte 90a, 90b grenzen an ihren
fahrzeugaußenseitigen
Enden 68 an die erste Wand 38 und mit ihren fahrzeuginnenseitigen
Enden 70 an die zweite Wand 40.
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Die
Schaumstrukturabschnitte 90a und 90b sind bezogen
auf die Fahrzeughochrichtung 16 zueinander beabstandet
angeordnet.
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Der
Schaumstrukturabschnitt 90a grenzt an die bodenseitige
Verbindungswand 42 der Wandstruktur 34.
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Der
Schaumstrukturabschnitt 90b grenzt an die deckenseitige
Verbindungswand 44 der Wandstruktur 34.