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Die Erfindung betrifft ein Deformationselement gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Gattungsgemäße Deformationselemente sind aus dem Stand der Technik bekannt. Verschiedene Richtlinien fordern spezielle Anforderungen an den Fahrzeuginnenraum bzw. die Fahrzeugstruktur. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist es notwendig, dass energieabsorbierende Elemente sogenannte Deformationselemente unter den Verkleidungen bzw. Karosserieabschnitten eingebaut werden müssen.
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Je nach Lastfall werden dabei unterschiedliche Anforderungen an die Steifigkeit von Fahrzeugstrukturen gestellt. Bei Auffahrunfällen und bei einem Aufprall eines Fahrzeuges auf ein festes Hindernis muss die Fahrzeugstruktur eine relativ hohe Steifigkeit aufweisen, um bei den auftretenden hohen Kräften möglichst viel kinetische Energie umzuwandeln und damit Beschädigungen des Fahrzeuges zu verhindern oder zu reduzieren. Im Gegensatz dazu muss bei Unfällen mit Fußgängern beispielsweise die Fahrzeugfront wesentlich weicher sein, um den Kraftverlauf günstig zu beeinflussen. Ferner sind im Fahrzeuginnenraum an gefährdeten Stellen Deformationselemente untergebracht, um den Insassen zu schützen.
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Die
DE 7144102 U beispielsweise offenbart ein platten- oder blockförmiges Knautschelement zum Einbau in Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, zum Aufzehren oder Herabmindern der kinetischen Energie bei Zusammenstößen durch Verformung, wobei es aus einer Anzahl Schichten, Lagen oder Reihen bienenwabenartig, wellenförmig oder dergleichen angeordneter Einzelkörper besteht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Energieabsorptionselement zu schaffen, welches die kinetische Energie von bewegten Massen z. B. Kopf im Innenraum oder Fußgänger auf geringem Raum durch plastische Deformation eines Werkstoffes umwandelt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
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Die Erfindung besteht darin, dass innerhalb des Deformationselements und/oder der Deformationsschichten zumindest ein Lastbestimmungselement vorgesehen ist, wobei mittels des Lastbestimmungselements unterschiedliche Lastfälle abgebildet bzw. berücksichtigt werden können. Das erfindungsgemäße Deformationselement zeichnet sich u. a. dadurch aus, dass nach einem anfänglich steilen Kraftanstieg bei zeitlich fortschreitender Energieabsorption ein waagerechtes Plateau mit nahezu gleicher Kraft auftritt. Die dabei aufgenommene (absorbierte) Arbeit ist als Fläche unter der Kraft-Wegkurve definiert. Das Deformationselement kann also speziell für bestimmte auftretende Lastfälle ausgelegt bzw. ausgebildet werden und durch das Vorsehen des zumindest einen Lastbestimmungselements innerhalb des Deformationselements und/oder der Deformationsschicht unter Berücksichtigung verschiedener Lastfälle deformiert werden. Die hohe umzusetzende kinetische Energie eines Ereignisses (z. B. Kopfaufprall Innenraum, Fußgängeraufprall) erfordert eine hohe Effizienz des Deformationselements, d. h. einen Energieabsorber mit möglichst idealen Kraft-Deformations-Kennlinien.
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Beispielsweise kann das Lastbestimmungselement als zell- oder wabenstrukturfreie Zwischenschicht ausgebildet sein. Insbesondere kann die Zwischenschicht zwischen einer oberen und unteren Deformationsschicht angeordnet sein. Beispielsweise können auch zwei oder mehr Zwischenschichten übereinander angeordnet sein. Beispielsweise wird die Zwischenschicht aus einer ersten ebenen oberen Schicht und einer dazu beabstandeten zweiten ebenen unteren Schicht gebildet.
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Beispielsweise kann das Lastbestimmungselement als Ausnehmung oder Lücke innerhalb der Zell- oder Wabenstruktur ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Ausnehmung oder Lücke durch Unregelmäßigkeiten betreffend die Aufteilung und/oder Ausgestaltung der Zell- oder Wabenstruktur geschaffen werden. Beispielsweise kann der Verlauf der Zell- oder Wabenstruktur (Wellenverlauf) innerhalb einer Deformationsschicht unterbrochen bzw. vergrößert sein um Ausnehmungen oder Lücken zu erzeugen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Deformationselement eine durch unterschiedlichen Beschnitt der Deformations- oder Zwischenschichten bzw. durch unterschiedliche Anordnung im Zusammenschluss der Schichten und unter Berücksichtigung an die zu erwartende Krafteinwirkung auf das Deformationselement und/oder an den zwischen den Wandungen oder anderen Bauteilen zur Verfügung stehenden Raum angepasste, beliebige Grundform aufweisen kann. Insbesondere besteht somit die Möglichkeit der Steuerung des Deformationsverhaltens des Deformationselements über die Einstellung/Ausbildung der einzelnen Schichten. Die einzelnen Schichten des Deformationselements können beliebige Grundformen haben, wodurch im Wesentlichen jede beliebige 3-D Form generiert werden kann. Durch die Anordnung bzw. Ausbildung der einzelnen Schichten kann die Deformation des Elements optimal auf den Lastfall (beispielsweise Fußgängerschutz Beinaufprall (Stoßfänger Querträger) oder Fahrzeuginnenraum (Kopfaufprall)) abgestimmt werden.
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Beispielsweise kann das Deformationselement bzw. die das Deformationselement bildende Deformations- und/oder Zwischenschicht aus einem Zellstoffprodukt, insbesondere aus Wellpappe, bestehen. Dadurch ergibt sich ein geringes Gewicht, eine einfache Herstellbarkeit besonders für Kleinserien und Prototypen, eine einfache Befestigung an Innenraum- oder Konstruktionsteilen (insbesondere durch Kleben) sowie eine hohe Anfangssteifigkeit.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, dass ein- oder mehrlagige Verbunde von Deformations- und Zwischenschichten durch ein die Verformungseigenschaften der Schichten unbeeinträchtigt lassendes Fügeverfahren miteinander verbunden sein können. Beispielsweise kann das Fügen der Schichten durch Kleben erfolgen. Bei der Herstellung des Deformationselements ist beispielsweise folgender Ablauf/Aufbau denkbar:
- – einzelne Wellpappschichten werden beispielsweise durch Schneiden, Stanzen oder dergleichen in Form gebracht;
- – die einzelnen Schichten können je nach Anforderung an das Deformationsverhalten unterschiedlich aufgebaut sein und beispielsweise unterschiedliche Zell- oder Wabenstrukturen (Wellenverläufe) und/oder unterschiedliche Raumgewichte aufweisen;
- – die einzelnen Schichten können dann unlösbar miteinander verklebt werden.
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Durch diese Herstellungsweise ist es möglich, die Deformationselemente dreidimensional zu gestalten, bei geradem Beschnitt beispielsweise treppenstufenartig und bei schrägem Beschnitt beispielsweise stufenlos. Auch ist es möglich unterschiedliche Steifigkeiten durch unterschiedliche Deformations- und/oder Zwischenschichten zu erhalten.
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Beispielsweise kann die Zellstruktur S-förmig (Wellenförmig) zwischen einer ebenen oberen und einer ebenen unteren Zellstoffschicht verlaufen und unlösbar mit dieser verbunden sein. Dies macht die Deformationsschicht insbesondere in der Richtung quer zum Wellenverlauf sehr steif, parallel zu den Wellen aber biegsam. Neben der Wahl der Wellenkombination und der Zellstoffsorte mit dem entsprechenden Flächengewicht ist die Konstruktion mitentscheidend für die Stabilität der Deformationsschicht bzw. des Deformationselements.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Deformationselement in seitlicher Schnittansicht;
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2 den schematisch dargestellten Aufbau mehrerer Deformationsschichten;
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3 die schematisch dargestellte Verteilung/Anordnung einer S-förmigen Zellstruktur;
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4 den schematisch dargestellten Schichtaufbau eines Deformationselements in perspektivischer Darstellung;
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5 den schematisch dargestellten Schichtaufbau eines weiteren Deformationselements in perspektivischer Darstellung;
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6 die schematisch dargestellte Kraft-Wegkurve des erfindungsgemäßen Deformationselements.
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1 zeigt ein Deformationselement 1 für den Insassen- oder Personenschutz in oder an einem Fahrzeug.
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Das Deformationselement 1 weist einen mehrlagigen Schichtaufbau 2 auf, wobei der Schichtaufbau 2 vier Deformationsschichten 3, 4, 5, 6 und zwei als Lastbestimmungselement dienende zell- oder wabenstrukturfreie Zwischenschichten L1 und L2 umfasst. Die Deformationsschichten 3 und 4 bilden den oberen Abschnitt 7 des Deformationselements 1. Unterhalb der Deformationsschicht 4 ist die erste Zwischenschicht L1 vorgesehen, wobei die Zwischenschicht L1 oberhalb mit der Deformationsschicht 4 und unterhalb mit der Oberseite der Deformationsschicht 5 verbunden ist. An die Deformationsschicht 5 schließt sich die Zwischenschicht 12 an, die zwischen Deformationsschicht 5 und Deformationsschicht 6 angeordnet ist. Alle Deformations- oder Zwischenschichten 3, 4, 5, 6, L1 und L2 sind jeweils mit der benachbarten Schicht verklebt.
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Die Deformationsschichten 3, 4, 5, 6 weisen unterschiedliche Dicken t1, t2, t3, t4 und unterschiedliche S-förmige Zellstrukturen (Wellenverlauf) 8, 9, 10, 11 auf. Bei den Deformationsschichten 3, 4, 5, 6 handelt es sich um Wellpappschichten. Die Zwischenschichten L1 und L2 weisen ebenfalls unterschiedliche Dicken t5 und t6 auf.
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Innerhalb der Deformationsschichten 4 und 5 wird die S-förmige Zellstruktur 9 und 10 von weiteren als Lastbestimmungselemente fungierenden Ausnehmungen 13 und 14 unterbrochen. Die Deformations- und Zwischenschichten 3, 4, 5, 6, L1 und L2 weisen zudem einen unterschiedlichen und unregelmäßigen Beschnitt auf.
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Durch die unterschiedliche Anordnung und Ausbildung der einzelnen Deformationsschichten 3, 4, 5, 6 (beispielsweise längs oder quer verlaufend oder steif oder weich ausgebildet) sowie der entsprechenden Lastbestimmungselemente L1 bis L4 kann das Deformationselement 1 optimal auf einen entsprechenden Lastfall abgestimmt werden.
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2 zeigt den schematisch dargestellten Aufbau mehrerer Deformationsschichten A, B, C und D aus Wellpappe. Die Deformationsschicht A zeigt eine einseitige Wellpappe. Die Deformationsschicht B zeigt eine einwellige Wellpappe. Die Deformationsschicht C zeigt eine zweiwellige Wellpappe und die Deformationsschicht D zeigt eine dreiwellige Wellpappe.
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3 zeigt die schematisch dargestellte Verteilung/Anordnung einer S-förmigen Zellstruktur (Wellenverlauf) 8' und 9' innerhalb einer Deformationsschicht 3' und 4'. Dabei weist die S-förmige Zellstruktur 8' eine kleinere Wellenlänge D sowie eine kleinere Wellenhöhe A als die Wellenhöhe B bzw. die Wellenlänge C der S-förmigen Zellstruktur 9' auf.
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4 zeigt den schematisch dargestellten blockartigen Schichtaufbau 2' eines Deformationselements 1' in perspektivischer Darstellung. Die einzelnen Schichten S2, S3 und S4 werden treppenförmig übereinander angeordnet.
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5 zeigt den schematisch dargestellten Schichtaufbau 2'' eines Deformationselements 1'' in perspektivischer Darstellung. Die einzelnen Schichten S5, S6, S7, S8 und S9 werden hintereinander angeordnet.
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Durch den unterschiedlichen Beschnitt der einzelnen Schichten kann somit prinzipiell jede beliebige Form generiert werden.
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6 zeigt die schematisch dargestellte Kraft-Wegkurve des in 1 gezeigten Deformationselements.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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