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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher, insbesondere zum Speichern von elektrischer Energie, der aus einer Mehrzahl von Energiespeicherelementen gebildet ist, und einer Führungsanordnung, an der wenigstens eines der Energiespeicherelemente bewegbar gelagert ist, wobei das Energiespeicherelement in einer Einbauposition festgelegt ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeugantriebstrang mit einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung und mit einer Energiespeicheranordnung der oben beschriebenen Art zum Bereitstellen von elektrischer Energie und zum Antreiben der elektrischen Maschine.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, Kraftfahrzeuge alleine mittels eines Elektromotors anzutreiben (Elektrofahrzeug) oder mittels einer Kombination eines Elektromotors und einer Antriebsmaschine einer anderen Art (Hybridantrieb) anzutreiben. Dabei wird die zum Antreiben des Elektromotors notwendige elektrische Energie in einem elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel einer Batterie oder einem Akkumulator gespeichert. Der Energiespeicher kann von Zeit zu Zeit mittels einer externen elektrischen Energiequelle aufgeladen werden und kann dazu dienen, zurückgewonnene Bremsenergie (Rekuperationsenergie) zu speichern.
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Der elektrische Energiespeicher stellt allerdings in einem Kraftfahrzeug im Falle eines Unfalls eine potentielle Gefahr dar, da durch Deformationen der Karosserie des Kraftfahrzeugs die Kontakte des Energiespeichers freigelegt werden können oder in Kontakt mit der Karosserie oder dergleichen geraten können und somit für die Insassen durch elektrische Spannung eine potentielle Gefahr darstellen. Ferner kann bei Beschädigung des elektrischen Energiespeichers eine weitere Gefahr durch potentielle Lecks und das damit verbundene Auslaufen des üblicherweise verwendeten Elektrolyts bestehen.
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Zum Sichern der Insassen vor Überspannungen im Falle eines Unfalls ist es aus dem Stand der Technik bekannt, im Falle eines Unfalls mittels einer Treibladung die elektrischen Kontakte des Energiespeichers abzusprengen und somit eine ungewünschte Überspannung beispielsweise an der Karosserie zu vermeiden.
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Aus der
DE 197 38 620 C1 ist ein Batterieträger bekannt, der in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs beweglich gelagert ist, um im Falle eines Unfalls die Batterie von der Karosserie des Fahrzeugs zu entkoppeln und die Verzögerung beim Aufprall zu dämpfen.
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Nachteilig dabei ist es, dass die Batterie am Aufprallort durch die Verformung der Karosserie beschädigt werden kann und somit die Insassen durch Überspannungen und/oder auslaufendes Elektrolyt gefährdet werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird daher eine Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art bereitgestellt, bei der dem Energiespeicherelement ein Aktuator zugeordnet ist, der dazu ausgebildet ist, eine Kraft auf das Energiespeicherelement auszuüben, um das Energiespeicherelement aus der Einbauposition zu lösen und auf der Führungsanordnung zu bewegen.
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Ferner wird erfindungsgemäß daher ein Kraftfahrzeugantriebstrang bereitgestellt mit einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung und mit einer Energiespeicheranordnung der oben beschriebenen Art zum Bereitstellen von elektrischer Energie und zum Antreiben der elektrischen Maschine.
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Vorteile der Erfindung
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Dadurch, dass das Energiespeicherelement mittels des Aktuators aus der Einbauposition gelöst und auf der Führungsanordnung bewegt werden kann, kann das Energiespeicherelement im Falle eines Unfalls von einer Deformationszone des Kraftfahrzeugs entfernt werden und so vor Beschädigungen geschützt werden. Ferner kann durch die Bewegung der Masse des Energiespeichers relativ zu dem Kraftfahrzeug die Belastung der Insassen durch den Aufprallimpuls reduziert werden. Im Allgemeinen kann somit die Sicherheit für die Insassen erhöht werden.
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Es ist bevorzugt, wenn die Führungsanordnung wenigstens eine Führungsschiene aufweist, auf der das Energiespeicherelement in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs bewegbar gelagert ist.
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Dadurch kann bei einem Front- oder Heckaufprall des Fahrzeugs die Batterie von der Verformungszone im Frontbereich oder im Heckbereich entfernt werden, wodurch der Energiespeicher vor Beschädigungen geschützt werden kann.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Führungsanordnung wenigstens eine Führungsschiene aufweist, auf der das Energiespeicherelement in einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs bewegbar gelagert ist. Dabei kann diese Führungsschiene in Alleinstellung oder in Kombination mit einer Längsschiene im Fahrzeug ausgebildet sein.
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Dadurch kann bei einem Seitenaufprall die Batterie aus der Verformungszone bewegt und somit vor Beschädigungen geschützt werden. Weiterhin kann bei einem drohenden Überschlag des Kraftfahrzeugs die Batterie in seitlicher Richtung bewegt werden und so zur Stabilisierung des Kraftfahrzeugs dienen.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Aktuator dazu ausgebildet ist, das Energiespeicherelement über die Führungsanordnung in eine Sicherungsposition zu bewegen und in der Sicherungsposition zu fixieren.
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Dadurch kann das Energiespeicherelement in einer sicheren Position auch bei nachfolgenden Bewegungen des Kraftfahrzeugs gehalten werden und dort vor Beschädigungen geschützt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Energiespeicheranordnung eine Sensoranordnung zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, im Falle eines Aufpralles oder eines bevorstehenden Aufpralls des Kraftfahrzeugs den Aktuator zu betätigen.
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Dadurch kann eine besondere Gefahrensituation erfasst werden und das Energiespeicherelement in bestimmten Gefahrensituationen gezielt aus dem Gefahrenbereich bewegt werden.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn der Aktuator dazu ausgebildet ist, das Energiespeicherelement an einen Abschnitt des Kraftfahrzeugs zu bewegen, der von einem Aufprallabschnitt bzw. einer Deformationszone abgewandt ist.
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Dadurch können Deformationen des Energiespeicherelementes und die damit verbundenen Schäden vermieden werden und die Impulsbelastung der Insassen kann durch die entgegengesetzte Bewegung des Aufpralls reduziert werden.
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Es ist von besonderem Vorzug, wenn der Aktuator ein pyrotechnischer, pneumatischer oder hydraulischer Aktuator ist.
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Dadurch kann mit einfachen technischen Mitteln in relativ kurzer Zeit genügend Energie aufgebracht werden, um das Energiespeicherelement aus der Einbauposition zu bewegen und aus der Gefahren- bzw. Deformationszone herauszubewegen.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn der Aktuator eine Druckkammer mit einem Ventil aufweist, wobei das Ventil dazu ausgebildet ist, beim Betätigen des Aktuators wenigstens teilweise geöffnet zu werden.
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Dadurch kann im Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs ein notwendiger und dosierter Druck bereitgestellt werden, um das Energiespeicherelement aus der Einbauposition herauszubewegen.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn der Aktuator dazu ausgebildet ist, das Energiespeicherelement mittels eines durch das Ventil entweichenden Drucks zu bewegen.
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Dadurch kann mit einfachen Mitteln eine Kraft auf das Energiespeicherelement ausgeübt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Ventil in einer Schließposition fixiert ist und dazu ausgebildet ist, durch einen Aufprall des Kraftfahrzeugs vermöge der eigenen Masse aus der Schließposition bewegt zu werden.
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Dadurch kann mit einfachen Mitteln ein Aufprall und eine Richtung des Aufpralls erfasst werden, um das Energiespeicherelement entsprechend aus der Einbauposition zu bewegen.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Ventil einen kontinuierlich variablen Öffnungsgrad aufweist.
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Dadurch können der bereitgestellte Druck und die damit verbundene Kraft auf das Energiespeicherelement individuell dosiert werden.
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Es ist alternativ bevorzugt, wenn das Ventil einen in diskreten Stufen variablen Öffnungsgrad aufweist. Dadurch können mit technisch einfachen Mitteln unterschiedliche Kräfte auf das Energiespeicherelement ausgeübt werden, wodurch eine angepasste Kraft und eine angepasste Beschleunigung des Energiespeicherelementes erzielt werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher, der in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs bewegbar gelagert ist;
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2 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher, der in Längsrichtung und in Querrichtung des Kraftfahrzeug bewegbar gelagert ist;
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3 zeigt einen Aktuator mit einer Druckkammer und einem Verschlussventil;
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform des Aktuators mit Druckkammer und Verschlussventil;
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5 zeigt ein Verschlussventil für die Druckkammer zum Bereitstellen eines kontinuierlich variablen Drucks; und
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6 zeigt ein Verschlussventil für die Druckkammer zum Bereitstellen von diskreten Druckstufen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 10 weist eine Energiespeicheranordnung 12 auf, die zur Bereitstellung von elektrischer Energie für einen nicht dargestellten Elektromotor vorgesehen ist. Die Energiespeicheranordnung 12 weist einen elektrischen Energiespeicher 14 auf, der als Batterie 14 oder Akkumulator 14 ausgebildet ist. Die Energiespeicheranordnung 12 weist ferner eine Führungsschiene 16 auf, an der der Energiespeicher 14 bewegbar gelagert ist. Dem Energiespeicher 14 sind zwei Aktuatoren 18, 20 zugeordnet, die dazu ausgebildet sind, eine Kraft auf den Energiespeicher 14 auszuüben, um den Energiespeicher 14 auf der Führungsschiene 16 zu bewegen. Der Energiespeicher 14 ist in einer Einbauposition 22 auf der Führungsschiene 16 angeordnet und in dieser Einbauposition 22 fixiert. Diese Einbauposition 22 ist in dieser schematischen Darstellung die Mitte des Kraftfahrzeugs 10, wobei diese Einbauposition 22 jede beliebige Position des Kraftfahrzeugs 10 sein kann. Die Führungsschiene 16 weist an gegenüberliegenden Enden jeweils einen Anschlag 24, 26 auf, zwischen denen der Energiespeicher 14 auf der Führungsschiene bewegt werden kann. Die Anschläge 24, 26 der Führungsschiene 16 bilden jeweils eine Endposition 28, 30, an die der Akkumulator auf der Führungsschiene 16 bewegt werden kann.
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Im Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs 10 wird der Energiespeicher 14 durch einen der Aktuatoren 18, 20 aus der Einbauposition 22 gelöst und entlang der Führungsschiene 16 in eine der Endpositionen 28, 30 bewegt. Dadurch kann der Energiespeicher aus einer Gefahrenzone bzw. aus einer Deformationszone des Kraftfahrzeugs 10 herausbewegt werden und an der jeweiligen Endposition 28, 30 gesichert werden. An der Endposition 28, 30 rastet der Energiespeicher 14 ein und kann somit in dieser sicheren Position gehalten werden. Je nach Ort des Aufpralls wird der Energiespeicher 14 an die jeweils abgewandte Seite bewegt, also gegen die Aufprallrichtung.
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Der Energiespeicheranordnung 12 ist ferner ein Beschleunigungssensor 32 zugeordnet, der mit den Aktuatoren 18, 20 verbunden ist und einen Aufprall des Kraftfahrzeugs 10 erfasst und entsprechend einen der Aktuatoren 18, 20 betätigt, um den Energiespeicher 14 von der Aufpralllzone bzw. Deformationszone wegzubewegen.
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Im Ergebnis kann somit beim Erfassen eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs 10 oder alternativ beim Erfassen eines bevorstehenden Aufpralls des Kraftfahrzeugs 10 der Energiespeicher 14 von einem der Aktuatoren 18, 20 aus der Einbauposition 22 herausbewegt werden und entlang der Führungsschiene 16 in eine der sicheren Endpositionen 28, 30 bewegt werden.
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Es versteht sich, dass die Führungsschiene 16 allgemein als Führungssystem ausgebildet sein kann, und beispielsweise zwei oder mehr parallele Führungsschienen aufweisen kann.
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An den Anschlägen 24, 26 sind nicht gesondert dargestellte Dämpfungssysteme vorgesehen, die ein Anschlagen des Energiespeichers 14 an dem jeweiligen Anschlag 24, 26 dämpfen.
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In 2 ist eine alternative Ausführungsform der Energiespeicheranordnung 12 aus 1 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind. Die Energiespeicheranordnung 12 weist die Führungsschiene 16 auf, die in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet ist. Ferner weist die Energiespeicheranordnung 12 eine zweite Führungsschiene 34 auf, die in einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet ist. Die zweite Führungsschiene 34 ist im Wesentlichen identisch mit der Führungsschiene 16 ausgebildet und weist an ihren jeweiligen Enden Anschläge 36, 38 auf. Der Energiespeicher 14 ist entsprechend sowohl auf der Führungsschiene 16 als auch auf der Führungsschiene 34 bewegbar gelagert. Dem Energiespeicher 14 sind ferner Aktuatoren 40, 42 zugeordnet, die auf den Energiespeicher 14 eine Kraft ausüben können, um den Energiespeicher 14 entlang der Führungsschiene 34 zu bewegen.
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Vergleichbar mit dem System aus 1 ermöglicht die zusätzliche zweite Führungsschiene 34 eine Bewegung des Energiespeichers 14 in der Querrichtung des Kraftfahrzeugs 10. Die Aktuatoren 40, 42 sind dazu ausgebildet, beispielsweise bei einem Seitenaufprall den Energiespeicher 14 entlang der Führungsschiene 34 zu einem der Anschläge 36, 38 zu bewegen und dort in einer entsprechenden Endposition 44, 46 zu fixieren. Dadurch kann der Energiespeicher 14 auch bei einem Seitenaufprall aus der Deformationszone wegbewegt werden bzw. an einer der Deformationszone abgewandten Seite in einer sicheren Endposition 44, 46 positioniert oder eingerastet werden. Zur Erfassung eines Aufpralls oder eines drohende Aufpralls sind die Aktuatoren 40, 42 mit dem Beschleunigungssensor 32 verbunden.
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Durch die Energiespeicheranordnung 12 mit der Führungsschiene 16 und der Führungsschiene 34 kann der Energiespeicher 14 somit sowohl in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs als auch in Querrichtung des Kraftfahrzeugs bewegt und aus einer vorderen, hinteren und seitlichen Deformationszone im Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs 10 wegbewegt werden. Weiterhin kann durch die Führungsschiene 34 das Kraftfahrzeug 10 bei einem drohenden Überschlag stabilisiert werden, indem der Energiespeicher 14 in eine der Endpositionen 44, 46 bewegt wird und somit kann durch gezielte Gewichtsverlagerung das Kraftfahrzeug 10 stabilisiert wird.
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Im Allgemeinen kann durch die Energiespeicheranordnung 12 aus 1 oder 2 auch im Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs ein Impuls auf die Insassen reduziert werden, wodurch die Sicherheit der Insassen weiterhin erhöht werden kann.
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In 3 ist ein Aktuator zum Bewegen des Energiespeichers 14 schematisch dargestellt und allgemein mit 50 bezeichnet. Der Aktuator 50 dient dazu, als einer der Aktuatoren 18, 20, 40, 42 eingesetzt zu werden.
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Der Aktuator 50 weist eine Druckkammer 52 mit einer Öffnung 54 auf, die mittels eines Ventils 56 verschlossen ist. Das Ventil 56 wird mittels einer Feder 58 gegen die Öffnung 54 gedrückt, um so die Öffnung 54 zu verschließen. An der Öffnung 54 sind Druckauslasskanäle 60 angeordnet, die einen aus der Druckkammer 52 durch die Öffnung 54 hindurch entweichenden Druck gezielt leiten, um beispielsweise den Energiespeicher 14 zu bewegen.
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In der Druckkammer 52 wird pyrotechnisch, pneumatisch oder hydraulisch ein Druck erzeugt, der auf das Ventil 56 wirkt. Dem Druck wirkt die Feder 58 entgegen und verschließt die Öffnung 54 mittels des Ventils 56. Der Aktuator 50 ist im Fahrzeug so ausgerichtet, dass beim Aufprall des Kraftfahrzeugs und der dadurch verbundenen Beschleunigung die Masse des Ventils 56 gegen die Federkraft der Feder 58 wirkt und dadurch die Öffnung 54 öffnet. Dadurch kann der Druck aus der Druckkammer 52 entweichen und über die Druckausgangskanäle 60 auf den Energiespeicher 14 wirken und diesen aus der Einbauposition 22 bewegen. Somit bildet der Aktuator 50 sowohl eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer entsprechenden Kraft zum Bewegen des Energiespeichers 14 als auch den Beschleunigungssensor 32.
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Der Druck in der Druckkammer 52 kann beispielsweise durch Zünden bzw. Abbrennen von Gas generierenden Chemikalien – wie bei Airbag-Gasgeneratoren – erzeugt werden.
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In 4 ist eine alternative Ausführungsform des Aktuators 50 schematisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Unterschiede und Besonderheiten erläutert sind. Das Ventil 56 verschließt die Öffnung 54 und ist mittels der Feder 58 gegen die Öffnung 54 vorgespannt. An der Öffnung 54 ist eine Druckausgangskammer 62 ausgebildet, in die der Druck aus der Druckkammer 52 entweichen kann, sofern die Öffnung 54 von dem Ventil 56 freigegeben bzw. geöffnet wird. In der Druckausgangskammer 62 sind das Ventil 56, die Feder 58 und eine Federhalterung 64 angeordnet. Sofern das Kraftfahrzeug 10 eine starke Beschleunigung durch einen Aufprall erfährt, wird das Ventil 56 vermöge seiner Gewichtskraft und der damit verbundenen Beschleunigung in Richtung der Feder 58 bewegt, so dass durch den Aufprall die Öffnung 54 geöffnet wird. Der Druck aus der Druckkammer 52 entweicht dann über die Druckausgangskammer 62 und kann den Energiespeicher 14 entsprechend bewegen. Dadurch stellt der Aktuator 50 sowohl eine Kraft zum Bewegen des Energiespeichers 14 bereit als auch einen entsprechenden Beschleunigungssensor.
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In 5 ist das Ventil 56 schematisch dargestellt. Das Ventil 56 weist einen Ventilkopf 64 und einen Ventilstift 66 auf, der Ventilkopf 64 wird mittels der Feder 58 gegen die Öffnung 54 gedrückt, um diese zu verschließen. Der Ventilstift 66 ragt in die Druckkammer 52 hinein bzw. in ein dem Druckbehälter 52 zugeordnetes Rohr 68. Der Ventilstift ist kegelförmig ausgebildet, so dass die Öffnung 54 je nach Axialposition des Ventils 56 eine unterschiedlich große Auslassöffnung für den Druck bildet. Dadurch kann der Druck, der aus der Druckkammer 52 entweicht, kontinuierlich über die Axialposition des Ventils 56 gesteuert werden. Dadurch kann eine individuelle Kraft auf den Energiespeicher 14 ausgeübt werden, um diesen je nach Stärke des Aufpralls des Kraftfahrzeugs 10 aus der Einbauposition 22 zu bewegen.
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In 6 ist eine alternative Ausführungsform des Ventils 56 dargestellt. Das Ventil 56 weist den Ventilkopf 64 auf. Das Ventil 56 weist ferner einen stufenförmigen Ventilstift 70 auf, der in das Rohr 68 hineinragt. Die Feder 58 drückt den Ventilkopf 64 gegen die Öffnung 54, um diese zu verschließen. Der Ventilstift 70 ist zylinderförmig ausgebildet, und zwar mit mehreren, insbesondere drei unterschiedlich großen Durchmessern. Je nach Axialposition des Ventils 56 wird die Öffnung 54 dadurch in drei unterschiedlichen Öffnungsgraden geöffnet. Dadurch wird eine stufenförmige Druckcharakteristik durch das Ventil bereitgestellt. Im Ergebnis können durch das Ventil 56 demnach je nach Aufprallstärke drei unterschiedlich große Kräfte auf den Energiespeicher 14 ausgeübt werden.
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Im Ergebnis kann somit der Energiespeicher 14 mittels einer an die Aufprallstärke des Kraftfahrzeugs angepassten Kraft aus der Einbauposition 22 bewegt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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