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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, ein Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer derartigen Vorrichtung, auf ein entsprechendes Steuergerät sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt für einen Einsatz in Fahrzeugen.
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Zum Schutz von Fahrzeuginsassen und Fußgängern bei Kollisionen werden häufig Crashboxen bzw. Aufprallstrukturen eingesetzt. Diese Strukturen werden im Vorderwagen und/oder im Heck eines Fahrzeugs verbaut und können nach einem Unfall ausgetauscht werden.
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Die
EP 1 792 786 A2 zeigt eine Crashbox zur Eingliederung zwischen einem Stoßfängerquerträger und einem Fahrzeuglängsträger eines Kraftfahrzeugs. Die Crashbox weist ein gehäuseartiges Deformationsprofil als Faltkonstruktion aus Metallblech und eine längsträgerseitige Flanschplatte auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, ein Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, wobei die Vorrichtung eine Matrize zum Aufnehmen und Deformieren eines Deformationselements bei einer Bewegung des Deformationselements in einer Vorschubrichtung entlang einer durch eine Richtung einer Aufprallkraft bedingten ersten Kraftrichtungskomponente aufweist, weist folgende Merkmale auf:
eine Querkrafteinrichtung zum Aufnehmen und asymmetrischen Deformieren des Deformationselements bei Vorliegen einer durch die Richtung der Aufprallkraft bedingten zweiten Kraftrichtungskomponente quer zu der ersten Kraftrichtungskomponente; und
eine Betätigungseinrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit zumindest eines Teilabschnitts der Querkrafteinrichtung in Abhängigkeit von der Richtung der Aufprallkraft, um zusätzlich zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch die Matrize die Querkrafteinrichtung zum Aufnehmen der Aufprallenergie zu aktivieren oder deaktivieren.
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Die Vorrichtung kann in einem Fahrzeug zum Schutz der Insassen und Fußgänger vor der Aufprallenergie bei einer Kollision des Fahrzeugs mit einem stationären Objekt oder einem beweglichen Objekt, wie beispielsweise einem weiteren Fahrzeug, installiert sein. Die Vorrichtung kann in einem Vorderwagen und/oder in einem Heck des Fahrzeugs angeordnet sein. Bei der Vorrichtung kann es sich um eine sogenannte Crashstruktur bzw. Crashbox handeln. Die Vorrichtung kann das Deformationselement als einen Verjüngungsabsorber aufweisen. Der Verjüngungsabsorber basiert auf dem Prinzip einer Verformung, beispielsweise einer Verjüngung, des Deformationselements zum Aufnehmen und Abbauen der Aufprallenergie in einem Kollisionsfall. Das Deformationselement kann als ein längliches Bauteil mit z. B. rundem oder ovalem oder (recht-)eckigem Querschnitt ausgeformt sein. Bei dem Deformationselement kann es sich um ein Rohr, eine andere Profilform oder dergleichen handeln. Das Deformationselement kann an einem der Matrize zugewandten Ende eine Verjüngung aufweisen. Ansprechend auf eine Kollision kann das Deformationselement in der Vorschubrichtung entlang seiner Längsachse durch die Matrize bewegt und dabei durch die Matrize aufgenommen und deformiert bzw. verjüngt werden, um Aufprallenergie zu absorbieren. Die Vorschubrichtung kann einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs entgegengerichtet sein. Die Vorschubrichtung kann im Wesentlichen entlang einer durch eine Richtung einer Aufprallkraft bedingten ersten Kraftrichtungskomponente bzw. einer Vorwärtsaufprallrichtung auf das Fahrzeug entsprechen. Die Matrize kann ausgebildet sein, um bei einem Eindringen des Deformationselements in die Matrize in der Vorschubrichtung aufgrund der Aufprallenergie das Rohr verjüngend zu verformen bzw. deformieren. Dabei kann die Matrize z. B. einen Ring bilden, dessen lichtes Maß geringer als ein maximaler Außendurchmesser des Deformationselements ist. Die Innenseite der Matrize kann beispielsweise ganz oder teilweise schräg verlaufen, sodass die Matrize eine Art Trichter bildet, der zu der Verjüngung des Deformationselements führen kann, während sich aufgrund einer Kollision das Deformationselement in der Vorschubrichtung an der Innenseite der Matrize entlang bewegt. Auch kann ansprechend auf eine Kollision das Deformationselement im Wesentlichen in der Vorschubrichtung entlang seiner Längsachse durch die Querkrafteinrichtung bewegt und dabei durch die Querkrafteinrichtung aufgenommen und deformiert werden, um Aufprallenergie zu absorbieren. Die Querkrafteinrichtung kann ausgebildet sein, um bei einem Eindringen des Deformationselements in die Querkrafteinrichtung im Wesentlichen in der Vorschubrichtung aufgrund der Aufprallenergie das Rohr zu verformen bzw. deformieren. Die Querkrafteinrichtung kann ausgebildet sein, um bei Vorliegen einer durch die Richtung der Aufprallkraft bedingten zweiten Kraftrichtungskomponente, die quer zu der ersten Kraftrichtungskomponente gerichtet ist, das Deformationselement asymmetrisch verformen bzw. deformieren. Unter einer quer zu einer Referenzrichtung ausgerichteten Kraftkomponente kann in der vorliegenden Beschreibung eine Kraftkomponente verstanden werden, deren Richtung sich in Bezug zur Referenzrichtung unterscheidet. Zum asymmetrischen Verformen des Deformationselements kann die Steifigkeit zumindest eines Teilabschnitts der Querkrafteinrichtung in Abhängigkeit von der Richtung der Aufprallkraft mittels der Betätigungseinrichtung eingestellt werden. Durch eine Deformation des Deformationselements an der Matrize kann ein erster Energiebetrag der Aufprallenergie abgebaut werden. Durch eine Deformation des Deformationselements an der Querkrafteinrichtung kann ein zweiter Energiebetrag der Aufprallenergie abgebaut werden. Hierbei kann der erste Energiebetrag kleiner oder größer als der zweite Energiebetrag sein oder dem zweiten Energiebetrag entsprechen. Die Vorrichtung kann auch zumindest eine weitere Matrize aufweisen, deren Ausgestaltung jener der Matrize entsprechen kann. Hierbei kann ein mittels der zumindest einen weiteren Matrizen abbaubarer, weiterer Energiebetrag dem ersten Energiebetrag entsprechen oder sich von demselben unterscheiden.
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Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, wobei die Vorrichtung eine Matrize zum Aufnehmen und Deformieren eines Deformationselements bei einer Bewegung des Deformationselements in einer Vorschubrichtung entlang einer durch eine Richtung einer Aufprallkraft bedingten ersten Kraftrichtungskomponente, eine Querkrafteinrichtung zum Aufnehmen und asymmetrischen Deformieren des Deformationselements bei Vorliegen einer durch die Richtung der Aufprallkraft bedingten zweiten Kraftrichtungskomponente quer zu der ersten Kraftrichtungskomponente und eine Betätigungseinrichtung zum Einstellen einer Steifigkeit zumindest eines Teilabschnitts der Querkrafteinrichtung in Abhängigkeit von der Richtung der Aufprallkraft aufweist, um zusätzlich zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch die Matrize die Querkrafteinrichtung zum Aufnehmen der Aufprallenergie zu aktivieren oder deaktivieren, weist den folgenden Schritt auf:
Ansteuern der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von der Richtung der Aufprallkraft, um die Steifigkeit der Vorrichtung einzustellen.
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Das Verfahren kann in Verbindung mit einer Ausführungsform der oben genannten Vorrichtung vorteilhaft ausgeführt werden. Insbesondere kann im Schritt des Ansteuerns bewirkt werden, dass die Steifigkeit des zumindest einen Teilabschnitts der Querkrafteinrichtung bezüglich des Deformationselements mittels der Betätigungseinrichtung in Abhängigkeit von der Richtung der Aufprallkraft eingestellt wird. Hierbei kann im Schritt des Ansteuerns bewirkt werden, dass die Betätigungseinrichtung bei Abwesenheit der zweiten Kraftrichtungskomponente zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch die Matrize in einer ersten Betätigungsstellung die Querkrafteinrichtung deaktiviert bzw. deren Steifigkeit senkt bzw. eine asymmetrische Deformation deaktiviert. Ferner kann bewirkt werden, dass die Betätigungseinrichtung bei Vorliegen der zweiten Kraftrichtungskomponente zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch die Matrize und die Querkrafteinrichtung in einer zweiten Betätigungsstellung die Querkrafteinrichtung aktiviert bzw. deren Steifigkeit erhöht bzw. eine asymmetrische Deformation aktiviert. Somit kann im Schritt des Ansteuerns bewirkt werden, dass die Betätigungseinrichtung zwischen der ersten Betätigungsstellung und der zweiten Betätigungsstellung bewegt wird bzw. zwischen einem ersten Betätigungszustand und einem zweiten Betätigungszustand verändert wird.
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Das Verfahren kann beispielsweise in einem Steuergerät durchführt werden, das mit der im Vorhergehenden erläuterten Vorrichtung verbunden oder in diese integriert sein kann. Das Steuergerät kann ausgebildet sein, um den Schritt des hier vorgestellten Verfahrens in zumindest einer entsprechenden Einrichtung der im Vorhergehenden erläuterten hier vorgestellten Vorrichtung durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft gelöst werden.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale hinsichtlich einer Richtung einer Aufprallkraft sowie eines zu erwartenden Energiebetrags der Aufprallenergie verarbeitet und in Abhängigkeit davon Ansteuersignale für die Betätigungseinrichtung ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn der Programmcode auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Somit können die in dem Programmcode definierten Schritte des Verfahrens von Einrichtungen des Computers oder der Vorrichtung umgesetzt werden.
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Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit in Gestalt einer adaptiven Crashstruktur mit asymmetrischer Kraftstufe zum Erzeugen bzw. Absorbieren von Querkräften bereitgestellt werden. So kann beispielsweise die adaptive Crashstruktur eine oder mehrere Kraftstufen, die in axialer Richtung einer zu deformierenden Struktur wirken, und eine weitere Kraftstufe aufweisen, durch deren Aktivierung auch Querkräfte quer zu der axialen Richtung speziell erzeugt bzw. absorbiert werden können. Hierbei kann zum Beispiel bei bekannter Kraftrichtung die weitere Kraftstufe geschaltet werden, wodurch Querkräfte beispielsweise durch eine asymmetrische Rohrverjüngung erzeugt bzw. absorbiert werden können. Dabei kann die Steifigkeit der Kraftstufe für Querkräfte in Abhängigkeit von einer Aufprallrichtung angepasst werden.
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Vorteilhafterweise kann insbesondere bei Schrägcrashs gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Aufprallkräften in Querrichtung entgegengewirkt werden. Somit können bei Frontalaufprallszenarien sowie bei Schrägaufprallszenarien Fahrzeugschäden und Insassenschäden reduziert oder vermieden werden, da Aufprallkräfte mit mehr als einer Kraftrichtungskomponente vorteilhaft abgebaut werden können. Es kann bei Schrägcrashs eine verbesserte Absorption der Aufprallenergie erreicht werden. Dabei können auch unterschiedliche Richtungen von Aufprallkräften berücksichtigt werden.
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Ferner kann vorteilhafterweise mittels Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung situationsgerecht eine geeignete Steifigkeit bereitgestellt werden. Beispielsweise auf ein Signal hin, welches eine Fahrsituation und/oder Aufprallsituation klassifiziert, kann eine Steifigkeit bzw. die entsprechende Kraft-Weg-Kennung der Vorrichtung gewählt bzw. eingestellt werden. Insbesondere können gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch große Steifigkeitsdifferenzen mittels der Vorrichtung realisiert werden. Bedeutsam hierbei ist, dass mehrere Steifigkeitsniveaus bzw. Kraftniveaus zur Energieabsorption in einer Vorrichtung realisiert werden können, wobei die Steifigkeitsniveaus auch weit auseinanderliegen können. Dies kann durch eine Kombination verschiedener Energieabsorptionsmechanismen mit entsprechender Mechanik erreicht werden. Beispielsweise kann eine geringe Aufnahme von Aufprallenergie mittels Verformung des Deformationselements durch die Matrize und kann eine große Aufnahme von Aufprallenergie mittels Verformung des Deformationselements durch die Querkrafteinrichtung erfolgen. Solche Kraftniveauunterschiede in Fahrzeuglastpfaden treten beispielsweise in einem Längslastpfad von Vorderwagenstrukturen auf. Zum Fußgängerschutz kann ein geringes Kraftniveau einstellbar sein, wobei zum Insassenschutz ein hohes Kraftniveau einstellbar sein kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung kann die Querkrafteinrichtung zumindest ein Verjüngungselement zum asymmetrischen Verjüngen des Deformationselements aufweisen. Dabei kann die Querkrafteinrichtung z. B. einen Ring oder dergleichen ausbilden, dessen lichtes Maß auf einen Wert einstellbar ist, der geringer als ein maximaler Außendurchmesser des Deformationselements ist. Eine Innenseite der Querkrafteinrichtung kann beispielsweise ganz oder teilweise schräg verlaufen, sodass die Querkrafteinrichtung eine Art Trichter bildet, der zu der asymmetrischen Verjüngung des Deformationselements führen kann, während sich aufgrund einer Kollision das Deformationselement in der Vorschubrichtung an der Innenseite der Querkrafteinrichtung entlang bewegt. Eine solche Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass durch eine Verjüngung als Energieabsorptionsprinzip ein Zielsteifigkeitsniveau schon zu Beginn einer translatorischen Bewegung des Deformationselements, z. B. eines runden oder ovalen Rohres, schnell erreicht werden kann und das Steifigkeitsniveau bei der Verjüngung ohne erhebliche Schwankungen beibehalten werden kann.
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Auch kann die Querkrafteinrichtung zumindest zwei Teilabschnitte mit unabhängig voneinander einstellbarer Steifigkeit aufweisen. Hierbei können ein erster Teilabschnitt der Querkrafteinrichtung und ein zweiter Teilabschnitt der Querkrafteinrichtung ausgebildet sein, um mittels der Betätigungseinrichtung unabhängig voneinander relativ zu einem Vorschubbereich des Deformationselements bewegbar und/oder fixierbar zu sein. Dabei können die zumindest zwei Teilabschnitte identisch zueinander ausgeformt sein. Die Teilabschnitte können Umfangsteilabschnitte einer ringförmigen Querkrafteinrichtung repräsentieren. Eine solche Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die asymmetrische Verformung auf konstruktiv einfache Weise und zuverlässig realisiert werden kann. Hierbei sind lediglich die Teilabschnitte der Querkrafteinrichtung entsprechend zu betätigen.
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Ferner kann die Querkrafteinrichtung zumindest zwei Teilabschnitte aufweisen, die zum asymmetrischen Deformieren des Deformationselements unterschiedlich ausgeformt sein können. Hierbei kann ein erster Teilabschnitt der Querkrafteinrichtung ausgebildet sein, um eine starke Verformung des Deformationselements zu bewirken. Ein zweiter Teilabschnitt der Querkrafteinrichtung kann ausgebildet sein, um eine geringe Verformung des Deformationselements zu bewirken. Die zumindest zwei Teilabschnitte können mittels der Betätigungseinrichtung einzeln oder gemeinsam betätigbar sein. Die Teilabschnitte können Umfangsteilabschnitte einer ringförmigen Querkrafteinrichtung repräsentieren. Eine solche Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass die asymmetrische Verformung konstruktiv besonders einfach und zuverlässig realisiert werden kann. Hierbei können die Teilabschnitte der Querkrafteinrichtung auch gleichlaufend betätigt werden, um die asymmetrische Verformung zu erreichen.
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Zudem kann die Querkrafteinrichtung in der Vorschubrichtung bezüglich der Matrize nachgelagert angeordnet oder anordenbar sein. Eine solche Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass zunächst Aufprallenergie durch Verjüngung des Deformationselements mittels der Matrize aufgenommen werden kann und im Falle eines Vorliegens des größeren Energiebetrags der Aufprallenergie anschließend zusätzlich durch Verjüngung des Deformationselements mittels der Querkrafteinrichtung aufgenommen werden kann. Insbesondere kann hierbei mittels der Querkrafteinrichtung auch eine bezüglich der Vorschubrichtung quer verlaufende Kraftkomponente der Aufprallkraft aufgenommen werden. Somit ist die Anordnung der Querkrafteinrichtung und der Matrize relativ zueinander konstruktiv günstig, um geeignete Steifigkeiten der Vorrichtung auch bezogen auf die Querkrafteinrichtung verglichen mit der Matrize auf einfache Weise bereitzustellen. Auch kann die Vorrichtung bei aktivierter Querkrafteinrichtung als Standardeinstellung ausfallsicher eine zweistufige Energieaufnahme mittels der Matrize sowie der Querkrafteinrichtung bereitstellen.
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Auch kann die Betätigungseinrichtung ausgebildet sein, um bei Abwesenheit der zweiten Kraftrichtungskomponente zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch die Matrize oder die Matrize und die Querkrafteinrichtung in einer ersten Betätigungsstellung die Querkrafteinrichtung zu deaktivieren oder zum symmetrischen Deformieren des Deformationselements zu aktivieren, und bei Vorliegen der zweiten Kraftrichtungskomponente zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch die Matrize und die Querkrafteinrichtung in einer zweiten Betätigungsstellung die Querkrafteinrichtung zum asymmetrischen Deformieren des Deformationselements zu aktivieren. Somit können bei Abwesenheit der zweiten Kraftrichtungskomponente mittels der Betätigungseinrichtung die Matrize und gegebenenfalls zusätzlich die Querkrafteinrichtung zum symmetrischen Deformieren des Deformationselements aktivierbar oder aktiviert sein. Eine solche Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass sowohl Querkräfte bei einem Schrägaufprall als auch eine angepasste bzw. abgestufte Aufnahme unterschiedlicher Aufprallenergieniveaus durch Zuschalten, Abschalten oder Anpassen der Verformungssymmetrie der Querkrafteinrichtung berücksichtigt werden können. Somit kann flexibler auf verschiedene Aufprallszenarien reagiert werden, um zuverlässig einen Insassenschutz realisieren zu können.
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Insbesondere kann die Betätigungseinrichtung ausgebildet sein, um bei Vorliegen der zweiten Kraftrichtungskomponente zum Aufnehmen der Aufprallenergie durch die Matrize und die Querkrafteinrichtung in Abhängigkeit von der Richtung der Aufprallkraft die Steifigkeit eines ersten Teilabschnitts der Querkrafteinrichtung zu erhöhen und die Steifigkeit eines zweiten Teilabschnitts der Querkrafteinrichtung zu senken, um eine Querkraft entgegen der zweiten Kraftrichtungskomponente der Aufprallkraft bereitzustellen. Hierbei kann die asymmetrische Deformation des Deformationselements durch die Querkrafteinrichtung mittels der Betätigungseinrichtung einstellbar sein. Dabei kann die Betätigungseinrichtung ausgebildet sein, um zur asymmetrischen Deformation identisch ausgeformte Teilabschnitte der Querkrafteinrichtung mit unterschiedlichen Kraftbeträgen gegen einen Vorschubbereich des Deformationselements hin vorzuspannen. Auch kann die Betätigungseinrichtung ausgebildet sein, um zur asymmetrischen Deformation unterschiedlich ausgeformte Teilabschnitte der Querkrafteinrichtung mit gleichen oder unterschiedlichen Kraftbeträgen gegen den Vorschubbereich des Deformationselements hin vorzuspannen. Eine solche Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass mittels einer richtungsabhängigen, asymmetrischen Deformation zuverlässig und flexibel auf einen Schrägaufprall reagiert werden kann.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 bis 6 schematische Darstellungen von Vorrichtungen mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; und
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7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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Die im Nachfolgenden erläuterten adaptiven Crashstrukturen ersetzen Teile bestehender Vorderwagenstrukturen in Kraftfahrzeugen. Beispielsweise können die hierin vorgeschlagenen Strukturen die Crashbox und den vorderen Teil der Längsträger sowie auch beispielsweise Komponenten eines Fußgängerschutzsystems ersetzen, kann aber auch an anderer Stelle im Lastpfad eingesetzt werden.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung bzw. einen Längsschnitt einer Vorrichtung 100 mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei der Vorrichtung 100 handelt es sich beispielsweise um eine sogenannte adaptive Crashstruktur. Die Vorrichtung 100 ist zum Beispiel in einem Vorderwagenabschnitt eines Fahrzeugs installiert. Gezeigt sind ein Sensorelement 110, ein Verjüngungsrohr 120 bzw. Rohr als ein Deformationselement, eine Matrize 130 bzw. Primärmatrize, eine Querkrafteinrichtung 140 bzw. schaltbare Verjüngungsstufe mit einem ersten Teilabschnitt bzw. Element 142 für starke Verjüngung sowie einem zweiten Teilabschnitt bzw. Element 144 für schwache Verjüngung, eine Grundplatte 150, eine erste Kraftrichtungskomponente A bzw. eine Axialkraft sowie eine zweite Kraftrichtungskomponente B bzw. eine Querkraft einer Aufprallkraft und eine Vorschubrichtung C bzw. Bewegungsrichtung. Die Vorrichtung 100 weist das Sensorelement 110, das Verjüngungsrohr 120, Matrize 130 und die Querkrafteinrichtung 140 auf. Die Vorrichtung 100 ist an der Grundplatte 150 angebracht. Die Vorrichtung 100 ist ausgebildet, um eine durch einen Aufprall bedingte Aufprallenergie aufzunehmen. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise in der Vorrichtung 100 ein Verjüngungsprinzip zur Energieabsorption angewandt.
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Die Vorschubrichtung C repräsentiert eine Bewegungsrichtung des Verjüngungsrohrs 120 relativ zu der Matrize 130 und der Querkrafteinrichtung 140 im Fall eines Aufpralls eines Hindernisses auf das Fahrzeug oder des Fahrzeugs auf ein Hindernis. Die Vorschubrichtung C erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer Längserstreckungsachse des Verjüngungsrohrs 120. Die Vorschubrichtung C erstreckt sich ferner im Wesentlichen entlang der ersten Kraftrichtungskomponente A der Aufprallkraft. Die zweite Kraftrichtungskomponente B der Aufprallkraft verläuft quer zu der ersten Kraftrichtungskomponente A der Aufprallkraft und zu der Vorschubrichtung C.
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Das Sensorelement 110 ist ausgebildet, um eine Richtung einer Aufprallkraft bei einem Aufprall des Fahrzeugs zu erfassen. Ferner ist das Sensorelement 110 ausgebildet, um ein Aufprallsignal bereitzustellen, das unter anderem die Richtung der Aufprallkraft bzw. des Aufpralls repräsentiert. Eine in 1 nicht gezeigte Betätigungseinrichtung, auf die weiter unten nochmals Bezug genommen wird, ist ausgebildet, um das Aufprallsignal einzulesen. Das Sensorelement 110 ist an dem Verjüngungsrohr 120 angeordnet. Dabei ist das Sensorelement 110 in einem Bereich eines ersten Endes des Verjüngungsrohrs 120 angeordnet. Ein dem ersten Ende gegenüberliegendes, zweites Ende des Verjüngungsrohrs 120 ist gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beispielhaft in der Matrize 130 und der Schwerkrafteinrichtung 140 aufgenommen dargestellt. Somit ist das Sensorelement 110 in Vorschubrichtung C der Matratze 130 und der Schwerkrafteinrichtung 140 vorgelagert angeordnet. Das Verjüngungsrohr 120 weist gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beispielhaft einen runden Querschnitt auf. Das Verjüngungsrohr 120 weist beispielhaft an dem zweiten Ende einen verjüngten Abschnitt auf, der im Bereich der Matrize 130 und der Schwerkrafteinrichtung 140 angeordnet ist.
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Die Matrize 130 ist ausgebildet, um das Verjüngungsrohr 120 aufzunehmen und bei einer Bewegung des Verjüngungsrohrs 120 entlang der Vorschubrichtung C zu deformieren bzw. zu verformen, wobei das Verjüngungsrohr 120 weiter verjüngt wird. Dabei kann die Matrize 130 beispielhaft als ein Ring ausgeformt sein, dessen lichtes Maß geringer als ein maximaler Außendurchmesser des Verjüngungsrohrs 120 ist. Eine Innenseite der beispielhaft ringförmigen Matrize 130 ist hierbei ganz oder teilweise schräg bezüglich der Vorschubrichtung C geneigt, sodass die Matrize 130 bezüglich des Verjüngungsrohrs 120 trichterförmig ausgeformt. Somit wird ansprechend auf eine Kollision das Verjüngungsrohr 120 in der Vorschubrichtung C entlang seiner Längsachse durch die Matrize 130 bewegt und dabei durch die Matrize 130 aufgenommen und deformiert bzw. verjüngt, um Aufprallenergie zu absorbieren.
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Die Querkrafteinrichtung 140 ist der Matrize 130 in der Vorschubrichtung C nachgelagert angeordnet. Somit ist die Matrize 130 zwischen der Querkrafteinrichtung 140 und dem Sensorelement 110 angeordnet. Auch ist die Querkrafteinrichtung 140 zwischen der Matrize 130 und der Grundplatte 150 angeordnet. Die Querkrafteinrichtung 140 und gegebenenfalls die Matrize 130 sind an der Grundplatte 150 angebracht. Die Querkrafteinrichtung 140 ist ausgebildet, um das Verjüngungsrohr 120 aufzunehmen und asymmetrisch zu verformen, wenn die zweite Kraftrichtungskomponente B vorliegt, d. h., wenn ein Schrägaufprall bzw. eine Aufprallkraft mit einer Richtung schräg zu der Vorschubrichtung C gegeben ist. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die Querkrafteinrichtung 140 das erste Element 142 zum Bewirken einer starken Verjüngung des Verjüngungsrohrs 120 und das zweite Element 144 zum Bewirken einer schwachen Verjüngung des Verjüngungsrohrs 120 auf. Das erste Element 142 weist eine dem Verjüngungsrohr 120 zugewandte Oberfläche mit einem ersten Neigungswinkel bezüglich der Vorschubrichtung C auf. Das zweite Element 144 weist eine dem Verjüngungsrohr 120 zugewandte Oberfläche mit einem zweiten Neigungswinkel bezüglich der Vorschubrichtung C auf. Hierbei ist der erste Neigungswinkel größer als der zweite Neigungswinkel. Somit ist das erste Element 142 ausgebildet, um das Verjüngungsrohr 120 stärker zu verjüngen als das zweite Element 144. Auf diese Weise wird die asymmetrische Deformation des Verjüngungsrohrs 120 mittels der Querkrafteinrichtung 140 bewirkt.
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Die in 1 nicht dargestellte Betätigungseinrichtung ist ausgebildet, um unter Verwendung des Aufprallsignals von dem Sensorelement 110 die Steifigkeit der Vorrichtung 100 einzustellen. Hierbei ist die Betätigungseinrichtung insbesondere ausgebildet, um das erste Element 142 und/oder das zweite Element 144 der Querkrafteinrichtung 140 bezüglich des Verjüngungsrohrs 120 zu fixieren bzw. abzustützen. Anders ausgedrückt ist die Betätigungseinrichtung somit ausgebildet, um die Querkrafteinrichtung 140, insbesondere hinsichtlich der Elemente 142 und/oder 144, zu aktivieren und zu deaktivieren.
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Anders ausgedrückt basiert die Vorrichtung 100 oder adaptive Crashstruktur bzw. Crashbox auf dem Prinzip der Rohrverjüngung, wodurch die Energie des Aufpralls aufgenommen wird. Die Vorrichtung 100 umfasst beispielhaft die Matrize 130 als Primärmatrize, die unabhängig von der Kraftrichtung Vorgabe mäßig aktiv ist. Die Querkrafteinrichtung 140 bzw. schaltbare Verjüngungsstufe umfasst das erste Element 142 mit konischer Innenseite, welches das Verjüngungsrohr 120 stark verformt. Das zweite Element 144 weist durch seine Geometrie bedingt einen geringeren Verformungsgrad für das Verjüngungsrohr 120 als das erste Element 142 auf. Beispielsweise ist eine Innenseite des zweiten Elements 144 zylindrisch ausgeführt. Durch den unterschiedlichen Verformungsgrad der Elemente 142 und 144 der Querkrafteinrichtung 140 bzw. schaltbaren Verjüngungsstufe ergibt sich eine Querkraft entgegen der zweiten Kraftrichtungskomponente B. Durch die Messung der Bewegungsrichtung mittels des Sensorelements 110 kann die Querkrafteinrichtung 140 bei Bedarf aktiviert werden und somit einer Querkraft bei einem Aufprall entgegenwirken.
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2 zeigt die Vorrichtung 100 aus 1 mit deaktivierter Querkrafteinrichtung. Die Vorrichtung 100 sowie die Darstellung in 2 entsprechen hierbei der Vorrichtung sowie der Darstellung aus 1 mit der Ausnahme, dass lediglich die erste Kraftrichtungskomponente A gezeigt ist, wobei die zweite Kraftrichtungskomponente nicht vorliegt und die Vorschubrichtung aus der 1 weggelassen ist, zusätzlich ein Hindernis 260 dargestellt ist und die Querkrafteinrichtung 140 deaktiviert ist. Hierbei entspricht die erste Kraftrichtungskomponente A der Vorschubrichtung. Das Hindernis 260 bewirkt einen Frontalaufprall, wobei die Richtung der Aufprallkraft lediglich die erste Kraftrichtungskomponente A aufweist. Die Querkrafteinrichtung 140 ist in 2 in Abhängigkeit von der Richtung der Aufprallkraft derart betätigt, dass das Verjüngungsrohr 120 lediglich durch die Matrize 130 verjüngt wird und eine asymmetrische Deformation durch die Querkrafteinrichtung 140 unterbleibt. Insbesondere sind hierbei die Elemente 142 und 144 der Querkrafteinrichtung 140 bezüglich des Verjüngungsrohres 120 positionsmäßig freigegeben. In 2 ist somit die Kollision mit einem Hindernis dargestellt, das in Achsenrichtung des Verjüngungsrohres 120 auf die Vorrichtung 100 trifft. Durch das Sensorelement 110 wird die Bewegungsrichtung gemessen und die Querkrafteinrichtung 140 bzw. schaltbare Verjüngungsstufe deaktiviert.
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3 zeigt eine Draufsicht auf die Querkrafteinrichtung der in 1 bzw. 2 gezeigten und beschriebenen Vorrichtung. In 3 sind das Sensorelement 110 und die Querkrafteinrichtung 140 mit dem ersten Element 142, dem zweiten Element 144 und einem Verriegelungsbolzen 346 gezeigt. Hierbei ist das Verjüngungsrohr durch das Fensterelement 110 verdeckt. Die Querkrafteinrichtung 140 ist beispielhaft in Gestalt von Rohrschellen ausgeformt. Bei dem ersten Element 142 handelt es sich beispielhaft um eine Rohrschelle mit Konus bzw. einer bezüglich des Verjüngungsrohrs geneigten Innenfläche und bei dem zweiten Element 144 handelt es sich beispielhaft um eine Rohrschelle mit Zylinderform bzw. einer bezüglich des Verjüngungsrohrs nicht oder kaum geneigten Innenfläche. Die Elemente 142 und 144 bzw. Rohrschellen der Querkrafteinrichtung 140 sind in 3 entriegelt und teilweise geöffnet dargestellt. Der in 3 gezeigte Zustand der Querkrafteinrichtung 140 entspricht beispielhaft der deaktivierten Querkrafteinrichtung 140 aus 2. Mittels des Verriegelungsbolzens 346 sind die Elemente 142 und 144 verriegelbar, wenn die Querkrafteinrichtung 140 aktiviert ist oder wird. Die Elemente 142 und 144 sind ausgebildet, um sich in Abhängigkeit von einer Richtung einer Aufprallkraft um eine gemeinsame Achse drehen bzw. gedreht zu werden. Hierbei sind die Elemente 142 und 144 n Abhängigkeit von der Richtung der Aufprallkraft gegen unterschiedliche Umfangsabschnitte des Verjüngungsrohres in Anlage bringbar.
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4 zeigt die Vorrichtung 100 aus 1 bzw. 2 mit aktiver bzw. aktivierter Querkrafteinrichtung. Die Vorrichtung 100 sowie die Darstellung in 4 entsprechen hierbei der Vorrichtung sowie der Darstellung aus 2 mit der Ausnahme, dass die erste Kraftrichtungskomponente A und die zweite Kraftrichtungskomponente B gezeigt sind und vorliegen, wobei die Vorschubrichtung aus der Figur weggelassen ist, das Hindernis 260 quer bezüglich der Vorschubrichtung angeordnet ist und die Querkrafteinrichtung 140 aktiviert ist. Hierbei entspricht die erste Kraftrichtungskomponente A der Vorschubrichtung. Das Hindernis 260 bewirkt einen Schrägaufprall, wobei die Richtung der Aufprallkraft die erste Kraftrichtungskomponente A und die zweite Kraftrichtungskomponente B aufweist. Die Querkrafteinrichtung 140 ist in 4 in Abhängigkeit von der Richtung der Aufprallkraft derart betätigt, dass das Verjüngungsrohr 120 durch die Matrize 130 verjüngt wird und durch die Querkrafteinrichtung 140 asymmetrisch verjüngt wird. Insbesondere sind hierbei die Elemente 142 und 144 der Querkrafteinrichtung 140 bezüglich des Verjüngungsrohres 120 positionsmäßig fixiert. Dabei ist das erste Element 142 für die starke Verjüngung des Verjüngungsrohres 120 an einer von dem Hindernis 260 abgewandten Seite der Vorrichtung 100 angeordnet und ist das zweite Element 144 für die schwache Verjüngung des Verjüngungsrohres 120 an einer dem Hindernis 260 zugewandten Seite der Vorrichtung 100 angeordnet. Trifft das Hindernis 260 schräg auf die Vorrichtung 100, so wird durch das Sensorelement 110 die Richtung der Aufprallkraft ausgewertet. In einem solchen Fall, wie er in 4 dargestellt ist, bleibt die Querkrafteinrichtung 140 aktiv oder wird dieselbe aktiviert. Die sich in der Querkrafteinrichtung 140 durch die asymmetrische Deformation ergebenden Querkräfte wirken der durch den Aufprall mit dem Hindernis 260 bewirkten zweiten Kraftrichtungskomponente B entgegen.
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5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung bzw. einen Längsschnitt von beispielhaft zwei Vorrichtungen 100 mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Jede der Vorrichtungen 100 entspricht beispielsweise der Vorrichtung aus einer der 1, 2 oder 4. Gezeigt sind die zwei Vorrichtungen 100, die zweite Kraftrichtungskomponente B, ein Hindernis 260, das einen Schrägaufprall bewirkt, und ein Querträger 570. Die zweite Kraftrichtungskomponente B ist durch eine Richtung der Aufprallkraft eines Aufpralls mit dem Hindernis 260 bedingt. Die zwei Vorrichtungen 100 sind an dem Querträger 570 angeordnet. Bei dem Querträger 570 handelt es sich beispielsweise um einen Querträger eines Fahrzeugs. Die zwei Vorrichtungen 100 sind jeweils in dem Bereich des Sensorelements 110 an dem Querträger 570 angebracht. Beispielhaft entspricht eine Vorschubrichtung einer ersten der Vorrichtungen 100 einer Vorschubrichtung einer zweiten der Vorrichtungen 100. Ein Betätigungszustand der Querkrafteinrichtungen 140 der Vorrichtungen 100 entspricht beispielsweise jenem aus 4. Hierbei sind die aktiven Elemente 142 für starke Verjüngung der Verjüngungsrohre 120 auf den von dem Hindernis 260 abgewandten Seiten der Vorrichtungen 100 angeordnet. Alternativ können die Elemente 142 für starke Verjüngung der Verjüngungsrohre 120 auf den von dem Hindernis 260 abgewandten Seiten der Vorrichtungen 100 aktiv sein, wobei auf dem Hindernis 260 zugewandten Seiten keine Elemente aktiv sind.
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6 zeigt die Vorrichtungen 100 aus 5 bei einem Schrägaufprall von einer anderen Seite als in 5. Die Vorrichtungen 100, deren Anordnung bezüglich des Querträgers 570 sowie die Darstellung in 6 entsprechen hierbei jenen aus 5 mit dem Unterschied, dass das Hindernis 260 in 6 eine andere Ausrichtung als in 5 aufweist, wobei eine Richtung einer durch das Hindernis 260 bewirkten Aufprallkraft in 6 sich von jener aus 5 unterscheidet, und demzufolge auch ein Betätigungszustand der Querkrafteinrichtungen 140 der Vorrichtungen 100 in 6 in Abhängigkeit von der Richtung der Aufprallkraft angepasst ist. Auch wenn in 6 die Richtung der Aufprallkraft eine anders gerichtete zweite Kraftrichtungskomponente B aufweist, so sind auch in 6 die aktiven Elemente 142 für starke Verjüngung der Verjüngungsrohre 120 auf den von dem Hindernis 260 abgewandten Seiten der Vorrichtungen 100 angeordnet.
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Unter Bezugnahme auf 5 und 6 ist bei einer Baugruppe, bei der mehrere Vorrichtungen 100, beispielhaft zwei, durch den Querträger 570 verbunden sind, eine Querkraftkompensation der Vorrichtungen 100 einzeln in Abhängigkeit von der Kraftrichtung aktivierbar, um eine optimale Energieaufnahme der Aufprallenergie zu ermöglichen.
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Bei alternativen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung 100 beispielhaft mehrere schaltbare Kraftstufen bzw. Matrizen. Beispielsweise ist eine der Matrize 130 entsprechende oder artverwandte Primärmatrize vorgesehen, die vorgabemäßig aktiv ist. Zudem ist zum Beispiel eine oder sind mehrere schaltbare Sekundärmatrizen mit symmetrischer Verjüngung vorgesehen. Ferner ist beispielhaft eine oder sind mehrere schaltbare Tertiärmatrizen mit asymmetrischer Verjüngung, wie die Querkrafteinrichtung 140 vorgesehen. Die asymmetrische Verjüngung mittels der Querkrafteinrichtung 140 kann durch Rohrschellen, wie es in 3 veranschaulicht ist, oder durch mehrere asymmetrische Elemente, die am Umfang des Verjüngungsrohrs 120 verteilt sind, realisiert werden. Je nach Aktivierung der einzelnen Elemente der Querkrafteinrichtung 140 kann die Querkraft in einer oder auch mehreren Richtungen kompensiert werden. Somit kann je nach Aufprallart die Energie optimal aufgenommen werden.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 700 zum Einstellen einer Steifigkeit einer Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen einer Aufprallenergie für ein Fahrzeug. Das Verfahren 700 kann in Verbindung mit einer Vorrichtung gemäß den 1 bis 6 vorteilhaft ausgeführt werden. Das Verfahren 700 wird insbesondere in Zusammenhang mit einem Steuergerät des Fahrzeugs, das mit der Vorrichtung elektrisch verbunden ist, im Falle einer Kollision des Fahrzeugs durchgeführt. Das Verfahren 700 weist einen Schritt des Einlesens 710 eines Aufprallsignals auf, das eine Richtung einer Aufprallkraft bei einem Aufprall des Fahrzeugs angibt. Auch weist das Verfahren 700 einen Schritt des Ansteuerns 720 der Betätigungseinrichtung der Vorrichtung in Abhängigkeit von der Richtung der Aufprallkraft auf, um die Steifigkeit der Vorrichtung einzustellen.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“- Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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