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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Crash-Struktur für einen Schweller eines Kraftfahrzeugs sowie einen Schweller für ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Crash-Struktur.
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Sogenannte Crash-Strukturen, dem einschlägigen Fachmann auch als „Deformationselemente” oder „Energieabsorptionselemente” bekannt, dienen zur Aufnahme von im Crashfall zu absorbierender kinetischer Energie. Dabei wird besagte kinetische Energie eines auf die Crash-Struktur prallenden Objekts durch mechanische Deformation der Crash-Struktur in Deformationsenergie umgewandelt.
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Die
DE 10 2007 026 680 A1 offenbart ein Deformationselement eines Kraftfahrzeugs, das im Wesentlichen dreieckförmig ausgebildet ist. Ein vorderer Kraftverteiler erstreckt sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung, an den sich zwei nach hinten verlaufende Profilstrukturen anschließen. Deren Enden laufen aufeinander zu und stützen sich über einen sich anschließenden hinteren Kraftverteilerbereich an einer Aufbaustruktur eines Kraftfahrzeugs ab. Die zwei längsverlaufenden Profilstrukturen sind als einziges Bauteil ausgebildet und als Hohlprofile eingeformt. Das gesamte Deformationselement ist in einer Kofferraummulde einer Aufbaustruktur des Kraftfahrzeugs im Hinterwagen oder Vorderwagen angeordnet.
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Die
EP 2 705 998 A1 offenbart eine Deformationselement zur Absorption von bei einem Crash freiwerdenden kinetischen Energie. Das Deformationselement umfasst mindestens einen Bruchkörper aus einem Faserverbundkunststoff. Der Bruchkörper weist einen ersten Rand und einen vom ersten Rand im seitlichen Abstand verlaufenden zweiten Rand auf. Die beiden Ränder sind über eine Mantelfläche miteinander verbunden, wobei der erste Rand eine größere Länge aufweist als der zweite Rand. Wenigstens der erste Rand weist einen Verlauf mit ersten Ausbuchtungen und entgegengesetzt weisenden zweiten Ausbuchtungen auf, die wechselweise ineinander übergehen.
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Die
WO 2012/069130 A1 offenbart eine Crashstruktur für ein Kraftfahrzeug mit einem Crashelement, das zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Eine ein oder mehrere Stützelemente umfassende Abstützeinheit ist mit einer Tragstruktur des Kraftfahrzeugs verbindbar. Das Crashelement besteht aus einem wellenförmigen Bauteil mit in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Wellen und stützt sich in einem Endbereich über das zumindest eine in Fahrzeug-Querrichtung verlaufende Stützelement der Abstützeinheit an der Tragstruktur ab.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für eine Crash-Struktur anzugeben, die sich insbesondere durch einen vereinfachten konstruktiven Aufbau auszeichnet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Schweller mit einer solchen Crash-Struktur bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, eine Crash-Struktur mit einem Crashelement aus einem Faserverbundkunststoff auszustatten, welches in einem Hohlprofil aus einem Leichtmetall angeordnet ist und sich an dessen gegenüberliegenden Profilwänden abstützt. Besagte Abstützung erfolgt dabei an wenigstens einer der beiden Profilwände mittels einer Adaptervorrichtung aus einem Kunststoff. Die Verbindung aus einem Hohlprofil aus einem Leichtmetall und einem darin angeordneten Crashelement aus einem Faserverbundkunststoff ermöglicht es, die Crash-Struktur mit einem geringen Eigengewicht herzustellen, ohne dass dadurch die Fähigkeit der Crash-Struktur zur Aufnahme von kinetischer Energie im Crashfall gemindert würde. Insbesondere das im Hohlprofil angeordnete und sich an dessen Profilwänden abstützende Crashelement aus einem Faserverbundkunststoff besitzt ein gegenüber herkömmlichen Crashelementen, etwa in Gestalt einer Leichtmetall-Verrippung, deutlich erhöhtes Energieabsorptionsvermögen. Schließlich erlaubt die erfindungsgemäße Bereitstellung einer Adaptervorrichtung zur indirekten Abstützung des Crashelements am Hohlprofil einen einfachen Zusammenbau der Crash-Struktur, etwa, wenn diese als Schweller in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen soll.
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Eine erfindungsgemäße Crash-Struktur für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Hohlprofil aus einem Leichtmetall, in welchem ein Crashelement aus einem Faserverbundkunststoff angeordnet ist. Als Leichtmetall kommt insbesondere Aluminium in Betracht. Das Crashelement stützt sich an zwei gegenüberliegenden Profilwänden des Hohlprofils ab, wobei die Abstützung an wenigstens einer der beiden Profilwände mittels einer Adaptervorrichtung aus einem Kunststoff erfolgt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abstützung des Crashelements an einer ersten Profilwand des Hohlprofils mittels einer ersten Adaptervorrichtung und an einer der ersten Profilwand gegenüberliegenden zweiten Profilwand mittels einer zweiten Adaptervorrichtung. Dies erleichtert die Montage des Crashelements im Hohlprofil gegenüber einer Crash-Struktur mit nur einer Adaptervorrichtung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Hohlprofil entlang einer Längsrichtung, und das Crashelement besitzt in einem Längsschnitt entlang der Längsrichtung eine wellenförmige Kontur. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass eine solche wellenförmige Kontur die Aufnahme und Speicherung einer besonders großen Energiemenge durch das Crashelement in Form von Deformationsenergie erlaubt. Gleichzeitig kann das Eigengewicht des Crashelements relativ gering gehalten werden. Unter dem Begriff „wellenförmige Kontur” sind vorliegend auch Konturverläufe mit sinusförmiger, dreiecksförmiger, zick-zack-artiger oder rechteckförmiger Struktur ausdrücklich umfasst.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die erste Adaptervorrichtung wenigstens ein erstes Halteelement, vorzugsweise eine Mehrzahl von ersten Halteelementen, umfassen. Entsprechend kann die zweite Adaptervorrichtung wenigstens ein zweites Halteelement, vorzugsweise eine Mehrzahl von zweiten Halteelementen, umfassen. An dem wenigstens einen ersten Halteelement und dem wenigstens einen zweiten Halteelement kann das Crashelement abschnittsweise mittels jeweiliger am Crashelement ausgebildeter Befestigungsabschnitte befestigt werden. Gemäß dieser Ausführungsform sind alle ersten Halteelemente an wenigstens einer ersten gemeinsamen Trägerschiene und alle zweiten Halteelemente an einer zweiten gemeinsamen Trägerschiene befestigt. Eine derartige Konstruktion erlaubt es, das Crashelement und die die Halteelemente umfassende Adaptervorrichtung als Einheit in das Hohlprofil der Crash-Struktur einzusetzen, nachdem alle Halteelemente am Crashelement vormontiert wurden. Die endgültige Fixierung der Halteelemente am Crashelement kann mit Hilfe einer geeigneten Klebeverbindung erfolgen. Denkbar ist auch, die Halteelemente derart auszubilden, dass entsprechende Befestigungsabschnitte des Crashelements in ein jeweiliges Halteelement eingeschoben und auf diese Weise vorfixiert werden, bevor die dauerhafte Fixierung der Halteelemente am Crashelement mit Hilfe der Klebverbindung erfolgt.
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Auch die Trägerschienen können mit Hilfe eines thermisch expandierbaren Klebstoffs am Hohlprofil fixiert werden, nachdem die Trägerschienen mit den Halteelementen und dem Crashelement in das Hohlprofil eingeschoben wurden. Hierzu kann der Klebstoff auf einer von den Halteelementen abgewandten Seite einer jeweiligen Profilschiene aufgebracht und anschließend die Profilschienen einschließlich Halteelemente und Crashelement in das Hohlprofil eingeschoben werden. Die zum Herstellen einer dauerhaften Klebeverbindung zwischen Trägerschienen und Profilwänden des Hohlprofils erforderliche Expansion des Klebstoffs kann durch Erhitzen der gesamten Crash-Struktur, etwa in einem geeigneten Ofen, erreicht werden.
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Eine verbesserte mechanische Stabilität der Anordnung aus Halteelementen und Trägerschienen wird erzielt, wenn zwei zueinander im Abstand angeordnete erste gemeinsame Trägerschienen und zwei zueinander im Abstand angeordnete zweite gemeinsamen Trägerschienen verwendet werden. Dies erleichtert insbesondere die Vormontage der Halteelemente am Crashelement und das anschließende Einschieben der Trägerschienen einschließlich der Haltelemente und des Crashelements in das Hohlprofil.
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Hinsichtlich der konkreten Realisierung der oben genannten wellenförmigen Geometrie bzw. Kontur eröffnen sich dem Fachmann verschiedene Optionen. Besonders bevorzugt mag das Crashelement im Längsschnitt entlang der Längsrichtung mit einer Mehrzahl von ersten und zweiten Längsabschnitten versehen werden, welche sich beide im Wesentlichen entlang der Längsrichtung erstrecken. Ein erster Längsabschnitt geht dabei mittels eines ersten Übergangsabschnitts in einen jeweiligen zweiten Längsabschnitt über. Besagter erster Übergangsabschnitt erstreckt sich im Längsschnitt des Crashelement schräg vom ersten Längsabschnitt weg und schräg zum zweiten Längsabschnitt hin. In analoger Weise geht ein zweiter Längsabschnitt mittels eines zweiten Übergangsabschnitts in den ersten Längsabschnitt über, der sich im Längsschnitt des Crashelements schräg vom zweiten Längsabschnitt weg und schräg zum ersten Längsabschnitt hin erstreckt. Besonders bevorzugt sind die ersten und zweiten Längsabschnitte und die ersten und zweiten Übergangsabschnitte integral aneinander ausgeformt.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die Adaptervorrichtung eine Bodenplatte und einen von der Bodenplatte abstehende Bodenkragen aufweisen, in welche das Crashelement abschnittsweise mittels jeweiliger Befestigungsendabschnitte einsteckbar ist. Diese Ausführungsform bietet sich insbesondere dann an, wenn sich das Crashelement nur einseitig mittels einer Adaptervorrichtung an einer ersten Profilwand des Hohlprofils abstützt und sich das Crashelement sich an der der ersten Profilwand gegenüberliegenden zweiten Profilwand direkt – also ohne Adaptervorrichtung abstützt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Bodenkragen im Längsschnitt der Crash-Struktur eine Kragenkontur aufweisen, welche im Längsschnitt des Crashelements zum Fixieren des Crashelements an der Adaptervorrichtung zumindest abschnittsweise der wellenförmigen Geometrie des Crashelements folgt. Auf diese Weise wird gerade bei einer nur einseitig vorhandenen Adaptervorrichtung eine stabile mechanische Fixierung der Adaptervorrichtung mit dem Hohlprofil, insbesondere vor dem Verkleben der Adaptervorrichtung mit dem Hohlprofil, sichergestellt.
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Zur Vereinfachung die Montage des Crashelements im Hohlprofil können an einer Innenseite der ersten und/oder zweiten Profilwand zwei sich entlang der Längsrichtung erstreckende und nach innen abstehende Fortsätze vorgesehen werden, die für die Bodenplatte bzw. die Trägerschienen der ersten und/oder zweiten Adaptervorrichtung als Führungselemente zum Einschieben der Bodenplatte bzw. der Trägerschienen in das Hohlprofil wirken.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Schweller für ein Kraftfahrzeug mit einer vorangehend vorgestellten Crash-Struktur.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Crash-Struktur in einem Querschnitt,
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2 die Crash-Struktur der 1 in einer perspektivischen Ansicht,
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3 eine grobschematische Darstellung des Crashelements der Crash-Struktur in einem Längsschnitt,
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4 eine Variante des Beispiels der 1 und 2.
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1 illustriert ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Crash-Struktur 1 in einem Querschnitt, die 2 in einer perspektivischen Teilansicht.
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Entsprechend 1 umfasst die Crash-Struktur 1 ein sich entlang einer Längsrichtung L erstreckendes Hohlprofil 2 aus einem Leichtmetall, beispielsweise Aluminium, in welchem ein Crashelement 3 aus einem Faserverbundkunststoff angeordnet ist. Das Crashelement 3 stützt sich an zwei bezüglich einer quer zur Längsrichtung L verlaufenden Querrichtung Q gegenüberliegenden Profilwänden 4a, 4b des Hohlprofils 2 ab. Die beiden Profilwände 4a, 4b werden durch zwei weitere Profilwände 4c, 4d, die sich entlang einer orthogonal sowohl zur Längs- als auch Querrichtung L, Q verlaufenden Hochrichtung H gegenüberliegen, zum Hohlprofil 2 komplettiert. Die Abstützung des Crashelements 3 an der ersten Profilwand 4a erfolgt mittels einer ersten Adaptervorrichtung 5a aus einem Kunststoff. Die Abstützung an der zweiten Profilwand 4b erfolgt mittels einer zweiten Adaptervorrichtung 5b, die ebenfalls aus Kunststoff hergestellt ist.
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In einer vereinfachten Variante des Beispiels kann auf eine der beiden Adaptervorrichtungen 5a, 5b verzichtet werden, so dass sich das Crashelement 3 dann an der betreffenden Profilwand 4a, 4b direkt abstützt.
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Im Folgenden soll anhand der Darstellung der 2 und 3 der Aufbau des Crashelements 3 aus dem Faserverbundkunststoff genauer erläutert werden. Die 3 zeigt das Crashelement 3 der 2 grobschematisch in einem Längsschnitt entlang der Längsrichtung L. Man erkennt in 3, dass das im Längsschnitt III-III der 2 dargestellte Crashelement 3 eine wellenförmige Kontur aufweist. Zur Ausbildung einer solchen wellenförmigen Geometrie umfasst das Crashelement 3 eine Mehrzahl von ersten und zweiten Längsabschnitten 6, 7, welche sich beide im Wesentlichen entlang der Längsrichtung L erstrecken. Entlang der Längsrichtung L geht ein jeweiliger erster Längsabschnitt 6 mittels eines ersten Übergangsabschnitts 8 in einen entlang der Längsrichtung L benachbarten zweiten Längsabschnitt 7 über. Der erste Übergangsabschnitt 8 kann sich entsprechend der 3 schräg vom ersten Längsabschnitt 6 weg und auch schräg zum zweiten Längsabschnitt 7 hin erstrecken. In analoger Weise geht ein jeweiliger zweiter Längsabschnitt 7 mittels eines zweiten Übergangsabschnitts 9 in einen jeweiligen ersten Längsabschnitt 6 über. Der zweite Übergangsabschnitt 9 kann sich der in Längsrichtung L schräg vom zweiten Längsabschnitt 7 weg und schräg zum ersten Längsabschnitt 6 hin erstrecken. Im Ergebnis ergibt sich die in den 2 und 3 gezeigte wellenförmige Ausbildung des Crashelements 3. Die ersten und zweiten Längsabschnitte 6, 7 und die ersten und zweiten Übergangsabschnitte 8, 9 sind vorzugsweise integral aneinander ausgeformt. Vom Begriff „wellenförmig” sind vorliegend auch Geometrien bzw. Konturverläufe mit sinusförmiger, dreiecksförmiger, zick-zack-artiger oder rechteckförmiger Struktur umfasst.
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Nun wieder bezugnehmend auf die 1 und 2 sei das Augenmerk auf die in diesen Darstellungen illustrierten Adaptervorrichtungen 5a, 5b gerichtet. Entsprechend 2 kann die erste Adaptervorrichtung 5a eine Mehrzahl von ersten Halteelementen 10a aufweisen, mittels welcher das Crashelement 3 im Hohlprofil 2 gehalten wird. Entsprechend kann die zweite Adaptervorrichtung 5b eine Mehrzahl von zweiten Halteelementen 10b aufweisen. Die Halteelemente 10, 10a, 10b können derart ausgebildet sein, dass das Crashelement 3 im Zuge der Montage mittels jeweiliger Befestigungsabschnitte 11 (vgl. hierzu 1) auf die Halteelemente 10, 10a, 10b aufgesteckt wird und nach einem solchen Einstecken mittels einer Klebeverbindung dauerhaft an diesen fixiert wird.
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Im Beispielszenario der 2 – diese Figur zeigt die Crash-Struktur 1 der Übersichtlichkeit halber ohne das Hohlprofil 2 – sind die ersten Halteelemente 10a an zwei ersten gemeinsamen Trägerschienen 12a befestigt, die Teil der ersten Adaptervorrichtung 5a sind und sich entlang der Längsrichtung L erstrecken. Die zweiten Halteelemente 10b sind in analoger Weise an zwei zweiten gemeinsamen Trägerschienen 12b befestigt, die Teil der zweiten Adaptervorrichtung 5b sind. In Varianten des Beispiels kann auch eine andere Anzahl an ersten und/oder zweiten gemeinsamen Trägerschienen 12a, 12b vorgesehen werden. Die Halteelemente 10, 10a, 10b können mittels einer Klebverbindung an den Trägerschienen 12a, 12b befestigt werden. Als bevorzugt mag eine Variante erachtet werden, in welcher die Halteelemente 10, 10a, 10b integral an den Trägerschienen 12, 12a ausgeformt sind. In diesem Szenario sind sowohl die Halteelemente 10, 10a, 10b als auch die Trägerschienen 12a, 12b aus Kunststoff hergestellt. Die Bereitstellung von Trägerschienen 12a, 12b erlaubt es, das Crashelement 3 mit den beiden Adaptervorrichtungen 5a, 5b einschließlich aller Halteelemente 10, 10a, 10b im Zuge der Montage der Crash-Struktur 1 als Baueinheit in das Hohlprofil 2 einzusetzen.
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Um das Einsetzen dieser Baueinheit in das Hohlprofil 2 weiter zu erleichtern, können an einer Innenseite 18 der ersten Profilwand 4a, an welcher die Adaptervorrichtung mittels besagtem expandierbarem Klebstoff befestigt werden soll, zwei nach innen abstehende und sich entlang der Längsrichtung L erstreckende Fortsätze 13a, 13b vorgesehen werden, die entlang der Hochrichtung H im Abstand zueinander angeordnet sind. Die Fortsätze 13a, 13b wirken als Führungselemente zum Einschieben der ersten Trägerschienen 12a in das Hohlprofil 2. Selbstverständlich ist es auch vorstellbar, solche Führungselemente an der der ersten Profilwand 4a gegenüberliegenden zweiten Profilwand 4b vorzusehen. Die Fortsätze 13a, 13b können integral am Hohlprofil 2 ausgeformt sein.
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Nach dem Einsetzen in das Hohlprofil 2 können auch die Trägerschienen 12a, 12b mittels des durch Erwärmen ausdehnbaren Klebstoffs endgültig am Hohlprofil 2 fixiert werden. Hierzu kann der besagte Klebstoff auf einer vom Crashelement 3 abgewandten Seite 14 der Trägerschienen 12a aufgebracht werden.
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Die 4 zeigt eine Variante des Beispiels der 1 bis 3. Im Beispiel der 4 ist nur eine erste Adaptervorrichtung 5a vorhanden, mittels welcher sich das Crashelement 3 an der ersten Profilwand 4a abstützt. Entsprechend 4 besitzt die Adaptervorrichtung 5a eine Bodenplatte 15 und einen von der Bodenplatte 15 abstehende Bodenkragen 16, der in einem montierten Zustand der Crash-Struktur 1 im Hohlprofil 2 nach innen, zum Crashelement 3 hin, von der Bodenplatte 15 absteht. Wie die 4 erkennen lässt, ist kann das Crashelement 3 zur Montage der Crash-Struktur 1 mittels jeweiliger Befestigungsendabschnitte 17 in den Bodenkragen 16 eingeschoben werden.
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Besagter Bodenkragen 16 kann im Längsschnitt der Crash-Struktur 1 eine Kragenkontur aufweisen, welche zum Fixieren des Crashelements 3 an der Adaptervorrichtung 5a zumindest abschnittsweise der wellenförmigen Geometrie des Crashelements 3 folgt. Dies erlaubt eine mechanisch besonders stabile, vorläufige Vorfixierung des Crashelements 3 an der Adaptervorrichtung 5a vor der endgültigen Fixierung mittels einer Klebverbindung.
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Die Variante der 4 bietet sich an, wenn sich das Crashelement 3 wie gezeigt nur einseitig mittels einer einzigen Adaptervorrichtung 5a an der ersten Profilwand 4a des Hohlprofils 2 befestigt soll. In diesem Fall stützt sich das Crashelement 3 an der der ersten Profilwand 4a gegenüberliegenden zweiten Profilwand 4b direkt – also ohne Adaptervorrichtung – ab.
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In weiteren Variante der 4 kann aber alternativ oder zusätzlich auch eine zweite Adaptervorrichtung 5b vorgesehen sein, wie dies im Beispiel der 1 bis 3 für Adaptervorrichtungen 5a, 5b mit Halteelementen 10, 10a, 10b und Trägerschienen 12a, 12b illustriert ist.
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Wie 4 anschaulich belegt, können auch in der Variante gemäß 4 Fortsätze 13a, 13b an der ersten Profilwand 4a und/oder der zweiten Profilwand 4b (in 4 nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche für die Bodenplatte 15 der jeweiligen Adaptervorrichtung 5a, 5b als Führungselemente wirken.
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Die vorangehend vorgestellte Crash-Struktur 1 kann als Schweller, insbesondere als Aluminium-Strangpressprofilschweller, in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007026680 A1 [0003]
- EP 2705998 A1 [0004]
- WO 2012/069130 A1 [0005]
