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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 11. September 2013 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-187809 , deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aufpralldämpfer, der einen bei einer Kollision oder dergleichen auftretenden Aufprall absorbiert, und betrifft einen Aufpralldämpfer, der beispielsweise geeignet an einem Automobil verwendbar ist.
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Ein beispielsweise an einem Automobil montierter Aufpralldämpfer, der einen Aufprall von außen absorbiert, ist allgemein bekannt. Im Aufpralldämpfer empfängt ein beispielsweise rohrförmig ausgebildetes energieabsorbierendes Element eine Aufpralllast und wird in Längsrichtung gestaucht, wodurch das energieabsorbierende Element die Aufpralllast (Aufprallenergie) absorbiert. Herkömmlich wird ein aus einem Metall (z. B. aus einer Aluminiumlegierung) hergestelltes energieabsorbierendes Element als das energieabsorbierende Element verwendet. In den letzten Jahren ist jedoch ein energieabsorbierendes Element entwickelt worden und wird in die Praxis umgesetzt, das aus einem Verbundmaterial (z. B. aus faserverstärktem Kunststoff) hergestellt ist, ein höheres Energieabsorptionsvermögen aufweist und leichtgewichtiger ist.
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Bei einem derartigen Aufpralldämpfer beeinflusst der Elastizitätsmodul des energieabsorbierenden Elements das Energieabsorptionsvermögen wesentlich.
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Beispielsweise wird in der
JP-A-H6-300068 ein energieabsorbierendes Element vorgeschlagen, das aus einem Verbundmaterial mit einer Schichtstruktur besteht, in der Verstärkungsfasern mit einer hohen Festigkeit in einer Innenschicht und Verstärkungsfasern mit einem hohen Elastizitätsmodul in einer Außenschicht verwendet werden. Gemäß dem in der
JP-A-H6-300068 beschriebenen energieabsorbierenden ptionsvermögen zu erhalten, Element ist es möglich, ein ausgezeichnetes Energieabsorz. B. eine hohe Widerstandkraft bevor eine Bruchbildung auftritt, eine stabile Energieabsorption nach einer Bruchbildung und eine hohe Beständigkeit gegen Verkrümmung.
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Im energieabsorbierenden Element, in dem Verstärkungsfasern mit einer hohen Festigkeit (oder einem hohen Elastizitätsmodul) in der Innenschicht verwendet werden, nimmt jedoch, wenn die Innenschicht zuerst eine hohe Last aufgenommen hat, das energieabsorbierende Element eine hohe Last auf, während es in einer Stauchungsrichtung kaum gestaucht wird. D. h., in einem solchen Fall zeigt, wie in 5 dargestellt ist, das energieabsorbierende Element eine Last-Versatz-Kennlinie mit einem ungleichmäßigen Anstieg, wobei der Spitzenwert der Last, der zu einer Bruchbildung der Innenschicht führt, in einer Anfangsphase auftritt. Daher besteht, wenn der Anstieg der Last-Versatz-Kennlinie nicht glatt ist, die Möglichkeit, dass ein Insasse sich durch eine Sekundärkollision oder dergleichen stärkere Verletzungen zuzieht.
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Die vorliegende Erfindung ist hinsichtlich des vorstehenden Problems entwickelt worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufpralldämpfer bereitzustellen, der dazu geeignet ist, eine Last-Versatz-Kennlinie mit einem glatten Anfangsanstieg zu erhalten. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
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Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs, an dem eine Ausführungsform eines Aufpralldämpfers montiert ist;
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2A zeigt eine Querschnittansicht der Ausführungsform des Aufpralldämpfers, und 2B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils C in 2A;
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3 zeigt ein Last-Versatz-Diagramm der Ausführungsform des Aufpralldämpfers;
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4A zeigt eine Querschnittansicht einer Modifikation der Ausführungsform des Aufpralldämpfers, und 4B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils D in 4A; und
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5 zeigt ein Last-Versatz-Diagramm eines herkömmlichen Aufpralldämpfers.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs 100, an dem die vorliegende Ausführungsform eines Aufpralldämpfers 1 montiert ist, 2A zeigt eine Querschnittansicht des Aufpralldämpfers 1, und 2B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils C in 2A.
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Wie in 1 dargestellt ist, sind zwei Aufpralldämpfer 1 zwischen einem Stoßfängerträger 101 und einem Karosserierahmen 102 des Fahrzeugs (Automobils) 100 nebeneinander angeordnet und absorbieren einen Aufprall von der Vorderseite des Fahrzeugs.
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Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden Beschreibung die Ausdrücke ”vorne” und ”hinten” Richtungen bezeichnen, wie sie vom Fahrzeug 100 gesehen werden, an dem der Aufpralldämpfer 1 montiert ist, insofern dies nicht anders spezifiziert ist.
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Insbesondere weist der Aufpralldämpfer 1, wie in 2A dargestellt ist, eine Crashbox 2, ein druckausübendes Element 3, das gegen die Crashbox 2 drückt, und ein Stützelement 4 auf, das die Crashbox 2 stützt.
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Davon ist die Crashbox 2 ein erfindungsgemäßes energieabsorbierendes Element und aus faserverstärktem Kunststoff (FRP) als ein Verbundmaterial ausgebildet, das durch Verstärken eines Harzes mit Fasern erhalten wird. Der Fasertyp weist Kohlenstofffasern, Glasfasern, Basaltfasern und Aramidfasern auf, wobei vorzugsweise Kohlenstofffasern verwendet werden, die ein ausgezeichnetes Energieabsorptionsvermögen und eine ausgezeichnete Festigkeit besitzen. Die Crashbox 2 absorbiert Aufprallenergie, indem sie durch das druckausübende Element 3, das eine Aufpralllast empfangen hat, von vorne gedrückt und in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung gestaucht wird.
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Insbesondere ist die Crashbox 2 in einer Zylinderform mit einer Mittelachse Ax entlang der Vorwärts-Rückwärts-Richtung ausgebildet. Insbesondere hat die Crashbox 2, wie in 2B dargestellt ist, eine Schichtstruktur, in der Faserschichten 21, ..., die jeweils in einer Zylinderform ausgebildet sind, entlang einer radialen Richtung der Crashbox 2 stapelförmig angeordnet sind. Die Faserschichten 21, ... haben verschiedene Elastizitätsmoduln bezüglich einer Last (Drucklast) entlang der Vorwärts-Rückwärts-Richtung (nachstehend einfach als ”Elastizitätsmodul” bezeichnet). In der vorliegenden Ausführungsform nimmt der Elastizitätsmodul der Faserschichten ab, je näher die Faserschichten zum Innenumfang der Crashbox 2 hin angeordnet sind. Die Faserschichten 21, ... haben verschiedene Ausrichtungen der Fasern, die in einer Umfangsrichtung gewickelt sind, so dass sie verschiedene Elastizitätsmoduln haben. D. h., unter den Faserschichten 21, .... sind die Fasern in einer Faserschicht 21, die sich näher am Innenumfang befindet (niedrigerer Elastizitätsmodul) derart geneigt, dass sie sich eher orthogonal zur Vorwärts-Rückwärts-Richtung erstrecken, und in einer Faserschicht 21, die sich näher am Außenumfang befindet (höherer Elastizitätsmodul), sind die Fasern derart ausgerichtet, dass sie sich eher parallel zur Vorwärts-Rückwärts-Richtung erstrecken.
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Außerdem ist der vordere Endabschnitt der Crashbox 2 an der Seite des druckausübenden Elements 3 in einer sich verjüngenden Form ausgebildet, gemäß der sich die Position des vorderen Endabschnitts mit Annäherung zum Innenumfang nach vorne verschiebt. Daher kommen, wenn die Crashbox 2 durch das druckausübende Element 3 gedrückt wird, die Faserschichten 21, ... von der Faserschicht auf der Innenumfangsseite (d. h. der Faserschicht mit dem niedrigen Elastizitätsmodul) zur Faserschicht auf der Außenumfangsseite (d. h. der Faserschicht mit dem hohen Elastizitätsmodul) nacheinander graduell mit dem druckausübenden Element 3 in Kontakt, wie später beschrieben wird.
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Wie in 2A dargestellt ist, wird das druckausübende Element 3 verwendet, um gegen die Crashbox 2 zu drücken und sie zu stauchen, wobei das druckausübende Element in einer im Wesentlichen flachen Form senkrecht zur Vorwärts-Rückwärts-Richtung ausgebildet und derart angeordnet ist, dass es mit der vorderen Endfläche der Crashbox 2 (der innersten Faserschicht 21) über ihren gesamten Umfang in Kontakt steht. D. h., die sich senkrecht zur Vorwärts-Rückwärts-Richtung erstreckende flache Rückfläche des druckausübenden Elements 3 dient als Druckfläche, die gegen die Crashbox 3 drückt. Außerdem dient das druckausübende Element 3 auch als der Befestigungsabschnitt des Aufpralldämpfers 1 am Fahrzeug 100 und ist am Stoßfängerträger 101 derart befestigt, dass seine Vorderfläche mit der Rückfläche des Stoßfängerträgers 101 des Fahrzeugs 100 in Kontakt steht (vergl. 1). Daher empfängt, wie später beschrieben wird, das druckausübende Element 3 eine von der Vorderseite ausgeübte Aufpralllast über den Stoßfängerträger 101 und drückt die Crashbox 2 von vorne entlang der Vorwärts-Rückwärts-Richtung, um die Crashbox 2 zu stauchen. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Beispiel eines Verfahrens zum Befestigen der Crashbox 2 am Stoßfängerträger 101 ein Verfahren ist, in dem durch Verbinden des druckausübenden Elements 3 und des Stützelements 4 miteinander unter Verwendung eines Bolzens ein Kontaktdruck zwischen der Crashbox 2 und dem druckausübenden Element 3 erzeugt wird, wodurch die Crashbox am Stoßfängerträger 101 befestigt wird.
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Das Stützelement 4 wird zum Stützen der Crashbox 2 verwendet, ist senkrecht zur Vorwärts-Rückwärts-Richtung in einer im Wesentlichen flachen Form ausgebildet, und ist derart angeordnet, dass es mit der Rückfläche der Crashbox 2 über ihren gesamten Umfang in Kontakt steht. Außerdem dient das Stützelement 5 auch als der Befestigungsabschnitt des Aufpralldämpfers 1 am Fahrzeug 100 und ist am Karosserierahmen 102 derart befestigt, dass seine Rückfläche mit der Vorderfläche des Karosserierahmens 102 des Fahrzeugs 100 in Kontakt steht (vergl. 1).
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Im Aufpralldämpfer 1 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird, wenn beispielsweise das Fahrzeug 100, an dem der Aufpralldämpfer 1 montiert ist, mit einem Objekt in Vorausrichtung kollidiert, die Aufpralllast von der Vorderseite über den Stoßfängerträger 101 auf das druckausübende Element 3 ausgeübt. Daraufhin drückt das druckausübende Element 3, das die Aufpralllast empfangen hat, von der Vorderseite entlang der Vorwärts-Rückwärts-Richtung gegen die Crashbox 3.
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Das druckausübende Element 3 drückt zunächst von vorne gegen den vorderen Endabschnitt der Crashbox 2. Der vordere Endabschnitt der Crashbox 2 ist in einer sich verjüngenden Form ausgebildet, gemäß der sich die Position des vorderen Endabschnitts mit Annäherung an den Innenumfang zur Vorderseite hin verschiebt, d. h., ihr vorderer Endabschnitt ist bezüglich der Druckfläche des druckausübenden Elements 3 geneigt, das senkrecht zur Vorwärts-Rückwärts-Richtung in einer flachen Form ausgebildet ist. Daher kommt, wenn der vordere Endabschnitt der Crashbox 2 durch das druckausübende Element 3 gedrückt wird, ihr vorderer Endabschnitt mit dem druckausübenden Element 3 von der Innenumfangsseite zur Außenumfangsseite graduell über einen weiten Bereich in Kontakt. D. h., im vorderen Endabschnitt der Crashbox 2 kommen die Faserschichten 21, ... mit dem druckausübenden Element 3 in einer Folge zunehmender Elastizitätsmoduln nacheinander graduell in Kontakt und werden gedrückt, so dass der Netto-Elastizitätsmodul der Crashbox 2 in einem gedrückten Abschnitt (Kontaktabschnitt) graduell zunimmt, wenn die Crashbox 2 durch das druckausübende Element 3 gedrückt wird. Infolgedessen nimmt die dem Elastizitätsmodul proportionale Last ebenfalls mit einer Zunahme des Versatzes (Verformungsmaßes) der Crashbox 2 in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung graduell zu, und die Last-Versatz-Kennlinie hat an diesem Punkt einen glatten Anfangsanstieg, wie in 3 dargestellt ist.
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Anschließend wird der vollständig zylinderförmige Abschnitt der Crashbox 2 durch das druckausübende Element 3 graduell gedrückt und gestaucht, nachdem ihr vorderer Endabschnitt vollständig gedrückt wird, und der Versatz schreitet während der Stauchung ihres vollständig zylinderförmigen Abschnitts mit einer nahezu konstanten Last voran. Bei diesem Vorgang brechen die Fasern von einem durch das druckausübende Element 3 direkt gedrückten Abschnitt, und die Crashbox 2 wird graduell gestaucht, während Bruchstücke in solche, die sich zum Inneren der Crashbox 2 hin bewegen und solche geteilt werden, die sich zu Außenseite der Crashbox 2 bewegen und nach hinten gerollt werden. Daher wird die Aufprallenergie durch Stauchen der Crashbox 2 absorbiert und die Aufprallkraft gedämpft.
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Wie vorstehend beschrieben wurde, ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform des Aufpralldämpfers 1 die Crashbox 2, die in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung gestaucht wird, durch stapelförmiges Anordnen der Faserschichten 21, ... mit verschiedenen Elastizitätsmoduln entlang der radialen Richtung orthogonal zur Vorwärts-Rückwärts-Richtung konfiguriert, und ist der vordere Endabschnitt, der durch das druckausübende Element 3 zuerst gedrückt wird, bezüglich der Druckfläche des druckausübenden Elements 3 geneigt, so dass die Faserschichten 21, ... in einer Folge zunehmender Elastizitätsmoduln nacheinander graduell mit dem druckausübenden Element in Kontakt kommen, wenn die Crashbox 2 durch das druckausübende Element 3 gedrückt wird. Daher nimmt der Netto-Elastizitätsmodul der Crashbox 2 im gedrückten Abschnitt (Kontaktabschnitt) während eines anfänglichen Druckvorgangs graduell zu, wenn die Crashbox 2 durch das druckausübende Element 3 gedrückt wird. Daher nimmt auch die zum Elastizitätsmodul proportionale Last mit einer Zunahme des Versatzes der Crashbox 2 in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung graduell zu, so dass es durch Erweiterung möglich ist, die Last-Versatz-Kennlinie mit dem glatten Anfangsanstieg zu erhalten.
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Modifikation
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Nachstehend wird eine Modifikation der vorstehend erläuterten Ausführungsform beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die gleichen Komponenten wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und nicht näher beschrieben werden.
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4A zeigt eine Querschnittansicht eines Aufpralldämpfers 1A der vorliegenden Modifikation, und 4B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts D in 4A.
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Wie in 4A dargestellt ist, weist der Aufpralldämpfer 1A an Stelle der Crashbox 2 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform eine Crashbox 2A mit einer Form des vorderen Endabschnitts und einer Schichtstruktur der Faserschicht auf, die sich von denjenigen der Crashbox 2 unterscheiden.
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Die Crashbox 2A ist in der Form eines Zylinders mit einer Mittelachse Ax entlang der Vorwärts-Rückwärts-Richtung ausgebildet. Insbesondere hat die Crashbox 2A, wie in 4B dargestellt ist, eine Schichtstruktur, in der Faserschichten 21A, ..., die jeweils zylinderförmig ausgebildet sind, entlang der radialen Richtung der Crashbox 2A stapelförmig angeordnet sind. Die Faserschichten 21A, ... haben verschiedene Elastizitätsmoduln. In der vorliegenden Modifikation nimmt der Elastizitätsmodul der Faserschichten mit Annäherung der Faserschichten an die Mitte der Crashbox 2A in der Dickenrichtung ab, und der Elastizitätsmodul der Faserschichten nimmt mit Annäherung der Faserschichten an den Innenumfang oder an den Außenumfang zu. Außerdem ist in der Crashbox 2A der vordere Endabschnitt auf der Seite des druckausübenden Elements 3 in einer Form ausgebildet, die einen schalenförmigen Querschnitt hat, wobei die Position ihres vorderen Endabschnitts mit Annäherung an die Mitte der Crashbox 2A in der Dickenrichtung nach vorne verschoben ist.
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Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration kommen, ähnlich wie bei der Crashbox 2 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, wenn die Crashbox 2A durch das druckausübende Element 3 gedrückt wird, die Faserschichten 21A, ... in einer Folge zunehmender Elastizitätsmoduln nacheinander graduell mit dem druckausübenden Element 3 in Kontakt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Konfiguration der Crashbox 2A ansonsten derjenigen der Crashbox 2 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform gleicht.
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Auch gemäß der vorliegenden Modifikation des Aufpralldämpfers 1A können die gleichen Wirkungen erzielt werden wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform des Aufpralldämpfers 1.
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Andere Modifikationen
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Es wird darauf hingewiesen, dass vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsform und ihre Modifikation beschränkt ist, sondern innerhalb des Umfangs der Erfindung können andere geeignete Ausführungsformen implementiert werden.
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Beispielsweise kann die Crashbox 2 (2A) geeignet derart konfiguriert sein, dass die Faserschichten 21, ... (21A, ...) in einer Folge zunehmender Elastizitätsmoduln nacheinander graduell mit dem druckausübenden Element 3 in Kontakt kommen, wenn die Crashbox 2 (2A) durch das druckausübende Element 3 gedrückt wird. D. h., im vorderen Endabschnitt der Crashbox 2 kann eine Faserschicht 21 mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul geeignet vor einer Faserschicht 21 mit einem höheren Elastizitätsmodul angeordnet sein. Daher können die Faserschichten 21 derart konfiguriert sein, dass der Elastizitätsmodul der Faserschicht 21 mit Annäherung der Faserschicht 21 an den Außenumfang abnimmt, und der vordere Endabschnitt der Crashbox 2 kann in einer sich verjüngenden Form ausgebildet sein, gemäß der die Position des vorderen Endabschnitts sich mit Annäherung an den Außenumfang nach vorne verschiebt. Wenn die vorstehende Konfiguration verwendet wird, nimmt jedoch die Last in einem stabilen Lastbereich ab, wodurch die absorbierbare Energiemenge entsprechend abnimmt. Daher ist es bevorzugt, wenn der Elastizitätsmodul der äußersten Faserschicht 21 der Crashbox 2 nicht der niedrigste Elastizitätsmodul ist.
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Außerdem kann der vordere Endabschnitt der Crashbox 2 (2A) bezüglich der Druckfläche des druckausübenden Elements 3 geeignet geneigt sein, so dass die Faserschichten 21, ... (21A, ...) in der Folge zunehmender Elastizitätsmoduln nacheinander graduell mit dem druckausübenden Element 3 in Kontakt kommen, wenn die Crashbox 2 (2A) durch das druckausübende Element 3 gedrückt wird, und ihr vorderer Endabschnitt muss bezüglich der Vorwärts-Rückwärts-Richtung nicht notwendigerweise geneigt sein. D. h., der vordere Endabschnitt (vordere Endfläche) der Crashbox 2 (2A) kann senkrecht zur Vorwärts-Rückwärts-Richtung mit einer flachen Oberfläche ausgebildet sein, und die Druckfläche des druckausübenden Elements 3 kann geneigt sein.
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Außerdem ist die Form der Crashbox 2 (2A) nicht auf eine Zylinderform beschränkt, sondern kann z. B. eine zylindrische Säulenform, eine konische Form, eine Prismenform oder eine Pyramidenform sein.
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Außerdem ist der erfindungsgemäße Aufpralldämpfer nicht auf einen an einem Fahrzeug (Automobil) montierten Aufpralldämpfer beschränkt, sondern kann geeignet beispielsweise als ein an einem Helikopter montierter Aufpralldämpfer zum Dämpfen eines Aufpralls beim Landen verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2013-187809 [0001]
- JP 6-300068 A [0005, 0005]
