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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aussteifen einer Tragkonstruktion eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei einem Frontalcrash mit geringer Überlappung (Small Overlap) kommt es, in der Fahrzeuglängsrichtung betrachtet, zu einer stark erhöhten Krafteinleitung in die Fronttüren. Dies kann zu einer zumindest teilweisen Intrusion der Fahrzeugtüren in den Fahrzeuginnenraum führen. Um eine solche Intrusion zu vermeiden, weist die Fahrzeugtür in gängiger Praxis ein Türbrüstungsrohr auf, mit dem die unfallbedingten Aufprallkräfte von der A-Säule in die B-Säule übertragen werden. Durch gestiegene Anforderungen hinsichtlich der abzuleitenden Kräfte ist das Türbrüstungsrohr immer steifer auszulegen, also gewichtsintensiver auszulegen. Diese Entwicklung steht aber der Forderung nach Leichtbau entgegen. Darüber hinaus weisen entsprechend widerstandsfähig gegen Knicken ausgelegte Türbrüstungsrohre einen großen Bauraumbedarf in der Fahrzeugtür auf.
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Um Teile der Fahrzeugkarosserie hinsichtlich eines Seitenaufpralls zu versteifen, ist es aus der
DE 199 18 158 A1 bekannt, zur Verstärkung einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, einen Seitenaufprallschutz vorzusehen. Die Vorrichtung weist als Strukturverstärkung wenigstens ein Versteifungselement mit einem Hohlprofil auf, das in einer dem Fahrgastsitz nahen Seitenwand oder -tür und/oder unterhalb des Fahrgastsitzes quer zur Längsachse des Fahrzeugs angeordnet ist. Das Versteifungselement wird mittels eines selbstauslösenden Gasgenerators bei Auftreten einer kritischen Belastung schlagartig mit einem Innendruck beaufschlagt, der das Versteifungselement versteift und somit die aufnehmbaren Seitenkräfte erhöht.
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Weiter ist aus der
WO 2007/059934 A1 ein Sicherheitssystem für Kraftfahrzeuge mit Sensoreinrichtungen zum Erfassen eines Unfalles bekannt, das eine Vorrichtung zum Versteifen einer Tragkonstruktion eines Kraftfahrzeugdaches, insbesondere der über eine Unterkante einer Fensteröffnung hinausragenden A-, B- oder C-Säule des Kraftfahrzeuges aufweist. Bei der Vorrichtung zum Versteifen handelt es sich um ein an der Tragkonstruktion befestigtes, aufblasbares Versteifungselement, das bei Vorliegen entsprechender Sensordaten über einen Gasgenerator mit Gas befüllbar ist und sich dann entfaltet.
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Beiden vorstehenden angesprochenen Vorrichtungen ist gemeinsam, dass sie den Biegewiderstand des zu schützenden Bauteils erhöhen sollen. Sie sind also so ausgeführt, dass sie seitlich auf das zu versteifende Bauteil einwirkenden Kräften einen erhöhten Widerstand entgegensetzen.
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Aus der
DE 199 63 068 A1 ist eine Einrichtung für bei Aufprallunfällen energieumwandelnd verformbare Karosseriebereiche von Kraftfahrzeugen bekannt. Aus der
DE 10 2008 039 514 A1 ist eine Einrichtung für ein Strukturbauteil eines Kraftwagens bekannt, das mit einer Druckbeaufschlagungseinrichtung zusammenwirkt. Aus der
DE 195 46 332 A1 sind geschlossene Hohlformbauteile für den Fahrzeugbau, insbesondere für Crash-Strukturen bekannt.
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Ausgehend vom vorstehend angesprochenen Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum Aussteifen einer Tragkonstruktion eines Fahrzeuges bereitzustellen, die im Falle einer erhöhten Belastung einer Tragkonstruktion zwei Punkte der Tragkonstruktion gegeneinander abstützt.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Zur Lösung der Aufgabe wurde von einer Anordnung ausgegangen, bei der im Fahrzeug Sensoreinrichtungen zum Erfassen eines Unfalles angeordnet sind und bei der ein auf die Tragkonstruktion wirkendes, einen aufblasbaren Hohlraum aufweisendes Element vorgesehen ist, das bei Vorliegen entsprechender Sensordaten über einen Gasgenerator mit Gas befüllbar ist und damit von einer volumenreduzierten Form in eine expandierte Form überführbar ist.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen dass das Element ein Aussteifungselement ist, das in seinem aufgeblasenen Zustand im Wesentlichen als Hohlprofil ausgebildet ist und im aufgeblasenen Zustand seine entlang der Wirkrichtung des Hohlprofils kraftübertragende Endform erreicht und zur Kraftweiterleitung vorteilhaft so über Kraftangriffspunkte in die Tragkonstruktion des Fahrzeugs eingebunden ist, dass das aufgeblasene Aussteifungselement in seiner Wirkrichtung zwei Elemente der Tragkonstruktion nach Art eines Euler-Knickstabs gegeneinander abstützt.
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Die vorgeschlagene Ausbildung der Anordnung erlaubt einerseits eine erhebliche Gewichtsreduktion und kommt andererseits immer ausgeprägteren Restriktionen hinsichtlich des verfügbaren Bauraums entgegen. Ermöglicht wird dadurch eine leichte und zugleich wenig Bauraum beanspruchende Anordnung zum Aussteifen einer Tragkonstruktion eines Fahrzeuges bei jedoch gleicher Performance.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, das Aussteifungselement so auszubilden, dass der Innendruck des aufgeblasenen Hohlprofils für eine vorgestimmte Zeit oberhalb eines vorbestimmten Druckniveaus bleibt. Damit wird erreicht, dass die vordefinierte Kraftaufnahme bzw. Kraftweiterleitung für die Dauer des Lastfalls gegeben ist.
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In vorteilhafter Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Aussteifungselement in seinem aufgeblasenen Zustand im Wesentlichen rohrförmig mit gasdicht verschlossenen Rohrenden ausgebildet ist und die Wirkrichtung parallel zur Rohrachse verläuft. Dies ermöglicht einen platzsparenden Aufbau bei hohen übertragbaren Kräften. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Rohrachse zumindest im aufgeblasenen Zustand geradlinig verläuft.
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Um das Aussteifungselement im normalen Betrieb des Fahrzeugs platzsparend unterzubringen ist dieses vorteilhaft so teleskopartig ineinandergreifend ausgebildet, dass es sich beim Aufblasen quer zu Rohrachse verformt, quer zu Rohrachse entfaltet oder quer zu Rohrachse teleskopiert.
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Zur Aussteifung der Tragkonstruktion ist vorgesehen, dass jedes der Enden des Aussteifungselementes an einer potentiell durch Deformation belasteten Stelle der Tragkonstruktion angreift und diese gegen eine Kräfte ableitende und/oder den Deformationswiderstand erhöhende Stelle der Tragkonstruktion abstützt.
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In einem Kraftfahrzeug ist die Anordnung zum Aussteifen einer Tragkonstruktion besonders wirksam, wenn die belastete Stelle an der A-Säule eines Kraftfahrzeugs und die Kräfte ableitende und/ oder den Deformationswiderstand erhöhende Stelle an der B-Säule oder C-Säule liegt. Auf diese Weise lassen sich die bei geringer Überlappung im Frontcrash (Small Overlap) stark erhöhte Krafteinleitung auf die Fronttüren sicher in die B-Säule oder C-Säule ableiten und so Insassen gefährdende Verformungen der Fronttüren verhindern. Um dies besonders wirkungsvoll zu erreichen, sind die Aussteifungselemente in den Fahrzeugtüren vorteilhaft unterhalb der Fensterbrüstung angeordnet und steifen im aufgeblasenen Zustand die Fahrzeugtüren in Fahrzeuglängsrichtung aus, indem sie auf die Schmalseiten der Fahrzeugtüren wirken und so die A-Säule gegen die B-Säule und die B-Säule gegen die C-Säule oder die A-Säule gegen die C-Säule (bei zweitürigen Fahrzeugen) abstützen.
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In Weiterbildung des Aussteifungselementes kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Aussteifungselement aus wenigstens zwei in dessen Wirkrichtung verlaufenden Elementen besteht und dass die Elemente durch das Aufblasen quer zur Wirkrichtung des Aussteifungselementes teleskopartig ineinander greifend verschiebbar sind.
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Um das Aussteifungselement temporär abzudichten ist es vorteilhaft, dass das abzudichtende Ende des Aussteifungselementes durch quer zu seiner Wirkrichtung teleskopartig verschiebbare Schottwände verschlossen ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das abzudichtende Ende des Aussteifungselementes durch eine entfaltbare Membrane verschlossen ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Membran auf der dem Gas abgewandten Seite abzustützen.
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Um in Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung eine definierte Lastaufnahme und Lastweiterleitung zu erreichen, ist es von Vorteil, ein Ende oder beide Enden des Aussteifungselementes mit Lastaufnahmeelementen auszustatten, so dass Kräfte koaxial zur Wirkrichtung in das Aussteifungselement einleitbar bzw. auf ein abzustützendes Bauteil übertragbar sind. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass keine zusätzlichen Biegemomente quer zur Wirkrichtung des Aussteifungselements auf dieses aufgebracht werden. Die Lastaufnahmeelemente sind dabei vorteilhaft so ausgebildet, dass diese das Aussteifungselement vorzugsweise gasdicht verschließen. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Lastaufnahmeelemente für den Spitzenlastfall wenigstens einen durch Verformung lastaufnehmenden Bereich aufweisen. Durch diese Ausgestaltung lassen sich Lastspitzen, die zu einem Ausknicken des Lastaufnahmeelementes führen könnten, vorteilhaft abtragen.
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Um eine sichere Abdichtung des Aussteifungselementes zu erreichen, insbesondere wenn dieses selbst nicht gasdicht ausgeführt ist, kann in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Anordnung vorgesehen sein, in seinem Hohlraum eine flexible, im aufgeblasenen Zustand den Hohlraum auskleidende Membran vorzusehen. Hierdurch wird der fertigungstechnische Aufwand zur Herstellung des Aussteifungselementes klein gehalten.
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Das aufgeblasene Aussteifungselement steht nach dem Aufblasen unter sehr hohem Druck, der zumindest so lange gehalten werden muss, wie der Lastfall andauert. Bleibt das Aussteifungselement aber dauerhaft unter Druck, stellt es eine potentielle Gefahr dar. Es ist daher zum Schutz von Rettungskräften und Insassen vorteilhaft, das Aussteifungselement und/ oder eine dieses gegebenenfalls auskleidende Membrane und/ oder ein mit diesen gegebenenfalls verbundenes gasleitendes Bauteil so auszubilden, dass nach dem Aufblasen der Gasdruck im Aussteifungselement innerhalb eines festgelegten Zeitraums auf ein vorgegebenes Maß absinkt. Auf diese Weise kann für die kurze Dauer des Lastfalls, zum Beispiel die Dauer der Krafteinwirkung bei einem Unfall, einerseits sichergestellt werden, dass der Gasdruck zum Aussteifen der Tragkonstruktion hoch genug ist und andererseits, dass der Gasdruck zum Beispiel bis zum Einleiten von Rettungsmaßnahmen für die Insassen so weit abgesenkt ist, dass von dem Aussteifungselement keine Gefahr für Rettungskräfte und Insassen mehr ausgeht.
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Als Maßnahme zum Druckabbau bietet es sich an, in dem Aussteifungselement und/ oder der Membran und/ oder dem mit diesen gegebenenfalls gasleitend verbundenen Bauteil wenigstens eine Öffnung vordefinierter Größe vorzusehen oder herzustellen, wobei die Größe und gegebenenfalls der Zeitpunkt der Herstellung der Öffnung so bemessen ist, dass der durch das Aufblasen erzeugte Innendruck im Lastfall für eine vorgegebene Zeit nicht unter ein vorgegebenes Innendruckniveau abfällt und sich über die Zeit auf ein ungefährliches Niveau abbaut.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist grundsätzlich für sämtliche durch Unfallsituationen potentiell auf Längsdruck (axialen Druck) beanspruchten Bauteile geeignet, mit denen eine ausreichende Lastweiterleitung sichergestellt werden muss. Dies gilt insbesondere für Fahrzeuge allgemein. Eine Anwendung ist demnach insbesondere im Kraftfahrzeugbau, Schiffbau, und Flugzeugbau denkbar, insbesondere wenn Gewichts- oder Bauraumrestriktionen vorliegen.
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Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1a eine Prinzipdarstellung eines auf ein Hindernis auffahrenden Personenkraftwagen bei geringer Überlappung in Draufsicht von oben;
- 1b eine Prinzipdarstellung aus 1a in Seitenansicht;
- 2a, 2b eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen ersten Aussteifungselementes im nicht expandierten und expandierten Zustand jeweils quer zur Abstützrichtung geschnitten dargestellt;
- 3a, 3b eine vereinfachte Darstellung eines zweiten Aussteifungselementes im nicht expandierten und expandierten Zustand jeweils quer zur Abstützrichtung geschnitten dargestellt, wobei das zweite Aussteifungselement nicht von der Erfindung umfasst ist;
- 4a, 4b eine vereinfachte Darstellung eines dritten Aussteifungselementes im nicht expandierten und expandierten Zustand jeweils quer zur Abstützrichtung geschnitten dargestellt, wobei das dritte Aussteifungselement nicht von der Erfindung umfasst ist;
- 5a bis 5c eine vereinfachte dreiphasige Darstellung eines vierten Aussteifungselementes mit Lastverteilungselement in nicht expandiertem (5a), expandiertem (5b) und überlastetem Zustand (5c), jeweils längs zur Abstützrichtung geschnitten dargestellt (jeweils in Teildarstellung).
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In der 1a und 1b ist grob schematisch ein Personenkraftwagen 1 gezeigt, der mit einem Hindernis 2 kollidiert. Wie durch einen Pfeil veranschaulicht, bewegt sich der Personenkraftwagen 1 in der Darstellung in der Fahrtrichtung 3 von rechts nach links. Der Personenkraftwagen 1 und das Hindernis 2 überlappen sich nur auf der in Fahrtrichtung gesehen linken Seite gering (Small Overlap), so dass insbesondere im Bereich der Überlappung sehr hohe Kräfte auf die Frontseite des Personenkraftwagen 1 wirken, was sich in starken Deformationen in der Deformationszone 4 äußert. Das Hindernis 2 übt außerdem über die Deformationszone 4 eine hohe, durch den Kraftpfeil F symbolisierte Kraft auf die A-Säule 5 des Personenkraftwagen 1 aus, was ohne Gegenmaßnahmen eine Verformung der A-Säule 5 in Fahrtrichtung 3 gesehen nach hinten zur Folge hätte. Dies wiederum könnte zu einer zumindest teilweisen Intrusion der linken vorderen Fahrzeugtür 6.1 führen. Um eine solche Intrusion zu vermeiden, ist eine Anordnung vorgesehen, die Aussteifungselemente 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 beinhaltet, die durch Gasdruck aufblasbar sind und im aufgeblasenen Zustand entlang ihrer Wirkrichtung 12.1, 12.2 ihre kraftübertragende Eigenschaft erreichen. Zur Abstützung, das heißt zur Kraftweiterleitung, sind die Aussteifungselemente 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 in den Fahrzeugtüren 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 unterhalb der Fensteröffnungen 9 eingebaut. Die Wirkrichtung 12.1, 12.2 der Aussteifungselemente 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 ist dabei parallel zum jeweiligen Türblatt gerichtet derart, dass sie jeweils auf die vorderen und hinteren Schmalseiten der Fahrzeugtüren wirken. Diese Schmalseiten sind im Falle der Vordertüren einerseits der A-Säule 5 und B-Säule 13 und im Fall der Hintertüren der B-Säule 13 und C-Säule 14 der Fahrgastzelle 7 benachbart, so dass im gezeigten Crash-Fall gemäß den 1a, 1b das Aussteifungselement 8.1 zwischen der A-Säule 5 und der B-Säule 13 wirkt und das Aussteifungselement 8.2 zwischen der B-Säule 13 und der C-Säule 14. Auf der nicht dargestellten, in der Fahrtrichtung 3 gesehen rechten Fahrzeugseite sind die Verhältnisse natürlich analog. Die Aussteifungselemente 8.1, 8.3 wirken demnach im aufgeblasenen Zustand zwischen den A-Säulen und B-Säulen aussteifend und die Aussteifungselemente 8.2, 8.4 zwischen den B-Säulen und C-Säulen. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit in den Schmalseiten der Fahrzeugtüren Öffnungen vorzusehen, durch die die Enden der Aussteifungselemente jeweils durchragen, so dass die Aussteifungselemente nicht über die Schmalseiten der Fahrzeugtüren zwischen A-Säulen und B-Säulen bzw. B-Säulen und C-Säulen wirken, sondern direkt an diesen angreifen.
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Die in der 1a gezeigten Aussteifungselemente 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 weisen jeweils einen Gasgenerator (nicht dargestellt) auf, der über Leitungen 10 mit einem sensorgestützten Steuergerät 11 verbunden ist. Im Crash-Fall werden die jeweils aufgrund der Sensordaten benötigten Aussteifungselemente ausgelöst, indem die jeweiligen Gasgeneratoren (nicht dargestellt) über die Leitungen 10 aktiviert werden.
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Durch die vorstehend dargestellte Anordnung wird die Fahrgastzelle 7 des Personenkraftwagens in hochwirksamer Weise ausgesteift, weil die jeweiligen Abstützungen auftretende Kräfte mittels der Aussteifungselemente 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 ableiten, ohne dass es zu größeren Deformationen der Fahrzeugtüren kommt.
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Die vorstehend am Beispiel eines Personenkraftwagens beschriebene Abstützung der A-Säulen, B-Säulen und C-Säulen, jeweils gegeneinander, ist lediglich als Beispiel zu verstehen. Selbstverständlich lässt sich die Anordnung überall dort einsetzen, wo Teile einer Tragkonstruktion im Crash-Fall gegeneinander abzustützen sind, um die Tragkonstruktion auszusteifen.
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Um aufzuzeigen, wie die in Verbindung mit den 1a und 1b vorstehend beschriebenen Aussteifungselemente 8.1, 8.2, 8.3, 8.4 ausgebildet sein können, werden im Folgenden unter Zuhilfenahme der 2a, 2b, der 3a, 3b, und der 4a, 4b drei Ausgestaltungsmöglichkeiten beispielhaft beschrieben. Gezeigt ist stellvertretend für alle Aussteifungselemente jeweils das in der 1b in der vorderen linken Fahrzeugtür 6.1 angeordnete Aussteifungselement 8.1, wobei das Bezugszeichen zur Unterscheidbarkeit für jedes der Beispiele mit einem Index versehen ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Ausgestaltungsmöglichkeiten nicht auf die Beispiele beschränkt zu verstehen sind, dem Fachmann sind vielmehr unter Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien keine Grenzen in der konstruktiven Ausgestaltung gesetzt. Die 2a, 2b, 3a, 3b, und 4a, 4b zeigen jeweils in vereinfachter Form eine Schnittdarstellung, wobei die Schnittebene, wie in 1 eingezeichnet und mit S1, S2 bezeichnet, quer zur Wirkrichtung 12.1 des Aussteifungselementes 8.1 verläuft.
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Gemäß den Darstellungen in den 2a und 2b ist im erfindungsgemäßen ersten Beispiel eine quer zur Wirkrichtung 12.1 (1) des Aussteifungselementes 8.11 teleskopierbare Variante gezeigt. Dazu ist ein sich mit seiner Längsrichtung in Wirkrichtung (also senkrecht zur Zeichenebene) erstreckendes erstes wannenartiges Profil 20 und ein mit diesem teleskopierbar verbundenes zweites wannenartiges Profil 21 vorgesehen. Die teleskopierbare Verbindung 23 wird durch eine an dem ersten wannenartigen Profil 20 angeordnete, umlaufende Tasche 22 gebildet, in die der Wannenrand 24 des zweiten wannenartigen Profils 21 eintaucht. Am Ausgang der umlaufenden Tasche 22 sind erste Hinterschnittelemente 25 ausgebildet die mit zweiten Hinterschnittelementen 26 korrespondieren, die an dem Wannenrand des zweiten wannenartigen Profils 21 ausgebildet sind. Durch die beiden einander zugewandten wannenförmigen Profile 20, 21 wird ein Volumen eingeschlossen, das durch eine elastische und/ oder entfaltbare Membrane 27ausgekleidet oder auskleidbar ist. Wie oben in Verbindung mit 1a ausgeführt, weist das Fahrzeug 1 ein Steuergerät 11 auf, das über Leitungen 10 mit Gasgeneratoren verbunden ist. In 1a ist eine solche Leitung 10 dargestellt, die mit einem Gasgenerator 28 im Innern der Membrane 27 verbunden ist. Wird der Gasgenerator 28 über die Leitung 10 aktiviert, vergrößert sich schlagartig die Gasmenge, die Membran wird aufgeblasen und bewegt die wannenartigen Profile 20, 21, wie durch die Expansionspfeile E angedeutet, in entgegengesetzten Richtungen auseinander, bis die Hinterschnittelemente 25, 26 in Anlage gelangen und die Bewegung beenden. Nach der Expansion weist das Aussteifungselement 8.11 die in 2b gezeigte Form auf. Die dort gezeigten Elemente sind, soweit sie dieselben sind wie in 2a, mit gleichen Bezugszeichen versehen, zur Beschreibung der Elemente und ihrer Funktion wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Der beschriebene Übergang vom nicht expandierten Zustand gemäß 2a zum expandierten Zustand gemäß 2b wird von einem schlagartigen Druckanstieg begleitet, der dem nunmehr aufgeblasenen und durch die auskleidende Membrane 27 im Wesentlichen gasdichten Aussteifungselement 8.11 eine hohe Belastbarkeit in seiner Wirkrichtung (senkrecht zur Zeichenebene) verleiht. Das so expandierte Aussteifungselement 8.11 ist in der Lage, bei einer Situation gemäß der 1a, 1b die A-Säule 5 gegen die B-Säule 13 abzustützen und eine Intrusion der Fahrzeugtür weitgehend zu unterbinden.
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Eine zweite, nicht von der Erfindung umfasste Variante eines Aussteifungselementes 8.12 zeigen die 3a und 3b. Hier handelt es sich um ein mit seiner Längsrichtung sich in Wirkrichtung (also senkrecht zur Zeichenebene) erstreckendes, im Querschnitt rechteckiges Rohrprofil (expandierter Zustand). Zwei gegenüberliegende erste Rohrwände 31, 32 weisen eine größere Dicke auf, wie die beiden anderen einander gegenüberliegenden zweiten Rohrwände 33, 34. Zur Reduzierung des Querschnitts bzw. Reduzierung des beanspruchten Bauvolumens weisen die dünneren zweiten Rohrwände 33, 34 in Längsrichtung des Aussteifungselementes 8.12 eine Faltung 35 auf, so dass dessen Querschnitt im nicht expandierten Zustand ziehharmonikaförmig ausgebildet ist. Die Rohrenden (in 3a, 3b ist nur das hinter der Zeichenebene liegende sichtbar) sind durch Wände 36 verschlossen, die mit den Rohrwänden 31, 32, 33, 34 verbunden sind und die gleiche Faltung aufweisen, wie die zweiten Rohrwände 33, 34. An den Übergängen von den zweiten Rohrwänden 33, 34 zu den Wänden 36 entspricht die Faltung der eines Balgs, so dass eine einwandfreie Entfaltbarkeit gewährleistet ist. Wird nun der im Inneren des rohrförmigen, gefalteten Aussteifungselementes 8.12 (3a) befindliche Gasgenerator 28.1 über die Leitung 10 (vgl. 1a) aktiviert, steigt auch hier die Gasmenge, die im Aussteifungselement 8.12 eingeschlossen ist sprunghaft an, so dass dieses, wie durch die Expansionspfeile E angedeutet, vom nicht expandierten Zustand gemäß 3a in den expandierten Zustand gemäß der 3b übergeht. Die dort gezeigten Elemente sind, soweit sie dieselben sind wie in der 3a, mit gleichen Bezugszeichen versehen, zur Beschreibung der Elemente und ihrer Funktion wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Die gefalteten dünneren zweiten Rohrwände 33, 34 werden beim Expandieren weitgehend glatt gezogen, so dass sich ein rechteckiger Querschnitt ergibt. Das Aussteifungselement 8.12 ist nun mit einem Gas gefüllt, das unter hohem Druck steht, so dass das Aussteifungselement 8.12 in Wirkrichtung hohe Kräfte übertragen kann, in dem Beispiel nach 1b von der A-Säule 5 auf die B-Säule 13.
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Eine weitere, nicht von der Erfindung umfasste Variante eines Aussteifungselementes soll nachfolgend in Verbindung mit den 4a und 4b beschrieben werden. Als Ausgangsmaterial für die Fertigung dieser Variante kann ein Rohr dienen, das zunächst einen zylindrischen Querschnitt aufweist und mit zwei zylindrischen Verschlussstücken endseitig verschlossen ist. Die Verschlussstücke sind dabei umlaufend fest mit dem Rohr verbunden. Um das in dem verschlossenen Rohr eingeschlossene Volumen zu reduzieren, wird die Rohrwandung zwischen den Verschlussstücken eingedrückt, so dass sich zwischen den Verschlusstücken ein Querschnitt ergibt, der einem sehr schmalen Rechteck gleicht, das kurz vor den Rohrenden, bzw. den zylindrischen Verschlussstücken in eine kreisrunde Querschnittsform übergeht. Ein so erzeugtes Aussteifungselement 8.13 ist in der 4a schematisch in Schnittdarstellung gezeigt. Mit Blickrichtung auf das Rohr 40 ist erkennbar, dass dieses im Vordergrund näherungsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweist und vor dem im Hintergrund sichtbaren zylinderförmigen Verschlussstück 41 in einen kreisförmigen Querschnitt übergeht. In das Rohr 40 ragt ein Teil des Verschlussstückes 41 hinein, das Rohr 40 selbst stützt sich an einem umlaufenden Absatz 44 am Verschlussstück 41 in Wirkrichtung des Aussteifungselementes 8.13 ab. Eines der Verschlussstücke, in den 4a und 4b das in der Abbildung dargestellte Verschlussstück 41, ist von einer Bohrung 42 durchsetzt, die als Zu- bzw. Abströmöffnung dient. Die Bohrung 42 ist über eine Gasleitung 43 mit einem externen Gasgenerator 28.2 verbunden, der seinerseits über eine Leitung 10 (vgl. 1a) durch ein Steuergerät 11 (1a) aktivierbar ist. Mit Aktivierung des externen Gasgenerators 28.2 vergrößert sich die eingeschlossene Gasmenge schlagartig und strömt über die Gasleitung 43 und Bohrung 42 in den durch Rohr 40 und Verschlussstücke 41 gebildeten Hohlraum. Durch den schlagartig ansteigenden Druck wird das Rohr 40, wie durch die Expansionspfeile E angedeutet, aufgeweitet und geht in eine Form über, die in 4b dargestellt ist. Die dort gezeigten Elemente sind, soweit sie dieselben sind wie in 4a, mit gleichen Bezugszeichen versehen, zur Beschreibung der Elemente und ihrer Funktion wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Mit der Expansion erhöht sich auch der Druck im Innern des Rohres 40 sehr stark, so dass dieses über die Verschlusstücke 41 sehr hohe Kräfte in seiner Wirkrichtung übertragen kann. Im Hinblick auf den Crash-Fall nach 1b bedeutet dies, dass die A-Säule sicher gegen die B-Säule abgestützt wird, so dass eine gefährliche Verformung des Türblattes in Richtung auf die Insassen verhindert werden kann.
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Nachdem das Aussteifungselement 8.13 nach der Expansion unter sehr hohem Druck steht, ist vorgesehen, den Druck kontrolliert abzubauen. Dazu weist der externe Gasgenerator 28.2 eine Abströmöffnung 45 auf, die zunächst geschlossen ist (4a) und die eine vorgegebene Zeitspannen nach dem aktivieren des externen Gasgenerators 28.2 öffnet, so dass das im Rohr 40 eingeschlossene Gas über die Bohrung 42, die Gasleitung 43 den externen Gasgenerator 28.2 und die Abströmöffnung 45 in die Umwelt entweichen kann. Durch diese Maßnahme wird der Druck im Aussteifungselement 8.13 dann, wenn keine gefährlichen Kräfte mehr auf das Aussteifungselement 8.13 wirken, auf Umgebungsdruck abgesenkt, so dass Rettungskräfte und Insassen nicht durch unter hohem Druck stehende Elemente gefährdet sind.
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Eine mit einem Lastverteilungselement ausgestattete Variante eines Aussteifungselementes zeigen die Darstellungen in den 5a, 5b, 5c. Dargestellt ist jeweils im oberen Teil ein Aussteifungselement 8.14, in vereinfachter Schnittzeichnung, mit Schnittebene mittig parallel zur Wirkrichtung des Aussteifungselementes 8.14. Gezeigt ist jeweils nur eine Hälfte des Aussteifungselementes 8.14, die zweite Hälfte ist identisch und ergibt sich durch Spiegelung an der Abbruchkante 50. Im unteren Teil der 5a, 5b, 5c ist jeweils symbolhaft der Querschnitt senkrecht zur Wirkungsrichtung der jeweiligen Anordnung dargestellt, mit Blickrichtung auf die Abbruchkante 50.
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5a zeigt ein Lastverteilungselement 51, das als Verschlusselement ein Expansionsrohr 52 verschließt. Die Anordnung entspricht in Ihren Grundzügen der in 4a gezeigten, so dass hinsichtlich des allgemeinen Aufbaus auf die obige Beschreibung verwiesen wird. Wie aus der Darstellung erkennbar, ist das Expansionsrohr quer zu seiner Längsachse, die gleichzeitig die Wirkachse 53 des Aussteifungselementes 8.14 ist, zu einem schmalen Rechteckrohr verformt und geht in Richtung auf das Lastverteilungselement 51 in einen zylindrischen Querschnitt über. Das Expansionsrohr 52 liegt mit seinem abgeflachten Bereich zwischen benachbarten Bauteilen 54, wobei der Abstand zwischen den benachbarten Bauteilen 54 kleiner ist als der Durchmesser des expandierten Expansionsrohres 52. Das Lastverteilungselement ragt mit einem Ansatz 55 in das Expansionsrohr 52 hinein und weist einen Absatz 56 auf, an dem sich das Expansionsrohr 52 mit seinem Ende 57 abstützt. Expansionsrohr 52 und Lastverteilungselement 51 sind im Überlappungsbereich 58 fest miteinander verbunden. Im Lastverteilungselement 51 ist eine Ausnehmung 59 vorgesehen, in die ein korrespondierendes Gegenstück 60 an dem abzustützenden Element 61 eingreift. Das Element 61 ist Teil der Tragkonstruktion. Weiter ist das Lastverteilungselement 51 in Verlängerung zur Ausnehmung 59 mit Durchgangslöchern 62 versehen, die eine Solldeformationszone 63 ausbilden.
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Kommt es zu dem in Verbindung mit den 1a, 1b beschriebenen Crash-Fall, wird dieses Ereignis wie oben beschrieben von dem Steuergerät 11 registriert und ein Gasgenerator aktiviert. Wie in 5b gezeigt, wirkt der hier gezeigte Gasgenerator 64 in der Weise, dass er die Gasmenge im Expansionsrohr 52 schlagartig erhöht, was zu einem schlagartigen Druckanstieg führt, der so bemessen ist, dass sich das Expansionsrohr 52 wieder in seine ursprüngliche Form mit rundem Querschnitt zurückverformt, wie dies in der 5b unten gezeigt ist. Durch die Expansion werden, wie durch die Verlagerungspfeile 65 veranschaulicht, die benachbarten Bauteile 54 auseinander gedrückt, so dass das Aussteifungselement 8.14 seine expandierte, kraftübertragende Form annehmen kann. Kommt es jetzt, wie durch die Kraftpfeile F, F' angedeutet, zu einer Kraftbeaufschlagung des Aussteifungselementes 8.14, wird durch die zentrierende Wirkung der Ausnehmung 59 in Verbindung mit dem korrespondierenden Gegenstück 60 an dem abzustützenden Element 61, eine axiale Krafteinleitung in das Lastverteilungselement 51 bewirkt. Das Aussteifungselement 8.14 wird also in seiner Wirkachse 53 beaufschlagt und kann so, weil zusätzliche Knick-Momente entfallen, ein Maximum an Kräften weiterleiten ohne auszuknicken. Die Wirkung entspricht also der eines Euler-Knickstabs in seinem stabilen Bereich.
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Um eventuell auftretende Kraftspitzen abzufangen und ein Ausknicken des Aussteifungselementes 8.14 zu verhindern, ist, wie oben bereits angesprochen, in dem Lastverteilungselement 51 eine Solldeformationsstelle 63 vorgesehen, deren Wirkung zeigt 5c. Durch die Durchgangslöcher 62 (5a, 5b) ist das Lastverteilungselement 51 in der Wirkrichtung 53 gezielt so geschwächt, dass eine vordefinierte Verformung stattfinden kann, wenn überhöhte Kräfte auf das Aussteifungselement in dessen Wirkrichtung wirken. Die Verformung ist dabei einerseits zentriert, so dass hierdurch keine zusätzlichen Knickmomente auf das Aussteifungselement 8.14 wirken, andererseits ist der Deformationsweg auf ein zulässiges Maß begrenzt, damit das Aussteifungselement 8.14, nach Abtrag der Lastspitze durch die Deformation, seine Funktion beibehält, wie dies in 5c durch den Wirkpfeil 66 angedeutet ist.
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Wie aus den 5b und 5c ersichtlich, befinden sich die benachbarten Bauteile 54 sehr dicht an dem Expansionsrohr 52. Wenn diese benachbarten Bauteile 54 ihrerseits eine ausreichende Stabilität besitzen, können sie die Stabilität des Aussteifungselementes 8.14 gegen Ausknicken deutlich erhöhen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Personenkraftwagen
- 2
- Hindernis
- 3
- Fahrtrichtung
- 4
- Deformationszone
- 5
- A-Säule
- 6.1, 6.2, 6.3, 6.4
- Fahrzeugtür
- 7
- Fahrgastzelle
- 8.1, 8.2, 8.3, 8.4
- Aussteifungselement
- 8.11, 8.12, 8.13, 8.14
- Aussteifungselement
- 9
- Fensteröffnungen
- 10
- Leitungen
- 11
- Steuergerät
- 12.1, 12.2
- Wirkrichtung
- 13
- B-Säule
- 14
- C-Säule
- 20, 21
- wannenartige Profile
- 22
- umlaufende Tasche
- 23
- teleskopierbare Verbindung
- 24
- Wannenrand
- 25
- erste Hinterschnittelemente
- 26
- zweite Hinterschnittelemente
- 27
- Membran
- 28,28.1,64
- Gasgenerator
- 28.2
- externer Gasgenerator
- 31, 32
- erste Rohrwände
- 33, 34
- zweite Rohrwände
- 35
- Faltung
- 36
- Wände
- 40
- Rohr
- 41
- Verschlussstück
- 42
- Bohrung
- 43
- Gasleitung
- 44
- umlaufender Absatz
- 45
- Abströmöffnung
- 50
- Abbruchkante
- 51
- Lastverteilungselement
- 52
- Expansionsrohr
- 53
- Wirkachse
- 54
- benachbarte Bauteile
- 55
- Ansatz
- 56
- Absatz
- 57
- Ende
- 58
- Überlappungsbereich
- 59
- Ausnehmung
- 60
- Gegenstück
- 61
- abzustützendes Element
- 62
- Durchgangslöcher
- 63,63.1
- Solldeformationszone
- 65
- Verlagerungspfeile
- 66
- Wirkpfeil
- E
- Expansionspfeile
- F, F'
- Kraftpfeile
