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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Stoßfängeranordnungen für Fahrzeuge können eine Steifigkeit aufweisen, die vom Material und der Struktur der Anordnung bestimmt wird. Die gewünschte Steifigkeit der Stoßfängeranordnung kann sich dabei je nach Fahrzeuggeschwindigkeit unterscheiden. So kann beispielsweise bei einer niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeit eine höhere Steifigkeit gewünscht sein, um eine Beschädigung des Fahrzeugs zu verhindern. Bei einer höheren Fahrzeuggeschwindigkeit hingegen kann eine niedrigere Steifigkeit gewünscht sein, um die Energie bei einem Zusammenprall mit einem Fußgänger zu absorbieren.
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Fahrzeugforschungsorganisationen geben Versuchsprotokolle und Standards für Fahrzeuge heraus, die sich an bestimmten Ergebnissen orientieren. So werden beispielsweise von der National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) die Federal Motor Vehicle Safety Standards (FMVSS), einschließlich Part 581, herausgegeben, in dem die Aufprallversuchsprotokolle für die Verformbarkeit bei niedriger Geschwindigkeit („low speed damageability“ – LSD) von Fahrzeugstoßfängern beschrieben werden. Der Versuch misst den Schaden an einem Fahrzeug bei geringen Geschwindigkeiten. Ein weiteres Beispiel ist das Euro New Car Assessment Programme (NCAP), das die Global Technical Regulations (GTR), einschließlich GTR 9, herausgibt, welches den Fußgängerschutz misst. Dieser Versuch misst insbesondere den Anprall auf die Beine eines Fußgängers bei einem Frontalzusammenprall mit einem Fahrzeug, z.B. bei Geschwindigkeiten über 30 km/h. Die Anforderungen für LSD und Fußgängerschutz können zu konkurrierenden und sich widersprechenden Konstruktionsbestrebungen führen.
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Daher besteht ein Bedarf für die Konstruktion einer Fahrzeugstoßfängeranordnung, die sich sowohl durch Verformbarkeit bei niedriger Geschwindigkeit als auch durch guten Fußgängerschutz auszeichnet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Stoßfängerquerträger, mit einem Energieabsorptionselement und einer Blende, die vom Rest des Fahrzeugs getrennt in Art einer Explosionszeichnung dargestellt ist.
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2 ist eine perspektivische Ansicht des Energieabsorptionselements aus 1, wobei ein Träger des Energieabsorptionselements in gestrichelten Linien gezeigt ist.
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ist 3 eine weitere perspektivische Ansicht des Energieabsorptionselements aus 1.
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4 ist eine Draufsicht des Energieabsorptionselements aus 1, mit dem Träger, der in gestrichelten Linien gezeigt ist, und dem Stoßfängerquerträger.
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5 eine Querschnittsansicht eines Teils des Energieabsorptionselements und des Stoßfängerquerträgers entlang von Linie 5 aus 4.
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6 ist eine Draufsicht des Energieabsorptionselements aus 1, mit dem Träger, der in gestrichelten Linien gezeigt ist, und dem Stoßfängerquerträger, wobei ein Zusammenprall mit einem ersten Objekt bei einem Fußgängerschutztest gezeigt wird.
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7 ist eine Draufsicht des Energieabsorptionselements aus 1, mit dem Träger, der in gestrichelten Linien gezeigt ist, wobei ein Zusammenprall mit einem zweiten Objekt bei einem Test zur Verformbarkeit bei niedriger Geschwindigkeit gezeigt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezugnehmend auf die Figuren, wobei in allen verschiedenen Ansichten gleiche Nummern jeweils gleiche Teile bezeichnen, weist eine Stoßfängeranordnung 12 für ein Fahrzeug 10 einen Stoßfängerquerträger 14 und ein Energieabsorptionselement 16 auf. Das Energieabsorptionselement 16 ist am Stoßfängerquerträger 14 angebracht. Wie in 1 gezeigt, wird das Energieabsorptionselement 16 vom Rest des Fahrzeugs 10, einschließlich des Stoßfängerquerträgers 14, getrennt in Art einer Explosionszeichnung dargestellt. Eine Blende 30, die auch vom Rest des in 1 gezeigten Fahrzeugs getrennt in Art einer Explosionszeichnung dargestellt wird, kann die Stoßfängeranordnung 12 bedecken.
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Das Energieabsorptionselement 16 weist einen Träger 18 und Rippen 28 auf. Wie in 1 gezeigt, erstreckt sich das Energieabsorptionselement 16 entlang einer Längsachse L, mit zwei Enden 20, die entlang der Längsachse L voneinander beabstandet sind. Der Träger 18 weist eine Wand 22 auf, die sich entlang der Längsachse L erstreckt, sowie einen ersten Steg 24 und einen zweiten Steg 26, die voneinander beabstandet sind und sich von der Wand 22 in eine erste Richtung erstrecken. Die Rippen 28 können an der Wand 22 fixiert und entlang der Längsachse L der Wand 22 voneinander beabstandet sein. Die Rippen 28 können zwischen dem ersten Steg 24 und dem zweiten Steg 26 angeordnet sein. Jede Rippe 28 erstreckt sich von der Wand 22 in die erste Richtung in einem positiven Winkel A1 bzw. einem negativen Winkel A2 von ca. 60–65 Grad relativ zur Wand 22.
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Wenn das Energieabsorptionselement 16 am Stoßfängerquerträger 14 des Fahrzeugs 10 angebracht ist, so erstreckt sich das Energieabsorptionselement 16 zwischen dem Stoßfängerquerträger 14 und der Blende 30, wobei sich die Rippen 28 von der Wand 22 zum Stoßfängerquerträger 14 erstrecken. Wie weiter unten dargelegt, fördert das Erstrecken der Rippen 28 von der Wand in einem positiven Winkel A1 bzw. einem negativen Winkel A2 von ca. 60–65 Grad relativ zur Wand 22 eine Kraftübertragung der Rippen 28 von der Blende 30 zum Stoßfängerquerträger 14 ohne eine Verformung, bzw. mit einer minimalen Verformung, der Rippen 28, um die Blende 30 des Fahrzeugs 10 bei einem Test zur Verformbarkeit bei niedriger Geschwindigkeit, wie beispielsweise FMVSS Part 581, zu verstärken. Darüber hinaus fördert das Erstrecken der Rippen 28 von der Wand in einem positiven Winkel A1 bzw. einem negativen Winkel A2 von ca. 60–65 Grad relativ zur Wand 22 eine Verformung bzw. ein Abbrechen der Rippen von der Wand 22, um bei einem Fußgängeraufpralltest, wie beispielsweise Euro NCAP oder GTR 9, Energie zu absorbieren, was es der Blende 30 ermöglicht, sich zu verformen und Energie zu absorbieren.
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Die Stoßfängeranordnung 12 in 1 wird an der Front des Fahrzeugs 10 gezeigt. Zusätzlich oder alternativ kann die Stoßfängeranordnung 12 auch am Heck des Fahrzeugs 10 angebracht sein. Das Fahrzeug 10 kann ein Personen- oder Nutzfahrzeug jeglicher Art sein, wie beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Sport Utility Vehicle (SUV), ein Taxi, ein Bus usw.
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Der Stoßfängerquerträger 14 kann von einem Rahmen (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 10 auf jede beliebige geeignete Weise getragen sein. So können beispielsweise Crashboxen (nicht gezeigt) am Rahmen des Fahrzeugs 10 an einem ersten Ende der Crashboxen angebracht sein, während ein zweites Ende der Crashboxen mit dem Stoßfängerquerträger 14 verbunden ist. Alternativ kann der Stoßfängerquerträger 14 auf jede beliebige geeignete Weise direkt am Rahmen des Fahrzeugs 10 angebracht sein.
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Wie in 1, 4, 6 und 7 gezeigt, kann der Stoßfängerquerträger 14 kurvenförmig zu einer Tangente an einer Längsmitte des Stoßfängerquerträgers 14 sein. Der Stoßfängerquerträger 14 kann sich bei einem Frontalaufprall eventuell verformen. Alternativ kann der Stoßfängerquerträger 14 derart ausgebildet sein, dass er bei einem Frontalaufprall starr bleibt. Der Stoßfängerquerträger 14 kann aus Metall, wie Stahl oder Aluminium gebildet sein.
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Weiter bezugnehmend auf 1, kann die Blende 30 die Stoßfängeranordnung 12, einschließlich des Energieabsorptionselements 16 und des Stoßfängerquerträgers 14, bedecken. Die Blende 30 kann dem Fahrzeug 10 unter anderem ein ästhetisches Erscheinungsbild verleihen.
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Die Blende 30 kann auf jede beliebige geeignete Weise am Energieabsorptionselement 16 angebracht sein. So kann die Blende 30 beispielsweise mithilfe von Schaum niedriger Dichte oder ähnlichem an der Wand 22 des Trägers 18 angebracht sein, damit die Blende 30 eine gewünschte Form behalten kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Blende 30 mit Befestigungselementen jeder beliebigen geeigneten Art am Energieabsorptionselement 16 oder an anderen Strukturen des Fahrzeugs 10, wie beispielsweise dem Rahmen, angebracht sein.
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Bei einem Fahrzeugzusammenprall kann die Blende 30 auf ein Objekt prallen und Energie von dem Objekt absorbieren. Die Blende 30 kann flexibel und/oder brüchig relativ zur Stoßfängeranordnung 12 sein. Die Blende 30 kann aus jedem beliebigen geeigneten Material gebaut sein, z.B. einem Metall, einem Polymer (z.B. einem Kunststoff), einem Verbundwerkstoff und ähnlichem.
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Wie oben erörtert, erstreckt sich das Energieabsorptionselement 16 entlang der Längsachse L, mit den zwei Enden 20, die entlang der Längsachse L voneinander beabstandet sind. Der Träger 18, einschließlich der Wand 22, des ersten Stegs 24 und des zweiten Stegs 26, kann kurvenförmig zu einer Tangente an einer Längsmitte des Trägers 18 sein, wie in den 1–4 gezeigt. Der erste Steg 24 und der zweite Steg 26 können dergestalt geformt sein, dass sie einer Form des Stoßfängerquerträgers 14 entsprechen. So können sich beispielsweise der erste Steg 24 und der zweite Steg 26 des Trägers 18 entlang eines Bogens erstrecken, der im Wesentlichen einem Bogen des Stoßfängerquerträgers 14 entspricht. Auf diese Weise können der erste Steg 24 und der zweite Steg 26 des Trägers 18 an den Stoßfängerquerträger 14 über eine Länge des ersten Stegs 24 und des zweiten Stegs 26 zwischen den beiden Enden 20 des Energieabsorptionselements 16 angrenzen.
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Weiter bezugnehmend auf die 1–4, kann die Wand 22 des Trägers 18 dergestalt geformt sein, dass sie einer Form der Blende 30 entspricht. Beispielsweise kann die Wand 22 des Trägers 18 sich entlang eines Bogens erstrecken, der dem Bogen des ersten Stegs 24 und/oder des zweiten Stegs 26 entspricht. In diesem Fall kann die Wand 22 an die Blende 30 entlang einer Länge der Wand 18 zwischen den beiden Enden 20 des Energieabsorptionselements 16 angrenzen.
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Bezugnehmend auf 2, wie oben dargelegt, können der erste Steg 24 und der zweite Steg 26 voneinander beabstandet sein und sich von der Wand 22 zum Stoßfängerquerträger 14 hin in der ersten Richtung erstrecken. Der erste Steg 24 und der zweite Steg 26 können sich von der Wand 22 zum Stoßfängerquerträger 14 hin in der ersten Richtung parallel zueinander erstrecken, wie in 5 gezeigt. Alternativ können sich der erste Steg 24 und der zweite Steg 26 von der Wand 22 zum Stoßfängerquerträger 14 hin in der ersten Richtung in einem nichtparallelen Winkel zueinander erstrecken.
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Der erste Steg 24 und der zweite Steg 26 können an der Wand 22 fixiert sein. Die Wand 22, der erste Steg 24 und der zweite Steg 26 können integral, d.h. zusammen gleichzeitig als eine einzige zusammenhängende Einheit gebildet sein. So können beispielsweise die Wand 22, der erste Steg 24 und der zweite Steg 26 gleichzeitig als Formteile zusammen gegossen sein, z.B. durch das Spritzgussverfahren. Alternativ können die Wand 22, der erste Steg 24 und/oder der zweite Steg 26 getrennt gebildet sein und anschließend auf jede beliebige geeignete Art miteinander fixiert werden, z.B. mithilfe von Klebstoffen, Befestigungselementen, Schmelzverbinden, Schweißen usw. Die Wand 22, der erste Steg 24 und der zweite Steg 26 können aus jedem beliebigen geeigneten Material, einschließlich Kunststoff, einem Verbundwerkstoff usw. gebildet sein. Die Wand 22, der erste Steg 24 und der zweite Steg 26 können aus demselben oder aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt, kann der Träger 18 einen oder mehrere Flansche 32 aufweisen, die Öffnungen 34 bilden. Befestigungselemente, wie beispielsweise Gewindeschrauben, können durch die Öffnungen 34 in sich mit ihnen deckende Löcher (nicht gezeigt) in z.B. dem Stoßfängerquerträger 14 oder dem Rahmen ragen, um das Energieabsorptionselement 16 am Fahrzeug 10 anzubringen. Alternativ oder zusätzlich können auch andere geeignete Materialien wie beispielsweise Klebstoffe verwendet werden, um das Energieabsorptionselement 16 am Rest des Fahrzeugs 10 anzubringen.
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Die Wand 22 des Trägers 18 liegt in Fahrtrichtung des Fahrzeugs relativ zum Stoßfängerquerträger 14, wenn, wie in 1 gezeigt, das Energieabsorptionselement 16 am vorderen Ende des Fahrzeugs 10 angebracht ist. Die Rippen 28 erstrecken sich von der Wand 22 zum Stoßfängerquerträger 14 hin in der ersten Richtung. Jede Rippe 28 kann sich von einem ersten Ende 44 an der Wand 22 fixiert zu einem freiliegenden Ende 46 erstrecken. Wie in 3 gezeigt, ist das freiliegende Ende 46 offen und relativ zum Träger 18 sichtbar. Wie in den 4 und 5 gezeigt, können die freiliegenden Enden 46 an den Stoßfängerquerträger 14 angrenzen. Alternativ oder zusätzlich dazu, dass die ersten Enden 44 der Rippen 28 an der Wand 22 fixiert sind, können die ersten Enden 44 am ersten Steg 24 und/oder am zweiten Steg 26 fixiert sein, wie nachfolgend dargelegt. Mit anderen Worten können die ersten Enden 44 von der Wand 22 beabstandet sein oder können von der Wand 22 getrennt sein und an diese angrenzen.
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Wie in 5 gezeigt, können sich die Rippen 28 in der ersten Richtung vom ersten Steg 24 und zweiten Steg 26 weg verjüngen. Die Rippen 28 können am ersten Steg 24 und zweiten Steg 26 an einer Schnittstelle der Wand 22 mit dem ersten Steg 24 bzw. zweiten Steg 26 fixiert sein. Die Rippen 28 können sich vom ersten Steg 24 und zweiten Steg 26 an von der Schnittstelle der Wand 22 mit dem ersten Steg 24 bzw. zweiten Steg 26 weg verjüngen. Alternativ können die Rippen 28 an dem ersten Steg 24 und/oder dem zweiten Steg 26 entlang eines Teils oder des gesamten ersten Stegs 24 und/oder zweiten Stegs 26 von der Wand bis zu den freiliegenden Enden 46 fixiert sein.
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Die Rippen 28 sind entlang der Längsachse L voneinander beabstandet. Die Rippen 28 können aus Kunststoff, Verbundwerkstoffen usw. gebildet sein.
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Der in den 1–4, 6 und 7 gezeigte Träger 18 weist sechzehn Rippen 28 auf. Der Träger kann jedoch jede beliebige geeignete Anzahl von Rippen 28 aufweisen. Die Anzahl von Rippen 28 im Energieabsorptionselement 16 kann abhängig von einer Reihe von Faktoren variieren. Zu diesen Faktoren gehören unter anderem der Abstand zwischen den Rippen 28, die Materialien, aus denen die Rippen 28 gebildet sind, und die Länge des Energieabsorptionselements 16 in Längsrichtung.
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Die Rippen 28 können integral mit der Wand 22, dem ersten Steg 24 und/oder dem zweiten Steg 26, d.h. zusammen gleichzeitig als eine einzige zusammenhängende Einheit gebildet sein. Beispielsweise können die Rippen 28 gleichzeitig mit der Wand 22, dem ersten Steg 24 und/oder dem zweiten Steg 26 als Formteile zusammen gegossen sein, z.B. durch das Spritzgussverfahren. Alternativ können die Rippen 28 getrennt von der Wand 22, dem ersten Steg 24 und/oder dem zweiten Steg 26 gebildet sein und anschließend auf jede beliebige geeignete Art an der Wand 22, dem ersten Steg 24 und/oder dem zweiten Steg 26 fixiert werden, z.B. mithilfe von Klebstoffen, Befestigungselementen, Schmelzverbinden, Schweißen usw. Die Rippen 28 können aus jedem beliebigen geeigneten Material, einschließlich Kunststoff, einem Verbundwerkstoff usw. gebildet sein. Die Rippen 28 können aus demselben oder aus unterschiedlichen Materialien wie die Wand 22, der erste Steg 24 und/oder der zweite Steg 26 gebildet sein.
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Wie in 4 gezeigt, kann das Energieabsorptionselement 16 eine erste Vielzahl 48 von Rippen 28 und eine zweite Vielzahl 50 von Rippen 28, d.h. eine erste Reihe von Rippen 28 und eine zweite Reihe von Rippen 28, aufweisen. Die Rippen 28 der ersten Vielzahl 48 können sich von der Wand 22 in der ersten Richtung in einem Winkel A1 erstrecken und die Rippen 28 der zweiten Vielzahl 50 können sich von der Wand 22 in der ersten Richtung in einem Winkel A2 erstrecken. Wie oben dargelegt kann der Winkel A1 60–65 Grad betragen. Der Winkel A2 kann 60–65 Grad betragen gemessen von der Wand 22 in eine entgegengesetzte Richtung wie A1. Mit anderen Worten kann der Winkel A1 der Rippen 28 der ersten Vielzahl 48 in der positiven Richtung von der Wand 22 gemessen werden und der zweite Winkel A2 der Rippen 28 der zweiten Vielzahl 50 kann in der negativen Richtung von der Wand 22 gemessen werden.
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Die erste Vielzahl 48 und die zweite Vielzahl 50 von Rippen 28 können sich bei einer Mitte des Trägers 18 treffen. Die Rippen 28 der ersten Vielzahl 48 und die Rippen 28 der zweiten Vielzahl 50 können von der Wand 22 abgewinkelt weg von der Mitte des Trägers 18 verlaufen.
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Bezugnehmend auf 6 wird ein beinförmiger Prallkörper 40 beim Zusammenprall (als „F“ gekennzeichnet) mit dem Energieabsorptionselement 16 und dem Stoßfängerquerträger 14 bei einem Fußgängerschutztest, z.B. Euro NCAP oder GTR 9, gezeigt. Bei dem Fußgängerschutztest kann der beinförmige Prallkörper 40 bei einer Geschwindigkeit von über 30 km/h auf die Stoßfängeranordnung 12 prallen. Aufgrund der relativ hohen Geschwindigkeit des Fußgängerschutztests und des relativ geringen Durchmessers des beinförmigen Prallkörpers 40 können die Rippen 28 von der Wand 22 des Energieabsorptionselements 16 wegbrechen und dadurch der Wand 22, dem ersten Steg 24 und dem zweiten Steg 26 des Trägers 18 sowie der Blende 30 gestatten, sich zu verformen. Auf diese Weise kann das Energieabsorptionselement 16 eine niedrigere Steifigkeit bereitstellen und mehr Energie aus dem Zusammenprall absorbieren. Die Rippen 28 brechen unter diesen Bedingungen von der Wand 22 ab, da die Rippen 28 relativ zur Wand 22 in einem Winkel von 60–65 Grad verlaufen.
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In 7 wird eine Stoßfängeraufprall-Testvorrichtung 42 beim Zusammenprall (als „F“ gekennzeichnet) mit dem Energieabsorptionselement 16 bei einem LSD-Test wie z.B. FMVSS Part 581 gezeigt. Bei einem solchen LSD-Test kann die Stoßfängeraufprall-Testvorrichtung 42 bei einer niedrigeren Geschwindigkeit als beim Fußgängerschutztest, z.B. bei 4 km/h, auf die Stoßfängeranordnung 12 prallen. Die Stoßfängeraufprall-Testvorrichtung 42 weist einen größeren Durchmesser als der beinförmige Prallkörper 40 auf. Dadurch übt die Stoßfängeraufprall-Testvorrichtung 42 Kraft auf eine größere Zahl der Rippen 28 aus, d.h. die Kraft der Stoßfängeraufprall-Testvorrichtung 42 wird auf eine größere Zahl von Rippen 28 als bei dem beinförmigen Prallkörper 40 verteilt. Aufgrund der relativ niedrigen Geschwindigkeit des LDS-Tests und des relativ großen Durchmessers der Stoßfängeraufprall-Testvorrichtung 42 können sich die Rippen 28 verbiegen und/oder auf eine andere Weise verformen, statt von der Wand 22 wegzubrechen, wodurch das Energieabsorptionselement 16 eine höhere Steifigkeit als bei Aufprallen bei höheren Geschwindigkeiten erhält. Mit anderen Worten, die Rippen 28 verstärken die Blende 30 beim LSD-Test. Die Rippen 28 verbiegen und/oder verformen sich unter diesen Bedingungen, da die Rippen 28 relativ zur Wand 22 in einem Winkel von 60–65 Grad verlaufen. Somit fördert der Verlauf der Rippen 28 relativ zur Wand 22 in einem Winkel von 60–65 Grad 1) ein Brechen der Rippen 28 beim Anprallen des beinförmigen Prallkörpers 40 mit einem relativ geringen Durchmesser bei relativ hohen Geschwindigkeiten, um die Stoßfängeranordnung 12 dazu zu bringen, sich zu verformen und Energie zu absorbieren, und 2) ein Verbiegen der Rippen 28 beim Anprallen der Stoßfängeraufprall-Testvorrichtung 42 mit einem relativ großen Durchmesser bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten, um die Stoßfängeranordnung 12 dazu zu bringen, einer Verformung zu widerstehen, um eine Beschädigung der Blende 30 zu verhindern oder zu begrenzen.
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Die Wendung „im Wesentlichen“, wie hier in dieser Patentschrift verwendet, bedeutet, dass eine Form, eine Struktur, ein Maß usw. von einer genau beschriebenen Geometrie, einem genau beschriebenen Abstand, einem genau beschriebenen Maß usw. aufgrund von leichten Ungenauigkeiten in Materialien, Bearbeitungs- und Herstellungsverfahren abweichen kann. Die Offenbarung wird auf veranschaulichende Weise beschrieben und es versteht sich, dass die verwendeten Begriffe beschreibend und nicht einschränkend gemeint sind. Im Sinne der vorstehenden Lehren sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Offenbarung möglich und die Erfindung kann auch auf andere Weise, als konkret beschrieben, verwirklicht werden.
