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Die Erfindung betrifft einen Hohlträger, insbesondere Fahrzeugschweller, für eine Karosseriestruktur eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Die seitlichen Fahrzeugschweller eines Kraftfahrzeugs weisen eine Schwellergeometrie auf, die so ausgelegt ist, dass bei einem seitlichen Pfahlcrash die Intrusion des crashzugewandten Fahrzeugschwellers in den Fahrzeug-Innenraum hinein möglichst gering ist. Konventionelle Fahrzeugschweller sind derart bauteilsteif realisiert, dass deren Querschnitt in einer Precrash-Phase nicht erweiterbar ist, um einen zusätzlichen Deformationsweg bereitzustellen.
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Demgegenüber weist ein beispielhafter Hohlträger, insbesondere ein Fahrzeugschweller, ein karosserieseitiges, in einer Precrash-Phase stationäres Profilteil und ein crashzugewandtes, in der Precrash-Phase verstellbares Profilteil auf. Im normalen Fahrbetrieb befindet sich das crashzugewandte Profilteil in einer eingefahrenen Position mit reduziertem Hohlträger-Querschnitt. Demgegenüber wird das crashzugewandte Profilteil in der Precrash-Phase in eine ausgefahrene Crashposition verstellt, in der der Hohlträger-Querschnitt sowie der Hohlträger-Deformationsweg vergrößert ist. Im anschließenden Crashfall wird der Hohlträger unter zumindest teilweisem Aufbrauch des Hohlträger-Deformationsweges sowie unter Abbau von Crashenergie aufgrund der Hohlträger-Verformung deformiert.
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Ein derart verstellbarer Fahrzeugschweller weist als Stellglied ein airbagartig aufblasbares Bauteil auf, das sich bei Aktivierung eines Gasgenerators entfaltet. Um eine einfache Verstellung des Fahrzeugschwellers in die Crashposition zu ermöglichen, muss der Fahrzeugschweller während der Precrash-Phase eine entsprechend reduzierte Verformungssteifigkeit bereitstellen. Die reduzierte Verformungssteifigkeit des Fahrzeugschwellers ist im anschließenden Crashfall kontraproduktiv. Zum Ausgleich bzw. zur Erhöhung der crashbedingten Deformationsarbeit wird der zur Verfügung gestellte Deformationsweg vergrößert.
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Aus der
DE 100 26 264 A1 ist eine Kraftfahrzeug-Außenhaut bekannt. Aus der
DE 10 2009 059 123 A1 ist ein Strukturbauteil für eine Karosserie eines Kraftwagens bekannt. Aus der
DE 25 23 546 A1 ist ein pneumatischer Stoßabsorber bekannt. Aus der
DE 195 25 698 A1 ist ein gattungsgemäßer Hohlträger bekannt. Aus der
JP 2008-56 120 A ist ein Fußgängerschutzsystem bekannt. Aus der
JP H05-278 540 A ist ein Sicherheitssystem für ein Fahrzeug bekannt. Aus der
DE 199 63 068 A1 ist eine Einrichtung für bei Aufprallunfällen energieumwandelnd verformbare Karosseriebereiche in Kraftfahrzeugen bekannt. Aus der
EP 0 894 677 A1 ist eine Stoßfängeranordnung für ein Fahrzeug bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hohlträger, insbesondere Fahrzeugschweller, bereitzustellen, mittels dem in einem Crashlastfall die Hohlträger-Steifigkeit und/oder der Deformationsweg erhöht wird, wodurch ein Fahrzeuginsasse direkt oder über die geringere Belastung eines eventuell unter dem Fahrzeugboden positionierten Energiespeichers indirekt besser geschützt wird. Dabei stehen besonders der Seiten-Crashtest mit stationärem Pfahl - und je nach Schwellerhöhe auch mit einer fahrbaren Barriere - als auch reale Seitenkollisionen mit Fahrzeugen und Hindernissen im Vordergrund.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist der Hohlträger für einen gesteigerten Crashenergie-Abbau zumindest ein Riegelelement auf. Das Riegelelement ist in der Precrash-Phase und dem Crashfall in eine Verriegelungsstellung verstellt, in der das Riegelelement einen Crash-Lastpfad zwischen dem crashzugewandten Profilteil und dem karosserieseitigen Profilteil zusätzlich aussteift bzw. verstärkt.
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Das Riegelelement kann auf unterschiedliche Weise umgesetzt werden, etwa als ein mechanischer Verriegelungsmechanismus, bevorzugt als ein Federmechanismus. Es ist z. B. auch möglich, das Schnappelement pyrotechnisch, pneumatisch oder auf andere Art mechanisch auszulösen und zu bewegen.
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Mit dem zumindest einen Riegelelement wird eine zusätzliche energieumwandelnde Versteifung bereitgestellt, mittels der das crashzugewandte Profilteil im Crashfall gegen das karosserieseitige Profilteil abgestützt wird. Dadurch wird das crashzugewandte Profilteil in seiner Crash-Bewegung blockiert und zusätzlich Crashenergie in Verformungsarbeit umgewandelt, und zwar durch die Deformation des Riegelelementes.
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In einer technischen Umsetzung kann dem Hohlträger ein Stellglied zugeordnet sein, das Bestandteil eines elektronischen Precrash-Steuersystems mit entsprechender Precrash-Sensorik ist. Bei Aktivierung des Stellglieds wird das crashzugewandte Profilteil während der Precrash-Phase automatisch in seine Crashposition verstellt, um unter Vergrößerung des Hohlträger-Querschnitts einen zusätzlichen Hohlträger-Deformationsweg bereitzustellen. In einer ersten Ausführungsvariante kann das Stellglied ein Airbag bzw. ein aufblasbarer Gewebeschlauch sein oder ein Strukturairbag aus Metall (im Ausgangszustand platt gedrücktes Rohr) sein, der mittels eines Gasgenerators entfaltbar ist. Ein solcher Metall-Strukturairbag hat Vorteile gegenüber einem Gewebeschlauch: Er passt sich nicht so leicht der umgebenden Kontur an und kann größere Kräfte ausüben bzw. bei Verformung aufbringen (höhere Energieaufnahme).
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Das Riegelelement kann unter Bildung einer Klappachse an einem der Profilteile angelenkt sein und im normalen Fahrbetrieb eine Nichtgebrauchsstellung einnehmen, in der das Riegelelement funktionslos ist. Erst bei der Verstellung des crashzugewandten Profilteils in seine Crashposition kann das Riegelelement in seine Verriegelungsstellung geklappt werden. In der Verriegelungsstellung kann das Riegelelement bevorzugt im Wesentlichen in Flucht zur Crashrichtung ausgerichtet sein. Dabei kann das Riegelelement mit seinem klappachsenfernen Ende in kraftüberleitender Anlage mit einem Bewegungsanschlag des anderen Profilteils gebracht sein, um im Crashfall eine zusätzliche Abstützung des crashzugewandten Profilteils am karosserieseitigen Profilteil zu gewährleisten. Im Crashfall sind also erfindungsgemäß das crashzugewandte Profilteil, das Riegelelement und das karosserieseitige Profilteil im Crash-Lastpfad eingebunden.
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Bevorzugt können zumindest zwei Riegelelemente bereitgestellt sein, die in der Precrash-Phase in ihren jeweiligen Verriegelungsstellungen zueinander parallel in Crashrichtung ausgerichtet sind. Ein erstes Riegelelement kann an dem karosserieseitigen Profilteil angelegt sein, während ein zweites Riegelelement an dem crashzugewandten Profilteil angelenkt sein kann.
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Die Anlenkung des Riegelelementes kann beispielhaft materialeinheitlich und/oder einstückig nach Art eines Festkörpergelenkes erfolgen. Im Hinblick auf einen Klapperschutz im normalen Fahrbetrieb ist es bevorzugt, wenn das klappachsenferne Ende des Riegelelementes im normalen Fahrbetrieb, insbesondere am anderen Profilteil, über eine Sollreißstelle klapperfest angebunden ist. Die Sollreißstelle ist so ausgelegt, dass diese bereits mit wenig Kraftaufwand bei der Verstellung des crashzugewandten Profilteils in seine Crashposition zerstört wird.
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Der erfindungsgemäße Hohlträger kann ein im Querschnitt geschlossenes Hohlprofil aufweisen. Beispielhaft können die beiden Profilteile über Seitenwände miteinander verbunden sein, die zusammen das Hohlprofil nach außen schließen. Im Hohlprofil des Hohlträgers kann sowohl das Riegelelement als auch das Stellglied angeordnet sein. Für eine einfache Verstellung des crashzugewandten Profilteils in seine Crashposition ist es bevorzugt, wenn die Seitenwände mit reduzierter Verformungssteifigkeit ausgebildet sind, um einen Kraftaufwand für das Verstellen in die Crashposition zu reduzieren.
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Im Hinblick auf eine einfache Verstellmöglichkeit ist es bevorzugt, wenn das Riegelelement in unmittelbarer Anlage bzw. in Wirkverbindung mit dem Stellglied (das heißt dem aufblasbaren Gewebeschlauch oder dem Metall-Strukturairbag) ist. In diesem Fall kann der sich in der Precrash-Phase entfaltende Gewebeschlauch bzw. der Metall-Strukturairbag das Riegelelement betriebssicher in seine Verriegelungsstellung drücken.
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In einer zweiten Ausführungsvariante kann das Stellglied nicht als aufblasbarer Gewebeschlauch oder Metall-Strukturairbag realisiert sein, sondern vielmehr als eine Kolben-Zylinder-Einheit. Die Kolben-Zylinder-Einheit weist zumindest ein an einem Profilteil ausgebildetes Zylinder-Element auf sowie ein damit zusammenwirkendes Kolben-Element, dass am anderen Profilteil ausgebildet ist. Das Kolben-Element ist um einen linearen Hubweg verstellbar in dem Zylinder-Element geführt. Zwischen dem Kolben-Element und dem Zylinder-Element ist eine Arbeitskammer definiert, die zum Beispiel mittels eines Gasgenerators druckbeaufschlagbar ist, um das Kolbenelement (und damit das crashzugewandte Profilteil) in der Precrash-Phase über den linearen Hubweg in die Crashposition zu verstellen.
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Das Riegelelement kann in einer konkreten Ausführungsvariante ein in einem Profilteil federvorgespannt gelagertes Schnappelement sein, das in der Verriegelungsstellung mit einer dazu korrespondierenden Rastkontur des anderen Profilteils formschlüssig in Rasteingriff bringbar ist. In einer technischen Umsetzung kann das Schnappelement unmittelbar im Kolben-Element der Kolben-Zylinder-Einheit federvorgespannt gelagert sein. Im normalen Fahrbetrieb kann das Schnappelement in einer zurückgesetzten Position gegen eine Zylinderlaufbahn des Zylinder-Elementes drücken. In dieser Zylinderlaufbahn kann die Rastkontur ausgebildet und derart positioniert sein, dass bei einer Hubverstellung des Kolben-Elements mit Erreichen der Crashposition das Schnappelement unter zumindest teilweisem Abbau der Federvorspannung in die Rastkontur der Zylinderlaufbahn formschlüssig einschnappt.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in einer Seitenansicht ein Fahrzeug mit teilweisem Aufriss;
- 2 und 3 jeweils Ansichten eines Fahrzeugschwellers im normalen Fahrbetrieb und in der Precrash-Phase;
- 4 bis 9 jeweils Ansichten weiterer Ausführungsbeispiele entsprechend den 2 und 3; sowie
- 10 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Fahrzeugschwellers.
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In der 1 ist in einer Seitenansicht ein Kraftfahrzeug mit teilweisem Aufriss gezeigt. Das Kraftfahrzeug weist an seiner Bodenstruktur beidseitig jeweils einen Fahrzeugschweller 1 auf, der sich seitlich des Fahrzeugs in der Fahrzeuglängsrichtung x erstreckt. Der Aufbau und die Funktionsweise des Fahrzeugschwellers 1 werden nachfolgend anhand der 2 und 3 erläutert.
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In der 2 ist der Fahrzeugschweller 1 aus einem fahrzeuginneren Profilteil 3 und einem fahrzeugäußeren Profilteil 5 aufgebaut, die unter Bildung eines im Querschnitt rahmenartig geschlossenen Rechteck-Hohlprofils 6 mittels oberer und unterer Seitenwände 7 miteinander verbunden sind. Das fahrzeuginnere Profilteil 3 ist an einer Karosseriestruktur 9 des Fahrzeugs angebunden. Die oberen und unteren Seitenwände 7 weisen jeweils in etwa mittig ein Wellprofil 11 auf, das - im Vergleich zum restlichen Fahrzeugschweller 1 - in der Fahrzeugquerrichtung y eine reduzierte Verformungssteifigkeit aufweist. Innerhalb des Rechteck-Hohlprofils 6 erstreckt sich in der Fahrzeuglängsrichtung x ein Gewebeschlauch 13, der in der 2 zusammengefaltet gezeigt ist. Der Gewebeschlauch 13 kann durch Aktivierung eines zugeordneten Gasgenerators 15 aufgeblasen werden, um das fahrzeugäußere Profilteil 5 von seiner eingefahrenen Position (2) in eine ausgefahrene Crashposition P (3) zu verstellen. In der ausgefahrenen Crashposition P (3) weist der Fahrzeugschweller 1 einen im Vergleich zur 2 vergrößerten Querschnitt auf, und zwar mit entsprechend vergrößertem Deformationsweg Δs. Der Gasgenerator 15 ist Bestandteil eines nicht gezeigten elektronischen Precrash-Fahrzeugsystems mit entsprechender Precrash-Sensorik. Sobald die Precrash-Sensorik eine unmittelbar bevorstehende Fahrzeugkollision ermittelt, wird die Precrash-Phase eingeleitet, in der das fahrzeugäußere Profilteil 5 in die Crashposition P ausgefahren wird.
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Wie aus der 2 weiter hervorgeht, sind in dem Rechteck-Hohlprofil 6 des Fahrzeugschwellers 1 zwei Riegelelemente 17 positioniert, die sich als leistenförmige Längsrippen in der Fahrzeuglängsrichtung x im Fahrzeugschweller 1 erstrecken. Das in der 2 obere Riegelelement 17 ist unter Bildung einer Klappachse K an der oberen Seitenwand 7 des fahrzeugäußeren Profilteils 5 angelenkt. In gleicher Weise ist das untere Riegelelement 17 an der unteren Seitenwand 7 des karosserieseitigen Profilteils 3 angelenkt. Zwischen den beiden Riegelelementen 17 ist der Gewebeschlauch 13 positioniert, der in unmittelbarer Wirkverbindung mit den beiden Riegelelementen 17 gebracht ist. Im Hinblick auf einen Klapperschutz sind in der 2 die klappachsenfernen Enden 19 der beiden Riegelelemente 17 in Anlage mit den Innenseiten der Profilteile 3, 5 gebracht.
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Die beiden Profilteile 3, 5 sind in Fahrzeughochachsenrichtung z ausgerichtet, während die beiden unteren Seitenwände 7 horizontal in der Fahrzeugquerrichtung y verlaufen. Die beiden Riegelelemente 17 sind in der 2 in Schrägstellung gezeigt, in der sie sich in etwa diagonal quer durch das Rechteck-Hohlprofil 6 erstrecken.
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Wie bereits oben erwähnt, wird in der Precrash-Phase der Gasgenerator 15 aktiviert, wodurch sich der Gewebeschlauch 13 entfaltet. Der Gewebeschlauch 13 drückt dadurch die Riegelelemente 17 in ihre Verriegelungsstellung (3). In der Verriegelungsstellung sind die beiden Riegelelemente 17 ebenfalls in einer Horizontalebene, das heißt in der Fahrzeugquerrichtung y sowie in Flucht zur Crashrichtung ausgerichtet. Die klappachsenfernen Enden 19 der beiden Riegelelemente 17 sind in der 3 in kraftüberleitender Anlage mit den jeweiligen Innenseiten der Profilteile 3, 5. Mittels der Riegelelemente 17 ist daher im anschließenden Crashfall eine zusätzliche Abstützung des crashzugewandten Profilteils 5 am karosserieseitigen Profilteil 3 gewährleistet. Dadurch sind im Crashfall das fahrzeugäußere Profilteil 5, die beiden Riegelelemente 17 und das fahrzeuginnere Profilteil 3 in einem ausgesteiften Crash-Lastpfad L (3) eingebunden.
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In den 4 und 5 ist ein weiterer Hohlträger 1 gezeigt, dessen Funktionsweise und Aufbau im Wesentlichen dem der 2 und 3 gleicht. Im Unterschied zu den 2 und 3 sind in den 4 und 5 die Riegelelemente 17 derart verkürzt, dass deren klappachsenfernen Enden 19 im normalen Fahrbetrieb (4) oder in der Precrash-Phase (5) nicht mehr in unmittelbarer Anlage mit den Innenseiten der Profilteile 3, 5 sind. Vielmehr weisen die oberen und unteren Seitenwände 7 jeweils zusätzliche kraftübertragende Bewegungsanschläge 21 auf, gegen die sich die in der Verriegelungsstellung befindlichen Riegelelemente 17 abstützen können.
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In den 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsvariante gezeigt, bei der die beiden Riegelelemente 17 ebenfalls als Längsrippen realisiert sind, die unter Bildung einer Klappachse K am fahrzeugäußeren Profilteil 5 und am fahrzeuginneren Profilteil 3 angebunden sind. Die beiden Klappachsen K sind - im Unterschied zu den vorangegangenen Figuren - nach Art von Festkörpergelenken realisiert. Im Hinblick auf einen Klapperschutz sind die klappachsenfernen Enden 19 der beiden Riegelelemente 17 über eine Sollreißstelle S (das heißt ein dünnwandiger Materialsteg) materialeinheitlich und einstückig an dem jeweiligen Profilteil 3, 5 fixiert. Die Sollreißstelle S ist derart ausgelegt, dass mit der Entfaltung des Gewebeschlauchs 13 schon bei geringfügiger Krafteinwirkung die Sollreißstelle S zerstört wird. Im normalen Fahrzustand können jedoch über diese Sollreißstellen geringfügige Kräfte übertragen werden.
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In den 8 bis 10 ist das Stellglied nicht mehr als Gewebeschlauch 13 realisiert, sondern vielmehr als eine Kolben-Zylinder-Einheit 23. Diese weist in der 8 ein U-profilförmiges Zylinder-Element 25 auf, das mit seiner U-Basis am fahrzeuginneren Profilteil 3 befestigt ist, und ein Kolben-Element 27, das am fahrzeugäußeren Profilteil 5 angebunden ist. Das Kolben-Element 27 ist um einen linearen Hubweg in der Fahrzeugquerrichtung y verstellbar in dem Zylinder-Element 25 geführt. Zwischen dem Kolben-Element 27 und dem Zylinder-Element 25 ist eine Arbeitskammer 29 definiert. Diese ist in einer Precrash-Phase mittels eines Gasgenerators 31 druckbeaufschlagbar, um das Kolben-Element 27 und damit das fahrzeugäußere Profilteil 5 in die Crashposition P (9) zu verstellen.
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In den 8 und 9 ist das Kolben-Element 27 ein Hohlprofilteil, in dessen Hohlraum 33 der Gasgenerator 31 angeordnet ist. Das Kolben-Element 27 weist in der 8 ein oberes Kolbenteil 35 und ein unteres Kolbenteil 37 auf, die den Hohlraum 33 begrenzen. Die beiden oberen und unteren Kolbenteile 35, 37 sind in der 8 am fahrzeugäußeren Profilteil 5 angebunden, während ihre beiden freien Kolben-Enden 41 einen Strömungsspalt 39 (8) begrenzen. Bei Aktivierung des Gasgenerators 31 wird das erzeugte Luft-Gas-Gemisch aus dem Hohlraum 33 über den Strömungsspalt 39 in die Arbeitskammer 29 geleitet, wodurch sowohl der Hohlraum 33 als auch die Arbeitskammer 29 druckbeaufschlagt sind. Die Druckbeaufschlagung der Arbeitskammer 29 führt zu einer Kolben-Bewegung in die Crashposition P. Die Druckbeaufschlagung des Hohlraums 33 sowie eine Vorspannung der Kolbenteile 37 führen dazu, dass die oberen und unteren Kolbenteile 35, 37 gegen die Zylinderlaufbahnen 45 (9) des Zylinder-Elements 25 gedrückt werden. In der Crashposition P (9) befindet sich das Kolben-Element 27 außerhalb der Zylinderlaufbahnen 45, so dass sich die oberen und unteren Kolbenteile 35, 37 nach außen (unter Druckabbau) aufweiten können. Auf diese Weise wirken die freien Kolben-Enden 41 der unteren und oberen Kolbenteile 35, 37 als Riegelelemente. Im anschließenden Crashfall kann sich daher das crashzugewandte Profilteil 5 gegen das karosserieseitige Profilteil 3 abstützen.
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In der 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, dessen Aufbau und Funktionsweise im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 8 und 9 gleicht. Im Unterschied zu den 8 und 9 sind in der 10 insgesamt zwei Zylinder-Elemente 25 im karosserieseitigen Profilteil 3 vorgesehen, die jeweils mit korrespondierenden Kolben-Elementen 27 des fahrzeugäußeren Profilteils 5 zusammenwirken. In den beiden Kolben-Elementen 27 ist das Riegelelement als ein Schnappelement 43 federvorgespannt gelagert. In der 10 ist der Fahrzeugschweller 1 im normalen Fahrbetrieb gezeigt. Demzufolge befindet sich das Schnappelement 43 in einer zurückgesetzten Position, in der es gegen eine Zylinderlaufbahn 45 des Zylinder-Elementes 25 gedrückt wird. In der Zylinderlaufbahn 45 ist zudem eine Rastkontur 47 ausgebildet. Deren Position ist so gewählt, dass bei einer Hubverstellung des Kolben-Elementes 27 mit Erreichen der Crashposition P das Schnappelement 43 unter Abbau der Federvorspannung in die Rastkontur 47 der Zylinderlaufbahn 45 einschnappt, wodurch eine kraftübertragende Formschlussverbindung erzielt ist.
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Wie aus der 10 weiter hervorgeht, ist der Gasgenerator 31 zur Erzeugung des Überdruckes unmittelbar in der Arbeitskammer 29 positioniert, die zwischen dem jeweiligen Zylinder-Element 25 und dem Kolben-Element 27 begrenzt ist. Es ist hervorzuheben, dass der Gasgenerator 31 nicht zwingend in der Arbeitskammer 29 angeordnet sein muss. Alternativ dazu kann der Gasgenerator 31 auch außerhalb (z. B. an den Schwellerenden) liegen, wenn eine nach außen druckdichte Verbindung zur Arbeitskammer 29 besteht und der Druck so dort hinein gelangt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugschweller
- 3
- karosserieseitiges Profilteil
- 5
- crashzugewandtes Profilteil
- 6
- Hohlprofil
- 7
- obere und untere Seitenwände
- 9
- Karosseriestruktur
- 11
- Wellprofil
- 13
- Airbag
- 15
- Gasgenerator
- 17
- Riegelelement
- 19
- klappachsenfernes Ende
- 21
- Bewegungsanschlag
- 23
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 25
- Zylinder-Element
- 27
- Kolben-Element
- 29
- Arbeitskammer
- 31
- Gasgenerator
- 33
- Hohlraum
- 35
- oberes Kolbenteil
- 37
- unteres Kolbenteil
- 39
- Strömungsspalt
- 41
- freie Kolbenteil-Enden
- 43
- Schnappelement
- 45
- Zylinderlaufbahn
- S
- Sollreißstelle
- K
- Klappachse
- L
- Crash-Lastpfad
