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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Fahrzeugkörperrahmentechnik.
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In
Fahrzeugen sind Fahrzeugkörperrahmen bekannt,
worin hohle Rahmenelemente wie etwa Seitenrahmen, die sich längs entlang
dem Fahrzeugkörper
erstrecken, vorgesehen sind (siehe zum Beispiel JP-A-11-5564; Seiten 2 und
3, 1 und 2). Dort umfasst
ein Seitenrahmen, wie etwa ein Vorderendseitenrahmen, der sich längs entlang
einem Fahrzeugkörper
erstreckt, ein hohles Rahmenelement, das wiederum ein extrudiertes
Aluminiumelement aufweist, wobei Längs- und Querrippen integral
mit dem hohlen Rahmenelement ausgebildet sind und die Dicken des
hohlen Rahmenelements und der Längs- und
Querrippen so gemacht sind, dass sie fortschreitend von Vorder-
und Hinterenden eines Fahrzeugs zu dessen Passagierraum hin zunehmen.
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Wenn
das Fahrzeug kollidiert, wobei dann die Aufprallenergie auf das
distale Ende des hohlen Rahmens ausgeübt wird, knickt der hohle Rahmen und
verformt sich, so dass die so ausgeübte Aufprallenergie absorbiert
werden kann.
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Übrigens
wird die Form des Seitenrahmens in vielen Fällen unter Berücksichtigung
der Steifigkeit des gesamten Fahrzeugkörperrahmens kompliziert. Jedoch
ist der Seitenrahmen in dem herkömmlichen Fahrzeugkörperrahmen
ein hohles Rahmenelement, das das extrudierte Element aufweist.
Es ist schwierig, einen Seitenrahmen mit komplexer Konfiguration durch
Extrusion herzustellen.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist es denkbar, einen Seitenrahmen aus einem hohlen
Rahmenelement mit komplexer Konfiguration zu konstruieren, das hergestellt
wird, indem Metallbleche formgepresst werden und danach diese zusammengeschweißt werden.
Jedoch ist die Anzahl der Herstellungsschritte erhöht, was
wiederum zu einer Erhöhung
der Produktionskosten führt.
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Andererseits
ist es dankbar, durch Guss einen Seitenrahmen zu produzieren, der
ein hohles Rahmenelement aufweist. Mit den Gussteilen können die
Produktionskosten aus dem Massenproduktionseffekt reduziert werden,
falls die hohlen Rahmenelemente in zumindest einer bestimmten Menge produziert
werden, die das Produktionskostenproblem lösen kann.
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Jedoch
ist bei der Herstellung von Gussteilen eine ausreichende Kontrolle
erforderlich, so dass die Qualität
des Gussteils aufgrund des Wegs, auf dem die Metallschmelze in einer
Gießform
fließt,
keiner Veränderung
unterliegt. Darüber
hinaus muss eine bestimmte Vorsorge getroffen werden, so dass die Qualitäten der
Gussteile nicht von Teil zu Teil, die so gegossen sind, variieren.
Dies hat eventuell zur Folge, dass die Qualitätskontrollkosten ansteigen.
Daher gibt es eine bestimmte Verbesserung in den Qualitätskontrollkosten.
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Die
DE 197 20 640 A offenbart
einen Fahrzeugkörperrahmen
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1. Dort sind die Rippen in einer unregelmäßigen Zickzack-Anordnung
vorgesehen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Dann
ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Technik bereitzustellen,
um Aufprallenergie in einer stabilen Weise zu absorbieren, ohne
die Qualitätskontrollkosten
für Gussteile
in einem Fall zu erhöhen, wo
die Gussprodukte für
hohle Rahmenelemente wie etwa Seitenrahmen verwendet werden, die
sich längs
entlang dem Fahrzeugkörper
erstrecken.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird gemäß einem ersten
Aspekt der Erfindung ein Fahrzeugkörperrahmen angegeben, der dadurch
gekennzeichnet ist, dass gegossene hohle Rahmenelemente wie etwa Seitenrahmen,
die sich längs
entlang einem Fahrzeugkörper
erstrecken, vorgesehen sind, wobei jedes der gegossenen hohlen Rahmenelemente
eine Mehrzahl von Rippen aufweist, die mit bestimmten regelmäßigen Intervallen
an der Innenumfangsfläche des
hohlen Rahmenelements vorgesehen sind, um dessen Innenraum in den
bestimmten regelmäßigen Intervallen
längs aufzuteilen.
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Indem
die Mehrzahl von Rippen mit bestimmten regelmäßigen Intervallen an der Innenumfangsfläche des
gegossenen hohlen Rahmenelements wie etwa des Seitenrahmens vorgesehen sind,
um den Innenraum des hohlen Rahmenelements längs aufzuteilen, ist es möglich, Abschnitte vorzusehen,
wo die Knickfestigkeit erhöht
ist, d. h. Knotenabschnitte mit bestimmten regelmäßigen Intervallen
in der Längsrichtung
in dem gegossenen hohlen Rahmenelement. Selbstverständlich ist
die Knickfestigkeit an den Knotenabschnitten größer als an den anderen Abschnitten.
Selbst wenn zum Beispiel die Qualität des gegossenen hohlen Rahmenelements
etwas variiert (seine physikalischen Eigenschaften etwas variieren),
wird das Knicken und Verformen des hohlen Rahmenelements an dessen
Abschnitten sichergestellt, wo kein Knoten vorgesehen ist, wenn
auf ein Ende des hohlen Rahmenelements Aufprallenergie einwirkt.
Aufgrund dessen kann sich das hohle Rahmenelement mit bestimmten
regelmäßigen Intervallen aufeinanderfolgend
von dem Ende her, wo die Aufprallenergie einwirkt, knicken und verformen,
um hierdurch die so einwirkende Aufprallenergie stabil und ausreichend
zu absorbieren.
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Demzufolge
kann die Aufprallenergie ausreichend in stabiler Weise durch das
gegossene hohle Rahmenelement absorbiert werden, ohne die Qualitätskontrollkosten
für das
so produzierte gegossene hohle Rahmenelement zu erhöhen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeugkörperrahmen vorgesehen, wie
er in dem ersten Aspekt der Erfindung angegeben ist, worin die Dicke
des gegossenen hohlen Rahmenelements an jenen Abschnitt, wo die
Mehrzahl von Rippen vorgesehen sind, größer eingestellt ist als seine Dicke
an den anderen Abschnitten.
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Indem
die Dicke der Abschnitte des gegossenen hohlen Rahmenelements dort,
wo die Mehrzahl von Rippen vorgesehen ist, größer eingestellt wird als die
Dicke an den anderen Abschnitten davon, wird die Knickfestigkeit
an den Abschnitten, wo die Rippen vorgesehen sind (den Abschnitten,
wo die Knickfestigkeit erhöht
ist), d. h. an den Knotenabschnitten erhöht. Demzufolge kann die Aufprallenergie
an den Abschnitten des gegossenen hohlen Rahmenelements, wo kein
Knoten vorgesehen ist, stabil absorbiert werden.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeugkörperrahmen vorgesehen, wie
er in dem ersten oder zweiten Aspekt der Erfindung angegeben ist,
worin die Dicke des gegossenen hohlen Rahmenelements so eingestellt
wird, dass sie von einem Ende des hohlen Rahmenelement dort, wo
die Aufprallenergie ausgeübt
wird, zu dessen anderem Ende hin allmählich erhöht wird.
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Indem
die Dicke des gegossenen hohlen Rahmenelements so eingestellt wird,
dass sie von dem Ende, wo die Aufprallenergie ausgeübt wird,
zu dem anderen Ende hin allmählich
zunimmt, ist es möglich,
die Knickfestigkeit von dem Ende zu dem anderen Ende hin allmählich zu
erhöhen.
Demzufolge kann das hohle Rahmenelement aufeinanderfolgend von dem
Ende zu dem anderen Ende hin in einer noch sichereren Weise knicken
und sich verformen, um hierdurch die Aufprallenergie in einer noch stabileren
Weise ausreichend zu absorbieren.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeugkörperrahmen vorgesehen, wie
er in dem ersten, zweiten oder dritten Aspekt der Erfindung angegeben
ist, worin die Querschnittsdimensionen des gegossenen hohlen Rahmenelements
so eingestellt werden, dass sie von einem Ende des hohlen Rahmenelements,
wo die Aufprallenergie ausgeübt
wird, zu dem anderen Ende davon allmählich zunehmen.
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Indem
die Querschnittsdimensionen des gegossenen hohlen Rahmenelements
so eingestellt werden, dass von dem Ende des hohlen Rahmenelements,
wo die Aufprallenergie ausgeübt
wird, zu dem anderen Ende davon allmählich zunehmen, ist es möglich, die
Knickfestigkeit von dem Ende zu dem anderen Ende hin allmählich zu
erhöhen.
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Demzufolge
kann das hohle Rahmenelement aufeinanderfolgend von dem Ende zu
dem anderen Ende in einer noch sichereren Weise knicken und verformen,
um hierdurch die Aufprallenergie in einer noch stabileren Weise
ausreichend zu absorbieren.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
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2A und 2B sind
Diagramme mit Darstellung der Konstruktion eines erfindungsgemäßen Seitenrahmens
(eines hohlen Rahmenelements).
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3A und 3B sind
Erläuterungsdiagramme,
die eine Energieabsorption durch die plastische Verformung eines
Dünnflachmaterial-Kastenelements
erläutern.
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4A und 4B sind
Erläuterungsdiagramme
(Teil 1), die die Energieabsorptionscharakteristiken eines Fahrzeugkörpers erläutern.
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5A und 5C sind
Erläuterungsdiagramme
(Teil 2), die die Energieabsorptionscharakteristiken des Fahrzeugkörpers erläutern.
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6A bis 6D sind
Diagramme, die die Funktion des erfindungsgemäßen hohlen Rahmenelements darstellen.
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7A und 7B sind
Diagramme, die die Konstruktion eines erfindungsgemäßen hohlen
Rahmenelements darstellen (erstes modifiziertes Beispiel).
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8A und 8B sind
Diagramme, die die Konstruktion eines erfindungsgemäßen hohlen
Rahmenelements darstellen (zweites modifiziertes Beispiel).
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9A und 9B sind
Diagramme, die die Konstruktion eines erfindungsgemäßen hohlen
Rahmenelements darstellen (drittes modifiziertes Beispiel).
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10 ist
ein Diagramm, das die Konstruktion eines erfindungsgemäßen hohlen
Rahmenelements darstellt (viertes modifiziertes Beispiel).
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11 ist
ein Diagramm, dass die Konstruktion eines erfindungsgemäßen hohlen
Rahmenelements darstellt (fünftes
modifiziertes Beispiel).
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Eine
Ausführung
der Erfindung wird auf der Basis der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Merke,
dass Begriffe wie etwa „vorne", „hinten", „links", „rechts", „oben" und „unten" Richtungen angeben,
wie sie aus der Perspektive des Fahrers her gesehen werden. Zusätzlich sind
die Zeichnungen in den Richtungen zu betrachten, in denen die Bezugszahlen
orientiert sind.
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1 ist
eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs. Ein Fahrzeugkörperrahmen 20 eines
Fahrzeugs 10, wie etwa eines Automobils, enthält hauptsächlich linke
und rechte Vorderendseitenrahmen 21L, 21R, die
sich von einem vorderen Endabschnitt eines Fahrzeugkörpers zu
dessen Rückseite
erstrecken, linke und rechte Seitenausleger 22L, 22R,
die mit Hinterenden der Vorderendseitenrahmen 21L, 21R verbunden
sind, linke und rechte Seitenschweller 23L, 23R,
die mit hinteren Abschnitten der Seitenausleger 22L, 22R derart verbunden
sind, dass die nach hinten abstehen, linke und rechte Hinterendseitenrahmen 25L, 25R,
die mit Hinterenden der Seitenschweller 23L, 23R über linke und
rechte Verbindungselemente 24L, 24R derart verbunden
sind, dass sie nach hinten abstehen, ein vorderes Querelement 26,
das so vorgesehen ist, dass es sich zwischen den Hinterenden der
linken und rechten Vorderendseitenrahmen 21L, 21R erstreckt,
ein hinteres Querelement 27, das so vorgesehen ist, dass
es sich zwischen Hinterenden der linken und rechten Hinterendseitenrahmen 25L, 25R erstreckt,
sowie linke und rechte Bodenrahmen 28L, 28R.
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Die
Bezugszahl 31 bezeichnet einen vorderen Stoßfänger, und
die Bezugszahl 32 bezeichnet einen hinteren Stoßfänger.
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Die
linken und rechten Vorderendseitenrahmen 21L, 21R und
die linken und rechten Hinterendseitenrahmen 25L, 25R werden
insgesamt als Seitenrahmen 40 bezeichnet, die an dem Fahrzeugkörperrahmen 20 derart
vorgesehen sind, dass sie sich längs
erstrecken. Nachfolgend wird der Seitenrahmen 40 im Detail
beschrieben.
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Die 2A, 2B sind
Diagramme, die die Konstruktion des erfindungsgemäßen Seitenrahmens
(eines hohlen Rahmenelements) zeigen, wobei 2A eine
Perspektivansicht ist, die die Konstruktion des Seitenrahmens 40 zeigt,
der noch nicht richtig vervollständigt
ist, und 2B eine Perspektivansicht ist,
die die Konstruktion des Seitenrahmens 40 zeigt, die richtig
vervollständigt
ist.
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Der
Seitenrahmen 40 ist ein hohles Rahmenelement, das eine
Gusslegierung oder Stahl aufweist. Nachfolgend wird der Seitenrahmen 40 von Zeit
zu Zeit in Abhängigkeit
von der durchzuführenden
Beschreibung als „hohles
Rahmenelement 40" bezeichnet.
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Insbesondere
ist das hohle Rahmenelement 40 eine kombinierte Struktur,
die eine erste Rahmenhälfte 51,
die eine Einheit mit im Wesentlichen U-förmigem
Querschnitt aufweist (eine quadratisch vertiefte Baustruktur), und
eine zweite Rahmenhälfte 52, die
im Wesentlichen zu einer flachen Platte geformt ist, enthält, wie
in 2A gezeigt.
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Die
erste Rahmenhälfte 51 hat
eine Breite b11 und eine Höhe
b13. Die Breite der zweiten Rahmenhälfte 52 ist b11. Die
Dicken der ersten Rahmenhälfte 51 und
der zweiten Rahmenhälfte 52 sind
t11.
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Die
erste Rahmenhälfte 51 ist
derart, dass eine Mehrzahl von Rippen 53 ... (... bezeichnet
eine Mehrzahl, und dies gilt auch für den restlichen Teil der detaillierten
Beschreibung der Erfindung) integral mit bestimmten regelmäßigen Intervallen
p11 in der Längsrichtung
in einer Nut 51a ausgebildet sind, die sich in der Längsrichtung
darin erstreckt. Diese Rippen 53 ... sind flache Platten,
die angeordnet sind, um den Innenraum der ersten Rahmenhälfte 51 mit den
bestimmten regelmäßigen Intervallen
in der Längsrichtung
zu unterteilen. Die Rippen 53 ... sind so vorgesehen, dass
sie sich so hoch wie offene Ränder 51b, 51b des
im Wesentlichen U-förmigen
Querschnitts erstrecken, um hierdurch die Nut 51a der ersten
Rahmenhälfte 51 in
der Längsrichtung
vollständig
zu verschließen.
Die Dicke der Rippen 53 ... ist t12, und ist gleich der
Dicke der ersten Rahmenhälfte 51,
die t11 ist.
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Ein
hohles Rahmenelement 40, wie in 2B gezeigt,
kann konstruiert werden, indem die zweite Rahmenhälfte 52 auf
den offenen Rändern 51b, 51b der
ersten Rahmenhälfte 51 angeordnet wird
und diese miteinander verbunden werden, wie etwa durch Schweißung. Das
so konstruierte hohle Rahmenelement stellt eine langgestreckte Struktur mit
geschlossenem Querschnitt dar, die zu einem quadratischen oder rechteckigen
Querschnitt ausgebildet ist (nachfolgend werden beide Querschnitte gemeinsam
als „rechteckiger
Querschnitt" bezeichnet).
Die Dimensionen der Struktur mit dem geschlossenen Querschnitt ist
derart, dass die Länge einer
Seite b11 ist und die Länge
der anderen Seite, die normal zu der einen Seite ist, b12 ist. Die
Länge der
anderen Seite ist die Summe der Höhe b13 der ersten Rahmenhälfte 51 und
der Dicke der zweiten Rahmenhälfte 52.
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Die
Mehrzahl von Rippen 53 ... kann mit den bestimmten regelmäßigen Intervallen
p11 an der Innenumfangsfläche 51 des
gegossenen hohlen Rahmenelements 40 vorgesehen sein, um
den Innenraum des hohlen Rahmenelements 40 mit den bestimmten
regelmäßigen Intervallen
p11 in der Längsrichtung
zu unterteilen. In dem gegossenen hohlen Rahmenelement 40 werden
die jeweiligen Blöcke, die
durch die Rippen 53 ... unterteilt sind, als erster Block 43,
zweiter Block 44, dritter Block 45, vierter Block 46,
... aufeinanderfolgend in dieser Reihenfolge vom einen Ende 42 (einem
distalen Ende 42) zum anderen Ende (einer Innenraumseite,
die so dargestellt ist, dass sie an der rechten Seite der Zeichnung angeordnet
ist) bezeichnet.
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Merke,
dass die zweite Rahmenhälfte 52,
die an den Endflächen
der Rippen 53 ... angeordnet ist, durch Punktschweißung damit
weiter verbunden werden kann.
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Als
nächstes
wird die Größe des Intervalls p11
zwischen der Mehrzahl von Rippen 53 ..., die an dem hohlen
Rahmenelement 40 vorgesehen sind, beschrieben.
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Die
folgenden Berichte Nr. 1 und 2 sind als Untersuchungen der Aufprallenergieabsorptionscharakteristiken
bekannt, worin Aufprallenergie, die entsteht, wenn das Fahrzeug
einer Vorderend- oder Hinterendkollision unterliegt, durch die plastische
Verformung der linken und rechten Seitenrahmen, die sich längs erstrecken,
absorbiert wird, d. h. der Vorderendseitenrahmen oder der Hinterendseitenrahmen.
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Bericht
Nr. 1 von Masatoshi Yamay et al. mit dem Titel „Energy Absorption through
Plastic Deformation of Thin Sheet Material Boxed Member" auf den Seiten 124
bis 130 in der ersten Ausgabe des achten Bands von Misubishi Heavy
Industries Technical Report, Misubishi Heavy Industries Inc., ausgegeben
im Januar 1971.
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Bericht
Nr. 2 von Noriyuki Aya et al. mit dem Titel „Energy Absorbing Characteristics
of Vehicle Bodies (First Issue)" auf
den Seiten 60 bis 66 in einer Sammlung von Berichten, die als siebte
Ausgabe von 1974 der Automobile Technology Association zusammengestellt
und ausgegeben wurde.
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Die 3A, 3B sind
Erläuterungsdiagramme,
die die Energieabsorption durch die plastische Verformung eines
Dünnflachmaterial-Kastenelements
beschreiben, und sich hierin gezeigt, um in gemeinsamer Weise darzustellen,
was in den 1 bis 3 und 5 im vorgenannten Bericht Nr. 1 gezeigt
ist.
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3A zeigt
eine Testprobe, die für
einen statischen Lastkompressionstest verwendet wird. Die Testprobe
ist ein Stahlprodukt, das durch Schließen einer Öffnung in einem Hutquerschnittselement
mit einer flachen Platte zu einer Struktur mit rechteckigem geschlossenen
Querschnitt gebildet ist, wobei die Struktur 300 mm lang ist und
sich sein geschlossener Querschnitt gleichmäßig entlang seiner vollen Länge erstreckt.
Die jeweiligen Dimensionen der Testprobe sind derart, dass die Breite
40 mm, die Höhe
80 mm, die Gesamthöhe
des Hutquerschnittselements 110 mm und die Dicke des Hutquerschnittselements
von der flachen Platte 1,2 mm beträgt. Die Testprobe ist nämlich eine
Struktur mit rechteckigem geschlossenen Querschnitt, der 40 mm breit
und 80 mm hoch ist.
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Die
Ergebnisse eines statischen Lastkompressionstest, in dem eine Kompressionslast
Fr längs
auf die Testprobe ausgeübt
wird, sind in 3B dargestellt.
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3B ist
eine Grafik mit Darstellung der Ergebnisse eines statischen Lastkompressionstest
auf die in 3A beschriebene Testprobe, wobei
in der Grafik die auf die Testprobe ausgeübte Kompressionslast durch
die Ordinatenachse dargestellt ist, während der Verformungsbetrag
der Testprobe durch die Abszissenachse dargestellt ist.
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Gemäß 3B ist
zu erkennen, dass dann, wenn die 300 mm lange Testprobe komprimiert
wurde, die Kompressionslast allgemein stabil ist, bis der Verformungsbetrag
etwa 150 mm betrug, wenn der Verformungsbetrag etwa 150 mm überschritt,
die Kompressionslast unstabil wurde, und wenn der Verformungsbetrag
etwa 200 mm überschritt,
die Kompressionslast drastisch anstieg.
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Wenn
somit die Testprobe knickt und sich verformt, bis die Länge der
Testprobe eine Hälfte
der Gesamtlängsich
e davon wurde, wurde die Fortsetzung der Verformung schwierig, weil
die Kompressionslast zum Bewirken der Verformung drastisch anstieg.
Dies gilt, wenn man ein partielles Knicken und Verformen der Testprobe
in der Längsrichtung
berücksichtigt.
Allgemein ist es in dem Fall, dass die Testprobe in der Längsrichtung
knickt und sich verformt, bekannt, dass die Testprobe derart knickt
und sich verformt, dass sie im Wesentlichen mit jeder bestimmten
Teilung in der Längsrichtung
Wellenformen (Balgen) ausbildet. Man nehme an, dass diese bestimmte
Teilung als „Knickmodusteilung
p" bezeichnet wird.
Man kann daran denken, dass es eine Notierung für die Verformung bei jeder
Knickmodusteilung p gibt.
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Wenn
man gemäß den Testergebnissen auch
das Knicken und Verformen der Testprobe berücksichtigt, das bei jeder Knickmodusteilung
p auftritt, wird, wenn sich die Testprobe in der Größenordnung
einer Hälfte
der Knickmodusteilung p verformt, die Fortsetzung der Verformung
schwierig.
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Übrigens
ist es bekannt, dass die Knickmodusteilung p entsprechend der Querschnittsgröße einer
Testprobe unterschiedlich ist. Dies wird auf der Basis der 4 und 5 beschrieben.
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Die 4A, 4B sind
Erläuterungsdiagramme
(Teil 1), die die Energieabsorptionscharakteristiken eines Fahrzeugkörpers beschreiben,
und sie sind hierin gezeigt, um das darzustellen, was in 11 in
dem vorgenannten Bericht Nr. 2 gezeigt ist.
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4A stellt
eine Testprobe dar, die in einem statischen Lastkompressionstest
verwendet wird. Die Testprobe ist eine Struktur mit einem gleichmäßigen quadratischen
Querschnitt, worin die Länge
einer Seite auf b gesetzt ist und die Dicke davon 1,6 mm beträgt. Die
Veränderung
in der Knickmodusteilung p ist in 4B dargestellt,
die sich ergab, wenn eine Längskompression
auf die Testprobe ausgeübt
wurde, wobei die Länge
der Seite davon verändert
wurde.
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4B ist
eine Grafik, die die Ergebnisse eines statischen Lastkompressionstests
darstellt, der an der in 4A dargestellten
Testprobe durchgeführt
wurde, wobei die Länge
b der Seite der Testprobe durch Abszissenachse dargestellt ist und
die Veränderung
in der Knickmodusteilung p durch die Ordinatenachse dargestellt
ist.
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Gemäß 4B ist
zu erkennen, dass die Veränderung
der Knickmodusteilung p proportional zur Veränderung der Länge b der
Seite ist, wodurch p = b gilt.
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5A bis 5C sind
Erläuterungsdiagramme
(Teil 2), die die Energieabsorptionscharakteristiken eines Fahrzeugkörpers erläutern, und
sind hierin gezeigt, um das darzustellen, was in 13 des
vorgenannten Berichts Nr. 2 gezeigt ist.
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5A zeigt
die Testprobe, die für
einen statischen Lastkompressionstest verwendet wird, und 5B zeigt
eine Querschnittskonstruktion entlang der Linie b-b in 5A.
Die Testprobe ist eine Struktur mit gleichmäßig rechteckigem Querschnitt,
worin die Länge
einer Seite auf b1 gesetzt ist, die Länge einer Seite, die normal
zur Seite mit der Länge
b1 ist, auf b2 gesetzt ist, und die Dicke davon 1,6 mm beträgt. 5C stellt
die Veränderung
der Knickmodusteilung p dar, die sich ergibt, wenn ein statischer
Lastkompressionstest an der Testprobe ausgeführt wird, indem eine Längskompressionslast
auf die Testprobe ausgeübt
wird, wobei eine Summe der Länge
b1 der einen Seite und der Länge
b2 der anderen Seite davon so eingestellt ist, dass sei 150 mm wird
(konstant), und ein Verhältnis
der Länge
b1 der einen Seite zur Länge
b2 der anderen Seite verändert
wurde.
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5C ist
eine Grafik, die die Ergebnisse des statischen Lastkompressionstests
darstellt, der an der in 5A gezeigten
Testprobe ausgeführt wurde,
wobei das Verhältnis
der Länge
b2 der anderen Seite relativ zur Länge b1 der einen Seite der Testprobe
durch die Abszissenachse dargestellt ist und die Veränderung
in der Knickmodusteilung p durch die Ordinatenachse dargestellt
ist.
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Gemäß 5C ist
zu erkennen, dass, wenn die Summe (b1 + b2) von b1 und b2 konstant
ist, die Knickmodusteilung p konstant bleibt, selbst wenn sich das
Verhältnis
von b2 relativ zu b1 ändert.
Falls nämlich
die Umfangslänge
des Rechteckquerschnitts und die Umfangslänge des quadratischen Querschnitts
gleich sind, kann man sagen, dass die erzeugten Lasten gleich werden.
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Somit
wird in der Struktur mit dem Rechteckquerschnitt die Knickmodusteilung
p durch einen Mittelwert der Länge
der kürzeren
Seite und der Länge der
längeren
Seite bestimmt. Demzufolge kann die Struktur mit dem Rechteckquerschnitt
als eine Struktur mit quadratischem Querschnitt betrachtet werden, die
eine Umfangslänge
gleich jener der Struktur mit Rechteckquerschnitt hat.
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Wie
aus dem zuvor beschriebenen klar wird, ist es eher bevorzugt, die
Größe des in 2 gezeigten Intervalls p11 zwischen den
Mehrzahl von Rippen 53 ... gleich oder im Wesentlichen
gleich der Knickmodusteilung p zu setzen. Der Grund für diese
Idee ist wie folgt.
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Das
in 2B gezeigte hohle Rahmenelement 40 wird
auf der Basis der Beschreibungen in Bezug auf die 3 bis 5 betrachtet. Man betrachte hier einen
Fall, wo keine Rippen 53 ... an dem hohlen Rahmenelement 40 vorgesehen
sind. In dem Fall, dass das hohle Rahmenelement 40 in der
Längsrichtung
knickt und sich verformt, verformt sich das hohle Rahmenelement 40 balgenartig
in der Längsrichtung an
jeder Knickteilung p, wobei dies zu einer Idee führt, dass an jeder Knickmodusteilung
p ein „Verformungsknoten" existiert. Falls
das Auftreten des Knickens und Verformens des hohlen Rahmenelements 10 zwischen
diesen „Verformungsknoten" sichergestellt werden
kann, führt
dies zu einer stabilen Absorption der Aufprallenergie.
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Dann
wird bestimmt, dass die Mehrzahl von Rippen 53 ... an den
gewissen regelmäßigen Intervallen
p11 an der Innenumfangsfläche 41 des
hohlen Rahmenelements 40 vorgesehen sind, um den Innenraum
des hohlen Rahmenelements 40 an den bestimmten regelmäßigen Intervallen
p11 längs
zu unterteilen. Ferner wird das Intervall p11 zwischen den Rippen 53 ...
so gesetzt, dass es gleich oder im Wesentlichen gleich der vorgenannten
Knickmodusteilung p ist.
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Da
die Abschnitte des hohlen Rahmenelements dort, wo die Rippen 53 ...
vorgesehen sind, durch die so vorgesehenen Rippen 53 ...
verstärkt sind,
können
diese Abschnitte als Abschnitte bezeichnet werden, wo die Knickfestigkeit
erhöht
ist, oder die sogenannten Knotenabschnitte.
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Merke,
dass die „Knickfestigkeit" eine Kompressionsfestigkeit
(Zerdrückfestigkeit)
gegen eine Kompressionslast bedeutet, die längs auf das hohle Rahmenelement 40 ausgeübt wird,
wenn auf dessen distales Ende eine Aufprallenergie einwirkt.
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Die
Worte „kickt
und verformt" bedeuten
das Kollabieren des hohlen Rahmenelements, nachdem das Element durch
die vorgenannte Kompressionslast zu einer plastischen Verformung
gebracht ist.
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Als
nächstes
wird die Funktion des hohlen Rahmenelements 40, die wie
zuvor beschrieben konstruiert ist, auf der Basis der 6A bis 6D beschrieben.
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Die 6A bis 6D sind
Diagramme, die die Funktion des erfindungsgemäßen hohlen Rahmenelements darstellen
und als Beispiel einen Fall beschreiben, wo ein Fahrzeug mit einem
Hindernis Sh kollidieren.
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6A stellt
einen Zeitpunkt dar, wenn infolge einer Kollision des Fahrzeugs
gegen das Hindernis Sh die Einwirkung von Aufprallenergie auf ein Ende 42 des
erfindungsgemäßen hohlen
Rahmenelements beginnt. In der folgenden Beschreibung in Bezug auf 6B und
die restlichen Zeichnungen wird das Hindernis Sh weggelassen.
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6B stellt
dar, dass der erste Block 43 am Ende 42 des hohlen
Rahmenelements 40 durch die ausgeübte Aufprallenergie balgenartig
plastisch verformt wird.
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6C stellt
dar, dass zusätzlich
der zweite Block 44 des hohlen Rahmenelements aufgrund
der ausgeübten
Aufprallenergie balgenartig plastisch verformt wird.
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6D stellt
ferner dar, dass der dritte Block 45 des hohlen Rahmenelements
aufgrund der ausgeübten
Aufprallenergie balgenartig plastisch verformt wird.
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Somit
knickt und verformt sich das hohle Rahmenelement 40 mit
gewissen regelmäßigen Intervallen
aufeinanderfolgend von dessen Ende 42 hin, so dass die
Aufprallenergie stabil und ausreichend absorbiert werden kann.
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Wie
aus dem zuvor Beschriebenen klar wird, ist der Fahrzeugrahmen der
Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das gegossene hohle Rahmenelement 40,
wie etwa der Seitenrahmen, der sich längs entlang dem Fahrzeugkörper erstreckt,
vorgesehen ist, wobei das gegossene hohle Rahmenelement 40 eine
Mehrzahl von Rippen 53 ... aufweist, die an den bestimmten
regelmäßigen Intervallen
p11 auf der Innenumfangsfläche 41 des
hohlen Rahmenelements 40 vorgesehen sind, um dessen Innenraum
an den bestimmten regelmäßigen Intervallen
p11 längs
zu unterteilen.
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Bei
dieser Konstruktion können
die Abschnitte, wo die Knickfestigkeit erhöht ist, oder die Knotenabschnitte
an den bestimmten regelmäßigen Intervallen
p11 in der Längsrichtung
an dem gegossenen hohlen Rahmenelement 40 vorgesehen sein.
Selbstverständlich
ist die Knickfestigkeit an den Knotenabschnitten größer als
jene an den anderen Abschnitten. Selbst wenn zum Beispiel die Qualität des gegossenen
hohlen Rahmenelements 40 etwas schwankt (dessen physikalische
Eigenschaften etwas variieren), knicken und verformen sich die Abschnitte
des hohlen Rahmenelements 40 dort, wo kein Knoten vorgesehen
ist, in einer sichergestellten Weise, wenn die Aufprallenergie auf
das hohle Rahmenelement 40 auf dessen eines Ende 42 ausgeübt wird.
Aufgrund dessen knickt und verformt sich das hohle Rahmenelement 40 an
den bestimmten regelmäßigen Intervallen
aufeinanderfolgend von dem einen Ende 42 davon, so dass
die Aufprallenergie stabil und ausreichend absorbiert werden kann.
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Demzufolge
wird es möglich,
dass die Aufprallenergie von dem gegossenen hohlen Rahmenelement 40 stabil
und ausreichend absorbiert wird, ohne die Qualitätskontrollkosten des gegossenen hohlen
Rahmenelements zu erhöhen.
Darüber
hinaus kann als Gussteil ein hohles Rahmenelement mit einer komplexen
Konfiguration leicht hergestellt werden, und die Produktionskosten
können
aus dem Massenproduktionseffekt reduziert werden, falls die hohlen
Rahmenelemente mit zumindest einer gewissen Menge hergestellt werden,
die das Produktionskostenproblem lösen kann.
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Merke,
dass die zweite Rahmenhälfte 42,
die eine relativ einfache Konfiguration hat, hergestellt werden
kann, indem Flachmaterialien formgepresst werden oder aus Extrusionsmaterial
extrudiert werden.
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Als
nächstes
werden in Bezug auf die 7 bis 11 modifizierte
Beispiele des zuvor beschriebenen hohlen Rahmenelements 40 beschrieben. Merke,
dass gleichen Bauteilen wie jenen, die in Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben wurden, gleiche Bezugszahlen
gegeben sind und daher deren Beschreibung weggelassen wird.
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Die 7A, 7B sind
Diagramme, die die Konstruktion eines erfindungsgemäßen hohlen
Rahmenelements darstellen (erstes modifiziertes Beispiel. 7A entspricht 2A und
stellt ein hohles Rahmenelement 40 dar, und 7B ist
eine Ansicht des hohlen Rahmenelements, betrachtet in einer mit dem
Pfeil b in 7A angegebenen Richtung.
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Das
hohle Rahmenelement 40 gemäß dem ersten modifizierten
Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Rippen 53 ...
in zwei Teile aufgeteilt sind. Die Rippe 53 enthält eine
erste Rippenhälfte 61,
die integral am Innenraum der ersten Rahmenhälfte 51 ausgebildet
ist, und eine zweite Rippenhälfte 62,
die integral an einer Innenumfangsfläche der zweiten Rahmenhälfte 52 ausgebildet
ist.
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Die
ersten und zweiten Rippenhälften 61, 62 sind
ein lattenartiges Element, das eine bestimmte Breite w1 und eine
Dicke t12 aufweist. Aufgrund desssen bekommt das hohle Rahmenelement 40 in seinem
Mittelabschnitt ein Loch 64. Der Innenraum des gegossenen
hohlen Rahmenelements 40 kann an bestimmten regelmäßigen Intervallen
p11 in der Längsrichtung
durch diese Rippen 53 ... aufgeteilt werden.
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Die 8A, 8B sind
Diagramme, die die Konstruktion eines erfindungsgemäßen hohlen
Rahmenelements darstellen (zweites modifiziertes Beispiel), das
ein weiter modifiziertes Beispiel von dem in den 7A, 7B gezeigten
ersten modifizierten Beispiel ist. 8A entspricht 7A und
stellt ein hohles Rahmenelement 40 dar, und 8B ist eine
Ansicht des hohlen Rahmenelements, betrachtet in einer mit dem Pfeil
b in 8A angegebenen Richtung.
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Wie
in 8A gezeigt, enthält das hohle Rahmenelement 40 gemäß dem zweiten
modifizierten Beispiel eine erste Rahmenhälfte 71, die eine Struktur
mit angenähert
L-förmigem
Querschnitt aufweist, sowie eine zweite Rahmenhälfte 72, die eine Struktur
mit angenähert
L-förmigem
Querschnitt aufweist und die zu einem rechteckigen Querschnitt zusammengefügt werden
kann, wie in 8B gezeigt, indem die distalen
Randabschnitte 71a, 72a miteinander überlappt
werden und dann diese miteinander verschweißt werden.
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Eine
Rippe 53 des hohlen Rahmenelements des zweiten modifizierten
Beispiels enthält
eine erste Rippenhälfte 61,
die integral an dem Innenraum der ersten Rahmenhälfte 71 ausgebildet
ist, und eine zweite Rippenhälfte 62,
die integral an der Innenumfangsfläche der zweiten Rahmenhälfte 72 ausgebildet
ist. Wie bei dem ersten modifizierten Beispiel sind die ersten und
zweiten Rippenhälften 61, 62 ein
lattenartiges Element mit einer bestimmten Breite w1 und einer Dicke
t12. Der Innenraum des gegossenen hohlen Rahmenelements 40 kann
an bestimmten regelmäßigen Intervallen
p11 in der Längsrichtung durch
diese Rippen 53 unterteilt werden.
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Die 9A, 9B sind
Diagramme, die die Konstruktion eines erfindungsgemäßen hohlen
Rahmenelements darstellen (drittes modifiziertes Beispiel), wobei
das hohle Rahmenelement derart dargestellt ist, dass es der in 2A gezeigten
ersten Rahmenhälfte 51 entspricht.
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9A stellt
dar, dass die Dicke t13 der Abschnitte 81 der ersten Rahmenhälfte 51,
wo die Rippen 53 ... vorgesehen sind, zu einer Nut 51a hin,
die in der ersten Rahmenhälfte 51 ausgebildet
ist, vergrößert ist.
Merke, dass die Länge
der Abschnitte dort, wo die Dicke t13 erhöht ist, c11 ist.
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Somit
ist das hohle Rahmenelement 40 gemäß dem dritten modifizierten
Beispiel dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke t13 der Abschnitte,
wo die Mehrzahl von Rippen 53 ... vorgesehen sind (die Dicke
des Flachmaterials dort) dicker eingestellt ist als die Dicke der
anderen Abschnitte (die Dicke des Flachmaterials dort). Durch diese
Konstruktion kann die Knickfestigkeit der Abschnitte, wo die Rippen 53 ...
vorgesehen sind, oder der sogenannten Knotenabschnitte weiter erhöht werden.
Demzufolge kann die Aufprallenergie in stabiler Weise durch das
gegossene hohle Rahmenelement 40 absorbiert werden.
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10 ist
ein Diagramm, das die Konstruktion eines erfindungsgemäßen hohlen
Rahmenelements darstellt (viertes modifiziertes Beispiel), und das
hohle Rahmenelement ist derart dargestellt, dass es der in 2A gezeigten ersten
Rahmenhälfte 51 entspricht.
Diese Zeichnung stellt dar, dass die Dicke des hohlen Rahmenelements 40 so
eingestellt ist, dass sie vom einen Ende 42 des hohlen
Rahmenelements 40, wo die Aufprallenergie ausgeübt wird, zu
dem anderen Ende (der rechten Seite der Zeichnung) allmählich zunimmt.
Insbesondere ist die Dicke der ersten Rahmenhälfte 51 (die Dicke
des Flachmaterials) so eingestellt, dass sie vom einen Ende 42 zum
anderen Ende an den jeweiligen Abschnitten zwischen den Rippen 53, 53 allmählich zunimmt,
derart, dass die Dicke von t21 zu t22, t23 und t24 zunimmt (t21 < t22 < t23 < t24).
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Im
Ergebnis kann die Knickfestigkeit vom einen Ende 42 zum
anderen Ende allmählich
vergrößert werden.
Demzufolge kann das hohle Rahmenelement 40 aufeinanderfolgend
vom einen Ende 42 zum anderen Ende hin in einer noch sichereren
Weise knicken und verformen, so dass die Aufprallenergie in stabilerer
Weise ausreichend absorbiert werden kann.
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11 ist
eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen hohlen Elements (fünftes modifiziertes
Beispiel), wobei das hohle Rahmenelement derart dargestellt ist,
dass es der in 2A gezeigten ersten Rahmenhälfte 51 entspricht.
Dieses Diagramm stellt dar, dass die Querschnittsdimensionen des
hohlen Rahmenelements 40 so eingestellt sind, dass sie
von einen Ende 42, wo die Aufprallenergie ausgeübt wird, zum
anderen Ende (rechte Seite der Zeichnung) allmählich zunehmen. Insbesondere
ist die Länge
einer Seite des hohlen Rahmenelements 40 am einen Ende 42 auf
b11 gelegt, und am anderen Ende auf b11A, das größer ist als b11 (b11 < b11A). Somit wird die
Breite des hohlen Rahmenelements 40 vom einen Ende 42 zum
anderen Ende hin allmählich
vergrößert.
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Infolgedessen
kann die Knickfestigkeit vom einen Ende 42 zum anderen
Ende hin allmählich
erhöht
werden. Demzufolge kann das hohle Rahmenelement 40 aufeinanderfolgend
vom einen Ende 42 zum anderen Ende hin in einer noch sichereren
Weise knicken und verformen, so dass die Aufprallenergie in einer
noch stabileren Weise ausreichend absorbiert werden kann.
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Merke,
dass in den Ausführungen
der Erfindung noch bevorzugtere Funktionen und Vorteile erreicht
werden können,
indem die Konstruktion der in den 1 bis 6 gezeigten Ausführung und die Konstruktionen
der in den 7 bis 11 gezeigten modifizierten
Beispiele kombiniert wird. Zum Beispiel kann die Konstruktion des
in den 9A, 9B gezeigten
dritten modifizierten Beispiels, die Konstruktion des in 10 gezeigten
vierten modifizierten Beispiels und die Konstruktion des in 11 gezeigten fünften modifizierten
Beispiels miteinander kombiniert werden.
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Die
Erfindung bietet durch die zur vorbeschriebenen Konstruktionen die
folgenden Vorteile.
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Indem
gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung die Mehrzahl von Rippen an den bestimmten regelmäßigen Intervallen
an der Innenumfangsfläche des
gegossenen hohlen Rahmenelements wie etwa der Seitenrahmen vorgesehen
werden, um den Innenraum des hohlen Rahmenelements längs aufzuteilen,
ist es möglich,
Abschnitte bereitzustellen, wo die Knickfestigkeit erhöht ist,
d. h. Knotenabschnitte an den bestimmten regelmäßigen Intervallen in der Längsrichtung
des gegossenen hohlen Rahmenelements. Selbstverständlich ist
die Knickfestigkeit an den Knotenabschnitten größer als jene an den anderen
Abschnitten. Selbst wenn zum Beispiel die Qualität des gegossenen hohlen Rahmenelements
ein wenig variiert (die physikalischen Eigenschaften davon etwas
variieren), wird das Knicken und Verformen des hohlen Rahmenelements
an den Abschnitten davon sichergestellt, wo kein Knoten vorgesehen
ist, wenn eine Aufprallenergie auf ein Ende des hohlen Rahmenelements
einwirkt. Aufgrund dessen kann das hohle Rahmenelement an den bestimmten regelmäßigen Intervallen
aufeinanderfolgend von dem Ende aus, wo die Aufprallenergie einwirkt,
knicken und sich verformen, um hierdurch die so einwirkende Aufprallenergie
stabil und ausreichend zu absorbieren.
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Demzufolge
kann durch das gegossene hohle Rahmenelement die Aufprallenergie
ausreichend in stabiler Weise absorbiert werden, ohne die Qualitätskontrollkosten
für das
so hergestellte gegossene hohle Rahmenelement zu erhöhen.
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Indem
gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung die Dicke der Abschnitte des gegossenen hohlen
Rahmenelements, wo die Mehrzahl von Rippen vorgesehen sind, größer eingestellt
wird als die Dicke der anderen Abschnitte davon, kann die Knickfestigkeit
an den Abschnitten, wo die Rippen vorgesehen sind (den Abschnitten,
wo die Knickfestigkeit erhöht ist),
d. h. den Knotenabschnitten, erhöht
werden. Demzufolge kann die Aufprallenergie durch das gegossene
hohle Rahmenelement stabil absorbiert werden.
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Indem
gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung die Dicke des gegossenen hohlen Rahmenelements
so eingestellt wird, dass sie von dem Ende, wo die Aufprallenergie
einwirkt, zu dem anderen Ende hin allmählich zunimmt, ist es möglich, die
Knickfestigkeit von dem Ende zu dem anderen Ende hin allmählich zu
erhöhen.
Demzufolge kann das hohle Rahmenelement aufeinanderfolgend von dem
Ende zu dem anderen Ende in einer noch sichereren Weise knicken
und sich verformen, um hierdurch die Aufprallenergie ausreichend
in einer noch stabileren Weise zu absorbieren.
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Indem
gemäß dem vierten
Aspekt der Erfindung die Querschnittsdimensionen des gegossenen hohlen
Rahmenelements so eingestellt werden, dass sie von dem Ende des
hohlen Rahmenelements, wo die Aufprallenergie einwirkt, zu dem anderen
Ende davon allmählich zunehmen,
ist es möglich,
die Knickfestigkeit von dem Ende zu dem anderen Ende hin allmählich zu
erhöhen.
Demzufolge kann das hohle Rahmenelement aufeinanderfolgend von dem Ende
zu dem anderen Ende in einer noch sichereren Weise knicken und sich
verformen, um hierdurch die Aufprallenergie ausreichend in noch
stabilerer Weise zu absorbieren.
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Ein
Fahrzeugkörperrahmen
ist mit gegossenen hohlen Rahmenelement 40 wie etwa Seitenrahmen
versehen, die sich längs
entlang einem Fahrzeugkörper
erstrecken. Eine Mehrzahl von Rippen 53 ... sind an bestimmten
regelmäßigen Intervallen
p11 an der Innenumfangsfläche 41 des
gegossenen hohlen Rahmenelements vorgesehen, um den Innenraum des
hohlen Rahmenelements an den bestimmten regelmäßigen Intervallen p11 längs aufzuteilen. Das
hohle Rahmenelement knickt und verformt sich aufeinanderfolgend
von seinem einen Ende 42 an den bestimmten regelmäßigen Intervallen,
so dass die Aufprallenergie stabil und ausreichend absorbiert werden
kann.