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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine modulare Struktur zur
Energieaufnahme bei einem Aufprall im Innenraum des Fahrzeugs, dazu
entworfen, ein Teil der Gestaltung des inneren Dachhimmels des Fahrzeugs
zu sein, um so das Verletzungsrisiko für einen oder mehrere Insassen
zu mindern, wenn sie dabei gegen den inneren Dachhimmel des Fahrzeugs
prallen.
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Die
Struktur der Erfindung ist auf alle Teile des Innenraums des Fahrzeugs
anwendbar, die einem Aufprall der Köpfe der Insassen in dem besagten
Fahrzeug ausgesetzt sein können,
insbesondere im Falle eines Unfalls.
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Bis
heute wurden verschiedene Lösungsarten
zum Schutz des Körpers
der Insassen im Falle eines Unfalls verwendet, wodurch die durch
den Aufprall auf irgendeinen Teil des Fahrzeugs verursachten Verletzungen
verringert werden.
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All
diese Lösungen
erreichen ihr Ziel durch die Veränderung
der während
des Aufpralls erzeugten und auf die Insassen übertragenen kinetischen Energie,
sei es durch die Aufnahme eines Teils der besagten Energie oder
durch die Umverteilung derselben auf andere Bereiche.
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Um
diese Zielsetzungen zu erreichen, ist die Verwendung von Strukturen
unterschiedlicher Art und Aufbaus bekannt, unter anderem können solche genannt
werden, die mittels geschäumtem
Kunststoffs, Strukturen aus Kunststoffrippen, Strukturen, die auf
verformbaren Hohlkörpern
basieren, verformbaren Metallstrukturen, usw. eine Blockierungsfunktion
erfüllen.
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Schaumblöcke sind
dreidimensionale Elemente aus unterschiedlichen, geschäumten Kunststoffen
mit verschiedenartigen Zusammensetzungen, Dichten, Widerständen, usw.,
die bei Druck Energie aufnehmen können, sowohl durch die Zerstörung ihrer
offenen Zellen als auch durch Druck auf ihre geschlossenen Zellen.
Das Verhalten im Inneren jedes Schaumblocks ist uniform, wodurch
es unmöglich
ist, Bereiche mit unterschiedlichen Reaktionen oder progressivem
oder sequenziellen Verhalten zu erstellen, z.B. ermöglichen
sie keine unterschiedliche Kontrolle im Inneren eines jeden aufnehmenden
Elements, weder im Hinblick auf die Bereiche noch in Bezug auf die
Aufprallstärke.
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Bezüglich der
Strukturen aus Kunststoffrippen sind diese so gestaltet, dass die
Rippen Energie durch die Verformung der Wände der definierten Strukturen
oder durch den Zerfall derselben aufnehmen können, zum Beispiel, wenn sie
einem Druck ausgesetzt sind, oder wenn ein Körper auf sie aufprallt. Prinzipiell
legt die Gestaltung der Rippen und deren räumliche Anordnung ihr Verhalten
fest. Diese Strukturart erfordert einen Kunststoffsockel, auf dem die
Rippen angebracht werden, und der wiederum mit der Oberfläche verbunden
sein muss, auf der er seine Funktion erfüllt, wobei das Design der gerippten
Struktur das Design der Oberfläche
und des Sockels selbst bestimmt. All dies ist durch die Tatsache bedingt,
dass einerseits eine gute Platzierung des besagten Kunststoffsockels
auf der stützenden
Oberfläche
im Fahrzeug oder im Bauteil erforderlich ist, und andererseits der
zur Herstellung dieser Art von Kunststoffstrukturen angewendete
Einspritzprozess ihre Geometrie festlegt und einschränkt.
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Strukturen,
die auf verformbaren Hohlkörpern
basieren, können
als Weiterentwicklungen gerippter Strukturen angesehen werden, wobei
in ihnen die Fähigkeit
zur Aufnahme von Energie durch den Ersatz der Wände oder Rippen durch andere
geometrische Formen erhöht
wurde, die sich auf unterschiedliche Weise verformen. Diese Strukturen
benötigen
ebenfalls einen Kunststoffsockel, auf dem die geometrischen Formen
angebracht werden, und der andererseits mit der Oberfläche verbunden
sein muss, auf der er verwendet werden soll, wobei das Grundplattendesign
der Struktur selbst die Form der besagten Oberfläche bestimmt. Daher weisen
sie das gleiche Problem wie die gerippten Strukturen auf; da sie
aber komplexere geometrische Formen als die einfachen Wände der
Rippen besitzen, sind ihre Beschränkungen im Hinblick auf mögliche Formen
und Gestaltungen noch größer.
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Schlussendlich
werden verformbare Metallstrukturen häufig in anderen Bereichen passiver
Sicherheit angewendet, zum Beispiel bei verformbaren Aufprallbarrieren,
die normalerweise bei Aufpralltests benutzt werden. Geometrie und
Form dieser Strukturen können
entweder den bereits erwähnten
Kunststoffstrukturen ähneln
oder eine andere spezifische Form aufweisen. Eine hauptsächliche
Verwendungseinschränkung
besteht in den entstehenden Kosten, wie auch die vorher genannten
Einschränkungen
im Falle der Herstellung irgendeiner Art der bereits erwähnten Strukturen
bestehen.
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Die
Struktur der Erfindung basiert auf Hohlkörpern aus Kunststoff, die einen
Abschnitt mit offenem Ende aufweisen, und die die Form eines abgestumpften
Kegels oder einer abgeschnittenen Pyramide usw. annehmen können, sowie
eine Grundfläche
mit offenem Ende besitzen.
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Eine
Struktur der besprochenen Art wird zum Beispiel im japanischen Patent
56131849 bekannt gegeben. Gemäß dem besagten
Patent besteht die Struktur aus mindestens zwei Körpern, die
die Form von hohlen Kegeln annehmen können, und die zu einer Halterung
in Gestalt einer Platte zusammengefasst werden, wobei die Hohlkörper außerdem durch eine
Verbindungsrippe miteinander verbunden sind. Ein ähnlicher
Aufbau wird im Dokument
EP 0863056 beschrieben,
in dem die Struktur ebenfalls aus Hohlkörpern besteht, die eine zylindrische
oder konische Form annehmen können,
und die aus einer Grundplatte kragen oder an sie angeschlossen sein
können,
wobei sie außerdem
durch eine Verbindungsrippe miteinander verbunden sind. Bei dem
besprochenen Aufbau müssen
die Strukturen durch eine Platte oder einen Kunststoffsockel mit
der Oberfläche
verbunden sein, wodurch jeweils das Design der Oberfläche, auf
der sie angebracht sind, und das Design der Grundplatte selbst einschränkt wird,
da die Anordnung dieser Strukturen eine gute Platzierung der Grundplatte
auf der stützenden
Oberfläche
erfordert. Wie bereits hervorgehoben wurde, wird die Geometrie dieser
Art von Strukturen durch den Herstellungsprozess festgelegt und
eingeschränkt.
Da die Hohlkörper
mit der Grundplatte und untereinander mit Rippen und Zwischenwänden verbunden
sind, ist ihre Fähigkeit
im Hinblick auf die Anpassung und die Wirksamkeit reduziert.
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Eine
Struktur der dargelegten Art wird als Höhepunkt des neuesten Stands
der Technik angesehen und in 9-JP-150692 A vorgestellt.
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Die
besagte Patentanwendung besitzt eine modulare Struktur zur Energieaufnahme
bei einem Kopfaufprall im Inneren des Fahrzeugs, die aus einer Gruppe
verformbarer Hohlkörper
besteht, die einen offenen Endabschnitt aufweisen, wobei jeder der
genannten Körper
zuerst mit seinem, mit einem offenen Ende ausgestatteten Sockel
auf eine einzelne Ebene platziert und dann über flexible Brücken, die
im freien Raum zwischen nebeneinander liegenden Körpern verlaufen,
verbunden wird.
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Gemäß der besagten
Patentanwendung besteht die Struktur aus Hohlkörpern, zum Beispiel in der
Form abgestumpfter Kegel mit einem eine Öffnung aufweisenden Sockel,
die mittels Verbindungsrippen miteinander verbunden sind, dabei
grundlegend durch die Tatsache gekennzeichnet, dass die gesamte
Struktur aus einem einzigen Teil besteht. Aus diesem Umstand entsteht
ein Problem, wenn die anfänglich
definierte Struktur gemäß den unterschiedlichen
Anforderungen, die für
jede spezifische Situation und in verschiedenen Anwendungsbereichen
erfüllt
werden müssen,
abgeändert
werden soll. Diesem Problem kommt in den Test- und Prüfphasen eine
besondere Bedeutung zu, in denen jede zu überprüfende Veränderung der Geometrie teure
und relativ langwierige Modifikationen des Designs und der Werkzeuge
zur Herstellung der zu testenden Prototypen nach sich zieht. Andererseits
sind sie in keinem der analysierten Fällen geeignet, die geometrischen
Diffusionen aufgrund der üblichen
Toleranzen im Wirkungsbereich aufzunehmen, welche die Struktur daran
hindert, sich selbst perfekt an den zu schützenden Bereich anzupassen,
da alle Hohlkörper
auf einem Sockel fixiert sind, und letzterer eine vorgegebene Formgebung
aufweist. Dadurch wird der sich hieraus ergebene Bindungshalt erschwert
und die Wirksamkeit des Systems gemindert.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Probleme mit
Hilfe einer Struktur der beschriebene Art zu beseitigen, indem diese
so gestaltet wird, dass eine perfekte Anpassung an die zu schützende Oberfläche ermöglicht wird,
und zusätzlich
unterschiedliche Formgebungen in vielfältiger Weise eingeführt werden.
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Die
vorliegende Erfindung entwickelt eine flexible und anpassungsfähige Struktur,
die von Hohlkörpern
verschiedener Formen und Abmessungen gebildet wird, die durch elastische
Elemente verbunden werden, ohne dass die Verwendung eines uniformen
Sockels nötig
ist. Außer
der dargebotenen, hohen Flexibilität erlaubt dieser Aufbau der
Struktur, sich an die Geometrie jeder stützenden Oberfläche anzupassen.
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Wie
bereits zu Beginn angegeben, basiert die Struktur der Erfindung
auf einer Gruppe verformbarer Hohlkörper, die einen Abschnitt mit
offenem Ende aufweisen, und die die Form eines abgestumpften Kegels
annehmen können,
die einen Sockel mit offenem Ende besitzen.
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Die
Struktur der Erfindung wird durch die in Anspruch 1 dargestellten
Eigenschaften definiert. Sie wird durch die Anordnung in voneinander
unabhängigen
Gruppen der besagten Hohlkörper
gekennzeichnet. In jeder ist einer der genannten Körper mit
dem offenen Sockel in planparalleler Stellung angeordnet und mit
Hilfe von flexiblen Brücken
verbunden, die zwischen den Kanten der offenen Sockel nebeneinander
liegender Körper
verlaufen. Diese Gruppen haben bevorzugt eine reguläre, polygonale
Kontur und weisen von der besagten Kontur ausgehend flexible Halbbrücken auf,
die mit gegenseitigen Verbindungshilfen ausgestattet sind, die von
der Kante
der offenen Sockel zumindest eines Teils der Hohlkörper ausgehend
außen
liegende Positionen in den besagten Gruppierungen einnehmen.
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Die
Hohlkörper
in jeder Gruppe gleichen sich untereinander, können allerdings unterschiedliche Abmessungen
und Formgebungen in verschiedenen Gruppen aufweisen. Des Weiteren
sind die Hohlkörper
in jeder Gruppe vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie zwei rechtwinklig
zueinander verlaufenden Richtungen folgen, und in gleich weit entfernt
gelegenen Positionen platziert sind.
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Auf
diese Weise verfügt
die Struktur der Erfindung über
einen modularen Aufbau, der auf Gruppen basiert, die aus Konturen
gleicher und unterschiedlicher Abmessungen bestehen, wobei die Struktur
Gruppen mit verformbaren, Hohlkörpern
unterschiedlicher Abmessungen und/oder Formgebungen einschließen kann.
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Auf
diese Weise kann die Struktur der Erfindung aus etlichen Gruppen
oder Modulen aufgebaut sein, die durch Halbbrücken verbunden oder zusammen
geschlossen sind, wodurch es möglich
ist, unterschiedliche Kombinationen mit aus verformbaren, Hohlkörpern verschiedener
Abmessungen bestehenden Modulen zu verwenden, wobei jede Form an
die unterschiedlichen Stärken
an den verschiedenen, möglichen
Aufprallpunkten im Inneren des Fahrzeugs oder an die sich daraus
ergebenen andersartigen Gestaltungen angepasst ist.
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Ist
die Struktur der Erfindung, beginnend bei den Gruppen oder Modulen,
erst einmal ausgebildet, werden alle Hohlkörper mit Hilfe flexibler Brücken derart verbunden
oder zusammengeschlossen, dass die relative Position aller verformbaren,
Hohlkörper an
der Wirkungsoberfläche
beibehalten wird, wobei allerdings das unabhängige Verhalten eines jeden verformbaren
Hohlkörpers
aufrecht erhalten wird.
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Das
Verbindungsstück
der flexiblen Halbbrücken
kann aus einem Stift, der senkrecht aus dem Ende einer der Halbbrücken kragt,
und einem Loch bestehen, das sich am freien Ende der komplementären Halbbrücken befindet,
um so die gegenseitige Verbindung mittels der Einführung der
Stifte bestimmter Halbbrücken
in die Löcher
der dazugehörigen
Halbbrücken
herzustellen.
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Die
Hohlkörper,
die den Aufbau der Struktur der Erfindung ausmachen und bevorzugt
die Form eines abgestumpften Kegels aufweisen, verfügen über eine äußere Randzone
um den offenen Endbereich oder Sockel, von der aus die flexiblen
Verbindungsbrücken
zwischen den Hohlkörpern
und den äußeren Halbbrücken auskragen.
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Die
durch die Struktur der Erfindung dargestellten Vorzüge sind
folgende:
- – Einfache
Anpassung der Lösung
an verschiedene Formgebungen und/oder unterschiedliche Spezifikationen,
wobei individuell die Anzahl, die Anordnung und die Größe der in
einfacher Weise verwendeten, verformbaren Hohlkörper verändert werden kann, um die Struktur
für jedes
Fahrzeug, jeden Aufprallbereich und jede spezifische Situation zu
optimieren.
- – Es
kann eine Vielzahl an geomtrischen Formen mit einer begrenzten Anzahl
an Grundformen erzielt werden, wobei eine große Vielfalt unterschiedlicher
Situationen abgedeckt wird.
- – Modifikationen
der Struktur implizieren lediglich Veränderungen in der Kombination
der verwendeten verformbaren Hohlkörper, deren Verhalten genauestens
bekannt und völlig
unabhängig
von der übrigen
Struktur ist, ganz im Gegenteil zu dem, was in den auf Sockeln montierten
Strukturen geschieht, bei denen das Verhalten jedes verformbaren
Hohlkörpers
nicht unabhängig
erfolgen kann, wodurch die Notwendigkeit der Durchführung einer
vollständigen
Studie für
jede neue Formgebung erforderlich wird.
- – Die
Flexibilität
des Systems erlaubt eine perfekte Anpassung an die Wirkungsoberfläche, indem jede
Art geometrischer Abweichung absorbiert wird, während es bei den bekannten
Systemen aufgrund ihrer starren Struktur nicht möglich ist, die unter Umständen auftretenden
geometrischen Diffusionen zu korrigieren, so dass aufgrund ihres nachteiligen
Verhaltens im Falle eines Aufpralls die Ankopplung stets schlechter
ausfallen wird.
- – Es
kann eine Vielzahl an geometrischen Formen mit einer begrenzten
Anzahl an Grundformen erzielt werden, wobei eine große Vielfalt
unterschiedlicher Situationen abgedeckt wird.
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Zusammengefasst
ist die Erfindung grundsätzlich
darauf ausgerichtet, eine Struktur verformbarer Hohlkörper zu
erstellen, die die Fähigkeit
aufweisen, beim Zerfall durch die Einwirkung einer bestimmten Kraft
Energie aufzunehmen. In diesen Strukturen werden die Hohlkörper, aus
denen sie geformt werden, mit Hilfe flexibler Rippen zusammengefasst,
so dass es jedem verformbaren Hohlkörper erlaubt ist, ein von der übrigen Struktur
unabhängiges
Verhalten aufzuzeigen. Des Weiteren besteht die Struktur aus Gruppen
oder Modulen, die gleiche oder unterschiedliche Abmessungen haben
können,
und die auch Hohlkörper
gleicher oder unterschiedlicher Form beinhalten können, um
so sehr verschiedene Formen und Strukturen zu ermöglichen,
indem einfach die Anzahl und die Art der zusammengesetzten Elemente
verändert
werden.
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Des
Weiteren sind die besagten Verbindungsrippen zwischen nebeneinander
liegenden, verformbaren Hohlkörpern
steif genug, die relativen Positionen untereinander beizubehalten,
allerdings ausreichend flexibel, um die Anpassung der Struktur an
Oberflächen
unterschiedlicher Formgebung zu ermöglichen.
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Die
Struktur der Erfindung ist besonders für den Aufbau von Bauteilen
zur Abschwächung
eines Kopfaufpralls in Fahrzeugen geeignet, die normalerweise zwischen
der Verkleidung des Dachhimmels und der Dachstruktur des Fahrzeugs
angeordnet sind.
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Um
die Eigenschaften und Vorzüge
der erfindungsgemäßen Struktur
besser nachzuvollziehen, wird anschließend mit Hilfe anhängender
Zeichnungen eine detailliertere Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
derselben gegeben, wobei die Darstellungen ein Ausführungsbeispiel
ohne Einschränkungen
aufzeigen, in denen die verformbaren Hohlkörper konische Kegelstümpfe sind,
die offen und an ihren Sockeln verbunden sind.
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Auf
den Abbildungen:
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer gemäß der Erfindung aufgebauten
Struktur.
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2 zeigt
die Ansicht eines Teilabschnitts der Struktur der Erfindung, wobei
diese Ansicht entlang der II-II Schnittlinie der 1 aufgenommen wurde.
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3 zeigt
die Ansicht eines schematischen Schnitts einer gemäß der Erfindung
aufgebauten Struktur, die an der inneren Oberfläche der Verkleidung eines Dachhimmels
eines Fahrzeugs angebracht ist.
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Wie
bereits ausgeführt
wurde, setzt sich die Struktur der Erfindung aus einer Gruppe verformbarer
Hohlkörper
zusammen, die einen Abschnitt mit offenem Ende aufweisen, und die
die Form abgestumpfter Kegel annehmen können, die einen Sockel mit
offenem Ende besitzen.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Struktur,
die zweidimensionale Hohlkörper
in Form abgestumpfter Kegel einschließt, wobei die kleineren mit Nummer 1 und
die größeren mit
Nummer 2 bezeichnet werden. Die konischen Körper 1 und 2 bilden zwei
unterschiedliche Gruppen oder Module. In jeder dieser Gruppen werden
die konischen Körper,
die einerseits mit Nummer 1 und andererseits mit Nummer 2 gekennzeichnet
sind, durch dazwischen liegende, flexible Brücken verbunden, die allgemein
mit Nummer 3 bezeichnet werden.
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In
den zwei Gruppen oder Modulen sind die Körper in Form abgestumpfter
Kegel (2) vom offenen Sockel aus von einer äußeren Randzone
(4) umgeben, aus der die flexiblen Brücken (3) auskragen.
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Des
Weiteren und laut einer anderen, erfindungsgemäßen Eigenschaft enden die flexiblen Halbbrücken (6)
in gegenseitigen Verbindungshilfsmitteln, hier mit den Nummern 6 und 7 gekennzeichnet,
die aus jeder Gruppe oder jedem Modul auskragen. Diese flexiblen
Halbbrücken
(5) kragen aus der äußeren Randzone
(4) der Körper
in Form abgestumpfter Kegel (1) aus, wobei sie außen liegende Positionen
in der Gruppe oder im Modul einnehmen und sich in einer Stellung
befinden, die gewissen flexiblen Brücken (3) diametral
gegenüber
liegt.
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Vorzugsweise
bestehen die Verbindungsmittel (6 und 7) jeweils
aus Stecker- und Buchsenelementen. Das Steckerelement (6)
besteht aus einem Stift, der im rechten Winkel aus der Halbbrücke (5) auskragt,
während
das Buchsenelement (7) aus einem Loch besteht, das am Ende
der dazugehörigen Halbbrücke geformt
ist, und dabei einen Abschnitt aufweist, der mit dem des Stifts
(6) übereinstimmt. Wie
in 1 ersichtlich, werden die Stifte (6)
der Gruppen oder Module (8) in die Löcher oder Öffnungen der Gruppen oder Module
(9) eingeführt.
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In
dem in 1 gezeigten Beispiel umfasst das Modul 9 vier
und das Modul 8 zwei abgestumpfte, kegelförmige Körper. Allerdings
kann jede Gruppe oder jedes Modul eine größere Anzahl von Hohlkörpern einschließen, die
vorzugsweise entlang zweier senkrecht zueinander stehender Richtungen
ausgerichtet sind, wobei die Gruppe oder das Modul bevorzugt eine
regelmäßige, polygonale
Kontur aufweist, zum Beispiel eine quadratische oder rechteckige.
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Mit
dem dargestellten Aufbau kann eine Struktur aus zwei oder mehreren
Modulen erstellt werden, alle mit konischen Körpern gleicher oder unterschiedlicher
Abmessungen, gemäß der spezifischen
Anwendung der Struktur.
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Andererseits
können
die Hohlkörper
andersartige Formen annehmen als die, die in den Zeichnungen dargestellt
sind, zum Beispiel die Form eines abgestumpften Kegels.
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Mit
dem bereits ausgeführten,
wie in 3 gezeigten Aufbau, kann eine Struktur, die die
innere Oberfläche
des Dachhimmels (10) eines Fahrzeugs bedeckt, bereitgestellt
werden, wobei diese Struktur aus einer Reihe von Gruppen oder Modulen
gebildet wird, einschließlich
konischer Körper,
die mit den Nummern 11, 12 und 13 gekennzeichnet
sind und unterschiedliche Abmessungen aufweisen, von denen jeder
einzelne an den richtigen abzudeckenden Punkt angepasst ist.
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Diese
Möglichkeit,
eine an jedem Punkt der abzudeckenden Oberfläche angepasste Struktur zu erhalten,
weist einen erheblichen Vorzug auf, und ergibt sich aus der Gestaltung
der Struktur mit Hilfe unabhängiger
Gruppen oder Module, die mittels flexibler Brücken miteinander verbunden
werden.
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Wie
bereits gezeigt, weist die erfindungsgemäße Struktur einen großen Vorteil
im Hinblick auf die Anwendung in Aufpralltests bei Fahrzeugen auf.
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Außerdem ist
es natürlich
selbstverständlich, dass
sich die Verbindungsstücke
zwischen nebeneinander liegenden Gruppen oder Modulen von denen in 1 und 2 gezeigten
Stift (6) und Loch (7) unterscheiden können.