CN112824158A - 利用加强插入件加强的前镶板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种前镶板(100),其适用于车辆(200)的车辆前部(202)的保险杠装置。在这种情况下,前镶板(100)相对于沿车辆前部(202)的轮廓成形为纵长件,并且包括缓冲材料,尤其是塑料层(102)。根据本发明,前镶板(100)具有加强插入件(101),加强插入件(101)具有与缓冲材料的特性不同的材料特性,以提高前镶板(100)的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的前镶板,适用于车辆前部的镶板。
背景技术
偏置碰撞总体指的是当车辆以车辆前部的部分区域朝向障碍物(障碍物原则上可以是静止障碍物或其他车辆)行驶的情况。事故研究已经确定,包括人身伤害的最常见的交通事故是偏置正面碰撞,即,偏置碰撞。因此,有针对性地布局整个车身结构以保持乘员的生存空间是必要的。
此外,在两辆车(V2V=车辆对车辆)发生碰撞时的碰撞协调性(impactcompatibility)越来越重要,并且影响新的测试报告,尤其是在欧盟的NCAP测试中。如果一辆大型重型车辆与一辆小型轻型车辆相撞,在后者中,乘员的风险往往要高得多。利用碰撞测试的先前的所有程序都掩盖了碰撞协调性。在测试期间,车辆朝向静止的障碍物行驶。为了取得良好的测试结果,对驾驶员自己车辆的乘员的保护是重要的。未来,欧盟的NCAP将在“欧盟NCAP主动2021协议”的背景下引入所谓的MPDB(移动渐进变形屏障)正面碰撞。在这种新的碰撞测试中,欧盟NCAP现在将不再只评估车辆的自我保护,还评估对方的保护,即其他辆车的乘员的安全,即所谓的碰撞协调性。在未来的测试中,要评估的车辆(即测试车辆)将朝向障碍手推车行驶,障碍手推车模拟作为事故参与者的其他相关车辆。良好的测试结果所必需的是从测试车辆到其他相关车辆的载荷分布具有尽可能大的表面积并且尽可能均匀。
即使使得测试车辆的乘员受到很好的保护,但在纵向构件区域内具有非常高的局部集中碰撞载荷会被认为是有缺陷的并且在未来的总体评估期间将被降级,在这种情况下能量以局部非常集中的方式引入到其他相关车辆中。在发生两辆车碰撞的情况下,相应的碰撞协调性要求接触区域具有较大的表面积,并且沿各种载荷路径具有尽可能均匀和低的载荷水平。为此目的所需的结构通常不适当地增加车辆前部区域的重量,加剧存储空间问题,并且在设计过程中限制配置自由。
为了在两辆车之间实现可重复的碰撞,这满足新的“主动2021”欧盟NCAP测试报告的规格范围,必须考虑到新的加载状态的MPDB碰撞。在这里,模拟了测试车辆和其他相关车辆之间的偏置碰撞。也就是说,模拟了两辆车的正面碰撞,但相对于在车辆纵向方向上的车辆的中心轴存在偏置。在新的测试报告中,不仅调查了移动屏障对测试车辆或车辆乘员的影响,而且还调查了对移动屏障的影响。在这种情况下,测量移动屏障的压缩或变形。目的是评估车辆前端相对于碰撞中潜在的其他相关车辆的刚度。
通常情况下,前镶板一方面是软的,即具有合适的弯曲刚度,以确保低速时对行人的保护。其他方面,在发生正面碰撞或偏置碰撞时,前镶板不得断裂,以便在与其他相关车辆发生碰撞时,测试车辆的载荷可以均匀地分配给其他相关车辆。在以前的加载状态下,如果前面板被撕裂或断裂,它对测试结果没有负面影响。如果前镶板应断裂,测试车辆的前部结构或纵向构件将深深地进入变形屏障,并在那里带来不想要的变形。在新的加载状态下,这将降低欧盟NCAP的总体评估。
因此,必须为新的加载状态准备合适的保险杠装置。保险杠一般理解为带有实心横向构件的保险杠杆,它由优选的塑料的软缓冲材料包裹或扩展。保险杠不仅保护驾驶员自己的车辆,而且保护其他交通参与者,尤其是行人。
在现有技术中提出了车辆前保险杠装置的各种解决方案。
专利文献US 6,260,893 B1公开了一种前镶板,其壁厚小于2.2毫米,由聚烯烃组成,其中颗粒分布用于强化,其中强化颗粒占整个前镶板体积的15%以下。这些强化颗粒中至少有40%的厚度小于50纳米。专利文献CN 1876443 A涉及一种具有碳纤维加强复合材料的保险杠。
专利文献JP 2013-082363A涉及一种保险杠装置,其中减震器设置在面板或覆盖物后面,并相对于车辆的横向方向分为几个部分,其中这些部分在各自的情况下具有不同的吸收特性。专利文献KR 10-0814862 B1同样涉及保险杠装置,其中在前镶板和横向构件之间设置一层减震材料和一层纤维加强复合材料。该纤维加强复合材料层设置在前镶板和减震材料之间。
专利文献US 10,086,785 B2涉及一种具有保险杠总成的车辆,该保险杠总成相对于行驶方向安装在车辆前轮的前面。保险杠总成具有前面板,它被固定在保险杠部件的支架上。前面板的后侧也有间隙,间隙中容纳有间隙加强肋。可选地,在前侧,前面板可以具有镶片,在其后侧设置减震材料,例如泡沫填充材料。专利文献KR 20-030034344 A还公开了一种面向车辆内部空间的保险杠罩侧上的减震吸能结构。该减震吸能结构具有带水平肋和竖直肋的吸收加强结构,其中在肋之间通过双点注射成型工艺形成另外的强化结构。
专利文献US 2005/0269823 A1公开了一种用于聚合物材料保险杠系统的构件或保险杠杆。该构件具有用于加强的插入件,其中该插入件包括具有高强度钢线的装置,该装置选择性地加强和强化该构件。插入件可以整体定位在构件内,也可以可选地附接到构件的后侧或前侧。专利文献US 5,290,079 A也具有位于前镶板后侧的作为保险杠的横向构件,前镶板由纤维加强塑料形成。
谢林·托马斯等人的科学出版物“创新使用轻质纤维加强混凝土作为‘混凝土车辆保险杠’”(国际科学和地球工程杂志,2016年,ISSN0974-5904,第9期,3号)提出了一种纤维加强轻质混凝土保险杠系统。
专利文献US 6,464,289 B2还公开了一种用于车辆的纤维加强车辆前部塑料件。例如,玻璃纤维、矿物纤维或钢丝被提出作为纤维加强材料。加强件可以布置在间隙区域或车辆前部的塑料主体中。
鉴于已确定的现有技术,前部区域或保险杠装置的设计,尤其是前镶板,既提供行人保护,又提供其他相关车辆的保护,但仍有改进的余地。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有保险杠装置的车辆,该保险杠装置能够提高其他交通参与者(即其他相关车辆)的乘员和行人的安全。在这里,对车辆重量、存储空间问题和设计限制的影响应尽可能小。
根据本发明,该目的通过具有根据权利要求1所述的特征的前镶板实现,该前镶板适用于车辆的车辆前部的镶板。此外,本发明的尤其有利的配置由从属权利要求公开。
值得注意的是,以下描述中单独说明的特征和措施可以以任何期望的、技术上有利的方式相互结合,并且公开本发明的另外的配置。该说明尤其结合附图描述和说明了本发明。“水平”指的是例如加强线基本上沿着与下垫面平行的y方向延伸。“竖直”指的是加强线基本上沿z方向(即垂直于水平对齐的加强线和/或车辆的下垫面)延伸。这也同时包括可行的倾斜或复杂的几何形式的车辆前镶板。x方向是指平行于车辆纵向方向的方向,而y方向是指平行于车辆横向方向的方向。z方向是指平行于车辆的竖直轴线的方向。
本发明涉及一种前镶板,尤其是塑料前镶板,其适用于车辆的车辆前部的前保险杠装置的镶板。在这种情况下,前镶板相对于沿车辆前部的轮廓形成为纵长件,并且包括软的或减震吸收缓冲材料,尤其是塑料层。根据本发明,前镶板具有加强插入件,加强插入件具有与缓冲材料的特性不同的材料特性,以提高前镶板的稳定性,尤其是前镶板的拉伸强度。
提高稳定性尤其意味着提高前镶板对前镶板完全撕裂或断开的抵抗作用。前镶板具有面向环境的外侧和面向车辆内部和/或发动机舱的内侧。本发明与保险杠装置配合使用。例如,缓冲材料可以是吸能泡沫或塑料。这些塑料或泡沫即使在较小的层厚内也能降低碰撞车身的冲击,并且实现开发符合严格安全要求的保险杠装置。在高速发生事故时,缓冲材料吸收能量并将其分配到大的表面区域上。根据本发明的在前镶板中的加强插入件使其能够保持缓冲材料的柔性,同时在发生偏置碰撞时,可以增加对其他车辆的保护。实现这一点的原因是,在发生偏置碰撞时,加强插入件具有改善前镶板对破裂(即对前镶板的剪切和/或撕裂)的抵抗作用。即使软缓冲材料断开或撕裂,前镶板的加强插入件仍保持稳定,在发生偏置碰撞时吸收载荷,并将其均匀地分布在其他相关车辆上。作为非撕裂的前镶板,它因此具有更好的载荷传递能力。可以避免局部断裂和随后支柱插入事故的其他方。例如,在欧盟NCAP与移动屏障碰撞测试场景下,可以通过在移动屏障的整个表面上测量移动屏障的相对较小的标准差的一致和均匀变形来模拟这一点。
加强插入件应理解为单件式或多件式加强插入件中的任何一种。换句话说,加强插入件和软缓冲材料形成复合材料,它结合了这两种材料的有利性质,形成具有新的特殊适用性的材料,如同钢筋混凝土的情况。
在本发明的一个优选实施例中,前镶板的加强插入件由柔性(尤其是弹性柔性)加强材料和/或加强材料组成。
例如,这种柔性加强材料可以是绳索或钢索,它们形成网或筛并与塑料的前镶板一起或位于前镶板内。例如,由于作为加强材料的绳索的柔性特性,尽管使用加强材料来加强前覆盖件,但整个弯曲刚度仅略有增加。因此,保护行人所需的柔性被保留下来。
在本发明的一种可选且有利的改进中,前镶板的加强插入件具有加强线,尤其是基本上水平对齐的加强线和/或竖直对齐的加强线,其用于形成网和/或网状筛或任何类似的薄结构。
因此,加强插入件优选是网、筛和/或类似的柔性结构,其至少部分地跨越加强线。这样的网或筛也可以是具有水平对齐的加强线和竖直对齐的加强线的单层垫。加强线的材料可以是金属丝,尤其是钢丝,也可以是凯夫拉或钛。也可以是任何其他类似的材料。
前镶板优选具有作为软缓冲材料的塑料层,塑料层与加强插入件形成复合件。
换句话说,前镶板的塑料层可以保持其在前镶板中的基本特性,并保持其在低速碰撞时用于行人保护所需的软特性和柔性。然而,设置网、筛或类似的薄结构,以确保相对于因伸长或变形所产生的应力或载荷的稳定性或刚度。加强插入件与前镶板的外部或指向外的表面一起形成矩阵,并且防止破裂或撕裂。加强插入件固定地结合在或连接到前镶板的塑料层中。
在本发明的一个有利的改进中,前镶板的塑料层具有面向环境的外侧和面向车辆内部和/或发动机舱的内侧,加强插入件以可释放或不可释放的方式连接到塑料层的内侧。塑料层和加强插入件的空间分离设计使它们能够例如在修理工作中单独更换。
可选地,前镶板的加强插入件被前镶板的塑料层完全或部分地填充和/或包围。因此,相交部分之间的中间空间(尤其是水平加强线和竖直加强线之间的中间空间)也完全由塑料层的软缓冲材料填充。这实现了加强插入件与塑料层之间的特别耐用和稳定的连接,即使在车辆的车辆前部发生碰撞的情况下,该连接基本上仍保留其载荷分配功能。此外,前镶板的这种设计可以尤其快速和有成本效益地通过下列方式生产,例如通过将加强插入件放入注塑模具,然后用塑料层的材料封装。因此,这种前镶板也可以特别容易地适应需要相应功能的各种车辆型号。车辆的附加重量很小。
在本发明的一个优选实施例中,前镶板的加强插入件具有一个或多个加强插入件端部,尤其是加强线端部,加强插入件端部用于加强插入件和/或前镶板与车辆的不可释放的紧固和/或可释放的接合。
这种加强插入件端部可以简单地是柔性加强线的线端部或杆端部。它们优选地注射在软缓冲材料或塑料层的边缘,因此可以连接到车辆的相邻部件。因此,在车辆碰撞时,在车辆前部区域中吸收的能量最大化,并且所产生的载荷分布在大的表面区域上。原则上,在车辆中安装前镶板期间加强插入件端部可以已经固定连接到相邻的部件。因此,在车辆碰撞之前,就已经产生了前镶板的加强插入件端部之间的固定连接。可选地,加强插入件端部也可以活动地安装,在车辆正面碰撞时前镶板的移动以及由此产生的加强插入件端部的动态移动实现加强插入件端部与车辆(例如车架)可释放地接合。
前镶板的加强插入件优选地具有一个或多个挂钩,一个或多个挂钩具体位于加强插入件端部处或加强线端部处,以用于加强插入件和/或前镶板与车辆的可释放接合。
挂钩应理解为用于优选地可释放地接合的任何形式的机械接合装置,接合可与车辆(尤其是车架)形成接触面和/或支承面。
在本发明的一个有利且可选的改进中,前镶板的加强插入件具有一个或多个扩展装置,一个或多个扩展装置使得加强插入件尤其在车辆碰撞的情况下在一些区域可以扩展。
这些扩展装置可以设置在加强插入件的网/筛内的特定区域,并允许微量的附加延伸或拉长,例如,通过允许弯曲产生更大的变形,从而使被碰撞的行人获得更好的保护。
附图说明
本发明的另外有利的实施例在从属权利要求和下列附图的描述中公开。附图以示例方式示出。在附图中:
图1示出了偏置碰撞的示例性碰撞测试场景的透视图;
图2a-b示出了来自于现有技术的在发生偏置碰撞后的测试车辆的示例前部;
图3a-b示出了来自于现有技术的在发生偏置碰撞后其他相关车辆的移动屏障的示例性变形;以及
图4a-c示出了来自于现有技术的在发生偏置碰撞后测试车辆和其他相关车辆的示例评估;
图5a-c示出了在偏置碰撞后具有加强插入件的测试车辆和其他相关车辆的示例性评估;
图6示出了根据本发明的示例性实施例的基本图;以及
图7示出了在根据本发明的示例性实施例中在变形的前镶板中的加强插入件的示例性布置。
具体实施方式
在不同的附图中,相同的部分总是设有相同的附图标记,因此,它们通常也只被描述一次。尤其地,这些附图应被理解为为了更清楚而代表各种部件或以简化的形式显示它们。
图1示出了具有第一中心轴线201的测试车辆200和具有第二中心轴线301的其他相关车辆300之间的偏置碰撞的示例性碰撞测试场景的透视图。例如,两个车辆200、300的速度在各自的情况下是50km/h。其他相关车辆300配置为具有例如1400千克的重量的可移动屏障,例如,具有移动屏障302。第一中心轴线201和第二中心轴线301平行于各自车辆200、300的x方向,并且相对于彼此具有间距或偏置250,结果测试车辆200和其他相关车辆300的整个碰撞同样具有偏置250。
图2a示出了来自于现有技术的在偏置碰撞后测试车辆200的示例性前部202,图2b示出了图2a中放大的细节203。车辆前部202或保险杠装置通常由刚性部件和刚性较低(即软)的部件组成。通常,在y方向上延伸的保险杠杆件205构成测试车辆200前部202的最硬部件。在偏置碰撞的情况下,保险杠杆件205保持其形状。相比之下,车辆前部202的软部件(例如车辆外壳的前镶板100或其他组成部件)在发生偏置碰撞时全面凹陷,因此具有较大的凹陷深度204。在该示例中,可以看到前镶板100的面向环境的外侧109。保险杠杆件205与前镶板100之间的凹陷深度204的不均匀性使得前镶板100甚至会承受相当大的断裂部206。首先,这样的断裂部206使得例如测试车辆200的纵向构件能够深入到其他相关车辆300(参考图1)。
在碰撞测试场景中,如参考图3a和图3b通过示例所说明的,使用带有撕裂前镶板100的测试车辆200(参考图2b),通过评估测试车辆300的移动屏障302的几何形状来评估碰撞协调性。图3b示出了与测试车辆200(参考图1)发生偏置碰撞后的移动屏障302的外部视觉外观,并且图3a示出了在评估区域304内的基于以毫米为单位的尺度的测量凹陷深度。测试车辆200(参考图2b)的尺寸稳定的区域(如保险杠杆件205)产生移动屏障302的碰撞表面区域303的高度变形303b的区域,即凹陷大于640毫米。相比之下,在发生偏置碰撞时,测试车辆200(参考图2b)的软区域不产生或只产生低程度的变形303a,该变形小于移动屏障302的碰撞表面区域303的160毫米。为了确保其他相关车辆300的乘员的安全以及在碰撞测试中的良好的评估,应实现尽可能均匀地分配的撞击能量以及使移动屏障302的变形尽可能均匀。因此,在其他相关车辆300的情况下,凹陷深度204和变形303a、303b应该尽可能均匀,并且避免具有相对较小或相对较大凹陷深度204的区域。相比之下,尤其需要介于320毫米至480毫米之间的凹陷深度204,因为在这种情况下,碰撞能量通过变形耗散,可以避免其他相关车辆300的不均匀加载。
图4a示出了在偏置碰撞后,从车辆乘员的角度来看,测试车辆200的前部202的前镶板100。可以看到前镶板100的内侧108。偏置碰撞造成了前镶板100破裂部206。这样的破裂部206可以暴露例如在测试车辆200中的纵向构件,纵向构件可以将高的载荷引入到深入其他相关车辆300中的点处。根据对碰撞表面区域303的评估确定对其他相关车辆300的影响,在图4b中以没有测试车辆200的前镶板100的情况下示出。图4c示出了具有测试车辆200中的撕裂前镶板100的评估区域304,根据本发明,其他相关车辆300中的至少一部分区域305预期通过前镶板100改进。
图5a示出了在偏置碰撞后,从车辆乘员的角度来看,测试车辆200的前部202的前镶板100。可以看到前镶板100的内侧108。前镶板100具有加强插入件101,加强插入件101以示例方式图形化为具有水平线和竖直线的网。加强插入件101被软塑料层102包围,在发生偏置碰撞时,它可以像以前一样撕裂。由于加强插入件101保持完整以及由此可以更好地将载荷分配给其他相关车辆300,因此可以避免前镶板100的完全破裂部206(参考图4a)。这可以在图5b中根据对其他相关车辆300的碰撞表面区域303的变化的几何形状的分析进行模拟。图5c示出了在前镶板100中加强插入件101的布置位置,即测试车辆200的没有完全断裂部的前镶板100,几乎完全去掉了凹陷深度204小于160毫米(参考图3a中的303a)的不希望的区域,并且至少在较小程度上去掉了凹陷深度204超过640毫米的区域(参考图3a中的303b)。将凹陷深度204的介于320毫米至480毫米之间的所需区域放大。区域305因此可以得到改善。其他相关车辆300中的凹陷深度204均匀化,标准差降低,通过这种方法,在发生偏置碰撞时的载荷也可以从测试车辆200更好地转移到其他相关车辆300。
图6示出了根据本发明的示例性前镶板100的基本图,其具有加强插入件101,加强插入件101形式为由竖直加强线104和水平加强线103组成的网。加强插入件101与塑料层102相邻。在这里,加强插入件101要么由塑料层102完全封装,其结果是竖直加强线104与水平加强线103之间的中间间隙106完全由塑料层102的材料填充。可选地,加强插入件101可以安装在内侧108,即前镶板100面对测试车辆200的发动机舱(未显示)的一侧。虽然塑料层102在测试车辆200受到碰撞时很可能会撕裂,但加强插入件101不会撕裂,因此改善了在发生碰撞时的载荷分布。为了另外提高该效果,加强插入件101具有加强线端部105,该加强线端部105设置在前镶板100的塑料层102之外,并且可以连接到测试车辆200的相邻部件。这些加强线端部105可以在测试车辆200的生产过程中已经连接到测试车辆200,和/或在测试车辆200碰撞的情况下,可以与测试车辆200(例如与车架)动态地形成优选是可释放的接合。这样,可以想到加强线端部105作为钩子(未示出)的设计。为了在发生轻微撞击时改善行人保护,此处举例说明的加强插入件101可以具有在水平加强线104的部分上的扩展装置107,在与行人发生碰撞时,由于水平加强线104的轻微扩展而平滑地吸收能量。
图7示出了在测试车辆200偏置碰撞后,在变形的前镶板100中的加强插入件101的示例性布置。虽然前镶板100变形很大,但加强插入件101的线不会撕裂,从而确保在车辆碰撞时载荷的分布,引起移动屏障302(MPDB屏障)的一致变形。
附图标记列表:
100 前镶板
101 加强插入件
102 软缓冲材料,具体是塑料层
103 水平加强线或在y方向上延伸的加强线
104 竖直加强线或在z方向上延伸的加强线
105 加强插入件端部,具体是加强线端部
106 中间间隙
107 扩展装置
108 内侧
109 外侧
200 车辆,具体是测试车辆
201 第一中心轴线
202 测试车辆前部
203 扩大了的细节
204 凹陷深度
205 保险杠杆件
206 在前镶板中的破裂部
250 偏置
300 其他相关车辆
301 第二中心轴线
302 移动屏障
303 碰撞表面区域
303a 变形程度高
303b 变形程度低
304 评价区域
305 改进区域
x方向车辆的纵向/车辆的纵向轴线
y方向车辆的横向/车辆的横向轴线
z方向车辆的竖直方向/车辆的竖直轴线
Claims (9)
1.一种前镶板(100),所述前镶板(100)适用于对车辆(200)的车辆前部(202)的保险杠装置进行镶板,其中所述前镶板(100)相对于沿所述车辆前部(202)的轮廓成形为纵长件,并且所述前镶板(100)包括缓冲材料,尤其是塑料层(102),
其特征在于,
包括具有与所述缓冲材料的特性不同的材料特性的加强插入件(101),以提高所述前镶板(100)的稳定性。
2.根据权利要求1所述的前镶板(100),
其特征在于,
所述前镶板(100)的所述加强插入件(101)由柔性加强材料形成,尤其由弹性柔性加强材料形成。
3.根据权利要求1或2所述的前镶板(100),
其特征在于,
所述前镶板(100)的所述加强插入件(101)具有加强线,尤其是基本上与车辆的横向方向(y方向)对齐或能够与所述车辆的所述横向方向(y方向)对齐的加强线(103)和/或与所述车辆的竖直方向(z方向)对齐或能够与所述车辆的所述竖直方向(z方向)对齐的加强线(104),以形成网和/或网状筛。
4.根据前述权利要求中任一项所述的前镶板(100),
其特征在于,
所述前镶板(100)具有作为所述缓冲材料的所述塑料层(102),所述塑料层(102)与所述加强插入件(101)形成复合件。
5.根据权利要求4所述的前镶板(100),
其特征在于,
所述前镶板(100)的所述塑料层(102)具有面向环境的外侧(109)和面向所述车辆(200)的车辆内部和/或发动机舱的内侧(108),所述加强插入件(101)与所述塑料层(102)的所述内侧(108)连接。
6.根据权利要求4或5所述的前镶板(100),
其特征在于,
所述前镶板(100)的所述加强插入件(101)被所述前镶板(100)的所述塑料层(102)完全或部分填充和/或包围。
7.根据前述权利要求之一所述的前镶板(100),
其特征在于,
所述前镶板(100)的所述加强插入件(101)具有一个或多个加强插入件端部,尤其是加强线端部(105),所述加强插入件端部适用于所述加强插入件(101)和/或所述前镶板(100)与所述车辆(200)的不可释放的紧固和/或可释放的接合。
8.根据权利要求7所述的前镶板(100),
其特征在于,
所述前镶板(100)的所述加强插入件(101)具有一个或多个挂钩,所述一个或多个挂钩具体位于所述加强插入件端部处或所述加强线端部(105)处,所述一个或多个挂钩适用于所述加强插入件(101)和/或所述前镶板(100)与所述车辆(200)的可释放接合。
9.根据前述权利要求之一所述的前镶板(100),
其特征在于,
所述前镶板(100)的所述加强插入件(101)具有一个或多个扩展装置(107),所述一个或多个扩展装置(107)使得所述加强插入件(101)在一些区域能够扩展。
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