CN116438388A - 能量吸收构件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸收能量、特别是冲击能量的构件。本发明还涉及一种包括所述构件的结构以及一种吸收能量、特别是冲击能量的方法。

Description

能量吸收构件

技术领域

本发明涉及一种吸收能量、特别是冲击能量的构件。本发明还涉及一种包括所述构件的结构以及一种吸收能量、特别是冲击能量的方法。

背景技术

在工业中、特别是在汽车工业中，一直需要提供吸收能量、特别是冲击能量的构件，以便保护乘员以及运载工具和/或结构的某些元件。

发明内容

利用吸收能量、特别是冲击能量的构件来解决该问题，该构件至少包括第一层和第二层，每个层均包括多个互连的三维元件和/或开口，其中，为了能量耗散：

-将第一层的三维元件插入第二层的三维元件和/或开口中，和/或反之亦然，和/或

-将第一层的三维元件插入设置在第二层的两个或更多个三维元件之间的中空空间中，或反之亦然。

关于该主题的公开也适用于其它主题，且反之亦然。关于本发明的该实施方式公开的主题也可以包括在其它实施方式中，且反之亦然。

本发明涉及一种吸收能量、特别是冲击能量的构件，该构件优选地由聚合物材料、更优选尼龙和/或优选地例如铝或钢的金属材料制成。根据优选的实施方式，该构件由优选地包括多种聚合物材料的复合材料和/或一种或多种塑料材料与一种或多种金属材料的组合制成。该构件至少包括第一层和第二层。然而，该构件可以包括多于两层，特别是四层、六层或八层。优选地为偶数或奇数层。更优选地，构件的三维元件彼此插入的两个层形成一个组装单元。优选地，该构件至少包括优选地更多这样的单元。每个层均包括多个互连的三维元件。三维元件和/或开口优选地通过互连层互连。互连层可以是与三维元件相同或不同的材料。开口可以设置在该层中。优选地，三维元件包括边缘或法兰，并且多个边缘/法兰形成互连层。每个三维元件的一端均可以设置在一个平面中，并且每个三维元件的其余部分延伸出该平面。三维元件优选地为中空结构。本领域技术人员理解，该平面不需要是平坦的，而可以是三维的，例如弯曲的。

根据本发明，三维元件和/或开口现在被设计成为了能量耗散：

-将第一层的三维元件插入第二层的三维元件和/或开口中，和/或反之亦然，

-将第一层的三维元件插入设置在第二层的两个或更多个三维元件之间的中空空间中，和/或反之亦然。

在将一个层的三维元件插入邻近层的三维元件中或插到三维元件之间和/或插入开口中期间，两个层的三维元件之间的摩擦和/或至少一个层、优选地两个层的三维元件和/开口的弹性变形和/或塑性变形和/或切向应力发生，使得能量、特别是冲击能量被耗散。在塑性变形期间，优选地至少一个层的三维元件和/或开口的截面可逆地和/或不可逆地增大和/或减小和/或一个层或两个层的三维元件的轴向延伸(axial extension)可逆地和/或不可逆地减少。

每个层的三维元件和/或开口例如根据恒定和/或非恒定图案、优选地根据恒定矩阵互连。一个层的三维元件和/或开口可以等距间隔开。

至少一个层可以是运载工具的结构的一部分，例如白色主体(body in white)的一部分。该层优选包括一个或多个供三维元件插入的开口。

一个构件的层可以是相同的或不同的。优选地，这些层是交错的。

优选地，三维元件是中空元件。

三维元件优选地具有圆形、卵形和/或多边形截面。截面的形状可以随三维元件的轴向延伸而变化。一个层可以具有截面不同和/或轴向长度不同的三维元件。优选地，三维元件是锥形的，优选地在三维元件互连的平面中具有较大或最大的截面。在三维元件是锥形的情况下，倾斜角度可以绕着其整周是恒定的或不恒定的。倾斜角度还可以随着三维元件的轴向长度而变化。一个层的一个或多个三维元件的侧壁可以包括一个或多个台阶。在侧壁由层叠体制成的情况下，并非层叠体的所有层都需要包括台阶(多个台阶)。

优选地，分布在两个邻近层的平面上的三维元件的截面的形状和/或尺寸、轴向延伸、三维元件的长度、侧壁的倾斜度和/或图案在一个层内或在两个邻近层之间不同。

优选地，层的三维元件均具有侧壁，并且第一层的三维元件的侧壁至少局部地具有与第二层的三维元件的侧壁不同的形状和/或尺寸。

每个开口可以具有圆形、卵形和/或多边形截面。

优选地，第一层或第二层中的至少一者包括连接部件。经由这些连接部件(例如粘合剂层)，所述层可以连接到结构(例如运载工具的结构)，和/或两个或更多个层可以通过连接部件连接，所述连接部件优选地是粘合剂层。

每个粘合剂层优选地在三维层已经形成之后施加，或粘合剂层是三维层的材料的一部分，例如粘合剂层。

在冲击或能量吸收之前，两个层也可以通过连接部件彼此连接。这些连接部件可以是例如粘合剂、例如粘合剂层、例如卡扣配合(snap-fit)等的摩擦形式配合和/或压入配合。

两个层、特别是第一层和第二层可以设置为单件，优选地设置为一个模制件。

根据本发明的另一优选实施方式，至少一个层的三维元件的侧壁的厚度不是恒定的。

优选地，至少一个层的三维元件包括加强元件。该加强元件(例如一个或多个肋和/或泡沫层、优选结构泡沫)优选地设置在三维元件的中空部分中和/或三维元件之间。加强元件可以设置在所述三维元件的结构内和/或邻近所述三维元件。

本发明的另一主题是包括结构和本发明的构件的系统。

关于该主题的公开也适用于其它主题，反之亦然。关于本发明的该实施方式所公开的主题也可以包括在其它实施方式中，反之亦然。

结构可以是任何结构，例如防撞护栏或防弹衣或运载工具。结构可以是金属的和/或塑料的结构。本发明的构件设置在结构处或结构中以减小其变形，例如在冲击期间的变形。优选地，结构包括构件所在的腔。更优选地，构件的至少一个层附接到结构。附加地或可替代地，本发明的构件可以设置在没有腔的结构处。

构件的层可以模制为单个零件。制造层的其它方法是例如拉挤、注射成型和/或热成型和/或压缩成型、和/或吹塑成型。

该问题还通过利用本发明的构件的吸收能量、特别是冲击能量的方法来解决，其中，两个层的三维结构和/或开口彼此相对移动，从而发生两个层的三维元件和/或开口之间的摩擦，并且至少一个层的三维元件和/或开口塑性变形。

关于该主题的公开也适用于其它主题，反之亦然。关于本发明的该实施方式所公开的主题也可以包括在其它实施方式中，反之亦然。

根据本发明的该主题，在冲击期间，两个层及其三维元件和/或开口彼此相对移动，使得所述两个层的三维元件和/或开口彼此接触、或增加了接触或重叠面积。由于该接触，发生摩擦和塑性变形和/或切向应力，同时所述两个层彼此相对移动。摩擦和弹性和/或塑性变形和/或切向应力耗散能量，这减少了设置有本发明的构件的结构或其中设置有本发明的构件的结构的变形。

优选地，三维元件和/或开口可逆和/或不可逆地膨胀和/或可逆和/或不可逆地压缩和/或可逆和/或不可逆地沿切向承受应力。更优选地，第一层的三维元件在其截面中并且可选地在其轴向延伸中可逆和/或不可逆地压缩，而第二层的三维元件和/或开口在其截面中可逆和/或不可逆地增大，并且可选地在其轴向延伸中可逆和/或不可逆地压缩。

优选地，将第一层的三维元件插入到第二层的三维元件中和/或之间。更优选地，将第一层的一个三维元件插入到第二层的一个三维元件中。更优选地，将第一层的三维元件插入到第二层的至少两个、优选地三个、四个或多于四个的三维元件之间。

优选地，两个层的三维元件在其塑性变形期间互锁。

下面根据附图解释本发明。这些解释并不限制保护的范围。所述解释同样适用于本发明的所有实施方式。

附图说明

图1至图3示出了本发明的构件的实施方式及其制造。

图4是本发明的结构。

图5描绘了本发明的方法的实施方式。

图6示出了三维元件的十个不同的实施方式。

图7a、图7b、图8a和图8b示出了第一层和第二层的不同实施方式。

图9a和图9b示出了本发明的系统的不同实施方式。

图10示出了本发明的构件的一个层。

图11示出了构件的实施方式，其中三维元件之间的连接是柔性的。

图12a和图12b分别描绘了在一个层中具有开口的示例。

图13示出了作为两个层之间的连接部件的卡扣配合。

图14a和图14b示出了吹塑成型零件。

图15示出了本发明的实施方式，其中一个层包括加强元件。

图16示出了在相对移动期间互锁的两个三维元件。

具体实施方式

除图5外，以下描绘的所有实施方式分别示出了冲击前的构件。

图1至图3示出了本发明的构件的第一实施方式，其至少包括第一层2和第二层3，在此可选地还包括第三层4和第四层5，其中层4优选地与层2相同，层5优选地与层3相同，或者所有层都相同。例如从图2可以看出，第一层2和第二层3以及第三层4和第四层5分别形成单元18。各层2至5均包括多个三维元件7，在此，三维元件7在基底19处互连。在此，各层2、3的基底均设置在各单元18的外周处。在本例中，所有层的三维元件都实质上成形为具有垂直于基底19的轴向延伸的截头锥体。在本例中，一个层2的三维元件7在两个邻近的三维元件7之间设置有空间17。在本例中，层2至5是相同的，并且包括两个层2、3或4、5的每个单元18在此通过互锁两个层2、3或4、5来提供，在本例中，使得一个层2的每个三维元件均被设置在另一层3的至少两个三维元件之间，反之亦然，使得至少局部地，一个层2的一个三维元件的外周与邻近的层3的至少两个或更多个三维元件的外周接触，反之亦然。然而，特别地从图2可以看出，在冲击之前，两个互锁的层之间提供了空间20。为了吸收能量，一个单元18的两个层将一起移动，如箭头“冲击”所示。这至少部分地减少了空间20，在两个层2、3的三维元件之间引起摩擦，并与至少一个层2、3的三维元件的塑性变形相结合，耗散了冲击能量。在塑性变形发生之前，至少一个层2、3的三维元件优选地弹性变形。一个或多个层、在此是层2，可以包括在此是粘合剂层的连接部件6，以将构件1或构件1的一个单元18连接到如图4所描绘的结构。

在本例中，三维元件7被完全相同地描绘。然而，技术人员理解，每个层2至5均可以包括不同形状和/或尺寸的三维元件。技术人员还理解，邻近的两个相互作用层的三维元件可以不同。

每个层的三维元件7优选地设置为三维元件7的阵列。三维元件7优选地等距排列。

三维元件7优选地是中空的。三维元件7可以在背向基底19(即三维元件7的底部)的一端处闭合或部分闭合。在基底处，三维元件7可以是开放的，或是部分或完全地闭合。

在根据图1至图3的示例中，截头锥体的侧壁的倾斜度不是恒定的，并且在此包括两个台阶。随着倾斜度的变化，摩擦和/或变形的程度和位置可以调节到所需的能量耗散。

图4示出了本发明的系统。在本例中，结构9包括在此设置在结构9的腔中的根据图1至图3的层2至5或两个单元18。然而，技术人员理解，可以存在更少或更多的层2至5或者更少或更多的单元18。技术人员进一步理解，三维元件7或一个单元的一个或所有层可以不同地成形。

在本例中，包括两个层一个单元并且在此位于左手侧的单元附接到结构9。然而，两个单元18都可以连接到结构。在此，单元18在水平方向上并排堆叠。

在此，结构是运载工具的结构。技术人员理解，该结构可以是任何结构，例如防撞护栏或防弹衣。

各层的三维元件7优选地被设置为使得其轴向延伸平行于或至少实质上平行于例如由于冲击导致的预期能量输入。

图5描绘了本发明的方法。在本例中，第一层2的三维元件7不插入到邻近的第二层的两个邻近的三维元件7之间的空间17中，而是插入到邻近的层的三维元件7中。三维元件7在此被描绘为截头锥体，但是技术人员理解，根据图5的解释并不局限于这种形状。

通过具有附图标记10的箭头表示时间线。描绘了四种不同的状态a)至d)。状态a)为初始状态。在此，邻近的层2和3的三维元件7如图所描绘地间隔开。在状态b)中，冲击和能量吸收通过将层2的三维元件7滑入层3的三维元件7中而开始。这导致三维元件7的侧壁之间的摩擦，并且通过增大其截面而开始弹性和/或塑性变形，特别是层3中的三维元件7的弹性和/或塑性变形。状态c)描绘了渐进的塑性变形。截面的增大现在已经沿着层3的三维元件7的轴向延伸进行。如所描绘的，三维元件7也已经被压缩。在状态d)中，两个层的三维元件7的轴向延伸被压缩，优选地塑性压缩。

图6示出了三维元件7的形状的十个不同的实施方式。所有示例都描绘了三维元件7彼此插入的实施方式。技术人员理解，所描绘的三维元件7也可以用于将一个层的三维元件7插入邻近的层的两个或更多个三维元件7之间的实施方式，如图1至图3中所示的示例。技术人员还理解，在冲击之前，两个层2、3之间不需要轴向重叠。在图6的所有示例中，与三维元件7的轴向延伸平行或至少实质上平行的冲击方向是相同的。在此，“冲击”只是代表任何需要被耗散的期望或不期望的能量输入的术语。

所有实施方式的层2、3可以例如是模制的、注射成型的或深拉的。两个层2、3可以由相同或不同的材料制成。

在图6的所有示例中，仅示出了两个层，但是技术人员理解，可以是多于两个层，优选地是多个第一层和第二层。在图6中，在所有示例中，仅描述了一个三维元件7，但应理解，每个层均可以包括多个互连的三维元件7，三维元件7优选地在其边缘处互连和/或被设置为三维元件7的阵列。

根据图6的示例说明，第一层和第二层的三维元件7的设计允许非常精确地调节能量耗散，就吸收的能量总量和/或由切向应力、摩擦和/或破碎吸收的能量的相对量而言，优选地每一者均作为时间以及第一层和第二层的彼此相对运动的函数。

实施方式1示出了本发明的第一可替代方案。在本例中，第一层2和第二层3的三维元件7是截头锥体，在此每一者均具有底部。在本例中，两个截头锥体可以是相同的。在冲击之前和/或冲击期间，将第二层3的截头锥体插入第一层的截头锥体中，由此通过表面11、12沿着彼此滑动时的摩擦和/或通过三维元件7的轴向延伸和/或三维元件7的截面分别增大和/或减小时、特别地一个层或两个层的三维元件7的侧壁13压缩时的塑性变形来耗散能量。在本示例中，第一层2包括连接部件6，连接部件6将第一层2连接到例如结构9。

实施方式2示出了本发明的第二可替代方案。在本例中，第一层2和第二层3的三维元件7是截头锥体，在此每一者均具有底部。在本例中，两个层的两个截头锥体具有不同的倾斜角度。具体地，第二层3的截头锥体的倾斜角度大于第一层2的截头锥体的倾斜角度。与实施方式1相比，这将导致两个层2、3的三维元件7的较早的弹性和塑性变形和/或增加摩擦。在冲击之前和/或冲击期间，将第二层的截头锥体插入第一层的截头锥体中，由此，通过摩擦和/或通过特别是通过加宽和/或减小三维元件7的截面和/或当一个或两个层的三维元件7在其轴向延伸上被压缩时的塑性变形来耗散能量。在本示例中，第一层2包括连接部件6，连接部件6将第一层2连接到例如结构。

实施方式3示出了锥形的三维元件7，因此实质上可以参照根据实施方式1和2的描述。然而，在本例中，三维元件7并不是整周都是锥形的，而是仅周向的一部分是锥形的。

关于实施方式4，参照关于实施方式1和2的公开，但特别地参照实施方式2的公开。在本例中，第二层3的三维元件7在锥形结构中包括台阶14。由于该台阶14，与实施方式2相比，第一层的三维元件7的塑性变形更为突然。并且与实施方式2相比，开始得更早，特别是在台阶14设置在三维元件7的顶端/底部附近的情况下，如在此所示的。

实施方式5实质上是实施方式1，因此可以参照该实施方式的公开。然而，在实施方式中5，两个层都设置有允许两个层连接到结构9的连接层6。

实施方式6实质上是实施方式5，因此可以参照该实施方式的公开。在该实施方式5中，层相对于冲击的取向已被反转。

实施方式7实质上是实施方式6，因此可以参照该实施方式的公开，但是第一层2处的连接部件已被省略。

实施方式8实质上是实施方式6或7，因此可以参照这些实施方式的公开。在本例中，三维元件7具有凹部15。特别地，截头锥体的底部具有凹部。

在实施方式9中，描绘了一个层或两个层的三维元件7可以包括在此呈一个或多个肋的形式的加强部件16。例如，加强部件可以避免一个层的三维元件7的反作用(bucking)。该示例的另一方面是具有矩形或正方形截面的锥形三维元件7。

在图6的实施方式10中描绘了一个或两个层2、3的三维元件7的变化的壁厚。三维元件7的增大的壁厚优选地围绕三维元件7的整周设置。增大的壁厚优选地设置在不期望发生弹性或塑性变形和/或变形应当发生较晚或最晚的区域中。

图7示出了实施方式的两个视图、即图7a和图7b，其中三维元件7具有多边形直径，在此是六边形直径。根据图7的实施方式类似于根据图6的实施方式2，因此关于该实施方式所作的公开同样适用于本实施方式。

图8a示出了与图6的实施方式4类似的本发明的实施方式，因此关于该实施方式所作的公开同样适用于本实施方式。在根据图8a的示例中，两个层2、3的三维元件7在其侧壁具有台阶14，在冲击之前，台阶14彼此邻近或接触。

图8b实质上示出了根据图8a、图6的实施方式，因此关于该实施方式所作的公开同样适用于本实施方式，其中在本例中，三维元件7的顶端包括如根据图6的实施方式9所述的加强部件。

图9a示出了本发明的系统的另一实施方式。在例如运载工具的结构9中设置包括三维元件7的两个层2、3的构件1。层2通过在此是粘合剂层的连接部件6连接到结构9，另一层3优选地不连接到结构。如层2、3之间的空间以及在此为水平的两个箭头所示，在冲击或能量吸收之前，两个层2、3可以彼此相对移动。冲击之后，两个层互锁。

图9b描绘了与根据图9a的实施方式类似的实施方式，因此可以参照关于该实施方式的公开。在此，两个层2、3都连接到结构。

图10描绘了一个层2、3。可以清楚地看到，三维元件7通过互连层22互连。在本例中，三维元件和互连层22由相同的材料制成。在本例中，所描述的层是通过注射成型成所示的层而生产的。技术人员理解，互连层可以不是平坦的，而是形成为例如弯曲的。

图11描绘了如下示例：层2、3不是平面的而是弯曲的。曲率可以是永久的或暂时的。

现在参照图11的层3。在此，三维元件7通过互连层22连接，互连层22由与提供三维元件的材料不同的、在此比提供三维元件的材料更具柔性的材料制成。

图12a和图12b分别描绘了一个层、在此是层2设置有开口21的示例。在冲击之前和/或冲击期间，层3的三维元件7延伸到开口中，并且三维元件7的重叠增加。在本例中，仅描绘了一个三维元件，但是本领域技术人员理解，每个开口均提供一个三维元件。层2可以是待加强结构的一部分，待加强结构例如是运载工具的白色主体。

图13示出了在冲击之前连接两个层2、3的又一部件26。在本例中，连接部件是卡扣配合26，其具有在此位于第一层的弹性元件24和位于第二层的开口25。在组装期间，弹性元件卡入开口，使得两个层连接。

技术人员理解，连接部件也可以是摩擦形式配合和/或压入配合(force-fit)。

图14a和图14b示出了本发明的又一实施方式。在本例中，第一层和第二层优选地通过吹塑成型被生产为一个单件。在此，两个层在它们的外周处连接，但是也可能与其它层接触或相连。在本例中，三维物体是锥体形的，其中锥体的截面是正方形或长方形。三维物体也可以是圆锥形或任何其它锥形形状。

图15示出了第一层2包括邻近三维元件7的加强元件16的实施方式，加强元件16增强了除了层2和3的和/或在不同区域中的结构。在本例中，加强元件16为肋。

图16示出了本发明的优选实施方式。在冲击期间，两个层2、3的三维元件7彼此相对移动并变形。在变形期间，三维元件7互锁，因此在冲击之后，优选地，三维元件不能彼此分离。

附图标记：

1构件

2第一层

3第二层

4第三层

5第四层

6连接部件、连接层

7三维元件

8外周

9结构

10时间线

11三维元件7的内表面

12三维元件7的外表面

13结构的侧壁

14侧壁13的斜面的不连续区域、台阶

15凹部

16加强元件、肋

17 中空空间

18 两个层的单元

19 基底

20 空间

21 开口

22 互连层

23 槽

24 弹性元件

25 开口

26 卡扣配合

Claims (15)

1.一种吸收能量、特别是冲击能量的构件(1)，其特征在于，所述构件至少包括第一层(2)和第二层(3)，每个层(2、3)均包括多个互连的三维元件(7)和/或开口(21)，其中，为了能量耗散：

-将所述第一层(2)的三维元件(7)插入到所述第二层的三维元件(7)和/或开口(21)中，和/或反之亦然，和/或

-将所述第一层(2)的三维元件(7)插入到设置在所述第二层(3)的两个或更多个三维元件(7)之间的中空空间中，和/或反之亦然。

2.根据权利要求1所述的构件(1)，其特征在于，所述三维元件(7)是锥形的，优选地具有非恒定的锥度，优选地具有一个或多个台阶。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的构件(1)，其特征在于，所述层的三维元件(7)具有侧壁(13)，并且所述第一层(2)的三维元件(7)的侧壁至少局部地具有与所述第二层(3)的三维元件(7)的侧壁不同的形状和/或尺寸。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的构件(1)，其特征在于，至少一个层(2、3)包括连接部件(6)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的构件(1)，其特征在于，至少一个层(2、3)的三维元件(7)的侧壁(13)的厚度不是恒定的。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的构件(1)，其特征在于，至少一个层的三维元件(7)包括加强元件(16)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的构件(1)，其特征在于，所述第一层和所述第二层被设置为一件。

8.一种系统，其包括结构(9)和根据前述权利要求中的任一项所述的构件。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述结构(9)包括所述构件(1)所在的腔。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，至少一个层(2、3)附接到所述结构(9)。

11.一种吸收能量、特别是冲击能量的方法，其利用了根据权利要求1至6中的任一项所述的构件，其特征在于，两个层(2、3)的三维元件和/或开口(21)彼此相对移动，从而在所述两个层(2、3)的三维元件(7)之间发生摩擦，并且至少一个层的三维元件(7)和/或开口塑性变形和/或弹性变形。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述三维元件(7)和/或所述开口(21)均可逆地和/或不可逆地膨胀和/或压缩和/或沿切向承受应力。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述第一层(2)的三维元件(7)插入到所述第二层(3)的三维元件(7)中和/或之间和/或插入到所述第二层(3)的开口(21)中。

14.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其特征在于，所述层(2、3)的三维元件(7)和/或开口(21)的截面增大和/或减小。

15.根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，其特征在于，所述两个层(2、3)的三维元件(7)在所述三维元件(7)的塑性变形期间互锁。

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