DE102009029814B4

DE102009029814B4 - Vorrichtung zur Energieabsorption und Verwendung der Vorrichtung als Minen-Schutzvorrichtung oder Aufpralldämpfer für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009029814B4
Application number: DE200910029814
Authority: DE
Inventors: Oliver Schliese
Original assignee: Rheinmetall Landsysteme GmbH
Current assignee: Rheinmetall Landsysteme GmbH
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: DE102009029814A1; DE102009029814C5; EP2264395A2; EP2264395A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Energieabsorption mit mindestens zwei voneinander durch Abstandsteile (6) beabstandeten Platten (2, 3), wobei die erste Platte (2) derart angeordnet ist, dass die mit der zu absorbierenden Energie verbundene Kraft zunächst auf diese Platte (2) wirkt. Um zu erreichen, dass die Vorrichtung (1) ein relativ geringes Gewicht aufweist und trotzdem auf einfache Weise eine hohe Energieabsorption bewirkt, schlägt die Erfindung vor, den Zwischenraum zwischen den beiden voneinander beabstandeten Platten (2, 3) mit einem Füllmaterial (13), wie einer Flüssigkeit mit entsprechend hoher Viskosität, einem Gel, einem Kunststoff- oder Metallschaum oder einem Granulat, auszufüllen, welches beim Zusammendrücken der beiden Platten (2, 3) durch mindestens eine Ausströmöffnung (10, 11) mit definiertem Strömungsquestand des Füllmeterials (13) im Bereich des definierten Strömungsquerschnittes der Ausströmöffnung (10, 11) erfolgt dann die gewünschte Energieabsorption.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieabsorption mit mindestens zwei voneinander durch Abstandsteile beabstandete Platten, wobei die erste Platte derart angeordnet ist, dass die mit der zu absorbierenden Energie verbundene Kraft zunächst auf diese Platte wirkt. Alternativ kann die Vorrichtung auch durch ein bzw. eine rohrartige Form geschaffen werden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Verwendung der Vorrichtung als Minen-Schutzvorrichtung als auch auf eine Verwendung der Vorrichtung als Aufpralldämpfer für ein Kraftfahrzeug.
Leicht gepanzerte Fahrzeuge heben häufig keinen oder nur einen unzureichenden Schutz vor in Bodennähe durch Minen ausgelöste Druckwellen, weil die Verwendung einer entsprechend starken bodenseitigen Panzerung aus Gewichtsgründen nicht möglich ist. Dieses gilt insbesondere für luftverlastbare gepanzerte Fahrzeuge, die ein bestimmtes maximales Gewicht nicht überschreiten dürfen.
Aus der DE 197 40 103 A1 ist eine Minen-Schutzvorrichtung für gepanzerte Fahrzeuge bekannt, die im Wesentlichen aus zwei voneinander durch stegförmige Abstandsteile beabstandete Platten besteht. Dabei ist die erste Platte dem Erdboden zugewandt, so dass die Druckwelle bei einer Minendetonation zunächst auf diese Platte wirkt, welche die von der Druckwelle der Detonation auf sie ausgeübten Kräfte auf die Abstandsteile überträgt, Die Abstandsteile sind zur Energieabsorption gegenüber der zweiten Platte stauchbar ausgebildet. Außerdem sind die Abstandsteile hinsichtlich ihrer Anordnung, Dimensionierung und Materialeigenschaften derart ausgelegt, dass eine tiefpaßartige Dämpfung der Druckwelle erfolgt.
Während die erste Platte der bekannten Minen-Schutzvorrichtung aus Leichtmetall besteht, handelt es sich bei der biegesteif ausgebildeten zweiten Platte um Panzerstahl, was wiederum zu einer Gewichtserhöhung des entsprechenden Fahrzeuges führt.
Weitere Verbundplatten sind beispielsweise aus der DE 10 2005 013 680 A1 , der DE 10 2005 050 981 A1 sowie der DE 10 2007 022 143 A1 bekant.
Aus der DE 198 10 706 C2 und der DE 102 50 132 B4 sind Schutzmodule für gepanzerte Fahrzeuge bekannt, deren Wirksamkeit durch das Füllmaterial im Zwischenraum zwischen zwei Lagen bestimmt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, die ein relativ geringes Gewicht aufweist und trotzdem auf einfache Weise eine hohe Energieabsorption bewirkt. Außerdem sollen bevorzugte Verwendungen dieser Vorrichtung insbesondere bei Kraftfahrzeugen offenbart werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Verwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Merkmale der Ansprüche 14 und 15 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, unter Anwendung einer Viskositäts-, Fließ- oder Strömungsbremse o. ä., die durch den Strömungswiderstand des Mediums/Materials (Füllmaterial) am einem definierten Querschnitt zur Energieaufnahme bzw. Energieabsorption oder Energieumwandlung dient, das Gefahrenpotential des Ereignisses-Druckwelle durch Minenansprengung – zu minimieren.
Dazu wird in einer ersten bevorzugten Variante eine aus mindestens zwei voneinander beabstandeten Platten bestehende Anordnung mit einem Füllmaterial ausgefüllt, welches beim Zusammendrücken der beiden Platten durch mindestens eine Ausströmöffnung mit definiertem Strömungsquerschnitt entweichen kann. Durch den Strömungswiderstand des Füllmaterials im Bereich des definierten Strömungsquerschnittes erfolgt dann die gewünschte Energieabsorption. Dabei eignen sich als Füllmaterial sowohl Flüssigkeiten mit entsprechend hoher Viskosität als auch Gele, Kunststoff- oder Metellschäume und Granulate. Aber euch andere geeignete Materialien kommen als Füllmaterial in Frage, welche zur Gewichtminimierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglichst leicht sein sollten.
Damit es zu einem definierten Zusammendrücken der beiden Platten der erfindungsgemaßen Vorrichtung bei einer entsprechenden Krafteinwirkung auf die erste Platte kommt, sind die erste Platte und die mit ihr verbundenen Abstandsteile hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften, ihrer Wandstärke und ihres Aufbaus derart ausgelegt, dass sie bei entsprechender Krafteinwirkung auf die erste Platte mindestens in Teilbereichen gegenüber der zweiten Platte verformbar sind. Die zweite Platte ist hingegen biegesteif ausgebildet. Was beispielsweise durch zwei sandwichartig angeordnete Bleche aus Leichtmetall oder Stahl erreicht werden kann, die über biegesteife Stützteile miteinander verbunden sind.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Platten über Seitenwände miteinender verbunden, wobei sich in einer oder in beiden Seitenwänden eine Ausströmöffnung befindet.
Um die Energieabsorption der Vorrichtung einstellen zu können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Strömungsquerschnitt der jeweiligen Ausströmöffnung durch ein Ventil regelbar ist.
Die Abstandsteile können stegförmig ausgebildet sein, sodass das Füllmaterial um diese Abstandsteile leicht herum fließen kann.
Die Abstandsteile können aber auch rippenförmig ausgebildet sein, sodass kammerförmige Teilbereiche zwischen den beiden Platten gebildet werden. Durch die leichten Stützrippen kann das jeweilige Medium entweder nahezu ungehindert durchfließen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass mindestens ein Teil der rippenförmigen Abstandsteile mit Durchströmöffnungen versehen ist. In Summe werden somit mehrere Absorptionssegmente gebildet. Die Stützrippen können so ausgelegt sein, dass sie sich im Ereignisfall verformen und nicht zu einer Deformation des Fahrzeuginnenbodens führen. Die Form des Fahrzeugbodens kann beilebig sein, beispielsweise eben, gewölbt, abgewickelt etc.
Die erste Platte und die Abstandsteile können aus Gewichtsgründen vorzugsweise aus einem Leichtmetall, beispielsweise einer Aluminiumlegierung, bestehen.
Alternativ zu den Platten kann auch ein rohrförmiges Teil bzw. ein Rohr die Vorrichtung bilden, wobei Abstandsteile, Ausströmöffnung etc. eingebunden sind, die ihrerseits dieselben Aufgaben/Funktionen wie bei einer Plattenanordnung erfüllen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorzugsweise als Minen-Schutzvorrichtung verwendet werden, die im Bodenbereich eines Fahrzeuges anordbar ist, wobei die erste Platte der Vorrichtung erdbodenseitig angeordnet und die fahrzeugseitig angeordnete zweite Platte als biegesteifer Innenboden des Fahrzeuges ausgebildet ist.
Es ist aber auch eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Aufpralldämpfer für ein (auch ziviles) Kraftfahrzeug möglich. Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl frontseitig als auch heckseitig an dem entsprechenden Kraftfahrzeug angeordnet werden. Es ist aber auch denkbar, die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise in die Seitenwände des Kraftfahrzeuges zu integrieren.
Die Vorteile liegen unter anderem in der Verringerung des Verletzungsrisikos der Fahrzeugbesatzung und eines geringeren Gewichts im Vergleich mit Stahl- oder Verbundplatten. Durch die Querschnittseinstellung kann zwischen einer harten oder weichen Einkopplung der Druckwelle und damit die Absorption eingestellt werden. D. h., der Grad der Minderung wird neben der Viskosität des Materials auch durch den im Ereignisfall zu durchströmenden Querschnitt bestimmt.
Das Übereinanderliegen derartiger Einrichtungen bzw. Vorrichtungen mit beispielsweise unterschiedlichen Härteeinstellungen ermöglicht in einer weiteren Variante gestufte Absorptionen, d. h. je nach Schwere des Ereignisses, insbesondere bei Kraftfahrzeugen. Bei schwachen Ereignissen wird somit nicht gleich der gesamte Schutzmechanisamus ,aufgebraucht'.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand einer Figur erläuterten Ausführungsbeispiel.
Die Figur gibt den Querschnitt einer stark vereinfacht dargestellten erfindungsgemäßen Minen-Schutzvorrichtung wieder. Dabei ist die Minen-Schutzvorrichtung mit dem Bezugszeichen 1 angedeutet. Die Minen-Schutzvorrichtung 1 wird durch eine Art Viskositäts-, Fließ- bzw. Strömungsbremse gebildet, die ein Füllmaterial 13 aufnehmen kann und über wenigstens eine Austrittsöffnung 10 (11) verfügt. Durch die Viskosität des eingesetzten Materials, den in einer besonderere Ausführung einstellbaren Querschnitt und damit den eigentlichen Fließ- und Strömungseigenschaften, wird der Grad der Minderung eingestellt bzw. geregelt.
Die Vorrichtung 1 bzw. Bremse setzt sich in einer einfachen Ausführung im Wesentlichen aus zwei voneinander beabstandete Flächen 2, 3, hier zwei Platten zusammen, welche vorzugsweise über hochgezogene Seitenwände 4, 5 und/oder mehrere stegförmige Abstandsteile 6 miteinander verbunden sind und zur Aufnahme des Mediums bzw. Füllmaterials 13 dienen. Die hochgezogenen Seitenwände 4, 5 haben den Vorteil, dass das Medium 13 hoch gedrückt wieder verwendet werden kann und nicht verloren geht. Seitliche Auffangbehälter können diese Aufgabe aber auch übernehmen.
Die beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung bestehende erste Platte 2 ist dem Erdboden (nicht dargestellt) benachbart angeordnet, sodass die bei Detonation einer Mine erzeugte Druckkraft zunächst auf diese Platte 2 wirkt.
Während die erste Platte 2 und die stegförmigen Abstandsteile 6 hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften, ihrer Wandstärke und ihres Aufbaus derart ausgelegt sind, dass sie bei entsprechender Krafteinwirkung auf die erste Platte 2 mindestens in Teilbereichen gegenüber der zweiten Platte 3 verformbar sind, ist die zweite Platte 3 als biegesteifer Innenboden des Fahrzeuges ausgebildet. Hierzu besteht die zweite Platte 3 beispielsweise aus zwei sandwichartig angeordneten Blechen 7, 8 beispielsweise aus einem Leichtmetell, die über biegesteife Stützteile 9 miteinander verbunden sind.
In jeder der beiden Seitenwände 4, 5 befindet sich eine (gegebenenfalls) verschließbare Ausströmöffnung 10, 11 mit einem vordefinierten Strömungsquerschnitt.
Der zwischen den beiden Platten 2, 3 befindliche Innenraum 12 ist von einem Füllmaterial 13, beispielsweise einem Kunststoffschaum, ausgefüllt.
Wird nun beim Überfahren einer Mine diese gezündet, so wirkt die dadurch entstehende Druckwelle zunächst auf die verformbar ausgebildete erste Platte 2 und drückt diese in Richtung auf die biegesteife zweite Platte 3. Dabei werden die stegförmigen Abstandsteile 6 gestaucht oder ausgebogen. Das in dem Innenraum 12 zwischen den Platten 2, 3 befindliche Füllmaterial 13 wird mindestens teilweise durch die Ausströmöffnungen 10, 11 gedrückt, sodass durch den Strömungswiderstand des Füllmaterials 13 im Bereich der Ausströmöffnungen 10, 11 die gewünschte Energieabsorption erfolgt.
Die Mittel bzw. Flächen 2, 3 können insbesondere bei kleineren Abmessungen für Crashfälle aber auch durch eine Art Rohr/Stoßstange etc. gebildet werden (nicht näher dargestellt), das u-förmig gebogen ausgebildet sein kann und an einem Fahrzeug befestigbar ist. Die Oberseite des Rohres sollte die Aufgabe der biegesteifen Platte 3 übernehmen, wobei selbetverständlich eine zusätzliche, biegesteife Platte das Rohr unterstützen kann.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung, Minen-Schutzvorrichtung
2: (erste) Platte/Fläche
3: (zweite) Platte/Fläche
4, 5: Seitenwände
6: Abstandsteil
7, 8: Bleche
9: Stützteil
10, 11: Ausströmöffnungen
12: Innenraum
13: Füllmaterial

Claims

Vorrichtung (1) zur Energieabsorption von einer, insbesondere durch Minen, ausgelösten Druckwelle und/oder einen Crash, mit den Merkmalen: – Mittel (2, 3) zur Aufnahme eines Mediums/Füllmaterials (13), – das Mittel (2, 3) verfügt über eine verformbare Fläche (2) und eine der verformbaren Fläche (2) gegenüberliegende biegesteife Fläche (3) sowie wenigstens eine Austrittsöffnung (10, 11) zwischen diesen Flächen (2, 3), – bei Eintreten eines Ereignisses in Form einer Druckwelle wird die verformbare Fläche (2) des Mittels (2, 3) gegen die andere biegesteife Fläche (3) gedrückt, sodass – das Füllmaterial (13) mindestens teilweise durch die Ausströmöffnung (10, 11) gedrückt wird und – durch den Strömungewiderstand des Füllmaterials (13) im Bereich der Ausströmöffnung (10, 11) die Energieabsorption erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel (2, 3) mindestens zwei voneinander durch Abstandsteile (8) beabstandeten Platten (2, 3) eingebunden sind, wobei die erste Platte (2) derart angeordnet ist, dass die mit der zu absorbierenden Energie verbundene Kraft zunächst auf diese Platte (2) wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gakennzeichnet, dass die erste Platte (2) und die mit ihr verbundenen Abstandsteile (6) sind hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften, ihrer Wandstärke und ihres Aufbaus derart ausgelegt, dass sie bei entsprechender Krafteinwirkung auf die erste Platte (2) mindestens in Teilbereichen gegenüber der zweiten Platte (3) verformbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial (13) eine Flüssigkeit, ein Gel, einen Kunststoff- oder Metallschaum oder ein Granulat ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausströmöffnung (10, 11) mit definiertem Strömungsquerschnitt versehen ist, durch welche bei einer Abstandsverringerung der beiden Platten (2, 3) das Füllmaterial (13) mindestens teilweise aus dem Innenraum (12) der Vorrichtung (1) gedrückt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Platten (2, 3) über Seitenwände (4, 5) miteinander verbunden sind, und dass sich mindestens in einer der Seitenwände (4, 5) die Ausströmöffnung (10, 11) befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt der Ausströmöffnung (10, 11) durch ein Ventil regelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsteile (6) stegförmig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsteile (6) rippenförmig ausgebildet sind, sodass kammerförmige Teilbereiche zwischen den beiden Platten (2, 3) gebildet werden, und dass mindestens ein Teil der rippenförmigen Abstandsteile mit Durchströmöffnungen versehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte (2) und die Abstandsteile (6) aus einem Leichtmetall bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Platte (3) aus zwei sandwichartig angeordneten Blechen (7, 8) aus Leichtmetall oder Stahl besteht, die über biegesteife Stützteile (9) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Rohr ist, das über eine u-Form verfügen kann und zur Aufnahme des Füllmaterials (13) dient.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite des Rohres biegesteif ist, wobei selbetverständlich eine zusätzliche, biegesteife Platte das Rohr unterstützen kann.
Vorrichtung nach einem dar Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übereinanderliegen/Nebeneinanderliegen mehrere dieser Vorrichtungen mit unterschiedlichen Härteeinstellungen möglich ist.
Verwendung der Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Minen-Schutzvorrichtung, die im Bodenbereich eines Fahrzeuges anordbar ist, wobei die erste Platte (2) der Vorrichtung erdbodenseitig angeordnet und die fahrzeugseitig angeordnete zweite biegesteife Platte (3) als biegesteifer Innenboden des Fahrzeuges ausgebildet ist.
Verwendung der Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Aufpralldämpfer für ein Kraftfahrzeug, wie auch Rad- und Kettenfahrzeug.