DE102009057959A1

DE102009057959A1 - Crashelement und Fahrzeugteil

Info

Publication number: DE102009057959A1
Application number: DE200910057959
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Hohenhorst; Christian Springer; Steffen Straub
Original assignee: Metzeler Schaum GmbH
Current assignee: Metzeler Schaum GmbH
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-12
Also published as: DE102009057959B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein energieabsorbierendes Crashelement mit mindestens einem Verbundschaumstoffelement aus Verbundschaumstoffbestandteilen, bei dem die Verbundschaumstoffbestandteile mittels eines Bindemittels verbunden sind, welches Prepolymer und/oder ein thermoaktivierbares Bindemittel umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein mit wenigstens einem energieabsorbierenden Crashelement versehenes Fahrzeugteil.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein energieabsorbierendes Crashelement und ein damit ausgestattetes Fahrzeugteil.
Herkömmlicherweise werden für solche energieabsorbierenden Crashelemente faserverstärkte Kunststoffe oder Polystyrol-Schaumstoffteile verwendet. Hierbei sind faserverstärkte Kunststoffe mit hohen Kosten verbunden und bedürfen einer aufwendigen Herstellung. Andererseits können Polystyrol-Formteile zwar vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden, aber haben sich als Crashelement nur bedingt geeignet erwiesen. Insbesondere können mit Polystyrol-Formteilen keine größeren Aufprallenergien, die insbesondere bei einem Fahrzeugaufprall auftreten können, aufgenommen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energieabsorbierendes Crashelement anzugeben, welches kostengünstig und einfach hergestellt werden kann, ein geringes Gewicht aufweist und eine ausreichende Energieaufnahme im Falle eines Crashes ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein energieabsorbierendes Crashelement mit mindestens einem Verbundschaumstoffelement aus Verbundschaumstoffbestandteilen vorgeschlagen, bei dem die Verbundschaumstoffbestandteile mittels eines Bindemittels verbunden sind, welches Prepolymer und/oder ein thermoaktivierbares Bindemittel umfasst.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Crashelement auch als Crashformteil, Crashpad oder Stossfänger bezeichnet werden und dient im Wesentlichen dazu, bei einem Crash, Aufprall oder Ähnlichem die Energie wenigstens teilweise durch Verformung aufzunehmen. In der Regel kommt es dabei zu einer bleibenden Verformung, wobei aber auch vorgesehen sein kann, dass wenigstens teilweise eine elastische Verformung möglich ist. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Crashelement um ein Crashpad aus Flockenverbundschaumstoff.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, das Verbundschaumstoffmaterialien, insbesondere Flockenverbund, die mittels Prepolymer und/oder einem thermoaktivierbaren Bindemittel zu einem Formteil verbunden oder aus Blockware geschnitten oder konfektioniert sind, gute Energieaufnahmewerte und ein geeignetes Crashverhalten im Rahmen von Crashtests zeigen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Crashelement aus ausschließlich einem oder aus mehreren Verbundschaumstoffelementen bestehen. Das Verbundschaumstoffelement kann auch als Verbundschaumstoffprofil oder Verbundschaumstoffformteil bezeichnet werden.
Bei einem mehrteiligen Aufbau des Crashelementes mit mehreren Verbundschaumstoffelementen können diese einzelnen Elemente als Plattenware vorliegen und der Gesamtaufbau einen Sandwich-Aufbau oder eine Sandwich-Struktur bilden. Hierbei können die unterschiedlichen Verbundschaumstoffelemente mit unterschiedlichen Raumgewichten und/oder Stauchhärten und/oder Schaumstoffbestandteilen versehen sein. Beispielsweise kann so über den Querschnitt des Crashelementes betrachtet, ein bestimmter ansteigender oder abfallender Verlauf der Energieaufnahme definiert werden.
Weiterhin kann wenigstens eines der Verbundschaumstoffelemente wenigstens teilweise elastisch verformbar, viscoelastisch verformbar oder plastisch verformbar sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Verbundschaumstoffbestandteile Flockenverbundschaumstoffe und/oder Schaumstoffreste. Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, als Verbundschaumstoffbestandteile Schaumstoffflocken und/oder Schaumstoffflockenverbundteile zu verwenden.
Auf diese Weise können bei der Produktion anderer Schaumstoffteile anfallende Schnittreste und somit ein Recycling/Abfallprodukt verwendet werden, so dass eine Kostenersparnis erzielt werden kann. Weiterhin können so Crashelemente mit einem geringen Gewicht aber gleichzeitig guten Crashtestergebnissen hergestellt werden. Besonders bevorzugt werden Verbundschaumstoffbestandteile aus Polyurethanschaumstoff verwendet, insbesondere PU-Flockenverbundschaumstoffteile. Bei einer ausschließlichen Verwendung von Polyurethanschaumstoffflocken und Prepolymer sowie wahlweise einem thermoaktivierbaren Bindemittel für das Verbundschaumstoffelement und somit das Crashelement wurden geeignete Energieaufnahmewerte für das Crashelement und somit ein gutes Crashverhalten erzielt.
Ferner ist es bevorzugt, dass die Flockenverbundschaumstoffe und/oder Schaumstoffreste Polyurethanschaumstoff, Verbundschaum und/oder viscoelastischen Schaumstoff enthalten. Weiter vorzugsweise wird als Polyurethanschaumstoff PUR-Weichschaumstoff und/oder ein halbstarrer, energieabsorbierender PUR-Schaumstoff eingesetzt. All diese für die Flockenverbundschaumstoffe und/oder Schaumstoffreste verwendeten Materialien haben sich als geeignet zur Bildung des energieabsorbierenden Crashelementes herausgestellt. Ferner können auch Mischflocken aus PUR-Weichschaumstoffen und Verbundschaumstoffflocken verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird für das Bindemittel Prepolymer ein Polyol-Isocyanat-Prepolymer verwendet.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das thermoaktivierbare Bindemittel wenigstens einen Bestandteil aus der Gruppe umfassend PP-Fasern, PP-Pulver, PE-Fasern, PE-Pulver, Bikomponentenfasern umfasst. Insbesondere die Verwendung von Fasern ermöglicht einen guten Verbund zwischen Bindemittel und Verbundschaumstoffbestandteilen. Beim Einsatz von Bikomponentenfasern erweist es sich als vorteilhaft, dass infolge der höheren Schmelztemperatur des Faserkerns im Vergleich zu dem Fasermantel, der Fasermantel stoffschlüssig mit den Verbundschaumstoffbestandteilen und/oder dem Bindemittel in Verbindung geht, aber der Faserkern nicht schmilzt und somit eine Faserverstärkung des Crashelementes bewirkt. Für Faserkern und Fasermantel können unterschiedliche Materialien verwendet werden, wobei insbesondere deren Schmelztemperaturen auf die Schmelztemperatur des eingesetzten Bindemittels abgestimmt sein können. So kann die Schmelztemperatur des Bindemittels im Wesentlichen den gleichen Wert wie die Schmelztemperatur des Fasermantels haben.
Das Verhältnis von Bindemittel zu Verbundschaumstoffbestandteilen beträgt vorzugsweise etwa 5% bis etwa 150%, wobei hierbei insbesondere Gewichtsprozent herangezogen werden. Um eine bessere Verteilung des Bindemittels in dem Gemenge der Verbundschaumstoffbestandteile zu erreichen, sind die Verbundschaumstoffteile vorab zerkleinert.
Vorzugsweise haben die Verbundschaumstoffbestandteile die Form von Flocken oder Partikeln. Weiter vorzugsweise umfasst das Gemisch von Verbundschaumstoffbestandteilen mehrere Gruppen mit Flocken und/oder Partikeln, wobei jede Gruppe einen vorbestimmten Größenbereich hat, so dass ein Verbundschaumstoffelement mit geringem Hohlraumanteil erzielt werden kann.
Um dem Crashelement je nach Anforderungen und Einsatzzweck geeignete Eigenschaften verleihen zu können, sind vorzugsweise ein Farbstoff, ein Flammschutzmittel, ein antibakterielles Zusatzmittel, ein Hydrophobierungsmittel, ein Hydrophilierungsmittel und/oder ein Alterungsschutzmittel zugesetzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat das wenigstens eine Verbundschaumstoffelement ein Raumgewicht von etwa 40 kg/m³ bis etwa 400 kg/m³, vorzugsweise von etwa 100 kg/m³ bis etwa 250 kg/m³.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Crashelement aus einem einzigen Verbundschaumstoffelement und somit aus einem einzigen, einstückigen Formteil.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Crashelement mehrere Verbundschaumstoffelemente, die unterschiedliche Raumgewichte und/oder Stauchhärten aufweisen und nebeneinander angeordnet sind. Vorteilhafterweise sind die mehreren Verbundschaumstoffelemente stoffschlüssig miteinander verbunden, insbesondere miteinander verklebt, wobei dies nachträglich, also nach Herstellung der einzelnen Verbundschaumstoffelemente, erfolgen kann. Für den Fall, dass mehrere Verbundschaumstoffelemente vorgesehen sind, können diese Elemente alternativ oder zusätzlich aus unterschiedlichen Zusammensetzungen von Verbundschaumstoffbestandteilen zusammengesetzt sein.
Bei einem mehrteiligen Aufbau des Crashelementes mit mehreren Verbundschaumstoffelementen können diese in einer Richtung von außen nach innen mit ansteigenden Raumgewichten und/oder Stauchhärten versehen werden. Hierbei ist die Aussenseite vorzugsweise diejenige Seite des Crashelements, die bei einem Crash als erstes beaufschlagt wird.
Als bevorzugte Anwendung wird das energieabsorbierende Crashelement im Fahrzeugbereich eingesetzt. Insofern betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeugteil mit wenigstens einem energieabsorbierenden Crashelement. Beispielsweise kann das Crashelement im Bereich des Motorraumes oder der Fahrzeugkabine (zum Beispiel im Bereich der Türen oder Verkleidungsteilen) eingesetzt werden.

Claims

Energieabsorbierendes Crashelement mit mindestens einem Verbundschaumstoffelement aus Verbundschaumstoffbestandteilen, bei dem die Verbundschaumstoffbestandteile mittels eines Bindemittels verbunden sind, welches Prepolymer und/oder ein thermoaktivierbares Bindemittel umfasst.
Energieabsorbierendes Crashelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundschaumstoffbestandteile Flockenverbundschaumstoffe und/oder Schaumstoffreste umfassen.
Energieabsorbierendes Crashelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flockenverbundschaumstoffe und/oder Schaumstoffreste Polyurethanschaumstoff, Verbundschaum und/oder viscoelastischen Schaumstoff enthalten.
Energieabsorbierendes Crashelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Polyurethanschaumstoff PUR-Weichschaumstoff und/oder halbstarrer, energieabsorbierender PUR-Schaumstoff eingesetzt ist.
Energieabsorbierendes Crashelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoaktivierbare Bindemittel wenigstens einen Bestandteil aus der Gruppe umfassend PP-Fasern, PP-Pulver, PE-Fasern, PE-Pulver, Bikomponentenfasern umfasst.
Energieabsorbierendes Crashelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Bindemittel zu Verbundschaumstoffbestandteilen etwa 5% bis etwa 150% beträgt.
Energieabsorbierendes Crashelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Farbstoff, ein Flammschutzmittel, ein antibakterielles Zusatzmittel, ein Hydrophobierungsmittel, ein Hydrophilierungsmittel und/oder ein Alterungsschutzmittel zugesetzt sind.
Energieabsorbierendes Crashelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verbundschaumstoffelement ein Raumgewicht von etwa 40 kg/m³ bis etwa 400 kg/m³, vorzugsweise von etwa 100 kg/m³ bis etwa 250 kg/m³, hat.
Energieabsorbierendes Crashelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verbundschaumstoffelemente vorgesehen sind, die unterschiedliche Raumgewichte und/oder Stauchhärten aufweisen und nebeneinander angeordnet sind, vorzugsweise miteinander verbunden sind, und/oder die aus unterschiedlichen Zusammensetzungen von Verbundschaumstoffbestandteilen zusammengesetzt sind.
Fahrzeugteil mit wenigstens einem energieabsorbierenden Crashelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche.