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[Technisches Gebiet]
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schockabsorber, der zum Schutz von Fahrern und Passagieren eines Automobils ebenso wie Fußgängern verwendet wird, und des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen des Schockabsorbers
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[Hintergrund Technik]
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Verschiedene Schockabsorber sind zwischen dem Inneren und Äußeren eines Automobils angeordnet, um einen Fahrer und Passagiere eines Automobils oder Fußgänger zu schützen. Beispielsweise ist ein Schockabsorber zum Schutz der Beine von Fußgängern zwischen einem Kunststoffstoßfänger (Stoßfängerband) und einem Karosserierahmen (Stoßfängerträger und dergleichen) eines Autobmobils angeordnet, und ein Schockabsorber zum Schutz des Fahrers und der Passagiere ist zwischen Kunststoff innenmaterialien (Instrumentenbrett, Türverkleidung, Dachhimmel) und dem Karosserieblech eingefügt.
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Kunststoffschaum, der elastische Deformation von Materialien verwendet, Kunststoffformteile, die plastische Deformation von Materialien verwenden, oder Schichtkörper aus Papier, Leichtmetall, Kunststofffolie, und/oder dergleichen sind als derartige Schockabsorber verwendet worden. Unter diesen Schockabsorbern sind jene, die plastische Deformation verwenden, vorteilhaft hinsichtlich Energieabsorbtionsleistung zum Zeitpunkt von Kollisionen, und Kunststoffformteile vorteilhaft hinsichtlich Formbarkeit mit Blick auf Einbaustellen und Herstellungskosten.
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Spritzgießen mit hoher Formflexibilität wird oft für die Herstellung von Kunststoffformteilen verwendet und Vakuumformen (Druckumformen), was Formen und Heizeinrichtungen in ihrer Ausgestaltung vereinfachen kann, ist vorteilhaft bei großen Bestandteilen mit einer Schalenstruktur (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). Vakuumformen (Druckumformen), das eine Kunststofffolie erhitzt, erweicht und dadurch formt, weist ein Problem insoweit auf, als dass es schwierig ist, die Stärke zu steuern, was wichtig ist beim Induzieren von Kunststoffverformung zum Zwecke der Stoßdämpfung.
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Ein derartiger Schockabsorber ist in dem japanischen Patent Nr.
JP 4 448 938 B1 beschrieben. Die Druckschrift
WO 97/ 39 254 A1 beschreibt einen Schockabsorber mit einer Basis und konischen Elementen, bei dem die konischen Elemente entweder an einer Basis aus Kunststoff festgeklipst oder festgeschweißt und anschließend in eine Schaumschicht eingebettet werden oder Basis mit konischen Elementen einstückig gegossen werden. Die Druckschrift
US 2007 / 0 147 956 A1 schlägt vor, Schockabsorber mit einer Basis und einem oder mehreren konischen Elementen aus thermoplastischen Material durch Spritzgießen herzustellen.
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[Zusammenfassung der Erfindung]
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[Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe]
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht mit Blick auf das Vorstehende und hat zum Ziel, einen Schockabsorber durch Vakuumformen oder Druckumformen bereit zu stellen, für den eine Kunststoffstärkenverteilung erhalten werden kann, die für Stoßdämpfung geeignet ist.
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[Mittel zum Lösen der Aufgabe]
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Um das Problem mit der herkömmlichen Technik zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit zum Herstellen eines Schockabsorbers (1), der zwischen einem Fahrzeugkarosseriebauteil (41) eines Automobils und einem Oberflächenbauteil umfassend ein inneres oder ein äußeres Material (42) auf einer Oberflächenseite des Fahrzeugkarosseriebauelementes angeordnet ist, und hergestellt ist aus einem Basisabschnitt (2), der auf der Seite des Fahrzeugkarosseriebauelementes oder auf der Seite des Oberflächenbauelementes angeordnet ist, und einer Vielzahl von hohlen Kegelstumpfförmigen hervorstehenden Teilen (3), die von dem Basisabschnitt zu der Seite des Oberflächenbauelementes oder zu der Seite des Fahrzeugkarosseriebauelementes hervorstehen, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Herstellen einer formgebenden Form (11), bei der konkave Formabschnitte (13) zum Formen der hervorstehenden Teile in einem flachen Abschnitt (12) zum Ausbilden des Basisabschnittes vorgesehen sind, wobei die formgebende Form hergestellt ist durch additives Herstellen, indem die Laminierungssteigung geändert wird, so dass Stufen (h1 bis h3) an Flanken der hervorstehenden Teile zu Spitzen der hervorstehenden Teile hin kleiner werden, um schrittweise innere Oberflächen in den konkaven Formabschnitten auszubilden; und
- Einführen einer thermisch erwärmten Kunststofffolie in die formgebende Form und Vakuumformen oder Druckumformen der Kunststofffolie, um die Flanken (31 bis 33) an den hervorstehenden Teilen (3) schrittweise so auszubilden, dass sich die Kunststoffstärke (d1 bis d3) zu Spitzen der hervorstehenden Teile hin verringern wird.
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[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
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Durch Anwenden des oben beschriebenen Herstellungsverfahrens ebenso wie einer konkaven Form im Unterschied zu dem üblichen Formen und, wichtiger, einer formgebenden Form mit inneren Oberflächen, die schrittweise ausgebildet sind durch additives Herstellen, kann die vorliegender Erfindung einen Schockabsorber ausbilden, bei dem Flanken von hervorstehenden Teilen so ausgebildet sind, dass sie stufenförmig sind und sich die Kunststoffstärke zu Spitzen der hervorstehenden Teile hin verringert, während eine Plastikfolie mit gleichförmiger Stärke verwendet wird, um dadurch eine Kunststoffstärkenverteilung zu erhalten, die für Stoßabsorbtion geeignet ist, während Komplikation bei einem Herstellungsprozess vermieden werden. Ebenso ist, da sich die Laminierungssteigung ändert, so dass die Stufen an den Flanken der hervorstehenden Teile zu den Spitzen der hervorstehenden Teile hin geringer werden, ein Schockabsorber, der eine initiale Deformierung induziert, wenn eine Stoßbelastung auf die Spitzen wirkt, verfügbar, ohne den Herstellungsprozess der formgebenden Form zu verkomplizieren.
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Darüber hinaus ist, da der durch das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren hergestellte Schockabsorber ausgebildet wird durch Verwenden einer formgebenden Form (11), bei der konkave Formabschnitte (13) zum Ausbilden der hervorstehenden Teile (3) in einem flachen Abschnitt (12) zum Formen des Basisabschnittes (2) vorgesehen sind, und stufenweise innere Oberflächen in den konkaven Formabschnitten ausgebildet werden durch additives Herstellen, und durch Einführen einer thermisch erweichten Kunststofffolie in die formgebenden Form und Vakuumformen oder Druckumformen der Plastikfolie, um die Flanken (31 bis 33), an den hervorstehenden Teilen (3) schrittweise auszubilden, so dass Kunststoffstärke (d1 bis d3) ebenso wie Stufen (h1 bis h3) an den Flanken der hervorstehenden Teile zu Spitzen der hervorstehenden Teile hin kleiner werden, der Schockabsorber insoweit vorteilhaft, dass ein Energieabsorbtionsmuster verfügbar ist, bei dem initiale Deformation durch die Spitzen mit geringer Wandstärke und kleinen Stufen induziert wird, wenn eine Stoßbelastung auf die Spitzen wirkt, und dann ein Ausmaß an Absorbtion sich erhöht, wenn die Deformation fortschreitet.
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Darüber hinaus ist, um das oben beschriebene Energieabsorbtionsmuster zu erhalten, bevorzugterweise die Stufenhöhe auf einem jeden der hervorstehenden Teil gleich oder größer als die Kunststoffstärke und ein Verhältnis der Kunststoffstärke zu der Stufenhöhe an einer Basis des hervorstehenden Teils beträgt 100 bis 120% eines Verhältnisses der Kunststoffstärke zu der Stufenhöhe an der Spitze.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Schockabsorber gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie A - A in 1.
- 3 ist ein Querschnitt, der einen Formprozess des Schockabsorbers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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[Art und Weise der Ausführung der Erfindung]
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, ist der Schockabsorber 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Schalenstruktur versehen, die durch Druckumformen (oder Vakuumformen) einer Kunststofffolie (2) mit gleichförmiger Stärke, wie im Folgenden beschrieben, hergestellt ist, und besteht aus einem flachen Basisabschnitt 2 und einer großen Anzahl von hervorstehenden Teilen 3, wobei ein innerer Teil eines jeden hervorstehenden Teiles 3 ein hohler Abschnitt 20 ist, der nach unten eindringt.
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Alle hervorstehenden Teile 3 weisen im Prinzip die gleiche Form auf, wobei ein jeder geformt ist wie ein hohler Kegelstumpf mit einer Oberseite 4. In dem dargestellten Beispiel ist der vorstehende Teile 3 im Querschnitt geformt wie ein sternenförmiges Polygon mit abgerundeten Ecken (Hexagramm) und mit sechs Rippen 5 versehen. Die Anzahl von Rippen 5 ist nicht auf sechs beschränkt und kann größer oder kleiner als sechs sein. Ebenso kann der hervorstehende Teil 3 im Querschnitt statt wie ein sternförmiges Polygon mit runden Ecken ausgebildet sein wie ein Polygon mit abgerundeten Ecken oder wie ein Kreis, d. h. er kann wie ein Kegelstumpf einer polyedrischen Pyramide oder ein Kegelstumpf eines kreisförmigen Kegels (kreisförmiger trunkierter Kegel) ausgebildet sein.
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Ein kleiner Vorsprung 6 ist an der flachen Oberseite 4 eines jeden hervorstehendes Teiles 3 vorgesehen. Bei dem dargestellten Beispiel ist nur ein kleiner Vorsprung an einer ungefähren Mitte der Oberseite 4 vorgesehen, es können aber mehrere kleine Vorsprünge vorgesehen sein. Der kleine Vorsprung 6 ist an einer Stelle vorgesehen entsprechend einem jeden Auslassloch 16 in der im Folgenden beschriebenen formgebenden Form, und ein kleines Loch kann ausgebildet werden, das durch den kleinen Vorsprung 6 hindurchgeht.
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Die Flanken eines jeden hervorstehenden Teiles 3 sind so ausgebildet, dass sie stufenförmig sind. Von den Stufen h ist eine Stufe h1 an der Basis 31 die größte, eine Stufe h2 im mittleren Teil 32 ist die zweitgrößte, und eine Stufe h3 an der Spitze 33 ist die kleinste. Bevorzugterweise ist ein Verhältnis einer Kunststoffstärke d1 zu einer Stufenhöhe h1 an der Basis 31 des hervorstehenden Teils 3 in etwas gleich oder geringfügig größer (100 bis 120%) als ein Verhältnis einer Kunststoffstärke d3 zu einer Stufenhöhe h3 an der Spitze 33. Ebenso bevorzugterweise sind die Stufenhöhen h1 bis h3 eines jeden hervorstehendes Teils 3 gleich oder größer als die Kunststoffstärken d1 bis d3 und gleich oder kleiner als das Dreifache der Kunststoffstärken d1 bis d3, und bevorzugterweise als das etwa Zweifache der Kunststoffstärken d1 bis d3. Es ist beachtlich, dass obwohl bei dem dargestellten Beispiel ein Satz aus drei bis vier Stufen einen Bereich mit einer gleichen Stufenhöhe ausbildet, kann ein Satz aus einer oder zwei Stufen einen Bereich ausbilden oder alle Stufen können eine gleiche Höhe aufweisen. Obwohl die mehreren hervorstehenden Teile 3 in Form eines tetragonalen Gittermusters angeordnet sind, können die hervorstehenden Teile 3 in einem hexagonalen Gittermuster, in einem diagonalen Gittermuster oder zufällig angeordnet sein.
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Die Plastikfolie, die für die Herstellung des Schockabsorbers 1 verwendet wird, ist nicht besonders hinsichtlich des Materials beschränkt, und verschiedene thermoplastische Harze sind zur Verwendung verfügbar, einschließlich Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC) und Polyethylenterephthalat (PET), wobei aber Polypropylen infolge seiner Festigkeit und Bearbeitbarkeit (thermische Plastizität), die für Stoßdämpfung (plastische Deformation) notwendig ist, bevorzugt ist.
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Der Schockabsorber 1 ist hergestellt durch Druckumformen in einer, verglichen mit herkömmlichen Vakuumformen, Kopfüber-Position unter Verwendung einer formgebenden Form 11, die im Querschnitt in 3 gezeigt ist. Die formgebende Form 11 ist eine konkave Form, bei der konkave Formabschnitte 13 zum Formen der hervorstehenden Teile 3 in einem flachen Abschnitt 12 zum Formen des Basisabschnittes 2 vorgesehen sind. Stufenförmige innere Oberflächen werden in den konkaven Formabschnitten 13 ausgebildet durch additives Herstellen. Als ein additives Herstellungsverfahren kann, beispielsweise, ein selektiver Lasersinterprozess oder Schichtenlaminierungsprozess in geeigneter Weise verwendet werden.
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Der selektive Lasersinterprozess erwirbt Schichtdaten eines Schockabsorbers mit Kegelstumpfförmigen Teilen, deren Generatrix linear ist, wobei Schichtdaten erhalten sind durch Schneiden von dreidimensionalen CAD-Daten des Schockabsorbers an einer jeden Stufe (h1 bis h3), verteilt Metallpulver aus Rohmaterial wie beispielsweise Stahl, Bronze, Nickel oder Titan in Schichten unter Verwendung eines 3DDruckers, und sintert das Metallpulver direkt mit einem Hochleistungslaser oder dergleichen.
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Der Schichtenlaminierungsprozess laminiert dünne Metallplatten, die durch Laser oder dergleichen in Formen geschnitten worden sind, gemäß den Schichtdaten. Dadurch können die konkaven Formabschnitte 13, die hinsichtlich der Stufe von h1 bis h3 variieren, ausgebildet werden durch variables Einstellen der Laminierungssteigung auf h1 im oberen Teil 21, auf h2 im mittleren Teil 22 und auf h3 im unteren Teil 23 im Falle des selektiven Lasersinterungsprozesses oder Laminierens von Metallplatten (Stahlplatten) geeigneter Stärke im Falle des Schichtenlaminierungsprozesses.
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Ein Auslassloch 16 ist in einer Unterseite 14 eines jeden konkaven Formabschnittes 13 ausgebildet. Eine kleine Aussparung entsprechend dem kleinen Vorsprung 6 ist an einem ungefähren Mittelpunkt der Unterseite 14 vorgesehen, in die sich das Auslassloch 16 öffnet, mit anderen Worten, ein oberes Ende des Auslassloches 16 weist einen größeren Durchmesser auf.
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Die Kunststofffolie (2), die vor dem Formen thermisch erwärmt ist, wird auf die formgebende Form 11 überführt. Nachfolgend wird der obere Teil der formgebenden Form 11 durch eine Druckglocke (nicht gezeigt) geschlossen, Druckluft wird in die Druckglocke eingeblasen, die erweichte Kunststofffolie (2) wird gegen die formgebende Form 11 unter Druck (+P) gedrückt und in die konkaven Formabschnitte 13 ausgebaucht und dadurch die hervorstehenden Teile 3 mit stufenförmigen Flanken ausgebildet.
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Bei dieser Vorgehensweise beginnt die Kunststofffolie mit dem Abkühlen zu dem Zeitpunkt, wenn sie gegen die formgebende Form 11 gedrückt und somit zunehmend gestreckt wird, während die Spitzen der hervorstehenden Teile 3 näher kommen, was zu einer entsprechenden Verringerung der Kunststoffstärke führt (d1 > d2 > d3). Wenn eine Vorderkante, die der dünnste Teil der Kunststofffolie ist, schließlich gegen die Unterseite 14 gedrückt wird, was dazu führt, dass die komprimierte Luft durch das Auslassloch 16 entlassen wird, wird der Kunststoff gegen die kleine Aussparung gedrückt, wodurch der kleine Vorsprung 6 ausgebildet wird. Wenn ein kleines Loch zuvor in dem Teil der Kunststofffolie ausgebildet wird, der dem kleinen Vorsprung 6 entspricht und als Entlüftungskappe verwendet wird, wird das kleine Loche zuverlässig zu der kleinen Aussparung (Auslassloch 16) geführt. Dies liefert den Vorteil, dass die Formbarkeit des kleinen Vorsprungs 6 verbessert wird und eine gute Stärkenverteilung in dem hervorstehenden Teil 3 hergestellt wird. Die Form wird nach dem Abkühlen freigegeben, wodurch das Formen abgeschlossen ist.
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Der solchermaßen ausgebildete Schockabsorber 1 ist zwischen einer Befestigungsseite 41 auf der Seite der Fahrzeugkarosserie und Innenmaterial (oder Außenmaterial) 42 wie in 2 gezeigt angeordnet, und der Basisabschnitt 2 ist an der Befestigungsseite 41 auf der Seite der Fahrzeugkarosserie befestigt. In diesem Zustand sind die Höhen der hervorstehenden Teile 3 zuvor angepasst worden, so dass die kleinen Vorsprünge 6 auf den Oberseite 4 der hervorstehenden Teile 3 an die Hinterseite des Innenmaterials 42 stoßen. Wie oben beschrieben ist der Schockabsorber 1 so, dass je größer die Höhe von dem Basisabschnitt 2 in der Reihenfolge von Stufenbereichen h1, h2, h3 ist, desto geringer ist die Kunststoffstärke d1, d2 oder d3, und je näher zu der Spitze des hervorstehenden Teils 3, desto zuverlässiger deformierbar ist er.
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Wenn der Fahrer oder der Passagier auf das Innenmaterial 42 des Automobils trifft, das mit einem derartigen Schockabsorber 1 ausgestattet ist, wird infolge einer Kontingenz, die eine Aufschlagkraft F auf das Innenmaterial 42 ausübt, eine initiale Deformation in dem Schockabsorber 1 beginnend mit der Spitze 33 induziert, bei der die Stufe (h3) und die Stärke (d3) gering sind, und das Ausmaß an Absorption erhöht sich sodann mit dem Fortschreiten der Deformation zu dem mittleren Teil 32 und dann zu dem Basisende 31, was ein ideales Energieabsorptionsmuster darstellt. Darüber hinaus verhindert die schrittweise Induktion von Deformation, dass die hervorstehenden Teile 3 fallen und liefert dadurch den Vorteil, dass sie in der Lage ist, Stöße zuverlässig zu absorbieren.
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Es ist beachtlich, dass obwohl der Schockabsorber 1 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform druckumgeformt ist, der Schockabsorber 1 durch Entlüften einer Kavität (nicht gezeigt) unter dem Auslassloch 16 mit einer Vakuumpumpe und Ziehen von Luft durch das Auslassloch 16 vakuumgeformt werden kann.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorstehend beschrieben worden, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt und verschiedene Modifikationen und Änderungen können weiter auf der Grundlage des technische Konzeptes der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schockabsorber
- 2
- Basisabschnitt
- 3
- hervorstehender Teil
- 4
- Oberseite
- 5
- Rippe
- 6
- kleiner Vorsprung
- 11
- formgebende Form
- 12
- flacher Abschnitt
- 13
- konkaver Formabschnitt
- 16
- Auslassloch
- 31
- Basis
- 32
- mittlerer Teil
- 33
- Spitze
- d1, d2, d3
- Stärke
- h1, h2, h3
- Stufe
