DE102017200019A1

DE102017200019A1 - Lokaler energieabsorber

Info

Publication number: DE102017200019A1
Application number: DE102017200019.8A
Authority: DE
Inventors: Louis G. Hector; Nilesh D. Mankame; Hanif Muhammad; Anil K. Sachdev
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-01-06
Filing date: 2017-01-02
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2037-01-03
Also published as: US10092055B2; US20180352890A1; CN106945728A; CN106945728B; DE102017200019B4; US20170188650A1; US10791787B2

Abstract

Eine Abdeckung, die ein Objekt abdeckt, beinhaltet eine Innenfläche der Abdeckung, die dem Objekt zugewandt und von dem Objekt beabstandet ist, und eine Außenfläche der Abdeckung, die der Innenfläche entgegengesetzt ist. Ein lokaler Energieabsorber ist funktionell an der Innenfläche der Abdeckung angebracht. Der lokale Energieabsorber beinhaltet eine energieabsorbierende Kernschicht, die funktionell an der Innenfläche der Abdeckung angebracht ist, und eine zerbrechliche Außenlagenschicht, die an der energieabsorbierenden, dem Objekt zugewandten Kernschicht angebracht ist. Die zerbrechliche Außenlagenschicht ist ausgestaltet, um einen Bruch der zerbrechlichen Außenlagenschicht bei einem Aufprall auszulösen, der auf die Außenfläche erfolgt und ein Aufprallereignis mit einer Dauer von weniger als 20 Millisekunden definiert.

Description

HINTERGRUND
Einige Automobile und andere Fahrzeuge verwenden eine Haube oder Motorhaube, welche die angelenkte oder entfernbare Abdeckung ist, die Zugang zu dem Motorraum für die Wartung und Reparatur gestattet. In vielen Fahrzeugen, aber nicht allen Fahrzeugen, befindet sich die Haube oder Motorhaube vorne an dem Fahrzeug bezogen auf die Vorwärts-Fahrtrichtung.
Helme sind eine andere Art der abnehmbaren Abdeckung, die von Teilnehmern bei vielen Aktivitäten getragen werden, bei denen der Helm einem Aufprall ausgesetzt sein kann. Beispielsweise kann ein Helm von einem Fußballspieler, einem Baseballspieler, einem Hockeyspieler, einem Rennfahrer, einem Motorradfahrer, einem Piloten, einem Soldaten, einem Matrosen, einem Feuerwehrmann, einem Fallschirmspringer, einem Höhlenforscher oder einem Jockey getragen werden.
KURZDARSTELLUNG
Eine Abdeckung, die ein abgedecktes Objekt abdeckt, umfasst eine Innenfläche der Abdeckung, die dem Objekt zugewandt und von dem Objekt beabstandet ist, und eine Außenfläche der Abdeckung, die der Innenfläche entgegengesetzt ist. Ein lokaler Energieabsorber ist funktionell an der Innenfläche der Abdeckung angebracht. Der lokale Energieabsorber umfasst eine energieabsorbierende Kernschicht, die funktionell an der Innenfläche der Abdeckung angebracht ist, und eine zerbrechliche Außenlagenschicht, die an der energieabsorbierenden, dem Objekt zugewandten Kernschicht angebracht ist. Die zerbrechliche Außenlagenschicht ist ausgestaltet, um einen Bruch der zerbrechlichen Außenlagenschicht bei einem Aufprall auszulösen, der auf die Außenfläche erfolgt und ein Aufprallereignis mit einer Dauer von weniger als 20 Millisekunden definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale von Beispielen der vorliegenden Offenbarung werden durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen ähnlichen, obwohl vielleicht nicht identischen, Komponenten entsprechen, hervorgehen. Der Kürze halber können Bezugszahlen oder Merkmale mit einer zuvor beschriebenen Funktion in Verbindung mit anderen Zeichnungen, in denen sie erscheinen, beschrieben sein oder auch nicht.
1A ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer Abdeckung mit einem lokalen Energieabsorber und eines abgedeckten Objekts gemäß der vorliegenden Erfindung;
1B ist eine halbschematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Fahrzeugs mit einem lokalen Energieabsorber unter einer Haube gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung;
2A ist eine halbschematische perspektivische Ansicht der Unterseite der in 1B dargestellten Haube, die ein Beispiel des lokalen Energieabsorbers der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2B ist eine halbschematische perspektivische Explosionsdarstellung eines Beispiels einer Haube mit einem Haubeninnenblech und einem Haubenaußenblech;
3 ist eine halbschematische Querschnittsdarstellung im Wesentlichen entlang der Linie 3-3 von 2A;
4 ist eine halbschematische perspektivische Explosionsdarstellung eines Beispiels eines lokalen Energieabsorbers gemäß der vorliegenden Erfindung;
5A ist eine halbschematische Querschnittsseitendarstellung eines Beispiels einer zerbrechlichen Außenlagenschicht mit Spannungskonzentrationskerben gemäß der vorliegenden Erfindung;
5B zeigt eine Unteransicht des Beispiels der in 5A dargestellten zerbrechlichen Außenlagenschicht;
5C ist eine Draufsicht eines Beispiels einer zerbrechlichen Außenlagenschicht mit Schlitzen zum Auslösen eines Bruchs der zerbrechlichen Außenlagenschicht bei einem Aufprall gemäß der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine halbschematische perspektivische Explosionsdarstellung eines Beispiels eines lokalen Energieabsorbers mit einer an der energieabsorbierenden Kernschicht angebrachten Verstärkungslagenschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung;
7A ist eine halbschematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines lokalen Energieabsorbers mit einer an der energieabsorbierenden Kernschicht angebrachten Verstärkungslagenschicht und einer Vielzahl von Streben, wobei jede Strebe an der Verstärkungslagenschicht und der zerbrechlichen Außenlagenschicht angebracht ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung;
7B ist eine halbschematische perspektivische Ansicht des Beispiels des in 7A dargestellten lokalen Energieabsorbers, die die Verformung des lokalen Energieabsorbers bei einem Aufprallereignis gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
7C ist eine halbschematische perspektivische Ansicht des Beispiels des in 7A dargestellten lokalen Energieabsorbers, die eine weitere Verformung des lokalen Energieabsorbers zusätzlich zu der in 7B dargestellten Verformung gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
8A ist eine halbschematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines lokalen Energieabsorbers, wobei jede einer Vielzahl von Streben an einem Umfang des lokalen Energieabsorbers gemäß der vorliegenden Offenbarung angeordnet ist;
8B ist eine halbschematische perspektivische Ansicht des Beispiels des in 8A dargestellten lokalen Energieabsorbers, die die Verformung des lokalen Energieabsorbers nach einem Aufprallereignis gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
9 ist eine halbschematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines lokalen Energieabsorbers mit einer Vielzahl von an einem Umfang des lokalen Energieabsorbers angeordneten Streben und einer weiteren Vielzahl von dem Umfang des lokalen Energieabsorbers beabstandeten Streben gemäß der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine halbschematische perspektivische Explosionsdarstellung des Beispiels des in 4 dargestellten lokalen Energieabsorbers mit einer wabenartigen energieabsorbierenden Kernschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung;
11 ist eine halbschematische perspektivische Explosionsdarstellung des Beispiels des in 6 dargestellten lokalen Energieabsorbers mit einer wabenartigen energieabsorbierenden Kernschicht gemäß der vorliegenden Offenbarung;
12 ist eine halbschematische perspektivische Explosionsdarstellung des Beispiels des in 7A dargestellten lokalen Energieabsorbers mit einer wabenartigen energieabsorbierenden Kernschicht;
13 ist eine halbschematische perspektivische Ausschnittsansicht eines Beispiels eines lokalen Energieabsorbers;
14 zeigt eine halbschematische Draufsicht eines Beispiels einer energieabsorbierenden Kernschicht gemäß der vorliegenden Erfindung;
15 ist eine halbschematische Seitenansicht eines weiteren Beispiels eines lokalen Energieabsorbers gemäß der vorliegenden Offenbarung;
16 zeigt ein Diagramm der Verlangsamung in Abhängigkeit der Zeit eines Aufpralls eines aufprallenden Objekts in eine Fahrzeughaube, die einen lokalen Energieabsorber gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist, im Vergleich zu einem ähnlichen Aufprall in eine Haube ohne den lokalen Energieabsorber;
17 ist eine halbschematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Helms mit einem lokalen Energieabsorber unter einer Außenschale gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
18 ist eine Querschnittsdarstellung im Wesentlichen entlang der Linie 18-18 von 17.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1A ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer Abdeckung 12 mit einem lokalen Energieabsorber 20 und eines abgedeckten Objekts 14 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Beispiele der Abdeckung 12 der vorliegenden Offenbarung decken ein abgedecktes Objekt 14 abnehmbar ab. Die Abdeckung 12 kann beispielsweise eine Fahrzeughaube 12’ sein, und das abgedeckte Objekt 14 kann beispielsweise ein unter der Haube befindliches Objekt 14’ (siehe z. B. 1B) sein. Wie hierin beschrieben, kann ein unter der Haube befindliches Objekt 14’ zum Beispiel und ohne Einschränkung ein Motor, eine Batterie, einen Lader, ein Stabilisator, eine Füllanschlusskappe oder Kombinationen davon sein.
In anderen Beispielen der vorliegenden Offenbarung kann die Abdeckung 12 ein Helm 12’’ sein, und das abgedeckte Objekt 14 kann mindestens ein Teil des Kopfes 14’’ eines Trägers 43 des Helms 12’’ (z. B. 17 und 18) sein. Der Helm 12’’ kann eine potenzielle Auswirkung eines Aufpralls auf den Kopf 14’’ des Helmträgers 43 reduzieren. Der Helmträger 43 kann beispielsweise ein Fußballspieler, ein Baseballspieler, ein Rennfahrer, ein Motorradfahrer, ein Pilot, ein Soldat, ein Matrose, ein Feuerwehrmann, ein Fallschirmspringer, ein Höhlenforscher, ein Jockey oder ein Teilnehmer an einer beliebigen Aktivität sein, der einen Helm 12’’ zur Reduzierung der potenziellen Auswirkung eines Aufpralls auf den Kopf 14’’ des Helmträgers 43 trägt.
1B ist eine halbschematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Fahrzeugs 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wie hierin verwendet, ist ein „Fahrzeug“ eine selbstfahrende mobile Maschine, die Passagiere oder Beförderungsgut transportiert. Beispiele für Fahrzeuge gemäß der vorliegenden Offenbarung sind: Kraftfahrzeuge (Motorräder, Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse, Züge) und Oberflächenwasserfahrzeuge (Schiffe, Boote). Ein unter der Haube befindliches Objekt 14’ wird gestrichelt dargestellt. Das unter der Haube befindliche Objekt 14’ repräsentiert Komponenten im Motorraum unterhalb der Haube 12’. 2A zeigt die Unterseite der Haube 12’, und 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung im Wesentlichen entlang der Linie 3-3 von 2A. Die Fahrzeughaube 12’ ist im Allgemeinen illustrativ für den Vorderbereich und den Haubenbereich des Fahrzeugs 10. Das Fahrzeug 10 ist zu Zwecken der Veranschaulichung dargestellt und zeigt lediglich eine mögliche Umgebung, in die die hierin beschriebenen Bauteile integriert sein können. Obwohl die vorliegende Offenbarung ausführlich in Bezug auf Automobilanwendungen beschrieben ist, können Sachkundige auf dem betreffenden Fachgebiet die weitergehenden Anwendungsmöglichkeiten dieser Offenbarung erkennen. Mit einfachen Kenntnissen auf dem Fachgebiet erkennt man, dass Begriffe, wie „über“, „unter“, „aufwärts“, „abwärts“ usw., nur beschreibend in den Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der vorliegenden Offenbarung darstellen. Jegliche numerischen Bezeichnungen, wie z. B. „erste/r/s” oder „zweite/r/s”, sollen nicht als einschränkend gelten, und auf jede spezifische Komponente kann mit einer beliebigen Ziffer Bezug genommen werden, soweit nicht ausdrücklich hierin angegeben.
Wie in 3 dargestellt, umfasst die Fahrzeughaube 12’ ein Haubenblech 16 mit einer der unter der Haube befindlichen Objekt 14’ zugewandten Innenfläche 18 und einer der Innenfläche 18 entgegengesetzten Außenfläche 19. Ein lokaler Energieabsorber 20 ist funktionell an der Innenfläche 18 des Haubenblechs 16 der Fahrzeughaube 12’, wie beispielsweise durch eine Haftverbindung 22, angebracht. In einem Beispiel kann eine Klebeschicht 71 zwischen dem lokalen Energieabsorber 20 und der Innenfläche 18 der Fahrzeughaube 12’ angeordnet sein, um den lokalen Energieabsorber 20 an der Innenfläche 18 der Fahrzeughaube 12’ durch Kleben zu befestigen. In anderen Beispielen kann der lokale Energieabsorber 20 durch Nieten, Schnapphaken oder Befestigungselemente (nicht dargestellt) angebracht sein.
Die Haftverbindung 22 kann zum Beispiel und ohne Einschränkung eine Klebeverbindung oder Schweißverbindung sein. Der lokale Energieabsorber 20 kann an der Innenfläche 18 angebracht oder zwischen der Innenfläche 18 und dem unter der Haube befindlichen Objekt 14' im Motorraum des Fahrzeugs 10 angeordnet sein. Bei einigen Fahrzeugen 10 kann die Haube 12’ ein Haubenaußenblech 17 und ein Haubeninnenblech 11 (siehe 2B) aufweisen. Das Haubenaußenblech 17 kann die Außenfläche 19 aufweisen, die die Fläche ist, die von außerhalb des Fahrzeugs 10 (siehe 1B) sichtbar ist, wenn sich die Haube 12’ in einer geschlossenen Position, wie in 1B dargestellt, befindet. Das Haubeninnenblech 11 kann eine Stützrippenstruktur 13, wie in 2B dargestellt, aufweisen. Bei einigen Fahrzeugen 10 kann der lokale Energieabsorber 20 indirekt an der Innenfläche 18 angebracht sein. Beispielsweise kann das Haubeninnenblech 11 zwischen dem lokalen Energieabsorber 20 und der Innenfläche 18 eingreifen. In so einem Beispiel ist der lokale Energieabsorber 20 über das Haubeninnenblech 11 an der Innenfläche 18 angebracht. In anderen Beispielen ist der lokale Energieabsorber 20 zwischen dem Haubeninnenblech 11 und der Innenfläche 18 eingeschlossen.
Der lokale Energieabsorber 20 ist zur Absorption von Energie konfiguriert, die durch eine Aufprallbelastung 24, wie z. B. von einem aufprallenden Objekt 25, an die Außenfläche 19 der Haube 12’ abgegeben wird. In 3 wird die Aufprallbelastung 24 als ein Pfeil dargestellt und ist rein illustrativ. Die Richtung und die Art des Aufpralls können variieren, und das aufprallende Objekt 25, das die Aufprallbelastung 24 verursacht, kann variieren.
Die Innenfläche 18 des Haubenblechs 16 ist von dem unter der Haube befindlichen Objekt 14’ um eine Muldentiefe 26 beabstandet. Die Muldentiefe 26 kann auf verschiedene Arten definiert oder gemessen werden. In 3 ist die Muldentiefe 26 als der kürzeste absolute Abstand zwischen der Innenfläche 18 und dem unter der Haube befindlichen Objekt 14’ gezeigt. Es kann jedoch eine alternative Messung entlang einer Linie im Wesentlichen parallel zu der erwarteten Richtung der Aufprallbelastung 24 vorgenommen werden, was als alternative Muldentiefe 27 gezeigt ist.
Wenn der lokale Energieabsorber 20 nicht zwischen dem Haubenblech 16 und dem unter der Haube befindlichen Objekt 14’ angeordnet wäre, könnte die Aufprallbelastung 24 bewirken, dass sich das Haubenblech 16 verformt, bis das Haubenblech 16 die Muldentiefe 26 durchquert und einen Kontakt mit dem Objekt 14’ herstellt. Der lokale Energieabsorber 20 ist jedoch ausgestaltet, um mit der Verformung und Dissipation der Energie aus der Aufprallbelastung 24 zu beginnen, bevor das Haubenblech 16 (oder das Haubeninnenblech 11) einen Kontakt mit dem unter der Haube befindlichen Objekt 14’ herstellt, um dadurch die Kraft zu verringern, welche von dem unter der Haube befindlichen Objekt 14’ auf das aufprallende Objekt 25 aufgebracht wird. Die Weise, in der der lokale Energieabsorber 20 die Aufprallbelastung 24 dissipiert, kann unter Verwendung von Gl. 1 quantifiziert werden. Es versteht sich, dass Gl. 1 ein Beispiel ist und nicht die einzige Art und Weise zur Quantifizierung der Wirkung der lokalen Energieabsorber der vorliegenden Erfindung darstellt. Beispielsweise kann die Bewertung von an Helmen angebrachten lokalen Energieabsorbern, die hierin offenbart werden, eine Rotationsdimension (z. B. eine Rotationskorrektur der Verlangsamungsbedingung a(t)) zusätzlich zu der Längenabmessung umfassen, die in Gl. 1 bewertet wird. Ohne den lokalen Energieabsorber 20 sind die von dem aufprallenden Objekt 25 erfahrenen Spitzenbelastungen höher und es wird weniger Energie (durch die Haube 12’) absorbiert, während das aufprallende Objekt 25 durch die Muldentiefe 26 hindurchläuft, wobei sich die Haube 12’ zwischen dem aufprallenden Objekt 25 und dem unter der Haube befindlichen Objekt 14’ befindet.
In Gl. 1 sind t₁ und t₂ die Anfangs- und Endzeiten (in Sekunden) eines Zeitintervalls, während denen Gl. 1 einen Maximalwert erreicht, und eine Verlangsamung a ist in Einheiten vongs (1 Standard g = 9,81 Meter pro Sekunde im Quadrat) vorgesehen. Die maximale Zeitdauer (t₂ – t₁) kann auf einen spezifischen Wert im Bereich zwischen etwa 3 ms bis etwa 36 ms (Millisekunden) begrenzt sein. Beispielsweise kann die maximale Zeitdauer etwa 20 ms betragen.
In experimentellen Versuchen wird die Gl. 1 aus der Verlangsamung und Zeithistorie zumindest eines Beschleunigungsmessers bewertet, der an dem Schwerpunkt des aufprallenden Objekts 25 montiert ist, wenn das aufprallende Objekt 25 auf das Haubenblech 16 einwirkt. Gl. 1 bewertet die Wirkungen der Verlangsamung des aufprallenden Objekts 25 sowie die Zeitdauer der Verlangsamung. Bei einigen Computermodellen, die einen Wert von Gl. 1 für ein Aufprallszenario vorhersagen, resultieren höhere Resultate aus: kürzeren Aufpralldauerzeiten bei größeren maximalen Verlangsamungen oder längeren Aufpralldauerzeiten bei geringeren maximalen Verlangsamungen. Für eine gegebene Muldentiefe 26 minimiert oder reduziert der lokale Energieabsorber 20 der vorliegenden Offenbarung den Wert von Gleichung 1 für ein bestimmtes Aufprallszenario. Alternativ dazu kann der lokale Energieabsorber 20 einen Zielwert von Gl. 1 für ein bestimmtes Aufprallszenario erreichen, während die Muldentiefe 26 minimiert wird.
Die 1B–3 stellen ein Beispiel einer Fahrzeughaube 12’ der vorliegenden Offenbarung dar. Die Fahrzeughaube 12’ deckt ein unter der Haube befindliches Objekt 14’ ab. Die Fahrzeughaube 12’ hat eine Innenfläche 18, die dem unter der Haube befindlichen Objekt 14’ zugewandt und von dem unter der Haube befindlichen Objekt 14’ beabstandet ist. Die Fahrzeughaube 12’ hat eine Außenfläche 19, die der Innenfläche 18 entgegengesetzt ist. Ein lokaler Energieabsorber 20 ist funktionell an der Innenfläche 18 der Fahrzeughaube 12’ angebracht. Der lokale Energieabsorber 20 umfasst eine energieabsorbierende Kernschicht 30, die funktionell an der Innenfläche 18 der Fahrzeughaube 12’ angebracht ist.
Wie in 4 dargestellt, ist eine zerbrechliche Außenlagenschicht 32 an der energieabsorbierenden Kernschicht 30 angebracht, die dem unter der Haube befindlichen Objekt 14’ zugewandt ist. In einem Beispiel kann der lokale Energieabsorber 20 eine Klebeschicht 72 umfassen, die zwischen der energieabsorbierenden Kernschicht 30 und der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 angeordnet ist, um die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 an der energieabsorbierenden Kernschicht 30 durch Kleben anzubringen. In 4 ist die Klebeschicht 72 in versteckten Linien dargestellt, da die Klebeschicht 72 in Beispielen des lokalen Energieabsorbers 20 beinhaltet sein kann oder nicht. In einem Beispiel kann die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 ein Magnesiumlegierungsblech, beispielsweise gebildet aus Magnesium AZ31-O, umfassen. Die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 ist ausgestaltet, um einen Bruch der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 während eines auf die Außenfläche 19 ausgeübten Aufpralls auszulösen, der ein Aufprallereignis mit einer Dauer von weniger als 20 Millisekunden definiert.
In einem Beispiel ist der lokale Energieabsorber 20 so ausgestaltet, dass er während eines Aufprallereignisses in Kontakt mit dem unter der Haube befindlichen Objekt 14’ kommt. Die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 kann ausgestaltet sein, um Energie durch Biegen und Brechen während des Kontakts mit dem unter der Haube befindlichen Objekt 14’ zu dissipieren.
Wie hierin verwendet, bedeutet zerbrechlich, Anfälligkeit für Risse und nicht die Fähigkeit des elastischen Verformens zur Bewahrung des Zusammenhalts als ein einzelnes Objekt. Eine Schale eines Hühnereis kann als zerbrechlich beschrieben werden, während eine Golfballaußenhülle, die sich elastisch verformt, nicht zerbrechlich ist. Zerbrechlich bedeutet die Anfälligkeit dafür, ein mehrfach verbundener Körper durch die Entwicklung von Innenflächen während einer Rissbildung zu werden, auch wenn keine bereits existierenden Kerben durch die Dicke hindurch vorhanden sind, bei einer geringen plastischen oder selbst bei einer elastischen Verformung. Ein Küken kann durch Anwenden einer relativ geringen Kraft auf die zerbrechliche Eierschale schlüpfen. Ganz im Gegensatz dazu kann ein Golfball einer Schnitt- und Rissbildung selbst nach dem Schlagen mit der Kante des Golfschlägerkopfes mit hoher Geschwindigkeit widerstehen. Aus diesem Grund reißt die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 bei einem Aufprall und kann in Stücke zerbrechen, anstatt sich wie ein Stück Stahlblech elastisch oder plastisch zu verformen. Somit ist der hierin offenbarte Energieabsorber 20 mit der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 eine Verbesserung gegenüber bestehenden Energieabsorbern, die einer wesentlichen elastischen/plastischen Kompression ausgesetzt sind, sodass sich die Energieabsorption verringert, da die Aufprallbelastung mit der Zeit zunimmt.
Wie in 5A und in 5B dargestellt, kann die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 mindestens eine Spannungskonzentrationskerbe 37 in einer Oberfläche 38 der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 definieren. Die mindestens eine Spannungskonzentrationskerbe 37 ist ausgestaltet, um einen Bruch der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 während des Aufprallereignisses auszulösen. Wie in 5A und in 5B dargestellt, bezieht sich die mindestens eine Spannungskonzentrationskerbe 37 auf 3 Spannungskonzentrationskerben 37. Es versteht sich, dass die Spannungskonzentrationskerben 37 schematisch dargestellt sind, und mehr als Kratzer anstatt als tiefe Kerben, wie in 5B dargestellt, erscheinen können. Als ein Beispiel sei angeführt, dass ein Glasschneider einen relativ kleinen Kratzer macht, um bei Anwenden einer Belastung auf eine Glasplatte durch ein leichtes Klopfen mit einem Hammer oder bei Anwenden einer Biegebelastung um den Kratzer herum einen Bruch an dem Kratzer zu verursachen. Der kleine Kratzer in der Glasplatte ist ein Beispiel einer Spannungskonzentrationskerbe 37 in einem zerbrechlichen Material.
Das in 5C dargestellte Beispiel ist den in 5A und 5B dargestellten Beispielen ähnlich, außer dass anstelle einer Kerbe 37, die die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 nicht vollständig durchdringt, die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 einen Umfang 39 mindestens eines Schlitzes 40 vollständig durch eine Dicke 23 der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 hindurch definiert. Der mindestens eine Schlitz 40 ist eine Bruchauslösestelle auf der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 während des Aufprallereignisses.
Es ist selbstverständlich, dass in Beispielen der vorliegenden Offenbarung die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 bei einem Aufprall brechen kann. Die Kerbe 37 begünstigt den Bruch, wenn die Auslösung des Bruchs als Ergebnis des Aufpralls auftritt. Somit neigt die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 bis zu dem Aufprallereignis nicht zu einem Bruch.
In dem in 6 dargestellten Beispiel umfasst der lokale Energieabsorber 20 eine Verstärkungslagenschicht 34, die an der energieabsorbierenden Kernschicht 30 entgegengesetzt der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 angebracht ist, um die energieabsorbierende Kernschicht 30 zwischen der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 und der Verstärkungslagenschicht 34 einzufassen. Eine Klebeschicht (nicht dargestellt) kann zwischen der energieabsorbierenden Kernschicht 30 und der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 vorhanden sein. Eine weitere Klebeschicht (nicht dargestellt) kann zwischen der energieabsorbierenden Kernschicht 30 und der Verstärkungslagenschicht 34 vorhanden sein.
Die 7A bis 7C stellen ein Beispiel des lokalen Energieabsorbers 20 der vorliegenden Offenbarung dar, wenn der lokale Energieabsorber 20 bei einem Aufprallereignis transformiert wird. Der lokale Energieabsorber 20 in den 7A–7C beinhaltet eine Vielzahl 81 von Streben 89. Jede Strebe 89 ist an der Verstärkungslagenschicht 34 und an der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 angebracht. Jede Strebe 89 der Vielzahl 81 von Streben 89 ist nach innen von einem Umfang 53 des lokalen Energieabsorbers 20 beabstandet.
Eine Teilmenge 83 der Vielzahl 81 von Streben 89 ist ausgestaltet, um sich während des Aufprallereignisses in einer Abfolge beginnend mit elastischer Verformung (Referenznummer 86), gefolgt von Knicken (Referenznummer 87), gefolgt von Brechen (Referenznummer 90) der Teilmenge 83 der Vielzahl 81 von Streben 89 zu verformen. In Beispielen der vorliegenden Offenbarung kann es vor dem Knicken oder gleichzeitig zu einer plastischen Verformung kommen. Es ist selbstverständlich, dass der lokale Energieabsorber 20 in der Lage sein kann, ohne bleibende Verformung einem zufälligen Kontakt standzuhalten, der weniger energetisch als das Aufprallereignis ist. So bewirkt beispielsweise der Kontakt mit Komponenten einer normal funktionierenden automatischen Waschstraße auf der Fahrzeughaube 12’ kein Knicken oder Brechen von Elementen des lokalen Energieabsorbers 20. Gleichermaßen würde ein lokaler Energieabsorber 20 in einem Helm 12’’ einer bestimmten Kollisionsstärke ohne bleibende Verformung standhalten, jedoch, wie hierin beschrieben, knicken und brechen, wenn er einem hierin beschriebenen Aufprallereignis ausgesetzt ist.
In dem in 8A und 8B dargestellten Beispiel befindet sich jede Strebe 89 der Vielzahl 81 von Streben 89 an einem Umfang 53 des lokalen Energieabsorbers 20. 8A zeigt ein Beispiel des lokalen Energieabsorbers 20 vor dem Aufprallereignis, und 8B zeigt das Beispiel des lokalen Energieabsorbers 20, der in 8A dargestellt ist, nach dem Aufprallereignis. In 8B sind die Streben 89 geknickt und gebrochen. Brüche in den Streben 89 sind mit der Referenznummer 90 bezeichnet. Die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 ist bei Referenznummer 33 in 8B gebrochen dargestellt.
9 ist eine halbschematische perspektivische Ansicht eines Beispiels eines lokalen Energieabsorbers 20 mit einer Vielzahl 81 von Streben 89, die sich an einem Umfang 53 des lokalen Energieabsorbers 20 befinden, und einer weiteren Vielzahl 81’ von Streben 89, die nach innen von dem Umfang 53 des lokalen Energieabsorbers 20 gemäß der vorliegenden Offenbarung beabstandet sind. Die energieabsorbierende Kernschicht 30 kann komplementäre Räume (nicht dargestellt) besitzen, um den Streben 89 zu ermöglichen, von der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 zu der Verstärkungslagenschicht 34 durch die energieabsorbierende Kernschicht 30 hindurch zu reichen.
10 ist eine halbschematische perspektivische Explosionsdarstellung eines Beispiels des lokalen Energieabsorbers 20’. Der in 10 dargestellte lokale Energieabsorber 20’ ist ein konkreteres Beispiel des in 4 dargestellten lokalen Energieabsorbers 20 mit einer wabenartigen energieabsorbierenden Kernschicht 30’ gemäß der vorliegenden Offenbarung. Allgemeiner ausgedrückt, stellt 10 semi-schematisch ein Beispiel eines lokalen Energieabsorbers 20’ mit der energieabsorbierenden Kernschicht 30’ einschließlich einer Matrix von offenen Zellen 44 dar. Jede Zelle 44 in der Matrix von offenen Zellen 44 definiert eine jeweilige Hohlröhre 28 mit einer entsprechenden Längsachse 29 mit jeweils einem ersten offenen Ende 41 und jeweils einem zweiten offenen Ende 42. Jede entsprechende Längsachse 29 ist senkrecht zu der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32. Obwohl die in 10 dargestellten offenen Zellen 44 hexagonal sind, beinhaltet die vorliegende Offenbarung Zellen mit jeder beliebigen Anzahl von Seiten, einschließlich einer einzigen Seite – was ein Kreiszylinder wäre. Beispielsweise können die offenen Zellen 44 dreieckige Röhren, rechteckige Röhren, fünfeckige Röhren, sechseckige Röhren oder Röhren mit einem durch ein beliebiges Polygon definierten Querschnitt sein. Die Seiten der Röhren müssen nicht gleich groß sein. Des Weiteren müssen die Röhren nicht unbedingt vollkommen miteinander verschachtelt sein. Es können Lücken zwischen den Röhren vorhanden sein, die eine weitere Röhre bilden.
11 ist eine halbschematische perspektivische Explosionsdarstellung eines Beispiels des lokalen Energieabsorbers 20’. Der in 11 dargestellte lokale Energieabsorber 20’ ist ein konkreteres Beispiel des in 6 dargestellten lokalen Energieabsorbers 20 mit einer wabenartigen energieabsorbierenden Kernschicht 30’ gemäß der vorliegenden Offenbarung.
12 ist eine halbschematische perspektivische Explosionsdarstellung eines Beispiels des lokalen Energieabsorbers 20’. Der in 12 dargestellte lokale Energieabsorber 20’ ist ein konkreteres Beispiel des in 7A dargestellten lokalen Energieabsorbers 20 mit einer wabenartigen energieabsorbierenden Kernschicht 30’ gemäß der vorliegenden Offenbarung. In einem nicht beschränkenden Beispiel kann die energieabsorbierende Kernschicht 30’ eine 3003 Aluminiumlegierung mit einer Bruchfestigkeit von etwa 45 Pfund pro Quadratinch (psi) sein. Die energieabsorbierende Kernschicht 30’ kann andere wabenartige Materialien, wie z. B. Aramidfaser, Thermoplast, Glasfaser, Keramik, Magnesium, Titan, Nickel, rostfreien Stahl, Kupfer oder Kombinationen davon, aufweisen. Jede Strebe 89 in der Vielzahl von Streben kann aus Magnesium AZ31-O gebildet sein. Jede Strebe 89 in der Vielzahl von Streben kann aus anderen Materialien, wie Aluminiumlegierungen, verschiedenen Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen, wie Kohlenfaserverbundwerkstoff, gebildet sein. Jede Strebe 89 wird aus einem Material gebildet, das knickt und bricht oder knickt, sich plastisch verformt und dann bricht. Die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 kann eine erste AZ31-O-Magnesiumlage umfassen. Die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 kann andere Materialien umfassen, wie z. B. eine dünne Glasscheibe, Kohlefaser oder andere Verbundwerkstoffe mit niedriger Bruchzähigkeit, Keramik oder Kombinationen davon. Die Verstärkungslagenschicht 34 kann aus einem Polymer oder einem anderen Material, wie z. B. Magnesium AZ61, AZ91 oder ZEK100, Aluminiumlegierungen, Verbundwerkstoffen oder Kombinationen davon, gebildet sein.
Bezugnehmend auf 13 kann in Beispielen der vorliegenden Offenbarung die energieabsorbierende Kernschicht 30’ eine Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 umfassen. Eine Verstärkungslagendichtung 85 ist an einer Verstärkungsschnittstelle 91 zwischen der Verstärkungslagenschicht 34 und der Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 gebildet. Eine Außenlagendichtung 93 ist an einer Außenlagenschnittstelle 94 zwischen der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 und der Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 gebildet, um zu verhindern, dass Wasser oder sonstige Verunreinigungen, wie Schmutz, Motoröl usw., in die Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 eindringen können. Die Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 kann eine Flüssigkeit, ein Gas oder eine Kombination aus einer Flüssigkeit und einem Gas aufweisen, die/das in die Zellen der Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 gefüllt ist, um die Energieabsorptionsleistung der Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 zu verändern. So kann beispielsweise ein in die Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 gefülltes Druckgas der Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 eine Anfangssteifigkeit verleihen. Die Steifigkeit der Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 kann verringert werden, wenn die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 bricht und dadurch das Druckgas aus den Zellen der Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 entweichen kann. Durch Abdichten der Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 vor dem Eintritt von Wasser und Schmutz wird ermöglicht, dass die Dichtungen 85, 93 über die Zeit eine gleichmäßigere Energieabsorptionsleistung liefern. So können sich beispielsweise Wasser, Eis, Schnee und Staub in einer nicht abgedichteten Bienenwabe (nicht dargestellt) sammeln und zu einer Versteifung der energieabsorbierenden Kernschicht 30’ führen, die eine Aluminiumlegierungsbienenwabe 92 beinhaltet.
14 zeigt eine halbschematische Draufsicht eines Beispiels einer energieabsorbierenden Kernschicht 30’’. Die energieabsorbierende Kernschicht 30’’ kann einen ersten Kernabschnitt 60 mit einer ersten Bruchfestigkeit und einen zweiten Kernabschnitt 61 mit einer zweiten Bruchfestigkeit aufweisen, die mindestens 10 Prozent höher als die erste Bruchfestigkeit ist. Der erste Kernabschnitt 60 kann an der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 befestigt sein, ähnlich der Befestigung der energieabsorbierenden Kernschicht 30’, dargestellt in 13. Der zweite Kernabschnitt 61 kann auch an der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 befestigt sein, ähnlich der Befestigung der energieabsorbierenden Kernschicht 30’, dargestellt in 13. Der erste Kernabschnitt 60 kann an den zweiten Kernabschnitt 61 angrenzen.
15 zeigt eine halbschematische Seitenansicht eines anderen Beispiels eines lokalen Energieabsorbers 20’’. In dem in 15 dargestellten Beispiel umfasst die energieabsorbierende Kernschicht 30’’’ eine Gittermaterialschicht 21. In den Beispielen kann die Gittermaterialschicht 21 eine polymere Mikrogitterstruktur, wie in 15 dargestellt, beinhalten. In anderen Beispielen kann die Gittermaterialschicht aus einem Metall, Keramik oder einem Verbundwerkstoff bestehen. Die zerbrechliche Außenlagenschicht 32’ kann eine ersten Lage 35 aus Polyethylenterephthalat (PET), einem Metall (z. B. einer Magnesiumlegierung), einem ersten keramischen Material oder einem anderen zerbrechlichen Material umfassen. Die Verstärkungslagenschicht 34’ kann eine zweite Lage 36 aus Polyethylenterephthalat (PET), ein Metall (z. B. eine Magnesiumlegierung), ein zweites keramisches Material oder ein anderes geeignetes Material beinhalten. Das erste keramische Material kann das gleiche oder ein anderes Material im Vergleich zu dem zweiten keramischen Material sein. Beispielsweise kann die Verstärkungslagenschicht 34’ aus einem leichten Material hergestellt sein, das leicht verklebbar ist. In einigen Beispielen kann die Verstärkungslagenschicht 34’ ein elektrischer Isolator sein.
Ein Beispiel des lokalen Energieabsorbers 20 ist hierin an der Fahrzeughaube 12’ gezeigt und beschrieben. Der lokale Energieabsorber 20 kann jedoch auch verwendet werden, um die potenziellen Auswirkungen von Aufprallereignissen auf Objekte zu reduzieren, die auf andere Außenbleche oder -abschnitte des Fahrzuges 10 aufprallen. Beispielsweise und ohne Einschränkung kann der lokale Energieabsorber 20 angrenzend an Kotflügeln, Stoßfängern oder Seitenblechen angeordnet sein. Der lokale Energieabsorber 20 kann auch in einem Helm 12’’ (siehe 17) zur Verringerung der potenziellen Auswirkung eines Aufpralls auf den Kopf 14’’ eines Heimträgers 43 verwendet werden. Bei ausreichender Aufprallbelastung 24 verformt sich das Haubenblech 16 oder die Außenschale 74 und der lokale Energieabsorber 20 bewegt sich aus der in 3 dargestellten Position in Richtung des unter der Haube befindlichen Objekts 14’ oder des Kopfes 14’’ des Helmträgers 43. Nach dem Aufprall der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 auf das unter der Haube befindliche Objekt 14’ verformt sich der lokale Energieabsorber 20 und absorbiert etwas von der Energie der Aufprallbelastung 24.
Die 7A, 7B und 7C stellen ein Beispiel eines Energieabsorbers bei einem Aufprall eines aufprallenden Objektes, wie in 3 gezeigt, dar. Vor dem Brechen kann der lokale Energieabsorber 20 etwas von der Energie des Aufpralls absorbieren. Beim Brechen dissipiert der lokale Energieabsorber Energie aus der Aufprallbelastung 24 durch Öffnen neuer Oberflächen in einer Teilmenge 83 der Vielzahl von Streben 81. Die Ansammlung überschüssiger Dehnungsenergie in dem Absorber bewirkt das Öffnen eines Risses nach dem anfänglichen Aufprall, wodurch dann Dehnungsenergie in Bruchausbreitung dissipiert wird. Die während des Bruches dissipierte Energie verhindert oder minimiert des Weiteren eine durch das unter der Haube befindliche Objekt 14’ auf das aufprallende Objekt 25 ausgeübte Reaktionskraft. Die Brüche 90 können entlang einer Strebe 89 (siehe 7C und 8B) auftreten, sodass der größte Teil der durch den lokalen Energieabsorber 20 dissipierten Energie durch die Strebe 89 dissipiert wird. Brüche 33 können auch in der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 auftreten.
Der in den 1–3 dargestellte lokale Energieabsorber 20 wird als ein metallisches Material, wie z. B. Aluminium, Magnesium oder deren Legierungen, gezeigt. Der lokale Energieabsorber 20 kann jedoch aus anderen Materialien, wie hierin beschrieben, gebildet sein. Beispielsweise kann der lokale Energieabsorber 20 aus einem Hochtemperaturpolymer gebildet sein. Wie hierin verwendet, hält ein Hochtemperaturpolymer seine Eigenschaften bei Temperaturen über 150 °C bis 200 °C aufrecht. Beispiele von Hochtemperaturpolymeren sind Polyamide (beispielsweise Nylon^®), Polyphenylensulfid (PPS) und Polyethersulfon (PES).
In einigen Konfigurationen des lokalen Energieabsorbers 20 geht die Vielzahl von Streben 81 aus elastischer Verformung in Bruchverformung im Wesentlichen ohne plastische Verformung über. Dies kann den durch Gleichung 1 ermittelte Wert verringern, der aus der Aufprallbelastung 24 resultiert, die von dem aufprallenden Objekt 25 geliefert wird. Wenn der lokale Energieabsorber 20 aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen gebildet ist, kann sich die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 und die Verstärkungslagenschicht 34 direkter zwischen elastischer und Bruchverformung bewegen, als wenn der lokale Energieabsorber 20 aus Aluminium hergestellt ist. Magnesiumlegierungen können eine sehr geringe plastische Verformung zwischen elastischer Verformung und Bruch aufweisen, erfahren jedoch gewöhnlich eine gewisse plastische Verformung.
16 zeigt ein Diagramm der Verlangsamung in Abhängigkeit der Zeit eines Aufpralls eines aufprallenden Objekts 25 in eine Fahrzeughaube, die einen lokalen Energieabsorber gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist, im Vergleich zu einem ähnlichen Aufprall in eine Haube ohne den lokalen Energieabsorber. In 16 gibt die horizontale Achse 101 die Zeit in Millisekunden (ms) an und die vertikale Achse 100 gibt die Verlangsamung in Einheiten von g an. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass Beispiele des hierin offenbarten Energieabsorbers 20 eine Absorption der Aufprallenergie ermöglichen, während die maximale Verlangsamung, der das aufprallende Objekt 25 ausgesetzt ist, reduziert wird. Da die absorbierte Energie direkt in Bezug zu der über die Zeit integrierten Verlangsamung (der Fläche unter der Verlangsamungskurve in Gl. 1) steht, absorbiert der existierende durch Kurve 102 dargestellte Energieabsorber, der eine plastische Verformung bei etwa 5,5 ms beginnt, nicht ausreichend Energie in den Aufprall, um ein Ansteigen der Verlangsamung zu der Spitze bei etwa 12 ms zu verhindern. Es wird angenommen, dass ohne den Energieabsorber die Haube bei etwa 9 ms eingedrückt wird (d.h. mit dem unter der Haube befindlichen Objekt 14’ in Kontakt tritt), was einen Anstieg der Verlangsamung bewirkt, da das aufprallende Objekt 25 eine elastische Verformung unter der Belastung des Aufpralls beginnt. Das unter der Haube befindliche Objekt 14’ ist relativ steif, wodurch die steile Verlangsamungskurve in Bezug auf die Zeit erzeugt wird, wie in Kurve 102 dargestellt. Ganz im Gegensatz dazu absorbiert der lokale Energieabsorber 20 der vorliegenden Offenbarung, wie in Kurve 103 gezeigt, Energie im frühen Verlauf des Aufprallereignisses (bis etwa 5,5 ms), was früher als bei Kurve 102 ist. Bei etwa 5,5 ms beginnt das Brechen der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32. Das Brechen dissipiert Energie aus dem Aufprall. Energie wird weiterhin von dem lokalen Energieabsorber 20 aufgrund elastischer und/oder plastischer Verformung in der energieabsorbierenden Schicht sowie aufgrund elastischer und/oder plastischer Verformung und Bruch in den Streben und der zerbrechlichen Lage absorbiert. Das fortschreitende Zusammenbrechen einer Anzahl von Streben dient ebenfalls dazu, die Energieabsorption und -dissipation über ein breiteres Zeitintervall zu verteilen, wodurch die Spitzenverlangsamung verringert wird. Die Verlangsamung während dieser Phase ist geringer als der frühe Abschnitt der Kurve 103, wo die Streben elastisch auf die Aufprallbelastung reagierten. Infolgedessen ist die Spitzenverlangsamung in Kurve 103, die dem lokalen Energieabsorber 20 der vorliegenden Offenbarung zugehörig ist, geringer als die Spitzenverlangsamung der Kurve 102, die der Haube ohne den lokalen Energieabsorber 20 zugehörig ist. Auch die Spitzenverlangsamung in Kurve 103, die dem lokalen Energieabsorber 20 der vorliegenden Offenbarung zugehörig ist, tritt zu einem früheren Zeitpunkt in dem Aufprall relativ zu der Verlangsamungskurve 102 auf.
Die 17 und 18 stellen ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung mit der Abdeckung 12 dar, die ein Helm 12’’ ist. Der Kopf 14’’ des Helmträgers 43 ist mit Phantomlinien dargestellt. 18 zeigt eine Querschnittsansicht im Wesentlichen entlang der Linie 18-18 von 17. Wie in 17 dargestellt, umfasst der Helm 12’’ eine Außenschale 74 mit einer Innenfläche 18', die dem Kopf 14’’ zugewandt ist, und einer Außenfläche 19’, die der Innenfläche 18’ entgegengesetzt ist. Ein lokaler Energieabsorber 20 ist funktionell an der Innenfläche 18’ der Außenschale 74 des Helms 12’’, wie beispielsweise durch eine Haftverbindung 22, angebracht. In einem Beispiel kann eine Klebeschicht 71 zwischen dem lokalen Energieabsorber 20 und der Innenfläche 18’ des Helms 12’’ angeordnet sein, um den lokalen Energieabsorber 20 an der Innenfläche 18’ des Helms 12’’ durch Kleben zu befestigen. In anderen Beispielen kann der lokale Energieabsorber 20 durch Schnapphaken oder Befestigungselemente (nicht dargestellt) angebracht sein.
Die Haftverbindung 22 kann zum Beispiel und ohne Einschränkung eine Klebeverbindung oder Schweißverbindung sein. Der lokale Energieabsorber 20 kann an der Innenfläche 18’ angebracht oder zwischen der Innenfläche 18’ und dem Kopf 14’’ des Helmträgers 43 angeordnet sein. In einigen Beispielen der vorliegenden Offenbarung kann der Helm 12’’ die Außenschale 74 und eine Helmauskleidung 75 aufweisen. Die Außenschale 74 kann einen Außenfläche 19’ haben, welche die von außen sichtbare Fläche des Helms 12’’ ist. Die Helmauskleidung 75 kann aus einem zähen aber dennoch flexiblen Material, beispielsweise Kevlar-^® Gewebe, hergestellt sein. In einem anderen Beispiel kann die Helmauskleidung 75 eine Schicht aus Aluminium sein. In Beispielen kann der lokale Energieabsorber 20 zwischen der Helmauskleidung 75 und der Innenfläche 18’ eingeschlossen sein.
Der lokale Energieabsorber 20 ist so konfiguriert, um Energie zu absorbieren, die durch eine Aufprallbelastung 24 an die Außenfläche 19’ des Helms 12’’ geliefert wird, wie z. B. von einem aufprallenden Objekt 25. Die Aufprallbelastung 24 ist als ein Pfeil dargestellt und nur illustrativ. Die Richtung und die Art des Aufpralls können variieren und das aufprallende Objekt 25, das die Aufprallbelastung 24 verursacht, kann variieren.
Wenn der lokale Energieabsorber 20 nicht zwischen der Außenschale 74 und dem Kopf 14’’ angeordnet wäre, könnte die Aufprallbelastung 24 das Verformen der Außenschale 74 bewirken, bis die Außenschale 74 in Kontakt mit dem Kopf 14’’ kommt. Der lokale Energieabsorber 20 ist jedoch ausgestaltet, um mit der Verformung und Dissipation der Energie aus der Aufprallbelastung 24 zu beginnen, bevor die Außenschale 74 einen Kontakt mit dem Kopf 14’’ herstellt, um dadurch die Kraft zu verringern, die durch den Aufprall aufgebracht wird. Die Weise, in der der lokale Energieabsorber 20 die Aufprallbelastung 24 dissipiert, kann unter Verwendung von Gl. 1 oben quantifiziert werden. Ohne den lokalen Energieabsorber 20 sind die Spitzenbelastungen, denen das aufprallende Objekt 25 ausgesetzt ist, höher und es wird weniger Energie (durch den Helm 12’’) absorbiert, wenn das aufprallende Objekt 25 den Helm 12’’ verformt.
Wie in 18 dargestellt, ist eine zerbrechliche Außenlagenschicht 32 an der energieabsorbierenden Kernschicht 30 angebracht, die dem Kopf 14’’ zugewandt ist. In einem Beispiel kann der lokale Energieabsorber 20 eine Klebeschicht 72 umfassen, die zwischen der energieabsorbierenden Kernschicht 30 und der zerbrechlichen Außenlagenschicht 32 angeordnet ist, um die zerbrechliche Außenlagenschicht 32 an der energieabsorbierenden Kernschicht 30 durch Kleben anzubringen. Ähnlich dem in 4 dargestellten Beispiel kann in dem in 18 dargestellten Beispiel die Klebeschicht 72 in Beispielen des lokalen Energieabsorbers 20 beinhaltet sein oder nicht. Des Weiteren kann, ähnlich anderen hierin offenbarten Beispielen von Energieabsorbern 20, der in 18 dargestellte Energieabsorber 20 Streben 89 und eine Verstärkungslagenschicht 34 aufweisen.
Bezugnahme in der Beschreibung auf „ein Beispiel“, „ein weiteres Beispiel“, „Beispiel“ usw. bedeutet, dass ein bestimmtes Element (z. B. Merkmal, Struktur und/oder Eigenschaft), die in Verbindung mit dem Beispiel beschrieben ist, in mindestens einem hierin beschriebenen Beispiel beinhaltet ist und in anderen Beispielen vorhanden sein kann oder nicht. Darüber hinaus ist es selbstverständlich, dass die beschriebenen Elemente für jedes Beispiel in jeder geeigneten Weise in den verschiedenen Beispielen kombiniert werden können, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
Es ist selbstverständlich, dass die hierin bereitgestellten Bereiche den angegebenen Bereich und einen beliebigen Wert oder Teilbereich innerhalb des angegebenen Bereichs beinhalten. So ist beispielsweise ein Bereich von ungefähr 3 ms bis ungefähr 36 ms so zu interpretieren, dass er nicht nur die explizit angegebenen Grenzen von ungefähr 3 ms bis ungefähr 36 ms, sondern auch Einzelwerte beinhaltet, wie beispielsweise 5 ms, 10 ms, 15 ms usw., und Teilbereiche, wie von ungefähr 10 ms bis ungefähr 18 ms, von ungefähr 15 ms bis ungefähr 19,5 ms usw. Weiterhin gilt, dass, wenn „ungefähr” verwendet wird, um einen Wert zu beschreiben, dies in der Weise zu verstehen ist, dass geringfügige Variationen des angegebenen Wertes umfasst werden (bis zu +/–10 %).
Des Weiteren sind die Begriffe „verbinden/verbunden/Verbindung“, Formen von „anbringen/befestigen“ und/oder ähnlichem hierin breit gefasst und beziehen sich auf eine Vielzahl verschiedener verbundener Anordnungen und Montagetechniken. Zu diesen Anordnungen und Montagetechniken zählen u. a. (1) die direkte Kommunikation zwischen einem Bauteil mit einem anderen Bauteil ohne dazwischenliegende Bauteile; und (2) die Kommunikation von einem Bauteil mit einem anderen Bauteil mit einem oder mehreren dazwischenliegenden Bauteilen, sofern eines der Bauteile, das „angeschlossen“ ist, mit dem anderen Bauteil in irgendeiner Weise betriebsfähig verbunden ist (unabhängig vom Vorhandensein von einem oder mehreren dazwischenliegenden Bauteilen).
Beim Beschreiben und Beanspruchen der hier offenbarten Beispiele schließen die Singularformen „ein“, „eine“, „einer“ und „der/die/das“ Mehrzahlbezüge ein, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
Zwar wurden mehrere Beispiele im Detail beschrieben, es versteht sich jedoch von selbst, dass die offenbarten Beispiele modifiziert werden können. Daher ist die vorstehende Beschreibung als nicht einschränkend anzusehen.

Claims

Abdeckung, die ein abgedecktes Objekt entfernbar abdeckt, umfassend: eine Innenfläche der Abdeckung, die dem abgedeckten Objekt zugewandt und von dem abgedeckten Objekt beabstandet ist, und eine Außenfläche der Abdeckung, die der Innenfläche entgegengesetzt ist; und einen lokalen Energieabsorber, der funktionell an der Innenfläche der Abdeckung angebracht ist, der lokale Energieabsorber umfassend: eine energieabsorbierende Kernschicht, die funktionell an der Innenfläche der Abdeckung angebracht ist; und eine zerbrechliche Außenlagenschicht, die an der energieabsorbierenden, dem abgedeckten Objekt zugewandten Kernschicht angebracht ist, wobei die zerbrechliche Außenlagenschicht zu brechen beginnt, wenn ein Aufprall auf die Außenfläche aufgebracht wird, der ein Aufprallereignis mit einer Dauer von weniger als 20 Millisekunden definiert.
Abdeckung nach Anspruch 1, worin der lokale Energieabsorber des Weiteren eine Verstärkungslagenschicht aufweist, die an der energieabsorbierenden Kernschicht entgegengesetzt der zerbrechlichen Außenlagenschicht angebracht ist, um die energieabsorbierende Kernschicht zwischen der zerbrechlichen Außenlagenschicht und der Verstärkungslagenschicht einzufassen.
Abdeckung nach Anspruch 2, worin: der lokale Energieabsorber weiterhin eine Vielzahl von Streben beinhaltet, wobei jede Strebe an der Verstärkungslagenschicht und an der zerbrechlichen Außenlagenschicht befestigt ist; und sich eine Teilmenge der Vielzahl von Streben während des Aufprallereignisses in einer Abfolge beginnend mit einer elastischen Verformung, gefolgt durch Knicken, gefolgt durch Brechen der Teilmenge der Vielzahl von Streben verformt.
Abdeckung nach Anspruch 3, worin: i) jede der Vielzahl von Streben an einem Umfang des lokalen Energieabsorbers angeordnet ist; oder ii) jede der Vielzahl von Streben von einem Umfang des lokalen Energieabsorbers beabstandet ist; oder iii) die energieabsorbierende Kernschicht eine 3003 Aluminiumlegierung mit einer Bruchfestigkeit von etwa 45 Pfund pro Quadratinch (psi) umfasst; jede Strebe in der Vielzahl von Streben aus Magnesium AZ31-O gebildet ist; die zerbrechliche Außenlagenschicht eine erste Magnesium-AZ31-O-Lage umfasst; und die Verstärkungslagenschicht aus einem Polymer gebildet ist.
Abdeckung nach Anspruch 1, worin die energieabsorbierende Kernschicht eine Matrix von offenen Zellen umfasst, und worin die energieabsorbierende Kernschicht eine Aluminiumlegierungsbienenwabe umfasst.
Abdeckung nach Anspruch 1, worin: die energieabsorbierende Kernschicht einen ersten Kernabschnitt mit einer ersten Bruchfestigkeit und einen zweiten Kernabschnitt mit einer zweiten Bruchfestigkeit, die mindestens 10 Prozent höher ist als die erste Bruchfestigkeit, aufweist; und der erste Kernabschnitt an der zerbrechlichen Außenlage befestigt ist; der zweite Kernabschnitt an der zerbrechlichen Außenlage befestigt ist; und der erste Kernabschnitt an den zweiten Kernabschnitt angrenzt.
Abdeckung nach Anspruch 1, worin die zerbrechliche Außenlagenschicht eine Magnesiumlegierungslage einschließt, und worin die Magnesiumlegierungslage aus Magnesium AZ31-O gebildet ist.
Abdeckung nach Anspruch 1, worin: die zerbrechliche Außenlagenschicht mindestens eine Spannungskonzentrationskerbe in einer Fläche der zerbrechlichen Außenlagenschicht definiert, wobei die mindestens eine Spannungskonzentrationskerbe eine Bruchauslösestelle auf der zerbrechlichen Außenlagenschicht während des Aufprallereignisses ist; oder die zerbrechliche Außenlagenschicht einen Umfang mindestens eines Schlitzes durch eine Dicke der zerbrechlichen Außenlagenschicht hindurch definiert, wobei der mindestens eine Schlitz eine Bruchauslösestelle auf der zerbrechlichen Außenlagenschicht während des Aufprallereignisses ist.
Abdeckung nach Anspruch 1, worin: die energieabsorbierende Kernschicht eine Matrix von offenen Zellen beinhaltet; jede offene Zelle in der Matrix von offenen Zellen eine jeweilige hohle Röhre mit einer entsprechenden Längsachse mit einem jeweiligen ersten offenen Ende und einem jeweiligen zweiten offenen Ende definiert; und jede entsprechende Längsachse senkrecht zu der zerbrechlichen Außenlagenschicht ist.
Abdeckung nach Anspruch 1, worin: die Abdeckung eine Fahrzeughaube ist und das abgedeckte Objekt ein unter der Haube befindliches Objekt ist; oder die Abdeckung ein Helm ist und das abgedeckte Objekt ein Kopf eines Trägers des Helms ist.