DE102019104731A1

DE102019104731A1 - Energieabsorbierende verbundbaugruppe

Info

Publication number: DE102019104731A1
Application number: DE102019104731.5A
Authority: DE
Inventors: William R. Rodgers; Venkateshwar R. Aitharaju; Terrence WATHEN; Yutaka Yagi
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC; Continental Structural Plastics Inc
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC; Teijin Automotive Technologies Inc
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2019-02-25
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2039-02-26
Also published as: CN110194114B; DE102019104731B4; US11077812B2; US20190263342A1; CN110194114A

Abstract

Eine energieabsorbierende Baugruppe beinhaltet ein Gehäuse und eine Vielzahl von diskreten energieabsorbierenden Elementen. Das Gehäuse beinhaltet eine erste Wand und eine zweite Wand. Die erste Wand und die zweite Wand sind voneinander beabstandet, um zumindest teilweise einen Innenbereich zu definieren. Jedes Element der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen beinhaltet ein Polymer und eine Vielzahl von Verstärkungsfasern. Die Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen ist zumindest teilweise innerhalb des Innenbereichs angeordnet und an dem Gehäuse befestigt. Jedes energieabsorbierende Element der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen beinhaltet eine längliche Hohlstruktur, die sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt. Jede längliche Hohlstruktur definiert eine Längsachse, die sich nicht parallel zu mindestens entweder der ersten Wand oder der zweiten Wand erstreckt. In verschiedenen alternativen Aspekten kann jedes energieabsorbierende Element eine Querwand beinhalten.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine zusammengesetzte energieabsorbierende Baugruppe für ein Fahrzeug und Verfahren zur Herstellung und Montage der - energieabsorbierenden Verbundbaugruppe.
Dieser Abschnitt sieht Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung vor, bei denen es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
Es ist vorteilhaft, die Stauchleistung von Fahrzeugkomponenten zu verbessern. Es ist aber auch vorteilhaft, dass Komponenten von Automobilen oder anderen Fahrzeugen leichtgewichtig sind, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Daher sind Fahrzeugkomponenten von Vorteil, die sowohl eine ausreichende Festigkeit im Normalbetrieb als auch Energieabsorptionseigenschaften unter außergewöhnlichen Bedingungen, wie beispielsweise Kollisionen, aufweisen und gleichzeitig das Gewicht der Komponenten minimieren.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt sieht eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung vor und ist keine umfassende Offenbarung des vollständigen Schutzumfangs oder aller Merkmale.
In verschiedenen Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung eine energieabsorbierende Baugruppe für ein Fahrzeug vor. Die energieabsorbierende Baugruppe beinhaltet ein Gehäuse und eine erste Vielzahl von diskreten energieabsorbierenden Elementen. Das Gehäuse beinhaltet eine erste Wand und eine zweite Wand. Die erste Wand und die zweite Wand sind voneinander beabstandet, um zumindest teilweise einen Innenbereich zu definieren. Jedes Element der ersten Vielzahl von diskreten energieabsorbierenden Elementen beinhaltet ein Polymer und eine Vielzahl von Verstärkungsfasern. Die erste Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen ist zumindest teilweise innerhalb des Innenbereichs angeordnet und an dem Gehäuse befestigt. Jedes energieabsorbierende Element der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen beinhaltet eine längliche Hohlstruktur, die sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt. Jede längliche Hohlstruktur definiert eine Längsachse, die sich nicht parallel zu mindestens entweder der ersten Wand oder der zweiten Wand erstreckt.
In einem Aspekt erstrecken sich die jeweiligen Längsachsen der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen im Wesentlichen senkrecht zu mindestens entweder der ersten Wand oder der zweiten Wand.
In einem Aspekt definiert die längliche Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur jeweiligen Längsachse.
In einem Aspekt definiert die längliche Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen einen Zylinder.
In einem Aspekt definiert die längliche Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen einen konischen Kegel stumpf.
In einem Aspekt definiert die längliche Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen einen ersten Durchmesser am ersten Ende und einen zweiten Durchmesser am zweiten Ende. Der zweite Durchmesser ist kleiner als der erste Durchmesser. Das zweite Ende ist außerhalb des ersten Endes in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet.
In einem Aspekt definiert eine Umfangswand der länglichen Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen eine Dicke, die entlang der Längsachse variiert.
In einem Aspekt definiert die Umfangswand der länglichen Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen eine erste Dicke am ersten Ende. Die Umfangswand der länglichen Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen definiert eine zweite Dicke am zweiten Ende. Die zweite Dicke ist kleiner als die erste Dicke. Das zweite Ende ist außerhalb des ersten Endes in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet.
In einem Aspekt ist die Dicke größer oder gleich etwa 1 mm bis kleiner oder gleich etwa 5 mm.
In einem Aspekt ist das zweite Ende jedes energieabsorbierenden Elements außerhalb des jeweiligen ersten Endes in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet. Das zweite Ende beinhaltet eine gezackte Oberfläche.
In einem Aspekt beinhaltet mindestens entweder das erste Ende oder das zweite Ende jedes energieabsorbierenden Elements einen sich radial erstreckenden Flansch.
In einem Aspekt ist der sich radial erstreckende Flansch jedes energieabsorbierenden Elements der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen am ersten Ende des energieabsorbierenden Elements angeordnet. Der sich radial erstreckende Flansch jedes energieabsorbierenden Elements ist an der ersten Wand des Gehäuses befestigt. Das erste Ende ist gegenüber dem zweiten Ende in Bezug auf das Fahrzeug nach innen angeordnet. Die erste Wand ist gegenüber der zweiten Wand in Bezug auf das Fahrzeug nach innen angeordnet.
In einem Aspekt beinhaltet die energieabsorbierende Baugruppe ferner eine zweite Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen. Die zweite Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen ist zumindest teilweise innerhalb des Innenbereichs angeordnet und an dem Gehäuse befestigt. Jedes der energieabsorbierenden Elemente der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen definiert eine erste Länge in einer Richtung parallel zur Längsachse. Jedes der energieabsorbierenden Elemente der zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen definiert eine zweite Länge in der Richtung, wobei sich die zweite Länge von der ersten Länge unterscheidet.
In einem Aspekt beinhaltet die energieabsorbierende Baugruppe ferner eine zweite Vielzahl von diskreten energieabsorbierenden Elementen. Die zweite Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen ist zumindest teilweise innerhalb des Innenbereichs angeordnet und an dem Gehäuse befestigt. Jedes der energieabsorbierenden Elemente der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen definiert einen ersten Durchmesser in einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Richtung. Jedes der energieabsorbierenden Elemente der zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen definiert einen zweiten Durchmesser in der Richtung. Der zweite Durchmesser ist kleiner als der erste Durchmesser. Die energieabsorbierenden Elemente der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen sind in einem Gitter mit Reihen und Spalten angeordnet. Die energieabsorbierenden Elemente der zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen sind zwischen den Reihen und Spalten des Gitters angeordnet.
In verschiedenen Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung eine weitere energieabsorbierende Baugruppe für ein Fahrzeug vor. Die energieabsorbierende Baugruppe beinhaltet ein Gehäuse und eine Vielzahl von diskreten energieabsorbierenden Elementen. Das Gehäuse beinhaltet eine erste Wand und eine zweite Wand. Die erste Wand und die zweite Wand sind voneinander beabstandet, um zumindest teilweise einen Innenbereich zu definieren. Jedes energieabsorbierende Element der Vielzahl von diskreten energieabsorbierenden Elementen beinhaltet ein Polymer und eine Vielzahl von Verstärkungsfasern. Die Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen ist zumindest teilweise innerhalb des Innenbereichs angeordnet und an dem Gehäuse befestigt. Jedes energieabsorbierende Element der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen beinhaltet eine Querwand, die sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt.
In einem Aspekt erstrecken sich die jeweiligen Querwände der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen im Wesentlichen senkrecht zu mindestens entweder der ersten Wand oder der zweiten Wand.
In einem Aspekt beinhaltet die jeweilige Querwand jedes energieabsorbierenden Elements eine Vielzahl von darin ausgebildeten länglichen Erhebungen. Jede längliche Erhebung der Vielzahl von länglichen Erhebungen ist in vorbestimmten Intervallen von anderen länglichen Erhebungen der Vielzahl von länglichen Erhebungen beabstandet.
In einem Aspekt definiert die Vielzahl der länglichen Erhebungen jeder Querwand jedes energieabsorbierenden Elements der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen ein periodisches Profil.
In einem Aspekt definiert die Querwand jedes energieabsorbierenden Elements aus der Vielzahl der energieabsorbierenden Elemente eine Dicke von mehr als oder gleich etwa 1 mm bis weniger als oder gleich etwa 5 mm.
In verschiedenen Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung eine noch weitere energieabsorbierende Baugruppe für ein Fahrzeug vor. Die energieabsorbierende Baugruppe beinhaltet ein Gehäuse und eine Vielzahl von diskreten energieabsorbierenden Elementen. Das Gehäuse beinhaltet eine erste Wand und eine zweite Wand. Die erste Wand und die zweite Wand sind voneinander beabstandet, um zumindest teilweise einen Innenbereich zu definieren. Jedes energieabsorbierende Element der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen beinhaltet ein Polymer und eine Vielzahl von Verstärkungsfasern. Die Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen ist zumindest teilweise innerhalb des Innenbereichs angeordnet und an dem Gehäuse befestigt. Die Fasern der Vielzahl von Verstärkungsfasern weisen eine durchschnittliche Länge von mehr als etwa 1 mm auf.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen ausschließlich zur Veranschaulichung und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschränken.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.

1 ist eine perspektivische Ansicht einer energieabsorbierenden Baugruppe einschließlich einer Vielzahl von diskreten energieabsorbierenden Elementen gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines energieabsorbierenden Elements gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen energieabsorbierenden Elements gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
4 ist eine Seitenansicht eines weiteren energieabsorbierenden Elements gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen energieabsorbierenden Elements gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine Querschnittsansicht des energieabsorbierenden Elements von 5, aufgenommen in Zeile 6-6 von 5;
7 ist eine Querschnittsansicht eines anderen energieabsorbierenden Elements gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
8 ist eine perspektivische Teilansicht einer anderen energieabsorbierenden Baugruppe gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
9 ist eine partielle Frontansicht einer anderen energieabsorbierenden Baugruppe gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung;
10 ist eine perspektivische Teilansicht einer noch weiteren energieabsorbierenden Baugruppe gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung; und
11 ist eine partielle Frontansicht einer weiteren energieabsorbierenden Baugruppe gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung.

Ähnliche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen bezeichnen ähnliche Teile.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden exemplarische Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Fachleuten deren Umfang vollständig vermittelt. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, wie beispielsweise Beispiele für spezifische Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, beschrieben, um ein gründliches Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Fachleute werden erkennen, dass spezifische Details möglicherweise nicht erforderlich sind, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keine der Ausführungsformen dahingehend ausgelegt werden soll, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränkt. In manchen exemplarischen Ausführungsformen sind wohlbekannte Verfahren, wohlbekannte Vorrichtungsstrukturen und wohlbekannte Techniken nicht ausführlich beschrieben.
Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, schließen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ gegebenenfalls auch die Pluralformen ein, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „beinhalteten“ und „aufweisen“ sind einschließend und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Elemente, Zusammensetzungen, Schritte, ganzen Zahlen, Vorgänge, und/oder Komponenten an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen hiervon aus. Obwohl der offen ausgelegte Begriff „umfasst“ als ein nicht einschränkender Begriff zu verstehen ist, der zum Beschreiben und Beanspruchen verschiedener, hier dargelegter Ausführungsformen verwendet wird, kann der Begriff unter bestimmten Gesichtspunkten alternativ verstanden werden, etwa stattdessen ein mehr begrenzender und einschränkender Begriff zu sein, wie „bestehend aus“ oder „bestehend im Wesentlichen aus“. Somit beinhaltet jegliche Ausführungsform, die Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, ganze Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte aufführt, der vorliegenden Offenbarung ausdrücklich auch Ausführungsformen bestehend aus, oder bestehend im Wesentlichen aus, so aufgeführte Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elementen, Funktionen, Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte. Bei „bestehend aus“ schließt die alternative Ausführungsform jegliche zusätzlichen Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, Zahlen, Operationen, und/oder Verfahrensschritte aus, während bei „bestehend im Wesentlichen aus“ jegliche zusätzliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte, die stoffschlüssig die grundlegenden und neuen Eigenschaften beeinträchtigen, von einer solchen Ausführungsform ausgeschlossen sind, jedoch jegliche Zusammensetzungen, Materialien, Komponenten, Elemente, Funktionen, ganze Zahlen, Operationen und/oder Verfahrensschritte, die materialmäßig nicht die grundlegenden und neuen Eigenschaften beeinträchtigen, können in der Ausführungsform beinhaltet sein.
Alle hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht dahingehend auszulegen, dass die beschriebene oder dargestellte Reihenfolge unbedingt erforderlich ist, sofern dies nicht spezifisch als Reihenfolge der Ausführung angegeben ist. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können, sofern nicht anders angegeben.
Wenn eine Komponente, ein Element oder eine Schicht als „an/auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einer anderen Komponente bzw. einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, kann es/sie sich entweder direkt an/auf der anderen Komponente, dem anderen Element oder der anderen Schicht befinden, damit in Eingriff stehen, damit verbunden oder damit gekoppelt sein oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn, im Gegensatz dazu, ein Element als „direkt an/auf“, „direkt im Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, können keine dazwischen liegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen verwendet werden, sind in gleicher Weise zu verstehen (z. B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“ usw.). Wie hier verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente ein.
Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollen diese Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Ausdrücke einschränkt werden. Diese Begriffe werden nur verwendet, um einen Schritt, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Schritt, einem anderen Element, einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erste“, „zweite“ und andere Zahlenbegriffe, wenn hierin verwendet, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, durch den Kontext eindeutig angegeben. Somit könnte ein nachstehend erläuterter erster Schritt, diskutiertes erstes Element, diskutierte Komponente, diskutierter Bereich, diskutierte Schicht oder diskutierter Abschnitt als ein zweiter Schritt, ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von der Lehre der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
Raumbezogene oder zeitbezogene Begriffe, wie „davor“, „danach“, „innere“, „äußere“, „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“ und dergleichen, können hier zur besseren Beschreibung der Beziehung von einem Element oder einer Eigenschaft zu anderen Element(en) oder Eigenschaft(en), wie in den Figuren dargestellt, verwendet werden. Raumbezogene oder zeitbezogene Begriffe können dazu bestimmt sein, verschiedene in Anwendung oder Betrieb befindliche Anordnungen der Vorrichtung oder des Systems zu umschreiben, zusätzlich zu der auf den Figuren dargestellten Ausrichtung.
In dieser Offenbarung repräsentieren die numerischen Werte grundsätzlich ungefähre Messwerte oder Grenzen von Bereichen, etwa kleinere Abweichungen von den bestimmten Werten und Ausführungsformen, die ungefähr den genannten Wert aufweisen, sowie solche mit genau dem genannten Wert zu umfassen. Im Gegensatz zu den am Ende der ausführlichen Beschreibung bereitgestellten Anwendungsbeispielen sollen alle numerischen Werte der Parameter (z. B. Größen oder Bedingungen) in dieser Spezifikation einschließlich der beigefügten Ansprüche in allen Fällen durch den Begriff „ungefähr“ verstanden werden, egal ob oder ob nicht „ungefähr“ tatsächlich vor dem Zahlenwert erscheint. „Ungefähr“ weist darauf hin, dass der offenbarte numerische Wert eine gewisse Ungenauigkeit zulässt (mit einer gewissen Annäherung an die Exaktheit im Wert; ungefähr oder realistisch nahe am Wert; annähernd). Falls die Ungenauigkeit, die durch „ungefähr“ bereitgestellt ist, in Fachkreisen nicht anderweitig mit dieser gewöhnlichen Bedeutung verständlich ist, dann gibt „ungefähr“, wie hierin verwendet, zumindest Variationen an, die sich aus gewöhnlichen Messverfahren und der Verwendung derartiger Parameter ergeben. So kann beispielsweise „etwa“ eine Variation von weniger als oder gleich 5 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 4 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 3 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 2 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 1 %, gegebenenfalls weniger als oder gleich 0,5 % und unter bestimmten Gesichtspunkten gegebenenfalls weniger als oder gleich 0,1 % umfassen.
Darüber hinaus beinhaltet die Angabe von Bereichen die Angabe aller Werte und weiter unterteilter Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs, einschließlich der für die Bereiche angegebenen Endpunkten und Unterbereiche.
Es werden nun exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
Energieabsorbierende Anordnungen (oder Stauchanordnungen) werden in Fahrzeugen eingesetzt, um Kollisionsenergie durch kontrollierte Verformung zu absorbieren. Energieabsorbierende Baugruppen können aus Metall, wie Aluminium oder Stahl, oder polymeren Werkstoffen, wie beispielsweise spritzgegossenen Polymere oder faserverstärkten polymeren Verbundwerkstoffe, hergestellt sein. Metallische Stauchelemente absorbieren Energie, wenn Moleküle aneinander vorbei gleiten, um die Komponente ohne Bruch zu verformen. Energieabsorbierende Metallbaugruppen können schwer sein und ihre Herstellung kann im Vergleich zu energieabsorbierenden Verbundbaugruppen kompliziert sein. Energieabsorbierende Metallbaugruppen können aufgrund einer großen Anzahl von Komponenten zeitaufwändig zu montieren sein. So kann beispielsweise eine einzelne energieabsorbierende Metallbaugruppe mehrere Schottwände beinhalten, die einzeln hergestellt (z. B., durch Stanzen) und aneinander befestigt (z. B., durch Schweißen) werden.
Polymere energieabsorbierende Baugruppen können durch Spritzgießen gebildet werden. Infolgedessen können bestehende polymere energieabsorbierende Baugruppen frei von Verstärkungsfasern sein oder sehr kurze Verstärkungsfasern beinhalten. So können beispielsweise Verstärkungsfasern aus bestehenden polymeren energieabsorbierenden Baugruppen weniger als 1 mm und optional mehr als oder gleich etwa 0,1 mm bis weniger als oder gleich etwa 0,4 mm betragen. Einige polymere energieabsorbierende Baugruppen können eine innere Wabenstruktur aufweisen. Die Wabenstruktur kann eine Vielzahl von gleichmäßig bemessenen, beabstandeten und geformten Zellen beinhalten, wobei aneinander angrenzende Zellen gemeinsame Wände beinhalten. Die Wände können eine gleichmäßige Dicke aufweisen. Aufgrund der komplizierten Werkzeugausrüstung, die erforderlich ist, sind spritzgegossene, polymere, energieabsorbierende Baugruppen in der Regel nicht auf bestimmte Fahrzeuge oder Belastungsbedingungen zugeschnitten.
Faserverstärkte Verbundwerkstoffe beinhalten eine Polymermatrix mit einem darin verteilten Verstärkungsmaterial. Als nicht einschränkendes Beispiel absorbieren Stauchelemente aus faserverstärktem Verbundwerkstoff im Allgemeinen Energie durch Fragmentierung, Pulverisierung, Fronding, Risse, intralaminares Auflösen des Verbundes, intralaminares Auflösen des Verbundes zwischen Faser und Matrix (Debonding) und Faserauszugsversagensarten. Geeignete Verstärkungsmaterialien beinhalten Kohlenstofffasern, Glasfasern (z. B., Glasfasern, Quarz), Basaltfasern, Aramidfasern (z. B., KEVLAR®, Polyphenylenbenzobisoxazol (PBO)) Polyethylenfasern (z. B., hochfestes ultrahochmolekulares (UHMW) Polyethylen), Polypropylenfasern (z. B., hochfestes Polypropylen), Naturfasern (z. B., Baumwolle, Flachs, Zellulose, Spinnenseide) und Kombinationen derselben, als nicht einschränkendes Beispiel. Die Verstärkungsmaterialien können als Gewebe, ununterbrochener Zufallsstoff, diskontinuierliche Zufallsfasern, abgeschnittener Zufallsstoff, unidirektionale Endlosstranglagen, ausgerichtete, abgeschnittene Stranglagen, geflochtene Gewebe und beliebige Kombinationen davon hergestellt werden. Die Polymermatrix kann ein thermoplastisches Polymer oder ein duroplastisches Polymer sein.
In verschiedenen Aspekten sieht die vorliegende Offenbarung eine energieabsorbierende Verbundbaugruppe vor. Die energieabsorbierende Verbundbaugruppe kann ein Gehäuse beinhalten, das einen Innenbereich und mehrere diskrete energieabsorbierende Elemente definiert, die innerhalb des Innenbereichs angeordnet und am Gehäuse befestigt sind. In bestimmten Variationen sind die energieabsorbierenden Elemente gleichmäßig bemessen, beabstandet und geformt. In anderen Variationen kann die einzelne energieabsorbierende Baugruppe jedoch energieabsorbierende Elemente mit einer Vielzahl von Formen und Größen beinhalten. Die energieabsorbierenden Elemente können langgestreckte Hohlstrukturen (z. B., Zylinder, konische Kegelstumpfe) oder durchgehende Platten (z. B., flache, gewellte oder wellenförmige Platten) beinhalten. Die energieabsorbierenden Elemente können gleichmäßig über den Innenbereich verteilt oder alternativ ungleichmäßig über den Innenbereich verteilt sein. In bestimmten Aspekten können die energieabsorbierenden Elemente derart bemessen und geformt sein, um ein Stauchen an einem bestimmten Ende des energieabsorbierenden Elements einzuleiten. Insbesondere kann ein Stauchen an einem äußersten Ende des energieabsorbierenden Elements in Bezug auf das Fahrzeug eingeleitet werden.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine energieabsorbierende Baugruppe 10 gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Die energieabsorbierende Baugruppe 10 kann ein Gehäuse 12 beinhalten. Das Gehäuse 12 kann eine erste Wand 14 und eine zweite Wand 16 (in der Tragekonstruktion dargestellt) beinhalten. Die erste Wand 14 kann von der zweiten Wand 16 beabstandet sein, um zumindest teilweise einen Innenbereich 18 zu definieren. Die energieabsorbierende Baugruppe 10 kann an einem Fahrzeug befestigt sein. So kann beispielsweise das Gehäuse 12 der energieabsorbierenden Baugruppe 10 an einer Außenseite des Fahrzeugs befestigt sein.
Das Gehäuse 12 kann eine erste Komponente 20 einschließlich der ersten Wand 14 und eine zweite Komponente 22 einschließlich der zweiten Wand 16 beinhalten, die an einer Naht oder Verbindung 24 verbunden sind. Die erste Komponente 20 und die zweite Komponente 22 können zusammenwirken, um den Innenbereich 18 zumindest teilweise zu definieren. Die erste und die zweite Komponente 20, 22 sind lediglich exemplarisch, und in verschiedenen alternativen Ausführungsformen kann das Gehäuse 12 andere Mengen von Komponenten beinhalten.
Die zweite Wand 16 kann außerhalb (d. h., außenliegend) der ersten Wand 14 in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann die energieabsorbierende Baugruppe 10 eine Kipphebelplatte oder eine Baugruppe oder ein Abschnitt einer Kipphebelbaugruppe sein. Die Kipphebelbaugruppe kann an einer Außenseite des Fahrzeugs befestigt sein und kann sich entlang einer Seite des Fahrzeugs zwischen vorderen und hinteren Radkastenöffnungen erstrecken. Die erste Wand 14 der energieabsorbierenden Baugruppe kann näher als die zweite Wand 16 an einer Fahrgastzelle oder der Mitte des Fahrzeugs (d. h. Einer Mittelebene, die sich zwischen der Vorder- und Rückseite des Fahrzeugs erstreckt) angeordnet sein. In einem weiteren nicht einschränkenden Beispiel kann die energieabsorbierende Baugruppe 10 ein Stoßfängerträger oder eine Baugruppe oder ein Abschnitt einer Stoßfängerbaugruppe sein. Die Stoßfängerbaugruppe kann sich entlang einer Vorderseite des Fahrzeugs in Querrichtung des Fahrzeugs erstrecken. Die erste Wand 14 kann näher als die zweite Wand 16 am Heck des Fahrzeugs liegen. Die zweite Wand 16 kann näher als die erste Wand 14 an der Vorderseite des Fahrzeugs liegen.
Die erste Wand 14 kann, wie dargestellt, im Wesentlichen ebenflächig sein, oder die erste Wand 14 kann alternativ konturiert sein, so dass sie eine Außenseite des Fahrzeugs ergänzt. Die zweite Wand 16 kann, wie dargestellt, im Wesentlichen ebenflächig sein, oder die zweite Wand 16 kann alternativ entsprechend den gewünschten Leistungs- oder Erscheinungseigenschaften der energieabsorbierenden Baugruppe 10 konturiert sein. Die erste Wand 14 kann sich im Wesentlichen parallel zur zweiten Wand 16 erstrecken. In verschiedenen alternativen Aspekten können sich die erste Wand 14 und die zweite Wand 16 nicht parallel zueinander erstrecken. Die erste und die zweite Komponente 20, 22 können als nicht einschränkendes Beispiel unterschiedliche oder zusätzliche Merkmale, wie Flansche, Rippen und zusätzliche Wände, beinhalten. Wie hierin erwähnt, deutet das Wort „im Wesentlichen“, wenn es auf eine Eigenschaft eines beschriebenen Elements angewendet wird, daraufhin, dass eine geringfügige Abweichung der Eigenschaft über das genau spezifizierte Maß hinaus möglich ist (z. B., Abweichung aufgrund von Fertigungstoleranzen), ohne einen wesentlichen Einfluss auf die mechanischen oder physikalischen Attribute des Elements zu haben.
Die energieabsorbierende Baugruppe 10 kann ferner eine Vielzahl von diskreten energieabsorbierenden Elementen 30 beinhalten. Die energieabsorbierenden Elemente 30 können diskontinuierlich sein, sodass sie keine Wände miteinander teilen. Da die energieabsorbierenden Elemente 30 unterschiedliche Komponenten sind, kann die Konfiguration und Baugruppe der energieabsorbierenden Elemente 30 für die zu erwartenden Stauch- oder Belastungsbedingungen optimiert werden. Die energieabsorbierenden Elemente 30 können durch Änderung der Größe, Form und/oder Verteilung der energieabsorbierenden Elemente 30 optimiert werden.
Jedes der energieabsorbierenden Elemente 30 kann eine längliche Hohlstruktur 32 beinhalten, die eine Längsachse 34 definiert. Die längliche Hohlstruktur 32 kann sich zwischen einem ersten Ende 35 des energieabsorbierenden Elements 30 und einem zweiten Ende 36 des energieabsorbierenden Elements 30 gegenüber dem ersten Ende 35 erstrecken. Das erste Ende 35 und das zweite Ende 36 können offen sein. In verschiedenen Aspekten kann das energieabsorbierende Element 30 um die Längsachse 34 herum symmetrisch sein.
Die energieabsorbierenden Elemente 30 können am Gehäuse 12 befestigt sein. Die energieabsorbierenden Elemente 30 können an mindestens entweder der ersten Wand 14 oder der zweiten Wand 16 befestigt sein. In einem Beispiel sind die jeweiligen ersten Enden 35 der energieabsorbierenden Elemente 30 an der ersten Wand 14 befestigt. Die jeweiligen Längsachsen 34 der energieabsorbierenden Elemente 30 können sich im Wesentlichen senkrecht zur ersten Wand 14 erstrecken. Wenn die erste Wand 14 konturiert oder gekrümmt ist, können sich die Längsachsen 34 im Wesentlichen normal zu einer Tangentenebene der Kurve erstrecken. In bestimmten Variationen erstrecken sich die jeweiligen Längsachsen 34 der energieabsorbierenden Elemente 30 im Wesentlichen parallel zueinander.
Die längliche Hohlstruktur 32 kann einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur Längsachse 34 definieren. Die längliche Hohlstruktur 32 kann ein Rohr oder einen Zylinder definieren. In anderen Beispielen kann die längliche Hohlstruktur 32 alternative Formen definieren, wie etwa einen konischen Kegelstumpf (siehe z. B., energieabsorbierendes Element 50 aus 2).
Jedes energieabsorbierende Element 30 kann eine Länge 37 in einer axialen Richtung parallel zur Längsachse 34 definieren. In verschiedenen Aspekten kann die Länge 37 größer oder gleich etwa 10 mm bis kleiner oder gleich etwa 200 mm, optional größer oder gleich etwa 20 mm bis kleiner oder gleich etwa 150 mm, optional größer oder gleich etwa 30 mm bis kleiner oder gleich etwa 125 mm und optional größer oder gleich etwa 50 mm bis kleiner oder gleich etwa 100 mm sein. Jedes energieabsorbierende Element 30 kann ferner einen Durchmesser 38 definieren. Der Durchmesser 38 kann ein Außendurchmesser sein. In verschiedenen Aspekten kann der Durchmesser 38 größer oder gleich etwa 5 mm bis kleiner oder gleich etwa 100 mm, optional größer oder gleich etwa 10 mm bis kleiner oder gleich etwa 80 mm, optional größer oder gleich etwa 20 mm bis kleiner oder gleich etwa 60 mm und optional größer oder gleich etwa 25 mm bis kleiner oder gleich etwa 45 mm sein. Obwohl die energieabsorbierenden Elemente 30 mit ähnlichen oder identischen Längen 37 und Durchmessern 38 dargestellt sind, werden andere Anordnungen in Betracht gezogen (siehe z. B., energieabsorbierende Baugruppe 190 aus 8 und energieabsorbierende Baugruppe 220 aus 9). Die energieabsorbierenden Elemente 30 können als nicht einschränkendes Beispiel ein Längen-Durchmesser-Verhältnis (d. h., Länge 37/Durchmesser 38) von größer oder gleich etwa 1 bis kleiner oder gleich etwa 40 und optional größer oder gleich etwa 1 bis kleiner oder gleich etwa 10 aufweisen. Die oben beschriebenen Bereiche für Länge, Durchmesser und Längen-Durchmesser-Verhältnis können auch für andere hierin beschriebene energieabsorbierende Elemente gelten (siehe z. B., 2-9).
Jede längliche Hohlstruktur 32 beinhaltet eine entsprechende Umfangswand 40. Die Umfangswand 40 kann eine Dicke 42 definieren. Die Dicke 42 kann größer oder gleich etwa 0,5 mm bis kleiner oder gleich etwa 10 mm, optional größer oder gleich etwa 1 mm bis kleiner oder gleich etwa 10 mm, optional größer oder gleich etwa 1 mm bis kleiner oder gleich etwa 7 mm, optional größer oder gleich etwa 1 mm bis kleiner oder gleich etwa 5 mm, optional größer oder gleich etwa 1 mm bis kleiner oder gleich etwa 4 mm und optional größer oder gleich etwa 1 mm bis kleiner oder gleich 3 mm sein. Die Dicke 42 kann entlang der Längsachse 34 gleichmäßig oder konstant sein. In verschiedenen alternativen Aspekten, wie im Folgenden näher erläutert, kann die Dicke 42 entlang der Längsachse variieren (siehe z.B., 6-7).
Jedes der energieabsorbierenden Elemente 30 kann aus einem Verbundwerkstoff gebildet sein oder einen Verbundwerkstoff einschließlich eines Polymers und einer Vielzahl von Verstärkungsfasern beinhalten. Das Polymer kann jedes geeignete thermoplastische Harz oder duroplastische Harz sein. Das thermoplastische Harz kann Folgendes beinhalten: Vinylchloridharz, Vinylidenchloridharz, Vinylacetatharz, Polyvinylalkoholharz, Polystyrolharz, Acrylnitrilstyrolharz, Acrylnitril-Butadien-Styrolharz, Acrylharz, Methacrylatharz, Polyethylenharz, Polypropylenharz, Polyamidharz (PA6, PA11, PA12, PA46, PA66, PA610), ganz oder teilweise aromatische Polyamidharze, Polyacetalharz, Polycarbonatharz, Polyethylenterephthalatharz, Polyethylennaphthalatharz, Polybutylenterephthalatharz, Polyacrylatharz, Polyphenylenetherharz, Polyphenylensulfidharz, Polysulfonharz, Polyethersulfonharz, Polyetheretherketonharz, Polylactidharz oder eine Kombination oder Copolymere dieser Harze. Das duroplastische Harz kann Folgendes beinhalten: Benzoxazin, ein Bis-Maleimid (BMI), einen Cyanatester, ein Epoxy, ein Phenol (PF), ein Polyacrylat (Acryl), ein Polyimid (PI), einen ungesättigten Polyester, ein Polyeurethan (PUR), einen Vinylester, ein Siloxan oder eine Kombination oder Copolymere dieser Harze.
Zu den Verstärkungsfasern können als nicht einschränkendes Beispiel gehören: Kohlenstofffasern, Glasfasern (z. B., Glasfasern, Quarz), Basaltfasern, Aramidfasern (z. B., KEVLAR®, Polyphenylenbenzobisoxazol (PBO), Polyethylenfasern (z. B., ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE)), Polypropylenfasern (z. B. hochfestes Polypropylen), natürliche Fasern (z. B., Baumwolle, Flachs, Zellulose, Spinnenseide) und Kombinationen davon. Die Verstärkungsfasern können als nicht einschränkendes Beispiel als Gewebe, kontinuierliches Zufallsgewebe, diskontinuierliche Zufallsfasern, abgeschnittener Zufallsstoff, unidirektionale Endlosstranglagen, ausgerichtete, abgeschnittene Stranglagen, geflochtenes Gewebe und Kombinationen derselben hergestellt werden. Die Verstärkungsfasern können als nicht einschränkendes Beispiel eine durchschnittliche Länge von mehr als etwa 1 mm, optional mehr als etwa 2,5 mm, optional mehr als etwa 5 mm, optional mehr als oder gleich 10 mm und optional mehr als oder gleich 20 mm aufweisen. In bestimmten Variationen können die Verstärkungsfasern eine durchschnittliche Länge von mehr als oder gleich etwa 0,5 mm bis weniger als oder gleich etwa 30 mm, optional mehr als oder gleich etwa 1 mm bis weniger als oder gleich etwa 25 mm, optional mehr als oder gleich etwa 5 mm bis weniger als oder gleich etwa 20 mm und optional mehr als oder gleich etwa 10 mm bis weniger als oder gleich etwa 15 mm aufweisen.
Wie für Fachleute zu verstehen ist, kann der Verbundwerkstoff auch andere konventionelle Inhaltsstoffe, einschließlich anderer Verstärkungsmaterialien, funktionaler Füllstoffe oder Zusatzstoffe, wie organische/anorganische Füllstoffe, Brandschutzmittel, Mittel gegen ultraviolette Strahlung (UV-Stabilisatoren), Antioxidantien, Farbstoffe, Formentrennmittel, Weichmacher, Plastifizierungsmittel, oberflächenaktive Mittel und dergleichen beinhalten.
Das Gehäuse 12 kann aus einem Verbundwerkstoff oder einem Metall gebildet sein oder diese beinhalten. Der Verbundwerkstoff kann ein Polymer, wie beispielsweise die vorstehend beschriebenen thermoplastischen oder duroplastischen Harze, beinhalten. Das Metall kann als nicht einschränkendes Beispiel Aluminium oder Stahl sein.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein weiteres energieabsorbierendes Element 50 gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Sofern nicht anders beschrieben, kann das energieabsorbierende Element 50 dem energieabsorbierenden Element 30 aus 1 ähnlich sein. Das energieabsorbierende Element 50 kann an einem Gehäuse ähnlich dem Gehäuse 12 aus 1 befestigt werden. Das energieabsorbierende Element 50 kann eine längliche Hohlstruktur 52 beinhalten. Die längliche Hohlstruktur 52 kann eine Längsachse 54 definieren. Das energieabsorbierende Element 50 kann sich zwischen einem ersten Ende 56 und einem zweiten Ende 58 erstrecken. Die längliche Hohlstruktur 52 kann einen kreisförmigen Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur Längsachse 54 definieren.
Die längliche Hohlstruktur 52 kann einen konischen Kegelstumpf definieren. Somit kann das erste Ende 56 des energieabsorbierenden Elements 50 einen ersten Durchmesser 60 und das zweite Ende 58 des energieabsorbierenden Elements 50 kann einen zweiten Durchmesser 62 definieren, der sich vom ersten Durchmesser 60 unterscheidet. Das zweite Ende 58 kann außerhalb des ersten Endes 56 in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet sein. Der zweite Durchmesser 62 kann kleiner als der erste Durchmesser 60 sein, sodass das zweite Ende 58 des energieabsorbierenden Elements ein Stauchen vor dem ersten Ende 56 auslösen kann, wenn es einem Aufprall ausgesetzt wird, der eine Schwellenwertkraft überschreitet.
Die längliche Hohlstruktur 52 jedes energieabsorbierenden Elements 50 kann eine Umfangswand 64 beinhalten. Die Umfangswand 64 kann einen Winkel 66 in Bezug auf die Längsachse 54 bilden. Der Winkel 66 kann größer als 0° bis kleiner als oder gleich etwa 45°, optional größer als oder gleich etwa 3° bis kleiner als oder gleich etwa 30°, optional größer als oder gleich etwa 5° bis kleiner als oder gleich etwa 20° und optional größer als oder gleich etwa 7° bis kleiner als oder gleich etwa 15° sein. Der Winkel 66 kann für nicht-rechteckige Stöße optimiert werden (d. h. Stöße, die nicht parallel zur Längsachse 54 des energieabsorbierenden Elements 50 verlaufen). Die langgestreckten Hohlstrukturen 52 können, wie in 2 dargestellt, symmetrisch zu den jeweiligen Längsachsen 54 sein (d. h. die länglichen Hohlstrukturen 52 können rechte konische Kegelstumpfe definieren). In alternativen Ausführungsformen können die langgestreckten Hohlstrukturen 52 jedoch je nach Richtung der zu erwartenden Stauchbedingungen um die jeweiligen Längsachsen 54 asymmetrisch sein. In verschiedenen Aspekten können rechte konische Kegelstumpfe einfacher zu fertigen sein als nicht-rechte konische Kegelstumpfe.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein weiteres energieabsorbierendes Element 70 gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Sofern nicht anders beschrieben, kann das energieabsorbierende Element 70 dem energieabsorbierenden Element 30 aus 1 ähnlich sein. Das energieabsorbierende Element 70 kann an einem Gehäuse ähnlich dem Gehäuse 12 aus 1 befestigt werden. Das energieabsorbierende Element 70 kann eine längliche Hohlstruktur 72 beinhalten, die eine Längsachse 74 definiert. Das energieabsorbierende Element 70 kann ein erstes Ende 76 und ein zweites Ende 78 gegenüber dem ersten Ende 76 beinhalten.
Das erste Ende 76 des energieabsorbierenden Elements 70 kann einen sich radial nach außen erstreckenden Flansch 80 beinhalten. Der Flansch 80 kann verwendet werden, um das energieabsorbierende Element 70 an dem Gehäuse zu befestigen (z. B., Gehäuse 12 wie in 1 dargestellt). Insbesondere kann der Flansch 80 den Oberflächenkontakt zwischen dem energieabsorbierenden Element 70 und dem Gehäuse (z. B., die erste Wand 14 des Gehäuses 12) zur Verbesserung der Rückhaltekraft erhöhen, wenn das energieabsorbierende Element 70 am Gehäuse befestigt ist. Wenn zum Beispiel Klebstoff verwendet wird, um das energieabsorbierende Element 70 an dem Gehäuse zu befestigen, kann die vergrößerte Oberfläche eine stärkere Bindung zwischen dem energieabsorbierenden Element 70 und dem Gehäuse erzeugen. Obwohl der Flansch 80 als radial nach außen verlaufend dargestellt ist (d. h., weg von der Längsachse 74), kann der Flansch 80 alternativ radial nach innen verlaufen (d. h., in Richtung der Längsachse 74), sodass er eine Endkappe bildet oder Teil dieser ist. In verschiedenen Aspekten können der Flansch 80 und die längliche Hohlstruktur 72 integral ausgebildet sein. Das energieabsorbierende Element 70 mit dem am ersten Ende 76 angeordneten Flansch 80 kann daher eine Einkörperstruktur beinhalten. Wie von Fachleuten erkennbar ist, kann ein Flansch ähnlich dem Flansch 80 an jedem der hierin behandelten energieabsorbierenden Elemente verwendet werden (z. B. energieabsorbierende Elemente 30, 50, 90, 120, 150, 260, 290 der jeweiligen 1, 2, 4, 5, 7, 10, 11).
Unter Bezugnahme auf 4 ist noch ein weiteres energieabsorbierendes Element 90 gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Sofern nicht anders beschrieben, kann das energieabsorbierende Element 90 dem energieabsorbierenden Element 30 aus 1 ähnlich sein. Das energieabsorbierende Element 90 kann eine längliche Hohlstruktur 92 beinhalten, die eine Längsachse 94 definiert. Die längliche Hohlstruktur 92 kann eine Umfangswand 96 mit einer gleichmäßigen Dicke 98 beinhalten. Das energieabsorbierende Element 90 kann ein erstes Ende 100 und ein zweites Ende 102 beinhalten, wobei das zweite Ende 102 außerhalb des ersten Endes 100 in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet ist, wenn das energieabsorbierende Element an einem Gehäuse befestigt ist. Das erste Ende 100 und das zweite Ende 102 können offen sein.
Das zweite Ende 102 kann ein Stauch-Auslösemerkmal, wie beispielsweise eine gezahnte Oberfläche 106 beinhalten. Die gezahnte Oberfläche 106 kann Verzahnungen 108 beinhalten, die sich in einer Richtung parallel zur Längsachse 94 erstrecken. In bestimmten Aspekten kann die gezahnte Oberfläche 106 ein Sägezahnmuster definieren. Somit kann das zweite Ende 102 vor dem ersten Ende 100 gestaucht werden oder brechen. In verschiedenen alternativen Aspekten kann das Stauch-Auslösemerkmal als nicht einschränkendes Beispiel Krenelierungen, eine Vielzahl von Schlitzen oder Perforierungen beinhalten. In einem weiteren alternativen Aspekt kann die Stauch-Auslösemerkmal einen Bereich aus Polymerharz beinhalten, der im Wesentlichen frei von Verstärkungsfasern ist. Wie für Fachleute erkennbar ist kann das Stauch-Auslösemerkmal (z. B. gezahnte Oberfläche 106) auf jedem der anderen energieabsorbierenden Elemente der vorliegenden Offenbarung (z. B. energieabsorbierende Elemente 30, 50, 70, 120, 150, 260, 290 der jeweiligen 1, 2, 3, 5, 7, 10, 11) enthalten sein und ist daher nicht auf die in 4 dargestellte zylindrische, einheitliche Wanddickenausführungsform beschränkt.
Unter Bezugnahme auf 5-6 ist ein weiteres energieabsorbierendes Element 120 gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Sofern nicht anders beschrieben, kann das energieabsorbierende Element 120 dem energieabsorbierenden Element 30 aus 1 ähnlich sein. Das energieabsorbierende Element 120 kann eine längliche Hohlstruktur 122 beinhalten, die eine Längsachse 124 definiert. Das energieabsorbierende Element 120 kann sich zwischen einem ersten Ende 126 und einem zweiten Ende 128 erstrecken. Das zweite Ende 128 kann außerhalb des ersten Endes 126 in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet sein, wenn das energieabsorbierende Element 120 an einem Gehäuse befestigt ist.
Die längliche Hohlstruktur 122 kann eine Umfangswand 130 beinhalten. Eine Dicke 132 der Umfangswand 130 kann entlang der Längsachse 124 variieren. Die Dicke 132 kann in radialer Richtung (d. h. im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 124) gemessen werden. Insbesondere kann die Umfangswand 130 eine erste Dicke 134 am ersten Ende 126 und eine zweite Dicke 136 am zweiten Ende 128 definieren. Die erste Dicke 134 und die zweite Dicke 136 können sich voneinander unterschieden. Die zweite Dicke 136 kann kleiner als die erste Dicke 134 sein. Somit kann das zweite Ende 128 ein Stauchen auslösen, bevor das erste Ende 126 gestaucht wird oder abbricht. In bestimmten Variationen kann die erste Dicke 134 kleiner oder gleich etwa 10 mm, optional kleiner oder gleich etwa 7 mm, optional kleiner oder gleich etwa 5 mm und optional kleiner oder gleich etwa 3 mm sein. Die zweite Dicke 136 kann kleiner oder gleich etwa 2 mm, optional kleiner oder gleich etwa 1,5 mm, optional kleiner oder gleich etwa 1 mm und optional kleiner oder gleich etwa 0,5 mm sein. Die Dicke 132 kann so verjüngt werden, dass sie vom ersten Ende 126 bis zum zweiten Ende 128 allmählich abnimmt. Die Dicke 132 kann linear oder mit gleichmäßiger Rate abnehmen, sodass eine Innenfläche 138 der Umfangswand 130 eine Rampe in Bezug auf eine Außenfläche 140 der Umfangswand 130 bildet.
Die Dicke 132 kann alternativ vom ersten Ende 126 bis zum zweiten Ende 128 auf eine nichtlineare Weise abnehmen. Unter Bezugnahme auf 7 wird eine Querschnittsansicht eines alternativen energieabsorbierenden Elements 150 gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Sofern nicht anders beschrieben, kann das energieabsorbierende Element 150 dem energieabsorbierenden Element 120 aus 5-6 ähnlich sein. Das energieabsorbierende Element 150 kann eine längliche Hohlstruktur 152 beinhalten, die eine Längsachse 154 definiert. Das energieabsorbierende Element 150 kann sich zwischen einem ersten Ende 156 und einem zweiten Ende 158 erstrecken. Das zweite Ende 158 kann außerhalb des ersten Endes 156 in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet sein, wenn das energieabsorbierende Element 150 an einem Gehäuse befestigt ist.
Die längliche Hohlstruktur 152 kann eine Umfangswand 160 beinhalten. Eine Dicke 162 der Umfangswand 160 kann entlang der Längsachse 154 variieren. Die Dicke 162 kann in radialer Richtung (d. h. im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 154) gemessen werden. Insbesondere kann die Umfangswand 160 eine erste Dicke 164 am ersten Ende 156 und eine zweite Dicke 166 am zweiten Ende 158 definieren. Die erste Dicke 164 kann sich von der zweiten Dicke 166 unterscheiden. Die zweite Dicke 166 kann kleiner als die erste Dicke 164 sein. Somit kann das zweite Ende 158 vor dem ersten Ende 156 ein Stauchen auslösen.
Die Dicke 162 kann in gleichmäßigen Schritten abnehmen. Somit kann eine Innenfläche 168 der Umfangswand 160 Ringe 170 mit einem im Wesentlichen konstanten Durchmesser und radiale Schritte 172 zwischen den jeweiligen Ringen 170 beinhalten. In einem Beispiel beinhaltet die Innenfläche 168 vier Ringe 170. In bestimmten alternativen Variationen kann die Innenfläche 168 jedoch als nicht einschränkendes Beispiel andere Mengen an Ringen 170, wie beispielsweise zwei, drei, fünf, sechs oder zehn, beinhalten. Obwohl außerdem jeder Ring 170 mit einer Länge 174 in einer parallel zur Längsachse 154 verlaufenden Richtung dargestellt ist, die im Wesentlichen die selbe wie die der anderen Ringe 170 ist, können die Ringe 170 alternativ ungleichmäßige Längen aufweisen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann ein energieabsorbierendes Element eine Umfangswand mit zwei Ringen beinhalten, wobei ein erster Ring, der einem ersten oder innersten Ende am nächsten liegt, wesentlich länger ist als ein zweiter Ring, der einem zweiten oder äußersten Ende am nächsten liegt (nicht dargestellt).
Obwohl die energieabsorbierenden Elemente 120 (5-6), 150 (7) um die jeweiligen Längsachsen 124, 154 symmetrisch dargestellt sind, können die energieabsorbierenden Elemente 120, 150 in verschiedenen alternativen Ausführungsformen asymmetrisch um die jeweiligen Längsachsen 124, 154 angeordnet sein. Insbesondere kann ein alternatives energieabsorbierendes Element im Vergleich zu umliegenden Bereichen diskrete Bereiche mit höherer oder niedrigerer Dicke in einer Umfangswand beinhalten. Eine derartige Konstruktion kann vorteilhaft sein, um das energieabsorbierende Element für bestimmte Stauchbedingungen zu optimieren. Wie Fachleuten auf dem Gebiet darüber hinaus bekannt ist, kann jedes der anderen energieabsorbierenden Elemente der vorliegenden Offenbarung (z. B., energieabsorbierende Elemente 30, 50, 70, 90, 260, 290 der 1, 2, 3, 4, 10, 11) eine Umfangswand beinhalten, die eine variable Dicke definiert.
In einigen Variationen kann eine energieabsorbierende Baugruppe eine Vielzahl von im Wesentlichen identischen energieabsorbierenden Elementen beinhalten, die gleichmäßig in einem Gehäuse verteilt sind (siehe z. B., die energieabsorbierende Baugruppe 10 aus 1). In anderen Variationen kann eine energieabsorbierende Baugruppe jedoch zwei oder mehrere unterschiedliche Arten von energieabsorbierenden Elementen beinhalten. Unterschiedliche energieabsorbierende Elemente können als nicht einschränkendes Beispiel unterschiedliche Formen (z. B., zylindrisch, kegelstumpfförmig), Größen (z. B., Länge, Durchmesser, Dicke, Änderung der Dicke, Winkel der Umfangswand in Bezug auf die Längsachse), Merkmale (z. B., Flansch) und/oder Konstruktionswerkstoffe (z. B., Polymer und/oder Verstärkungsfasern) aufweisen. Die energieabsorbierende Baugruppe kann auch energieabsorbierende Elemente beinhalten, die ungleichmäßig verteilt sind. So kann beispielsweise die energieabsorbierende Baugruppe Bereiche mit relativ höherer und relativ niedrigerer Dichte von energieabsorbierenden Baugruppen beinhalten. Darüber hinaus können verschiedene Arten von energieabsorbierenden Elementen zusammengefasst (z. B., ein Bereich von kegelstumpfförmigen energieabsorbierenden Elementen, die von zylindrischen energieabsorbierenden Elementen umgeben sind) oder in einem Innenbereich des Gehäuses verteilt sein (z. B., kegelstumpfförmige und zylindrische energieabsorbierende Elemente, die gleichmäßig oder ungleichmäßig über einen Innenbereich verteilt sind).
Die energieabsorbierenden Elemente können so verteilt werden, dass eine Umfangswand eines energieabsorbierenden Elements mit den jeweiligen Umfangswänden benachbarter energieabsorbierender Elemente in Kontakt steht. Alternativ können die energieabsorbierenden Elemente so verteilt werden, dass die Umfangswände der jeweiligen energieabsorbierenden Elemente voneinander beabstandet sind (d. h. sich nicht in direktem Kontakt miteinander befinden). Darüber hinaus ist die Anordnung der energieabsorbierenden Elemente zueinander nicht auf die hierin dargestellten und beschriebenen Baugruppen beschränkt. Als nicht einschränkendes Beispiel können energieabsorbierende Elemente auf folgende Weise verteilt werden: (1) mit den jeweiligen Längsachsen sowohl in erster als auch in horizontaler Richtung und in zweiter oder vertikaler Richtung ausgerichtet (siehe z. B., 1); (2) so verschachtelt, dass die energieabsorbierenden Elemente so nah wie möglich beieinander liegen; oder (3) gemischt, sporadisch oder zufällig, je nach den zu erwartenden Stauch- oder Belastungsbedingungen.
Obwohl zwei Variationen nachfolgend beschrieben werden (d. h., variable Länge in 8 und variabler Durchmesser in 9), würden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass eine energieabsorbierende Baugruppe gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung eine beliebige Kombination von hierin beschriebenen Merkmalen und Anordnungen beinhalten kann. Somit ist die energieabsorbierende Baugruppe nicht auf die beschriebenen besonderen Merkmalskombinationen beschränkt.
Unter Bezugnahme auf 8 ist ein Abschnitt einer energieabsorbierenden Baugruppe 190 gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Die energieabsorbierende Baugruppe 190 kann ein Gehäuse 192 ähnlich dem Gehäuse 12 aus 1 beinhalten. Das Gehäuse 192 kann eine erste Wand 194 beinhalten. Das Gehäuse 192 kann auch andere Komponenten, die nicht dargestellt sind, beinhalten. Die energieabsorbierende Baugruppe 190 kann eine erste Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen 196 und eine zweite Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen 198 beinhalten. Die energieabsorbierenden Elemente der ersten und zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen 196, 198 können Merkmale beinhalten, die einem der energieabsorbierenden Elemente der vorliegenden Offenbarung ähnlich sind (z. B., energieabsorbierende Elemente 30, 50, 70, 90, 120, 150, 260, 290 der jeweilgen 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11).
Die energieabsorbierenden Elemente 196 der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen können eine erste Länge 200 in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu den jeweiligen ersten Längsachsen 202 verläuft, definieren. Die energieabsorbierenden Elemente 198 der zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen können eine zweite Länge 204 in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu den jeweiligen zweiten Längsachsen 206 verläuft, definieren. Die erste Länge 200 kann sich von der zweiten Länge 204 unterscheiden. So kann beispielsweise die erste Länge 200 länger sein als die zweite Länge 204. In verschiedenen Aspekten kann es vorteilhaft sein, energieabsorbierende Elemente 196, 198 mit unterschiedlichen Längen 200, 204 einzubinden, um die energieabsorbierende Baugruppe 190 auf bestimmte Belastungsbedingungen abzustimmen und/oder ein Gleichgewicht zwischen Gewicht und Stauchleistung zu optimieren (z. B., kann die Einbeziehung der zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen 198 mit der kürzeren zweiten Länge 204 sowohl das Gewicht als auch die Stauchleistung der energieabsorbierenden Baugruppe 190 verringern).
Während die energieabsorbierenden Elemente der ersten und zweiten Vielzahl der energieabsorbierenden Elemente 196, 198 paarweise als Gruppe dargestellt sind und die Paare vermischt sind, können sie alternativ auch anders angeordnet sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel können die energieabsorbierenden Elemente 196 der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen in einem Bereich mit relativ hoher erwarteter Belastung (nicht dargestellt) zusammengefasst werden. In einem weiteren nicht einschränkenden Beispiel können die energieabsorbierenden Elemente der ersten und zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen 196, 198 stärker vermischt werden, so dass jedes energieabsorbierende Element 198 der zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen von energieabsorbierenden Elementen umgeben ist, beispielsweise wenn das Gleichgewicht zwischen Gewicht und Stauchleistung optimiert wird (nicht dargestellt). Die energieabsorbierende Baugruppe 190 kann andere Mengen einer Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen unterschiedlicher Länge beinhalten.
Unter Bezugnahme auf 9 ist noch ein Abschnitt einer energieabsorbierenden Baugruppe 220 gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Die energieabsorbierende Baugruppe 220 kann ein Gehäuse 222 ähnlich dem Gehäuse 12 aus 1 beinhalten. Das Gehäuse 222 kann eine erste Wand 224 beinhalten. Das Gehäuse 222 kann auch andere Komponenten, die nicht dargestellt sind, beinhalten. Die energieabsorbierende Baugruppe 220 kann eine erste Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen 226 und eine zweite Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen 228 beinhalten. Die energieabsorbierenden Elemente der ersten und zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen 226, 228 können Merkmale beinhalten, die einem der energieabsorbierenden Elemente der vorliegenden Offenbarung ähnlich sind (z. B., energieabsorbierende Elemente 30, 50, 70, 90, 120, 150, 260, 290 der jeweilgen 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11).
Die energieabsorbierenden Elemente 226 der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen können jeweils erste Durchmesser 230 in einer Richtung aufweisen, die im Wesentlichen parallel zu den jeweiligen ersten Längsachsen 232 verläuft. Die ersten Durchmesser 230 können die ersten Außendurchmesser der jeweiligen ersten Umfangswände 234 der jeweiligen ersten länglichen Hohlstrukturen sein. Die energieabsorbierenden Elemente 228 der zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen können jeweils zweite Durchmesser 236 in einer Richtung aufweisen, die im Wesentlichen parallel zu den jeweiligen zweiten Längsachse 238 verläuft. Die zweiten Durchmesser 236 können die zweiten Außendurchmesser der jeweiligen zweiten Umfangswände 240 der jeweiligen zweiten länglichen Hohlstrukturen sein. Der erste Durchmesser 230 und der zweite Durchmesser 236 können sich voneinander unterschieden. Der zweite Durchmesser 236 kann kleiner als der erste Durchmesser 230 sein.
Die energieabsorbierenden Elemente 228 der zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen können zwischen den energieabsorbierenden Elementen 226 der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen verschachtelt sein. Jedes energieabsorbierende Element 228 der zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen kann von vier energieabsorbierenden Elementen 226 der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen umgeben sein. Insbesondere können die energieabsorbierenden Elemente 226 der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen in einem Gitter 242 mit Reihen 244 und Spalten 246 angeordnet sein. Die energieabsorbierenden Elemente 228 der zweiten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen können zwischen den Reihen 244 und den Spalten 246 angeordnet sein.
Eine derartige Anordnung von energieabsorbierenden Elementen 226, 228 kann eine Menge von energieabsorbierenden Elementen in einem bestimmten Volumen maximieren (d. h., Erhöhen einer Dichte von energieabsorbierenden Elementen). Wenn energieabsorbierende Elemente näher beieinander liegen (d. h. in höheren Dichten innerhalb eines gegebenen Volumens vorliegen), kann die Stauchleistung der energieabsorbierenden Baugruppe 220 zunehmen. In verschiedenen Aspekten kann die Anordnung der energieabsorbierenden Elemente 226, 228 der energieabsorbierenden Baugruppe 220 als eine „raumfüllende Anordnung“ bezeichnet werden. In verschiedenen alternativen Aspekten kann die energieabsorbierende Baugruppe 220 ferner eine zusätzliche Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen mit abnehmendem Durchmesser beinhalten, die interstitiell in Bezug auf energieabsorbierende Elemente mit größerem Durchmesser angeordnet sind.
Unter Bezugnahme auf 10 ist ein Abschnitt einer anderen energieabsorbierenden Baugruppe 260 gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Die energieabsorbierende Baugruppe 260 kann ein Gehäuse 262 mit einer ersten Wand 264 beinhalten. Obwohl nur die erste Wand 264 dargestellt ist, kann das Gehäuse 262 dem Gehäuse 12 von 1 ähnlich sein. Die energieabsorbierende Baugruppe 260 kann eine Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen 266 beinhalten. Jedes energieabsorbierende Element 266 kann aus einem Polymer und einer Vielzahl von Verstärkungsfasern gebildet werden oder diese beinhalten, die denjenigen ähnlich sind, die in Bezug auf die energieabsorbierenden Elemente 30 der energieabsorbierenden Baugruppe 10 von 1 beschrieben sind.
Jedes energieabsorbierende Element 266 kann eine Querwand 268 beinhalten, die sich über mindestens einen Abschnitt des Gehäuses 262 erstreckt. In verschiedenen Aspekten können sich die jeweiligen Querwände 266 durch einen Innenbereich des Gehäuses 262 erstrecken. Die Querwand 268 des jeweiligen energieabsorbierenden Elements 266 kann eine Mittelebene 271 beinhalten. Die Mittelebene 271 der Querwand 268 kann sich im Wesentlichen senkrecht zur ersten Wand 264 erstrecken. In verschiedenen Aspekten kann die energieabsorbierende Baugruppe 260 an einem Fahrzeug befestigt werden, das in der Lage ist, sich auf einem Boden zu bewegen. Die Mittelebene 271 der Querwand 268 kann sich im Wesentlichen parallel zum Boden erstrecken.
Die Querwand 268 jedes energieabsorbierenden Elements 266 kann eine Vielzahl von länglichen Erhebungen oder Spitzen 270 definieren. Jede längliche Erhebung 270 der Vielzahl von länglichen Erhebungen kann in vorbestimmten Intervallen von anderen länglichen Erhebungen 270 der Vielzahl von länglichen Erhebungen beabstandet sein. Die Querwand 268 jedes der energieabsorbierenden Elemente 266 kann eine gewellte Struktur definieren. Jede längliche Erhebung 270 kann sich im Wesentlichen senkrecht zur ersten Wand 264 erstrecken. Eine Vielzahl von länglichen Böden oder Vertiefungen 272 kann zwischen der Vielzahl von länglichen Erhebungen 270 angeordnet werden, so dass die länglichen Erhebungen 270 und die länglichen Böden 272 abwechselnd miteinander verbunden sind. In verschiedenen Aspekten können die länglichen Erhebungen 270 und die länglichen Böden 272 eine Wellenform definieren. Die Vielzahl der länglichen Erhebungen 207 kann ein periodisches Profil definieren. In verschiedenen alternativen Aspekten können sich die länglichen Erhebungen 270 jedoch in unregelmäßigen Abständen wiederholen.
Ausrichtungen benachbarter energieabsorbierender Elemente 260 können gespiegelt werden, sodass zwischen zwei energieabsorbierenden Elementen 266 längliche Zellen 274 gebildet werden. Insbesondere kann ein erstes energieabsorbierendes Element 266-1 aus der Vielzahl der energieabsorbierenden Elemente erste längliche Erhebungen 270-1 und erste längliche Böden 272-1 beinhalten. Eine zweite energieabsorbierende Baugruppe 266-2 kann zweite verlängerte Erhebungen 270-2 und zweite verlängerte Böden 272-2 beinhalten. Die ersten länglichen Erhebungen 270-1 des ersten energieabsorbierenden Elements 266-1 können mit den zweiten länglichen Böden 272-2 des zweiten energieabsorbierenden Elements 266-2 ausgerichtet werden, um die länglichen Zellen 274 zu definieren. Ebenso können die ersten länglichen Böden 272-1 des ersten energieabsorbierenden Elements 266-1 mit den zweiten länglichen Erhebungen 270-2 des zweiten energieabsorbierenden Elements 266-2 ausgerichtet werden. Die ersten länglichen Böden 272-1 können in die zweiten länglichen Erhebungen 270-2 eingreifen.
Jedes energieabsorbierende Element 266 kann sich zwischen einem ersten Ende 276 und einem zweiten Ende 278 erstrecken. Das zweite Ende 278 kann außerhalb des ersten Endes 276 in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet sein. Die Querwand 268 jedes energieabsorbierenden Elements 266 kann eine Dicke 280 definieren. Die Dicke 280 kann, wie in 10 dargestellt, gleichmäßig sein. In verschiedenen alternativen Aspekten kann die Dicke 280 zwischen dem ersten Ende 276 und dem zweiten Ende 278 variieren. Insbesondere kann eine erste Dicke am ersten Ende 276 größer als eine zweite Dicke am zweiten Ende 278 sein, um das Auslösen des Stauch- oder Brechvorgangs am zweiten Ende 278 vor dem ersten Ende 276 zu erleichtern. In verschiedenen Aspekten kann eine Länge der Querwand 268 jedes energieabsorbierenden Elements 266 in einer Richtung, die parallel zur Mittelebene 271 verläuft, der Länge 37 des energieabsorbierenden Elements 30 aus 1 ähnlich sein. Eine Dicke der Querwand 268 jedes energieabsorbierenden Elements 266 kann der Dicke 42 der Umfangswand 40 des energieabsorbierenden Elements 30 aus 1 ähnlich sein.
Jede längliche Erhebung 270 kann eine obere Wand 282 und zwei Seitenwände 284 beinhalten, um einen teilweise trapezförmigen Querschnitt zu bilden. Zwischen jeder oberen Wand 282 und den jeweiligen Seitenwänden 284 kann ein Winkel 286 definiert werden. Als nicht einschränkendes Beispiel kann der Winkel 286 größer oder gleich etwa 90° (d. h. einen teilweise rechteckigen Querschnitt definierend) und kleiner als etwa 180°, optional größer als oder gleich etwa 100° bis kleiner als oder gleich etwa 150° und optional größer als oder gleich etwa 120° bis kleiner als oder gleich etwa 135° sein.
Die länglichen Erhebungen können alternativ auch andere Formen definieren. Unter Bezugnahme auf 11 ist noch ein Abschnitt einer energieabsorbierenden Baugruppe 290 gemäß verschiedenen Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Sofern nicht anders beschrieben, kann die energieabsorbierende Baugruppe 290 der energieabsorbierenden Baugruppe 260 aus 10 ähnlich sein. Somit kann die energieabsorbierende Baugruppe 290 ein Gehäuse 292 mit einer ersten Wand 294 beinhalten. Die energieabsorbierende Baugruppe 290 kann auch eine Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen 296 beinhalten. Die energieabsorbierenden Elemente 296 können eine Vielzahl von länglichen Erhebungen 298 und eine Vielzahl von länglichen Böden 300 beinhalten. Die länglichen Erhebungen 298 können gegenüberliegende Seitenwände 302 beinhalten, um einen teilweise dreieckigen Querschnitt zu definieren. Eine Gesamtquerschnittsform kann eine vierseitige Form sein, wie beispielsweise eine rhombus- oder diamantähnliche Form.
Wie Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, können Querwände eines energieabsorbierenden Elements alternative oder zusätzliche Geometrien definieren, die über die in den 10 - 11 dargestellten hinausgehen. Als nicht einschränkende Beispiele kann die Querwand eine flache Platte oder eine glatte Wellenform definieren (z. B., eine Sinuswelle). Die Querwände können alternativ die länglichen Erhebungen und länglichen Böden insgesamt weglassen, um eine im Wesentlichen ebenflächige Geometrie zu definieren. Die energieabsorbierenden Elemente der Vielzahl können auch innerhalb des Gehäuses unterschiedlich angeordnet sein. So kann beispielsweise das energieabsorbierende Element so angeordnet sein, dass die länglichen Erhebungen mit den jeweiligen länglichen Erhebungen anderer energieabsorbierender Elemente der Vielzahl ausgerichtet sind. Darüber hinaus können die energieabsorbierenden Elemente voneinander beabstandet oder verschachtelt sein, um die Dicke zu erhöhen. Die energieabsorbierenden Elemente können verschiedene oder zusätzliche Merkmale beinhalten, wie beispielsweise einen Flansch zum Befestigen des energieabsorbierenden Elements am Gehäuse.
Die hierin beschriebenen energieabsorbierenden Baugruppen können ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus: einem Kipphebel, einem Stoßfängerträger, A-, B-, C- oder D-Säulen, Kopfschienen, Dachschienen, vorderen und hinteren Schienenverlängerungen, hohlen Querträgern und Kombinationen davon. Obwohl Automobilanwendungen erläutert werden, können die energieabsorbierenden Baugruppen auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden, wie beispielsweise in anderen Fahrzeuganwendungen (z. B., Motorrädern und Freizeitfahrzeugen), in der Luft- und Raumfahrtindustrie (z. B., Flugzeuge, Hubschrauber, Drohnen), in der Schifffahrt (z. B. Schiffe, Privatboote, Docks), Landwirtschaftsgeräten, Industrieanlagen und dergleichen.
In verschiedenen Aspekten stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung einer energieabsorbierenden Baugruppe dar (z. B. energieabsorbierende Baugruppe 10 aus 1, energieabsorbierende Baugruppe 190 aus 8, energieabsorbierende Baugruppe 220 aus 9, energieabsorbierende Baugruppe 260 aus 10, energieabsorbierende Baugruppe 290 aus 11). Das Verfahren kann im Allgemeinen Folgendes beinhalten: (1) Bilden der energieabsorbierenden Elemente; (2) vorübergehendes oder reversibles Befestigen der energieabsorbierenden Elemente aneinander, um eine energieabsorbierende Unterbaugruppe zu bilden; und (3) Fixieren der energieabsorbierenden Unterbaugruppe innerhalb eines Gehäuses, um die energieabsorbierende Baugruppe zu bilden.
Das Bilden der energieabsorbierenden Elemente kann das Formpressen, das Harzinjektionsverfahren (RTM), das Hochdruck-Harztransferverfahren (HP-RTM), das vakuumunterstützte Harzinjektionsverfahren (VARTM), die vakuumunterstützte Harzinfusion (VARI), das Spritzgießen, das Nasslaminierverfahren, das Autoklavformen oder jedes andere geeignete Herstellungsverfahren von Verbundwerkstoffen beinhalten, das den Fachleuten bekannt ist. Die energieabsorbierenden Elemente können durch Formpressen gebildet werden, wenn das Polymer ein thermoplastisches Polymer oder ein duroplastisches Polymer ist. Die energieabsorbierenden Elemente können durch RTM gebildet werden, wenn das Polymer ein duroplastisches Polymer ist.
Das vorübergehende oder reversible Befestigen der energieabsorbierenden Elemente aneinander, um die energieabsorbierende Baugruppe zu bilden, kann das Einschweißen der energieabsorbierenden Elemente in Folie als nicht einschränkendes Beispiel beinhalten. Die energieabsorbierenden Elemente können in einem ähnlichen Abstand wie die gewünschte Anordnung der energieabsorbierenden Elemente innerhalb des Gehäuses vorübergehend aneinander befestigt werden. Während dieses Schrittes können temporäre Abstandshalter oder eine Halterung verwendet werden, um den korrekten Abstand und die Ausrichtung der energieabsorbierenden Elemente zu erleichtern.
Das Befestigen der energieabsorbierenden Elemente an dem Gehäuse, um die energieabsorbierende Baugruppe zu bilden, kann das Befestigen der energieabsorbierenden Elemente an mindestens entweder einer ersten Wand oder einer zweiten Wand beinhalten. Die energieabsorbierenden Elemente können optional an der ersten Wand befestigt werden. Das Befestigen der energieabsorbierenden Elemente an dem Gehäuse kann das Anordnen einer Klebstoffschicht zwischen einer Oberfläche eines ersten Endes oder Flansches jedes energieabsorbierenden Elements und der ersten Wand beinhalten. Der Klebstoff kann als nicht einschränkendes Beispiel Klebstoffe basierend auf Methacrylatharzen, Urethanharzen oder Epoxidharzen beinhalten. Zusätzlich oder alternativ können die energieabsorbierenden Elemente unter Verwendung mechanischer Befestigungselemente an der ersten Wand befestigt werden.
Der erste Schritt (d. h., das Bilden der energieabsorbierenden Elemente) oder der erste und zweite Schritt (d. h., das Bilden der energieabsorbierenden Elemente und das Anbringen der energieabsorbierenden Elemente aneinander) kann vorteilhafterweise an einer entfernten Einrichtung durchgeführt werden. So können beispielsweise die energieabsorbierenden Elemente gebildet, gebündelt und an einen anderen Ort zur Montage an das Gehäuse und schließlich an ein Fahrzeug transportiert werden. Das vorstehende Verfahren kann mit einer relativ hoher Geschwindigkeit im Vergleich zu bestehenden Verfahren zur Herstellung und Montage von energieabsorbierenden Baugruppen durchgeführt werden. Als solches kann das Verfahren besonders für eine serienmäßige Produktion geeignet sein. Da jedes der energieabsorbierenden Elemente vor dem Befestigen an dem Gehäuse individuell ausgebildet wird, können energieabsorbierende Baugruppen problemlos für unterschiedliche Fahrzeuganforderungen oder erwartete Belastungsbedingungen angepasst oder optimiert werden.
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen dient lediglich der Veranschaulichung und Beschreibung. Sie ist nicht dazu bestimmt, erschöpfend zu sein und soll die Offenbarung in keiner Weise beschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern gegebenenfalls gegeneinander austauschbar und in einer ausgewählten Ausführungsform verwendbar, auch wenn dies nicht gesondert dargestellt oder beschrieben ist. Auch diverse Variationen sind denkbar. Diese Variationen stellen keine Abweichung von der Offenbarung dar, und alle Modifikationen dieser Art verstehen sich als Teil der Offenbarung und fallen in ihren Schutzumfang.

Claims

Energieabsorbierende Baugruppe für ein Fahrzeug, umfassend: ein Gehäuse mit einer ersten Wand und einer zweiten Wand, wobei die erste Wand und die zweite Wand voneinander beabstandet sind, um zumindest teilweise einen Innenbereich zu definieren, und eine Vielzahl von diskreten energieabsorbierenden Elementen, die jeweils ein Polymer und eine Vielzahl von Verstärkungsfasern umfassen, wobei die Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen zumindest teilweise innerhalb des Innenbereichs angeordnet und am Gehäuse befestigt ist, wobei jedes energieabsorbierende Element der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen eine längliche Hohlstruktur umfasst, die sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende erstreckt, wobei die längliche Hohlstruktur eine Längsachse definiert, die sich nicht parallel zu mindestens einer der ersten Wand und der zweiten Wand erstreckt.
Energieabsorbierende Baugruppe nach Anspruch 1, wobei sich die jeweiligen Längsachsen der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen im Wesentlichen senkrecht zu mindestens entweder der ersten Wand oder der zweiten Wand erstrecken.
Energieabsorbierende Baugruppe nach Anspruch 1, wobei die längliche Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur jeweiligen Längsachse definiert.
Energieabsorbierende Baugruppe nach Anspruch 3, wobei die längliche Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen einen Zylinder definiert.
Energieabsorbierende Baugruppe nach Anspruch 3, wobei die längliche Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der ersten Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen einen konischen Kegelstumpf definiert.
Energieabsorbierende Baugruppe nach Anspruch 5, wobei die längliche Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen einen ersten Durchmesser am ersten Ende und einen zweiten Durchmesser am zweiten Ende definiert, wobei der zweite Durchmesser kleiner als der erste Durchmesser ist und das zweite Ende in Bezug auf das Fahrzeug außerhalb des ersten Endes in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet ist.
Energieabsorbierende Baugruppe nach Anspruch 1, wobei eine Umfangswand der länglichen Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen eine Dicke definiert, die entlang der Längsachse variiert.
Energieabsorbierende Baugruppe nach Anspruch 7, wobei: die Umfangswand der länglichen Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen eine erste Dicke am ersten Ende definiert; und die Umfangswand der länglichen Hohlstruktur jedes energieabsorbierenden Elements der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen eine zweite Dicke am zweiten Ende definiert, wobei die zweite Dicke kleiner als die erste Dicke ist und das zweite Ende außerhalb des ersten Endes in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet ist.
Energieabsorbierendes Element nach Anspruch 1, wobei das zweite Ende jedes energieabsorbierenden Elements außerhalb des jeweiligen ersten Endes in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet ist und das zweite Ende eine gezahnte Oberfläche beinhaltet.
Energieabsorbierendes Element nach Anspruch 1, wobei: mindestens entweder das erste Ende oder das zweite Ende jedes energieabsorbierenden Elements einen sich radial erstreckenden Flansch beinhaltet; und der sich radial erstreckende Flansch jedes energieabsorbierenden Elements der Vielzahl von energieabsorbierenden Elementen am ersten Ende angeordnet und an der ersten Wand des Gehäuses befestigt ist, wobei das erste Ende innerhalb des zweiten Endes in Bezug auf das Fahrzeug angeordnet ist und die erste Wand in Bezug auf das Fahrzeug innerhalb der zweiten Wand angeordnet ist.