DE10248191A1

DE10248191A1 - Vorrichtung zur Absorbtion mechanischer Energie

Info

Publication number: DE10248191A1
Application number: DE2002148191
Authority: DE
Inventors: Rainer Hepp
Original assignee: Hepp Rainer Dr
Current assignee: Hepp Rainer Dr
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-06

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Aufnahme von mechanischer Energie, insbesondere von Stoßenergie, wird eine besondere Effektivität und flexible Einsetzbarkeit erreicht durch ein mindestens einlagig ausgebildetes Fasergerüst mit einer Mehrzahl sich unter Bildung einer Mehrzahl von Zellen mehrfach kreuzenden Fasern, wobei mindestens in einem Teil der Zellen Einschlusselemente vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absorption von mechanischer Energie, insbesondere von Stoßenergie, wobei diese Energie durch die Vorrichtung in mechanische Verformungsenergie und Wärme gewandelt wird.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art werden im Stand der Technik beispielsweise verwendet, um in Form von Airbags in der Automobiltechnik oder in Form von Fendern in der Seefahrt gefährdete Objekte vor starken Stoßeinwirkungen zu schützen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Aufnahme von mechanischer Energie zu schaffen, die aufgrund ihrer spezifischen Ausgestaltung besonders effektiv ist und für eine Mehrzahl unterschiedlicher Anwendungen flexibel einsetzbar ist.

Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe gelöst durch ein mindestens einlagig ausgebildetes Fasergerüst mit einer Mehrzahl sich unter Bildung einer Mehrzahl von Zellen mehrfach kreuzenden Fasern, wobei mindestens in einem Teil der Zellen Einschlusselemente vorgesehen sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch die Merkmalskombination, dass ein mindestens einlagig ausgebildetes Fasergerüst vorgesehen ist, das eine Mehrzahl sich unter Bildung einer Mehrzahl von Zellen mehrfach kreuzenden Fasern enthält, wobei mindestens in einem Teil der Zellen Einschlusselemente vorgesehen sind, erreicht, dass die Vorrichtung zum einen in Form von besonders stoßabsorbierenden Membranen, Bändern oder Riemen ausbildbar ist, die als solche universal einsetzbar sind, beispielsweise als Sicherheitsgurt für ein Kraftfahrzeug, Boot oder Flugzeug, und zum anderen in eine andere Vorrichtung integrierbar ist, die besonderen Stoßbelastungen ausgesetzt ist, wie beispielsweise Autoreifen oder Rollen oder Walzen in Kugel- bzw. Wälzlagern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht insbesondere die Herstellung von Reifen für Kraftfahrzeuge, bei denen insbesondere in den Seitenbereichen, aber auch im Bereich der Lauffläche, zugfeste Fasern, die aus einem Synthetikfaden oder auch aus einem Metallfaden hergestellt sein können und die so miteinander verwoben sind, dass zwischen entsprechenden Kreuzungspunkten jeweils Kammern gebildet sind, die vollständig von Fasern umgeben sind, wobei diese Fasern sich zusammen mit dem Verbund oder dem Gewebe in das sie eingearbeitet sind bei externer Krafteinwirkung auf den Reifen verformen, wobei die drucksensiblen Einschlusselemente als Verformungselemente zwischen den Fasern wirksam sind, wobei diese Verformungselemente bei Druck, Zug oder Walkeinwirkung auf eine entsprechende Faser sich reversibel oder irreversibel verformen und dabei kinetische Verformungsenergie in sich aufnehmen und absorbieren. Dadurch ist es ermöglicht, einen Reifen bereitzustellen, der eine erhöhte Elastizität und einer erhöhte Fähigkeit der Umwandlung und Absorption kinetischer Energie gegenüber herkömmlichen Reifen aufweist.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Fasergerüst mehrlagig ausgebildet ist. Allgemein können sich die Fasern dabei in regelmäßigen Abständen kreuzen, oder die Fasern können sich alternativ auch in unregelmäßigen Abständen kreuzen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann gemäß einer Alternative eine Mehrzahl von jeweils zwei einander zugeordneten Fasern vorgesehen sein, die sich unter Bildung einer Mehrzahl von Zellen mehrfach kreuzen, oder es kann beispielsweise eine Mehrzahl von jeweils drei einander zugeordneten Fasern vorgesehen sein, die sich unter Bildung einer Mehrzahl von Zellen mehrfach kreuzen.

Gemäß einer anderen Alternative kann eine Mehrzahl parallel angeordneter erster Fasern vorgesehen sein, die sich mit einer Mehrzahl parallel angeordneter zweiter und möglicherweise auch dritter Fasern unter Bildung einer Mehrzahl von Zellen kreuzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die Fasern miteinander verwoben sind. Die Art und Weise der Erzeugung von Zellen für die Einschlusselemente ist jedoch unkritisch, so dass die Fasern beispielsweise auch durch Verfilzung miteinander verbunden sein können.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein mehrlagiges Fasergerüst unter Bildung einer Mehrzahl übereinander gelagerter einlagiger Fasergerüste gebildet sein, oder ein mehrlagiges Fasergerüst kann durch dreidimensionale Verwebung einer Mehrzahl von Fasern gebildet sein.

Eine Faser der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist typischerweise von einem Textilfaden oder einem Kunststofffaden gebildet, wobei insbesondere Nylonfäden zur Verwendung kommen. Wichtig ist jedoch lediglich eine ausreichende Flexibilität, um Zug- Scher- und Druckkräfte an ein Einschlusselement weiterzugeben und dabei als Zelle einen geschlossenen Käfig für ein Einschlusselement zu bilden, aus dem dieses auch bei Krafteintrag in die Zelle nicht entweichen kann. Insofern sind prinzipiell auch Metallfäden als Faser für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignet.

Gemäß einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass ein Einschlusselement im wesentlichen kugelförmig ausgebildet ist. Ein Einschlusselement kann dabei für bestimmte Verwendungszwecke elastisch verformbar gewählt sein, oder es kann für andere Verwendungszwecke inelastisch verformbar gewählt sein. Ein Einschlusselement kann insofern beispielsweise aus einem elastischen oder inelastischen Kunststoffmaterial hergestellt sein, oder es kann beispielsweise aus einem Knäuel aus Textilmaterial hergestellt sein. Gemäß einer besonders effektiven Ausführungsform ist ein Einschlusselement aus einem mittels einer elastischen Kunststoffkapsel umkapselten Gel hergestellt. Ein Einschlusselement wird dabei im Regelfall im wesentlichen in seinen mechanischen Eigenschaften isotrop ausgebildet sein, d.h. gleiche Eigenschaften in unterschiedliche Richtungen aufweisen.

Entsprechend einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann es jedoch wünschenswert und vorteilhaft sein, dass ein Einschlusselement im wesentlichen anisotrope Eingenschaften aufweist und somit unterschiedliche Eigenschaften in unterschiedliche Richtungen zeitigt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Ensemble von Fasern und Einschlusselementen vorzugsweise in ein elastisches Material eingegossen, um von außen auf dieses Material einwirkende mechanische Kräfte in das Innere zu leiten, wo sie in Wechselwirkung mit den Fasern und Einschlusselementen insbesondere in den Einschlusselementen durch deren Verformung absorbiert werden. Das Material kann dabei beispielsweise ein vulkanisierter Kautschuk oder ein Kunststoffmaterial, insbesondere Polyuhrethan sein.

Gemäß einer weiteren wichtigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das elastische Material in Form einer Membran, eines Bandes oder eines Riemens ausgebildet ist, um universal einsetzbar zu sein.

Gemäß einer anderen wichtigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Ensemble von Fasern und Einschlusselementen in einen Reifen eines Kraftfahrzeuges, insbesondere in die Seitenflächen eines Reifens integriert ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigt:
1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung Ansicht von schräg oben;
2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung in einer Ansicht von schräg oben;
3 eine dritte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Darstellung in einer Querschnittsansicht.
4 die in 3 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, integriert in die Seitenflächen eines Reifens eines Kraftfahrzeuges, in einer schematischen Querschnittsansicht.
Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 100 zur Aufnahme von mechanischer Energie, insbesondere von Stoßenergie enthält ein einlagig ausgebildetes Fasergerüst mit einer Mehrzahl sich unter Bildung einer Mehrzahl von Zellen 120 mehrfach kreuzenden Fasern 110, wobei in den jeweiligen Zellen Einschlusselemente 130 vorgesehen sind.
Eine Mehrzahl von jeweils zwei einander zugeordneten, jeweils ein Paar bildender Fasern wirken dabei als Begrenzungswände für die Zellen.
Die in 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 200 zur Aufnahme von mechanischer Energie enthält ebenfalls ein einlagig ausgebildetes Fasergerüst mit einer Mehrzahl sich unter Bildung einer Mehrzahl von Zellen 220 mehrfach kreuzenden Fasern 210, wobei eine Mehrzahl parallel angeordneter erster Fasern vorgesehen ist, die sich mit einer Mehrzahl parallel angeordneter zweiter Fasern unter Bildung einer Mehrzahl von Einschlusselemente 230 enthaltenden Zellen kreuzen. Jeweils parallel verlaufende Fasern wirken dabei als respektive Begrenzungswände für die Zellen.
Bei der in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung 300 zur Aufnahme von mechanischer Energie ist ein mehrlagig ausgebildetes Fasergerüst mit einer Mehrzahl sich unter Bildung einer Mehrzahl von jeweils ein Einschlusselement 330 enthaltenden Zellen 320 mehrfach kreuzenden Fasern 310 vorgesehen, wobei das mehrlagige Fasergerüst unter Bildung einer Mehrzahl übereinander gelagerter einlagiger Fasergerüste gebildet ist. Auch hier wirken jeweils parallel verlaufende Fasern als respektive Begrenzungswände für die Zellen.
In allen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen kreuzen sich die Fasern jeweils in regelmäßigen Abständen, wobei die von Metallfäden gebildeten Fasern miteinander verwoben sind.
Die Einschlusselemente sind im wesentlichen kugelförmig ausgebildet und jeweils aus einem mittels einer elastischen Kunststoffkapsel umschlossenen Gel hergestellt.
Die in den 1 uns 2 dargestellten Ensembles von Fasern und Einschlusselementen sind jeweils in Polyuhrethan eingegossen, das in Form eines universal verwendbaren Bandes ausgebildet ist, das zur Stoßsicherung um zu schützende Gegenstände zu legen ist.
Die in den 3 dargestellten Ensembles von Fasern und Einschlusselementen sind, wie in 4 dargestellt, in die Seitenflächen eines Reifens eines Kraftfahrzeuges integriert, so dass diese Reifen eine besondere Fähigkeit aufweisen, bei einem plötzlich und intensiv eingeleiteten Bremsvorgang kinetische Energie in mechanische Verformungsenergie zuwandeln.
Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch das Ausführungsbeispiel nicht eingeschränkt ist.

Claims

Vorrichtung zur Absorption von mechanischer Energie, insbesondere von Stoßenergie, gekennzeichnet durch ein mindestens einlagig ausgebildetes Fasergerüst mit einer Mehrzahl sich unter Bildung einer Mehrzahl von Zellen mehrfach kreuzenden Fasern, wobei mindestens in einem Teil der Zellen Einschlusselemente vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasergerüst mehrlagig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern sich in regelmäßigen Abständen kreuzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern sich in unregelmäßigen Abständen kreuzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von jeweils zwei einander zugeordneten Fasern vorgesehen ist, die sich unter Bildung einer Mehrzahl von Zellen mehrfach kreuzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von jeweils drei einander zugeordneten Fasern vorgesehen ist, die sich unter Bildung einer Mehrzahl von Zellen mehrfach kreuzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl parallel angeordneter erster Fasern vorgesehen ist, die sich mit einer Mehrzahl parallel angeordneter zweiter Fasern unter Bildung einer Mehrzahl von Zellen kreuzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern miteinander verwoben sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern durch Verfilzung miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrlagiges Fasergerüst unter Bildung einer Mehrzahl übereinander gelagerter einlagiger Fasergerüste gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mehrlagiges Fasergerüst durch dreidimensionale Verwebung einer Mehrzahl von Fasern gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Faser von einem Textilfaden gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Faser von einem Kunststofffaden gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststofffaden von einem Nylonfaden gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Faser von einer Metallfaden gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschlusselement im wesentlichen kugelförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschlusselement im wesentlichen isotrop ausgebildet ist. (gleiche Eigenschaften in unterschiedliche Richtungen)
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschlusselement im wesentlichen anisotrop ausgebildet ist. (unterschiedliche Eigenschaften in unterschiedliche Richtungen)
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschlusselement elastisch verformbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschlusselement inelastisch verformbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschlusselement aus einem elastischen Kunststoffmaterial hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschlusselement aus einem Knäuel aus Textilmaterial hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einschlusselement aus einem mittels einer elastischen Kunststoffkapsel umkapselten Gel hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ensemble von Fasern und Einschlusselementen in ein elastisches Material eingegossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein vulkanisierter Kautschuk ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Material ein Kunststoffmaterial ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial von Polyuhrethan gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material in Form eines Bandes ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material in Form eines Riemens ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Ensemble von Fasern und Einschlusselementen in einen Reifen eines Kraftfahrzeuges integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Ensemble von Fasern und Einschlusselementen in die Seitenflächen eines Reifens eines Kraftfahrzeuges integriert ist.