DE112016005972T5

DE112016005972T5 - Energieabsorbierendes element

Info

Publication number: DE112016005972T5
Application number: DE112016005972.8T
Authority: DE
Inventors: Tomoya Yokota; Yutaka Yamada; Yoshiharu Sakai
Original assignee: UACJ Corp
Current assignee: UACJ Corp
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-09-20
Also published as: JP6913029B2; CN108350970A; CN108350970B; JPWO2017111105A1; WO2017111105A1; US20180370468A1; US10513236B2

Abstract

Ein energieabsorbierendes Element (20) ist aus einem extrudierten Aluminiumlegierungsmaterial mit einer im Wesentlichen viereckigen Außenform gebildet. Gerade Abschnitte eines Paares von Längsseiten einer viereckigen Form sind jeweils in drei Seitenwände (21a, 21b, 21c) durch zwei bogenförmige, nach innen ragende innere Vorsprünge (26) unterteilt. Die Scheitelpunkte der gegenüberliegenden inneren Vorsprünge (26) sind durch eine Rippe (25) verbunden. Entsprechend ist das energieabsorbierende Element (20) so gestaltet, dass es eine Form hat, in der drei zylindrische Abschnitte mit Hohlabschnitten (24a, 24b, 24c) zusammengefügt sind. Bogenförmige innere Vorsprünge (23), die jeweils nach innen ragen, sind in vier Ecken der viereckigen Form vorgesehen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf ein energieabsorbierendes Element.
Stand der Technik
Stoßfängerstrukturen zur Stoßdämpfung beim Aufprall werden hauptsächlich an der Vorder- und Rückseite eines Automobils angebracht. Die Stoßfängerstruktur besteht in der Regel aus einer Verstärkung und einem stoßdämpfenden Element. Die Stoßfängerstruktur erhält einen Stoß an der Verstärkung und hat eine Struktur, die Schäden an der Karosserie durch Verformung eines energieabsorbierenden Elements, das die Aufprallenergie absorbiert, unterdrückt.
Viele Materialien und Formen zur Verbesserung der Stoßdämpfung von energieabsorbierenden Elementen wurden bisher entwickelt.
Patentliteratur 1 offenbart ein energieabsorbierendes Element, das als Aluminium-Strangpreßteil ausgebildet ist, das eine kreuzförmige Innenwand mit einem im wesentlichen viereckigen Querschnitt in Druckrichtung aufweist und zwei Paare von Außenwänden verbindet, wobei ein Abschnitt, der die Außenwände und die Innenwand verbindet, ein innerer Vorsprung ist.
Die Patentliteratur 2 offenbart eine stoßdämpfende Elementstruktur, die einen im Wesentlichen viereckigen Querschnitt hat und bei der ein innen vorstehender Abschnitt an einer Außenwand mit einer im wesentlichen viereckigen Form angeordnet ist, und die so ausgebildet ist, dass die Einstellung eines plastischen Moments es dem stoßdämpfenden Element ermöglicht, sich auch bei schräger Belastung wiederholt zu verbiegen und zu verformen.
Zitierliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Kokai Publikation Nr. 2010-169109
Patentliteratur 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung Kokai Publikation Nr. 2006-207724

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die für das energieabsorbierende Element erforderliche Stoßdämpfungsleistung ist so bemessen, dass sich das energieabsorbierende Element, wenn die Stoßbelastung in axialer Richtung und/oder in schräger Richtung aufgebracht wird, wiederholt und stabil in axialer Richtung verbiegt, um sich in Form eines Balges zu verformen, wobei die durchschnittliche Belastung zum Zeitpunkt des Zusammenbruchs hoch ist und die maximale Reaktionskraft, die während des Zusammenbruchs erzeugt wird, in einen solchen Bereich gedämpft wird, dass andere in der Nähe des energieabsorbierenden Elements angeordnete Bestandteile nicht zerstört werden. Da die Reduzierung des Gewichts des energieabsorbierenden Elements für die Reduzierung der Umweltbelastung von Automobilen unerlässlich ist, ist ein Aluminium-Schaumstoff wichtig.
Die Inhalte der Patentliteratur 1 und der Patentliteratur 2 sind beide darauf ausgerichtet, die Menge der aufgenommenen Energie so weit wie möglich zu erhöhen. Es ist jedoch besonders wünschenswert, dass ein energieabsorbierendes Element, das in der oben genannten Stoßdämpfungsleistung ab der Anfangsphase des Aufpralls ausgezeichnet ist, als Stoßfängerstruktur eines Automobils verwendet wird.
In Anbetracht des oben genannten Problems ist es ein Ziel der vorliegenden Offenlegung, ein energieabsorbierendes Element bereitzustellen, ab der Anfangsphase des Aufpralls eine hervorragende stoßdämpfende Leistung zeigt.
Lösung des Problems
Um das Ziel zu erreichen, umfasst ein energieabsorbierendes Element gemäß der vorliegenden Offenlegung: einen zusammengefügten zylindrischen Körper aus einem Aluminiumlegierungsmaterial, wobei der zusammengefügte zylindrische Körper in einem Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung des Aluminiumlegierungsmaterials eine im wesentlichen viereckige Außenwand, bogenförmige erste innere Vorsprünge, die von vier Ecken der Außenwand nach innen vorstehen, bogenförmige zweite innere Vorsprünge, die nach innen vorstehen, um jeden geraden Abschnitt eines Paares von langen Seiten der Außenwand in eine Vielzahl von Seiten zu segmentieren, und Rippen aufweist, die Scheitelpunkte der gegenüber liegenden zweiten inneren Vorsprünge miteinander verbinden, wobei der zusammengefügte zylindrische Körper, wenn er mit einer Druckbelastung in der axialen Richtung aufgebracht wird, kontinuierlich nachgibt und sich verformt.
Der zusammengefügte zylindrische Körper kann ferner einen dritten inneren Vorsprung aufweisen, der ein Teil der Außenwand ist, der nach innen vorsteht, und der dritte innere Vorsprung kann sich an einer Stelle mit einer Wellenlänge befinden, die das 1/2- bis 1-fache der Wellenlänge einer anfänglichen Beulung von einer Stirnseite der Außenwand, die als Kompressionsfläche dient, in axialer Richtung beträgt und sich in einer Breitenrichtung senkrecht zur axialen Richtung erstrecken kann.
Ein Abstand zwischen den aneinandergrenzenden Rippen kann größer sein als ein Abstand zwischen geraden Abschnitten der kurzen Seiten der Außenwand und den Rippen.
Ein Radius eines Bogens des ersten inneren Vorsprungs kann größer sein als ein Radius eines Bogens des zweiten inneren Vorsprungs.
Einer der Endbereiche des zusammengefügten zylindrischen Körpers in axialer Richtung kann abgedichtet werden.
Ein Flanschabschnitt kann an einem der Endabschnitte in axialer Richtung gebildet werden.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung stellt ein energieabsorbierendes Element bereit, das ab der Anfangsphase des Aufpralls eine ausgezeichnete Stoßabsorptionsleistung aufweist.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein energieabsorbierendes Element gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Veröffentlichung darstellt;
2 ist eine Frontansicht des energieabsorbierenden Elementes nach der Ausführungsform 1;
3 ist eine Seitenansicht des energieabsorbierenden Elementes nach der Ausführungsform 1;
4 ist ein beispielhaftes Diagramm, das das Verhalten des energieabsorbierenden Elements nach einem Erfindungsbeispiel zum Zeitpunkt des Aufpralls veranschaulicht;
5 ist ein beispielhaftes Diagramm, das das Verhalten eines energieabsorbierenden Elements nach einem Vergleichsbeispiel zum Zeitpunkt des Aufpralls veranschaulicht;
6 ist eine Grafik, die beispielhaft den Zusammenhang zwischen der Verschiebung einer druckseitigen Stirnfläche des energieabsorbierenden Teils des jeweiligen Erfindungsbeispiels und dem Vergleichsbeispiel zeigt;
7 ist eine Frontansicht eines energieabsorbierenden Elementes nach Ausführungsform 2;
8 ist eine Seitenansicht des energieabsorbierenden Elementes nach der Ausführungsform 2;
9 ist eine Frontansicht eines energieabsorbierenden Elements nach Ausführungsform 3;
10 ist eine perspektivische Darstellung eines energieabsorbierenden Elementes nach Ausführungsform 4;
11 ist eine perspektivische Darstellung eines energieabsorbierenden Elementes nach Ausführungsform 5;
12 ist eine Frontansicht eines energieabsorbierenden Elements nach dem Vergleichsbeispiel 1 (mit einer Form mit einem einzigen zylindrischen Teil);
13 ist eine Frontansicht eines energieabsorbierenden Elements nach dem Vergleichsbeispiel 2 (mit einer Form mit drei zusammengefügten zylindrischen Teilen);
14 ist ein Diagramm, das die Last-Verschiebungskurven zeigt, die durch die Finite-Elemente-Methode (FEM) an den energieabsorbierenden Elementen des Vergleichsbeispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 ermittelt wurden;
15 ist ein FEM-Analysediagramm, das eine Druckverformungsform des energieabsorbierenden Elements des Vergleichsbeispiels 1 zeigt;
16 ist ein FEM-Analysediagramm, das eine Druckverformungsform des energieabsorbierenden Elements des Vergleichsbeispiels 2 zeigt;
17 ist eine Frontansicht eines energieabsorbierenden Elements nach Erfindungsbeispiel 1;
18 ist ein Diagramm, das die Last-Verschiebungskurven zeigt, die durch die FEM-Analyse am energieabsorbierenden Element des Erfindungsbeispiels 1 erhalten wurden;
19 ist ein FEM-Analysediagramm, das eine Druckverformungsform des energieabsorbierenden Elements des Erfindungsbeispiels 1 zeigt;
20 ist eine Frontansicht eines energieabsorbierenden Elements nach Erfindungsbeispiel 2;
21 ist ein Diagramm, das eine durch die FEM-Analyse am energieabsorbierenden Element des Erfindungsbeispiels 2 erhaltene Last-Verschiebungskurve zeigt;
22 ist ein FEM-Analysediagramm, das eine Druckverformungsform des energieabsorbierenden Elements des Erfindungsbeispiels 2 zeigt;
23 ist eine Frontansicht eines energieabsorbierenden Elements nach Erfindungsbeispiel 3;
24 ist ein Diagramm, das eine durch die FEM-Analyse am energieabsorbierenden Element des Erfindungsbeispiels 3 erhaltene Last-Verschiebungskurve zeigt;
25 ist ein FEM-Analysediagramm, das eine Druckverformungsform des energieabsorbierenden Elements des Erfindungsbeispiels 3 zeigt;
26 ist eine Frontansicht eines energieabsorbierenden Elements nach Erfindungsbeispiel 4;
27 ist ein Diagramm, das eine durch die FEM-Analyse am energieabsorbierenden Element des Erfindungsbeispiels 4 erhaltene Last-Verschiebungskurve zeigt;
28 ist ein FEM-Analysediagramm, das eine Druckverformungsform des energieabsorbierenden Elements des Erfindungsbeispiels 4 zeigt;
29 ist eine Frontansicht der energieabsorbierenden Elemente nach einem Modell (a), einem Modell (b) und einem Modell (c) von Beispiel 2;
30 ist ein Diagramm, das die durch die FEM-Analyse an den energieabsorbierenden Elementen des Modells (a), des Modells (b) und des Modells (c) erhaltenen Last-Verschiebungskurven zeigt;
31 ist ein FEM-Analysediagramm, das eine Druckverformungsform des energieabsorbierenden Elements des Modells (b) darstellt; und
32 ist ein FEM-Analysediagramm, das eine Druckverformungsform des energieabsorbierenden Elements des Modells (c) darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In der folgenden Beschreibung jedes energieabsorbierenden Elements wird eine Frontansicht, wie in 2 gezeigt, von der Seite einer starren Wand 110 in 3 betrachtet. In den hier beschriebenen Beispielen entspricht jedoch die Form einer Stirnfläche auf der Seite der starren Wand 110 der Form einer Stirnfläche auf der Seite der starren Wand 120. Wenn nicht anders angegeben, ist eine Schnittform, die senkrecht zu einer axialen Richtung des energieabsorbierenden Elements geschnitten ist, identisch mit der Form der Stirnfläche in der Vorderansicht.
Ausführungsform 1
1 bis 3 zeigen ein energieabsorbierendes Element gemäß Ausführungsform 1.
Ein energieabsorbierendes Element 20 ist so konfiguriert, dass es von vorne gesehen eine im Wesentlichen viereckige Kontur hat. Jede Längsseite des Vierecks ist durch innere Vorsprünge 26 an zwei Stellen für jede Seite in drei Seitenwände 21a, 21b und 21c unterteilt. Die kurzen Seiten des Vierecks entsprechen den Seitenwänden 22. An den vier Ecken des Vierecks sind jeweils vier nach innen ragende Vorsprünge vorgesehen. Die beiden Paare der inneren Vorsprünge 26, die sich in der Abbildung rechts und links gegenüberliegen, sind durch Rippen 25 verbunden. Dementsprechend ist das energieabsorbierende Element 20 gemäß der Ausführungsform 1 als ein zusammengefügter zylindrischer Körper mit drei miteinander zusammengefügten zylindrischen Teilen ausgebildet.
Die inneren Vorsprünge 26 befinden sich zwischen der Seitenwand 21a und der Seitenwand 21b sowie zwischen der Seitenwand 21b und der Seitenwand 21c und haben jeweils eine halbkreisförmige Form, die nach innen zu einem im Wesentlichen viereckigen Grundriss zeigt.
Die Rippen 25 sind so vorgesehen, dass sie die halbkreisförmigen Scheitelpunkte eines Paares von inneren Vorsprüngen 26 verbinden. Daher ist die im Wesentlichen viereckige Form durch zwei Rippen 25 unterteilt, um drei Hohlräume 24a, 24b und 24c zu bilden. In der Ausführungsform 1 sind die Rippen 25 an Stellen vorgesehen, an denen die Breite des energieabsorbierenden Elements 20 in Längsrichtung der viereckigen Form, d.h. in vertikaler Richtung in 2, in etwa drei gleiche Teile unterteilt ist. Dementsprechend hat das energieabsorbierende Element 20 eine Form, in der drei zylindrische Abschnitte, die die Hohlabschnitte 24a, 24b und 24c umgeben, miteinander zusammengefügt sind.
Die Seitenwände 21a, 21b und 21c, die Seitenwände 22, die inneren Vorsprünge 23, die Rippen 25 und die inneren Vorsprünge 26 haben im Wesentlichen die gleiche Dicke. Zusätzlich werden die Verbindungsteile der Einzelteile mit einer vorgegebenen Rundheit abgerundet.
Die Form eines solchen energieabsorbierenden Elements 20 kann als expandiertes Material hergestellt werden, z.B. ein extrudiertes Material aus einer Aluminiumlegierung. Ein Verfahren zur Herstellung des stranggepressten Aluminiums ist nicht besonders begrenzt. Das verwendete Material, das ebenfalls nicht besonders begrenzt ist, ist vorzugsweise eine Aluminiumlegierung auf 6000er-Basis unter dem Gesichtspunkt der Festigkeit und Knickfestigkeit. In den vorliegenden Ausführungsformen und Beispielen sind das extrudierte Material und die Qualität des Materials für die später zu beschreibenden energieabsorbierenden Elemente gleich.
Wie in 3 dargestellt, ist das energieabsorbierende Element 20 gemäß der Ausführungsform 1 zwischen der starren Wand 110 und der starren Wand 120 angeordnet. Eine Stirnfläche 27a und eine Stirnfläche 27b in Längsrichtung des energieabsorbierenden Elements 20 sind jeweils mit der starren Wand 110 und der starren Wand 120 durch Schweißen oder dergleichen verbunden.
Die starre Wand 110 und die starre Wand 120 können Elemente wie ein Rahmen eines Fahrzeugs oder ein Flansch oder dergleichen zur Befestigung des energieabsorbierenden Elements 20 am Fahrzeug sein. Sowohl die starre Wand 110 als auch die starre Wand 120 können aus einer für die dargestellte Struktur geeigneten Aluminiumlegierung bestehen, haben aber eine ausreichend hohe Steifigkeit in Druckrichtung 130 gegenüber dem energieabsorbierenden Element 20. In der Ausführungsform 1 entspricht die starre Wand 110 dem Verstärkungselement einer Stoßfängerstruktur für das Fahrzeug und die starre Wand 120 dem Karosserierahmen. Wenn das Fahrzeug mit einem anderen Fahrzeug oder dergleichen kollidiert, wird das energieabsorbierende Element 20 in der durch einen Pfeil angezeigten Druckrichtung 130 komprimiert. In der folgenden Beschreibung wird eine Richtung parallel zur Kompressionsrichtung 130 als axiale Richtung jedes energieabsorbierenden Elements bezeichnet.
Im Folgenden werden die Gründe für die Übernahme der Form der Ausführungsform 1 beschrieben. Aus den unten angeführten Gründen hat das energieabsorbierende Element 20 gemäß der Ausführungsform 1 eine geeignete Dämpfungsleistung in axialer Richtung.
Der Grund dafür, dass die Stirnfläche (im Querschnitt) des energieabsorbierenden Elements 20 viereckig ist, liegt darin, dass die Querschnittsform senkrecht zur Hin- und Herrichtung des Fahrgestells des Fahrzeugs im Allgemeinen im Wesentlichen viereckig ist, so dass das stoßabsorbierende Element (energieabsorbierendes Element 20) ebenfalls im Wesentlichen viereckig ausgebildet ist.
Der Grund für die Aufteilung der Längsseite der viereckigen Umfangswand in drei Seiten ist die frühzeitige Knickbildung. Mit der Form der entsprechenden Standes der Technik, wenn die Kompression in axialer Richtung angewendet wird, hat die Seitenfläche des Stoßdämpfers nur vier Ecken, die eckig sind, d.h. es gibt nur wenige Stellen mit hoher Spannung, so dass das energieabsorbierende Element keine Knickverformung erreicht, um Stöße effizient zu absorbieren. In der vorliegenden Darstellung ermöglicht die Bereitstellung der inneren Vorsprünge 26 zur Segmentierung der Längsseite des Vierecks die Beschleunigung der Spannungsausbreitung zu den inneren Vorsprüngen 23, nämlich den vier Ecken, so dass eine hervorragende Knickfestigkeit erreicht werden kann. Darüber hinaus kann die Erhöhung der Anzahl der Stellen, an denen hohe Spannungen (Spannungen, die als Ursprung der Knickung dienen) auftreten, eine stabile Knickdeformation gewährleisten.
Die Gründe für die Herstellung der bogenförmigen Vorsprünge sind die folgenden.

(1) Wenn zum Beispiel eine Form mit einem Punkt x1 und einem benachbarten Punkt x2 in 2 durch eine gerade Linie mit einer Form mit den durch einen Bogen verbundenen Punkten wie in der vorliegenden Offenbarung verglichen wird, liefert die Form der vorliegenden Offenbarung Vorsprünge mit einer größeren Querschnittsfläche. Dadurch wird eine Knickverformung unter hoher Belastung im Vergleich zur Form, bei der die Punkte durch eine gerade Linie verbunden sind, gewährleistet.
(2) Zum Beispiel, wenn die Form zwei Punkte x2 hat, die einem Paar von langen Seitenabschnitten in 2 entsprechen, die durch eine gerade Linie verbunden sind, wird die Segmentierung des langen Seitenabschnitts unzureichend, um eine Knickverformung zu verursachen, wobei eine Seite durch einen geraden Seitenabschnitt (x2-x2) und einen bogenförmigen Abschnitt (x1-x2) als eine Seite definiert ist. Bei der Form mit der durch Bögen gebildeten Verbindungsstelle (Innenvorsprünge 26) wird dagegen mit je einer Seite an dem geraden Seitenteil und dem bogenförmigen Teil des langen Seitenteils (eine der Seitenwände 21a, 21b und 21c und die angrenzenden Innenvorsprünge 23 oder die Innenvorsprünge 26) eine Knickverformung erreicht. Dadurch ist es möglich, den Aufprall auf der gesamten Fläche effizient zu absorbieren. Weiterhin wird die Seitenlänge des geraden Seitenteils um den Bogenradius des Innenprofils 26 (und des Innenprofils 23) verkürzt, wodurch die Spannungsausbreitung zu den Eckteilen beschleunigt und die Spannungsausbreitung auf die gesamte Fläche beschleunigt werden kann, wodurch eine frühzeitige und kontinuierliche Knickverformung stabiler erreicht wird.
(3) Mit bogenförmigen Vorsprüngen wird eine hervorragende Herstellung eines extrudierten Materials im Vergleich zu linearen Vorsprüngen erreicht. Zum Zeitpunkt des Strangpressens führen die Vorsprünge und Vertiefungen mit scharfen Winkeln zu einer Spannungskonzentration auf dem Strangpressgut selbst und zum Verschleiß der Metallform, so dass die kantenlose Form wie bei der Ausführungsform 1 das Strangpressen erleichtert.
(4) Mit den bogenförmigen Innenvorsprüngen ist es möglich, Seiten zu schaffen, die auf engstem Raum eine feine Knickverformung erreichen und in Kombination mit den vorgenannten segmentierten Längsseiten eine hohe Belastung und eine feine Verformung ab der Anfangsphase des Aufpralls erreichen.

Durch die Verbindung der Rippen 25 mit den Scheitelpunkten der inneren Vorsprünge 26 kann die Anzahl der Punkte, an denen hohe Spannungen auftreten, erhöht und eine stabile Knickfestigkeit erreicht werden.
Obwohl der Durchmesser des Bogens des inneren Vorsprungs 23 im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des Bogens des inneren Vorsprungs 26 in 2 ist, bietet die Einstellung des Durchmessers des Bogens des inneren Vorsprungs 23 größer als der Durchmesser des Bogens des inneren Vorsprungs 26 ein besseres Verformungsverhalten. Wenn der Durchmesser des Bogens des inneren Vorsprungs 23 verringert wird, hat der bogenförmige Teil des inneren Vorsprungs 23 Schwierigkeiten, als segmentierte Seite der langen Seite des Vierecks zu funktionieren. Bei Vergrößerung des Durchmessers des Bogens des inneren Vorsprungs 23 hingegen dient der bogenförmige Teil des inneren Vorsprungs 23 auch leicht als allein zu knickende Seite. Daher bewirkt die Einstellung des Durchmessers des Bogens des inneren Vorsprungs 23 größer als der Durchmesser des Bogens des inneren Vorsprungs 26, dass sich das energieabsorbierende Element ab der Anfangsphase des Aufpralls leicht verbiegt, um eine hervorragende Stoßdämpfung zu gewährleisten. Beachten Sie, dass dies später im Zusammenhang mit Beispiel 2 beschrieben wird, in dem der Durchmesser des Bogens des inneren Vorsprungs 23 und der Durchmesser des Bogens des inneren Vorsprungs 26 unterschiedlich eingestellt sind.
4 bis 6 veranschaulichen schematisch das Verhalten des energieabsorbierenden Elements 20 nach der Ausführungsform 1 und eines energieabsorbierenden Elements 140 eines Vergleichsbeispiels bei Verformung in axialer Richtung.
Wenn eine Druckbelastung auf die Stirnfläche 27a des energieabsorbierenden Elements 20 in 4 mit fester Stirnfläche 27b ausgeübt wird, knickt das energieabsorbierende Element 20 fein aus und verformt sich an einer Vielzahl von Stellen als verformte Abschnitte 29 wie abgebildet. Im Gegensatz dazu, wie in 5 dargestellt, erhält das energieabsorbierende Element 140 des Vergleichsbeispiels, bei dem eine Stirnfläche 147b in gleicher Weise wie die Stirnfläche 27b befestigt ist, eine Stirnfläche 147a eine stoßartige Druckbelastung. Infolgedessen wird das energieabsorbierende Element 140 wahrscheinlich an einer Stelle wie der deformierte Teil 149 weitgehend geknickt und verformt. Obwohl die Stirnseiten 27a und 147a auf der Druckseite bei 4 und 5 geknickt und verformt sind, ist eine ähnliche Tendenz auch bei den gegenüberliegenden Stirnseiten 27b und 147b zu beobachten.
Im Vergleich zur Grafik in 6 wird im Erfindungsbeispiel ab der ersten Stufe des Aufpralls eine große Aufprallenergie absorbiert, und die Veränderung (Amplitude) der Last entsteht durch die Verschiebung der druckseitigen Stirnfläche (Stirnfläche 27a) bei vergleichsweise geringer Schwankung. Im Vergleichsbeispiel dagegen ist der Anstieg der Belastung ab der Anfangsphase des Aufpralls gering und die Menge der aufgenommenen Aufprallenergie gering. Auch die Veränderung der Belastung durch die Verschiebung nach dem Anstieg verläuft mit vergleichsweise großen Schwankungen. Aus diesen Tatsachen kann das Beispiel der vorliegenden Erfindung, verglichen mit dem Vergleichsbeispiel, größere Aufprallenergie an einem Punkt A absorbieren, der als Aufprallpunkt angenommen wird.
In der Ausführungsform 1 haben außerdem vier Ecken des Vierecks eine bogenförmige Form im Querschnitt, die nach innen ragt. Dadurch ist es leicht möglich, die Verformung bei der Knickung so zu kontrollieren, dass sie nach innen von dem energieabsorbierenden Element 20, das ein zusammengefügter zylindrischer Körper ist, gerichtet wird. Weiterhin wird die Länge des geraden Teils (Seitenwand 21a, 21b, 21c) der langen Seite des Vierecks verkürzt und die Verbindung des geraden Teils und des bogenförmigen Teils stark beansprucht (innerer Vorsprung 23), so dass eine Knickung frühzeitig auftreten kann.
Ausführungsform 2
7 und 8 zeigen ein energieabsorbierendes Element 20 gemäß Ausführungsform 2. In dieser Ausführungsform sind zusätzlich zur Struktur der Ausführungsform 1 innere Vorsprünge 28 vorgesehen.
Die inneren Vorsprünge 28 sind an insgesamt vier Stellen vorgesehen, nämlich an den Seitenwänden 21a und den Seitenwänden 21c. Die inneren Vorsprünge 28 (Nuten von außen gesehen) werden durch Pressen der Oberflächen der Seitenwände 21a und der Seitenwände 21c mit einer Matrize von der rechten und linken Außenseite in 7 in einem Abstand L von der Stirnseite 27a gebildet. Daher hat nur der Querschnitt einschließlich der inneren Vorsprünge 28 eine andere Querschnittsform als in der in 7 gezeigten Frontansicht.
Der Abstand L wird auf eine Wellenlänge eingestellt, die das 1/2- bis 1-fache der Wellenlänge der Anfangsknickung (bei der Struktur in 1 bis 3) von der Stirnfläche 27a, die eine Druckfläche ist, beträgt. Dementsprechend werden die Positionen der inneren Vorsprünge 28 als die Stellen der Anfangsknickung gesteuert.
Auch bei der Struktur der Ausführungsform 1 ist das energieabsorbierende Element ab der ersten Stufe des Aufpralls hervorragend in der Energieaufnahme; da jedoch die inneren Vorsprünge 28 mit kleinerer Querschnittsfläche, die dem Ursprung der Knickdeformation dienen, an der Umfangswand vorgesehen sind (die Seitenwände 21a und 21c in 8), können die Stellen des Knickens kontrolliert werden. Weiterhin werden die Positionen der inneren Vorsprünge 28 auf Positionen mit einer Wellenlänge eingestellt, die das 1/2- bis 1-fache der Wellenlänge der anfänglichen Knickung beträgt. Dadurch ist es möglich, Knickverformungen aus den inneren Vorsprüngen 28 früher zu verursachen, als dies bei nicht vorhandenen inneren Vorsprüngen 28 der Fall ist, so dass eine hohe Belastung bereits in einem frühen Aufprallstadium zu erwarten ist. Darüber hinaus ist das stoßdämpfende Element nach der Ausführungsform 2 so ausgelegt, dass es von einer Stelle in der Nähe der Kontaktfläche (Stirnfläche 27a) aus eine Knickdeformation auslöst, so dass ein Mäandern bei einer schrägen Druckbelastung unterdrückt werden kann. Durch die Einstellung des plastischen Moments an den Stellen der inneren Vorsprünge 28 entsteht zudem eine Form, die sich auch bei schräger Druckbelastung immer wieder verbiegt und verformt.
Ausführungsform 3
9 zeigt ein energieabsorbierendes Element 20 nach Ausführungsform 3. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 dadurch, dass innere Vorsprünge 23 an den vier Ecken des im Wesentlichen viereckigen Bereichs in 2 nicht vorgesehen sind.
Wie später im Zusammenhang mit den Beispielen beschrieben, können die Längsseiten des Vierecks in die Seitenwände 21a, 21b und 21c unterteilt werden. Weiterhin können die Längen der Seitenwände 21a, 21b und 21c durch Veränderung der Radien der halbkreisförmigen Teile der inneren Vorsprünge 26 verändert werden. Dementsprechend kann das energieabsorbierende Element 20 mit einer gewünschten stoßabsorbierenden Wirkung auch in einem Modus bereitgestellt werden, in dem die inneren Vorsprünge 23 nicht vorhanden sind.
Obwohl die einzelnen Ausführungsformen beispielhaft beschrieben wurden, bei denen drei zylindrische Abschnitte mit jeweils einem hohlen Abschnitt in axialer Richtung verbunden sind, kann die Struktur zwei oder vier zylindrische Abschnitte aufweisen.
Ferner kann in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen der Abstand zwischen der Seitenwand 22, die der gerade Abschnitt der kurzen Seite der Umfangswand ist, und der Rippe 25, 25 größer als der Abstand zwischen mehreren benachbarten Rippen 25 sein, damit das energieabsorbierende Element 20 ein besseres Verformungsverhalten aufweist. Wenn der Abstand zwischen dem geraden Teil der kurzen Seite (Seitenwand 22) und der Rippe 25 größer wird, scheint es, dass die Spannungsausbreitung zu den vier inneren Vorsprüngen 23 verzögert wird, was zu einer großen Verformung zum Zeitpunkt des anfänglichen Knickens führt. Je kleiner der Abstand zwischen Seitenwand 22 und Rippe 25 ist, desto besser wird die Knickfestigkeit.
Ausführungsform 4
10 zeigt ein energieabsorbierendes Element 20 nach Ausführungsform 4. Wie in dieser Ausführungsform kann ein Deckel 201 zur Abdichtung der Öffnungsfläche eines Endes eines hohlen Abschnitts 24a, 4b, 24c an der Struktur der Ausführungsform 1 (im Folgenden als zusammengefügter zylindrischer Körper 200 bezeichnet) vorgesehen werden.
Der Deckel 201 besteht aus einem Material, das geeignet ist, den zusammengefügten zylindrischen Körper 200 an einem Schweißteil 203 zu verschweißen. Zum Beispiel ist ein Material für den Deckel 201 das gleiche wie das Material für den gefügten zylindrischen Körper 200. Der Deckel 201 hat eine geeignete Dicke, um z.B. ein Schraubenloch vorzusehen. Die Form der Ecke oder dergleichen des Deckels 201 kann, aber beliebig, mit der Form der inneren Vorsprünge 23, 26 übereinstimmen.
Obwohl im abgebildeten Beispiel der Deckel 201 auf der Seite der Stirnseite 27a vorgesehen ist, kann der Deckel 201 auf der Seite der Stirnseite 27b vorgesehen werden.
Da eine der Stirnflächen wie im energieabsorbierenden Element 20 der Ausführungsform 4 abgedichtet ist, bildet sich die Fügefläche des Deckels 201 mit der Verstärkung oder dem Karosserierahmen. Dies erleichtert z.B. das Verschrauben, Schweißen o.ä. und verbessert so die Verarbeitbarkeit.
Zusätzlich zu dem oben genannten Aufbau können der gefügte zylindrische Körper 200 und der Deckel 201 einstückig geformt werden. Bei der integralen Formgebung ist es nicht erforderlich, den Schweißteil 203 vorzusehen.
Ausführungsform 5
11 zeigt ein energieabsorbierendes Element 20 nach Ausführungsform 5. Wie in dieser Ausführungsform kann an einem der Enden des hohlen Abschnitts 24a, 24b, 24c ein Flanschabschnitt 202 in Bezug auf den zusammengefügten zylindrischen Körper 200 gebildet werden, der die Struktur der Ausführungsform 1 hat.
Der Flanschabschnitt 202 besteht aus einem Material, das zum Anschweißen an den zusammengefügten zylindrischen Körper 200 am Schweißabschnitt 203 geeignet ist. Beispielsweise ist das Material für den Flanschteil 202 das gleiche wie das Material für den gefügten zylindrischen Körper 200. Der Flanschteil 202 hat eine Dicke, die an anderen Bauteilen des Fahrzeugs befestigt werden kann, z.B. mit darin vorgesehenen Befestigungslöchern.
Der Flanschabschnitt 202 ist mit einer Bohrung 202a versehen, deren Form der Form der Hohlabschnitte 24a, 24b, 24c des zusammengefügten zylindrischen Körpers 200 und der Rippen 25 entspricht. Die Rippen 25 sind nicht mit dem Flanschteil 202 verschweißt.
Obwohl im abgebildeten Beispiel der Flanschabschnitt 202 auf der Seite der Stirnseite 27b vorgesehen ist, kann der Flanschabschnitt 202 auf der Seite der Stirnseite 27a vorgesehen werden.
Wie beim energieabsorbierenden Element 20 der Ausführungsform 5 wird der Flanschabschnitt 202 an einer der Stirnseiten zu einer Verstärkung oder einer Verbindungsfläche mit dem Rahmenabschnitt der Fahrzeugkarosserie geformt. Dies erleichtert z.B. das Verschrauben, Schweißen o.ä. und verbessert so die Verarbeitbarkeit.
Zusätzlich zum oben beschriebenen Aufbau können der gefügte zylindrische Körper 200 und der Flanschteil 202 angeformt werden. Bei der integralen Formgebung ist es nicht erforderlich, den Schweißteil 203 vorzusehen.
Beispiele
Obwohl exemplarische Beispiele der vorliegenden Offenbarung illustriert werden, um die vorliegende Offenbarung konkret zu veranschaulichen, unterliegt die vorliegende Offenbarung in keiner Weise einer Einschränkung durch die Beschreibung solcher Beispiele. Neben den folgenden Beispielen sowie den oben beschriebenen spezifischen Beschreibungen ist erkennbar, dass verschiedene Modifikationen, Änderungen, Verbesserungen und dergleichen auf der Grundlage des Wissens eines Fachmanns vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
Beispiel 1
Für das Modell des Erfindungsbeispiels und das Modell des Vergleichsbeispiels, das vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abweicht, wurde die Verformungsform bei Druckverformung in axialer Richtung durch FEM-Analyse erfasst.
Das Materialmodell für die FEM-Analyse wurde aus einer A6063-Legierung hergestellt, d.h. aus einem extrudierten Material auf 6000er-Basis mit 0,2% Dehngrenze von 190 MPa. Die Außenabmessungen des Grundquerschnitts des Materialmodells betragen 140 mm x 70 mm, die Länge in Extrusionsrichtung 200 mm und die Wandstärke 2,0 mm bis 2,75 mm, die je nach Modell variieren würde, um die Vorlastspitzen zu vereinheitlichen.
FEM-Analyse mit der universellen Finite-Elemente-Analyse-Software RADIOSS (eingetragene Marke). Unter der Prämisse des Schweißens einzelner Bleche wurden die Verschiebung und Drehung in andere Richtungen als die Kollapsrichtung eingeschränkt, ein starrer Körper extrudiert und die Erweichung der Wärmeeinflusszone (HAZ) ignoriert.
In der Vorderansicht jedes zu beschreibenden Modells entspricht die Kombination aus der unteren ersten Stelle der Referenznummer jedes Teils und der Unternummer von a bis c dem, was in 2 dargestellt ist.
Vergleichsbeispiele
12 und 13 sind Frontansichten von Modellen des Vergleichsbeispiels 1 bzw. des Vergleichsbeispiels 2. Ein erstes Formmodell basierend auf einem energieabsorbierenden Element 30 (Vergleichsbeispiel 1) in 12 hat eine Querschnittsform (die Form eines einzelnen Vierecks) eines einzelnen zylindrischen Teils. Ein zweites Formmodell basierend auf einem energieabsorbierenden Element 40 (Vergleichsbeispiel 2) in 13 hat eine Querschnittsform, in der drei zylindrische Teile zusammengefügt sind (die Form von drei Vierecken). Weder das energieabsorbierende Element 30 noch das energieabsorbierende Element 40 sind mit Teilen versehen, die den inneren Vorsprüngen 23, den Rippen 25 und den inneren Vorsprüngen 26 entsprechen.
14 ist ein Diagramm, das die Last-Verschiebungskurven des Vergleichsbeispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 aus der Druckverformung zeigt. Wie in 14 dargestellt, zeigt das Vergleichsbeispiel 2 auf Basis des zweiten Formmodells von 13 im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1 auf Basis des ersten Formmodells von 12 einen schnellen Anstieg eines sekundären Peaks in der Nähe einer Verschiebung von 100 mm nach einer Belastungsspitze in der Nähe einer Verschiebung von 50 mm, was zu einer frühen Knickung führt. Das Vergleichsbeispiel 1 und das Vergleichsbeispiel 2 haben jedoch beide große Wellenformwellen auf der Last-Verschiebungskurve und erreichen keine feine Balgverformung.
15 und 16 sind Spannungsverteilungsdiagramme des Vergleichsbeispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 unter Druck bei 20 mm. Ein Pfeil unten in den Spannungsverteilungsdiagrammen, wie die für die einzelnen Ausführungsformen gezeigte Kompressionsrichtung 130, zeigt die Kompressionsrichtung an. Die in 15 und 16 dargestellte rechte Seite ist die druckseitige Stirnseite (entspricht der Stirnseite 27a in 3). (Gleiches gilt für die unten aufgeführten Spannungsverteilungsdiagramme). Im Vergleichsbeispiel 1 von 15 konzentriert sich der Anteil der hohen Spannungen in der Nähe des Aussparungsteils in einer axial-direktionalen Mitte (horizontale Richtung in den Diagrammen). Im Vergleichsbeispiel 2 von 16 sind die hohen Spannungsanteile jedoch in der Nähe des vorstehenden Abschnitts in einem axial-direktionalen Zentrum und ein ringförmig ausgedrückter Abschnitt in der Nähe eines mittleren Abschnitts im Analysediagramm zu sehen. Da jedes der Formmodelle des Vergleichsbeispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 hinsichtlich der Lage der hohen Spannungen begrenzt ist, wird eine feine Knickung nicht erreicht.
Erfindungsbeispiel 1
17 ist eine Frontansicht eines Modells nach Erfindungsbeispiel 1. Ein energieabsorbierendes Element 50 in 17 entspricht der oben beschriebenen Ausführungsform 3 (9). Das energieabsorbierende Element 50 ist das energieabsorbierende Element 40 in 13, zu dem vier innere Vorsprünge 56 entsprechend den inneren Vorsprüngen 26 in 2 addiert werden. Es ist jedoch zu beachten, dass der Radius des halbkreisförmigen Teils des inneren Vorsprungs 56 kleiner ist als der Radius des inneren Vorsprungs 26 in 9. Teile, die den inneren Vorsprüngen 23 in 2 entsprechen, sind auf dem energieabsorbierenden Element 50 nicht vorgesehen.
18 ist ein Diagramm, in dem eine Last-Verschiebungskurve des Modells des energieabsorbierenden Elements 50 aus der Druckverformung über die beiden Last-Verschiebungskurven in 14 gelegt wird. Wie in 18 dargestellt, zeigt das Erfindungsbeispiel 1 im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 einen schnellen Anstieg eines sekundären Peaks in der Nähe einer Verschiebung von 80 mm nach einer Belastungsspitze in der Nähe einer Verschiebung von 50 mm und feine Wellenformwellen. Dies deutet darauf hin, dass das energieabsorbierende Element 50 ein stoßdämpfendes Element ist, das eine frühzeitige Knickung und feine Balgverformung erreicht.
19 ist ein Spannungsverteilungsdiagramm des Modells des energieabsorbierenden Elements 50 unter Druck bei 20 mm. Wie in 19 dargestellt, wird die Spannung an den vier Ecken des im Wesentlichen viereckigen Bereichs und in der Nähe der Basisabschnitte der Rippen 55 und der inneren Vorsprünge 56 ab der Anfangsphase der Kompression hoch, wodurch eine feine und stabile Balgverformung gewährleistet ist.
Erfindungsbeispiel 2
20 ist eine Frontansicht eines Modells nach Erfindungsbeispiel 2. Ein energieabsorbierendes Element 60 in 20 ist das energieabsorbierende Element 50 in 17, zu dem vier innere Vorsprünge 63 entsprechend den inneren Vorsprüngen 26 in 2 addiert werden. Zusätzlich ist der Radius des halbkreisförmigen Teils des Innenprofils 66 des energieabsorbierenden Elements 60 größer eingestellt als der Radius des Innenprofils 56 des energieabsorbierenden Elements 50. Das heißt, die Seitenlängen der Seitenwände 61a, 61b und 61c des energieabsorbierenden Elements 60 sind kürzer eingestellt als die Seitenlängen der Seitenwände 51a, 51b und 51c des energieabsorbierenden Elements 50.
21 ist ein Diagramm, in dem eine Last-Verschiebungskurve des Modells des energieabsorbierenden Elements 60, die durch Druckverformung entstanden ist, über die Last-Verschiebungskurve des Modells des energieabsorbierenden Elements 50 in 18 gelegt wird. Der Vergleich der Wellenform des Modells des energieabsorbierenden Elements 60 mit der Wellenform des Modells des energieabsorbierenden Elements 50 zeigt, dass der Anstieg eines sekundären Peaks (in der Nähe einer Verschiebung von 70 mm) nach einer Belastungsspitze (in der Nähe einer Verschiebung von 50 mm) des Modells des energieabsorbierenden Elements 60 derjenigen des Modells des energieabsorbierenden Elements 50 entspricht und danach eine höhere durchschnittliche Belastung aufweist, was auf eine ausgezeichnete Stoßabsorptionsleistung hinweist.
22 ist ein Spannungsverteilungsdiagramm des Modells des energieabsorbierenden Elements 60 unter Druck bei 20 mm. Die Seitenlängen der Seitenwände 61a, 61b und 61c des energieabsorbierenden Elements 60 sind kürzer eingestellt als die Seitenlängen der Seitenwände 51a, 51b und 51c des energieabsorbierenden Elements 50, wodurch die Spannungsausbreitung auf der gesamten Fläche beim Zusammendrücken beschleunigt wird. Dadurch wird die Spannung an den einzelnen Ecken (in der Nähe der inneren Vorsprünge 63) und in der Nähe der inneren Vorsprünge 66 hoch, so dass eine feine Knickverformung wie in 22 dargestellt erreicht wird.
Erfindungsbeispiel 3
23 ist eine Frontansicht eines Modells nach Erfindungsbeispiel 3. Ein energieabsorbierendes Element 70 in 23 hat bogenförmige innere Vorsprünge 76, die an den Basisabschnitten der Rippen 75 und den Seitenwänden 71a, 71b und 71c angeordnet sind, und bogenförmige innere Vorsprünge 73 sind an den vier Ecken eines im wesentlichen viereckigen Bereichs angeordnet. Die Radien der inneren Vorsprünge 73 und 76 des energieabsorbierenden Elements 70 sind größer eingestellt als die Radien der inneren Vorsprünge 63 und 66 des energieabsorbierenden Elements 60 in 20. Das heißt, die Seitenlängen der Seitenwände 71a, 71b und 71c des energieabsorbierenden Elements 70 sind kürzer als die Seitenlängen der Seitenwände 61a, 61b und 61c des energieabsorbierenden Elements 60.
24 ist ein Diagramm, in dem eine Last-Verschiebungskurve des Modells des energieabsorbierenden Elements 70, die durch Druckverformung entstanden ist, über die Last-Verschiebungskurve des Modells des energieabsorbierenden Elements 60 in 21 gelegt wird. Der Vergleich der Wellenform des Modells des energieabsorbierenden Elements 70 mit der Wellenform des Modells des energieabsorbierenden Elements 60 zeigt einen früheren sekundären Peak (in der Nähe einer Verschiebung von 50 mm) und zeigt eine Wellenform mit weniger Wellen und einer höheren mittleren Belastung.
25 ist ein Spannungsverteilungsdiagramm des Modells des energieabsorbierenden Elements 70 unter Druck bei 20 mm. Im Modell des energieabsorbierenden Elementes 70 wird durch die Verkürzung der Seitenlängen der getrennten Seitenwände 71a, 71b und 71c die Spannungsausbreitung auf der gesamten Fläche beim Zusammendrücken beschleunigt, was zu einer besseren Stoßdämpfung führt.
Erfindungsbeispiel 4
26 ist eine Frontansicht eines Modells nach Erfindungsbeispiel 4. Ein energieabsorbierendes Element 80 in 26 hat innere Vorsprünge 83 und innere Vorsprünge 86, deren Bögen im Vergleich zum energieabsorbierenden Element 70 in 23 mehr nach innen (in horizontaler Richtung in der Abbildung näher zur Mitte) der geschlossenen Querschnitte von drei zylindrischen Abschnitten liegen. Das heißt, die Seitenlängen der Seitenwände 81a, 81b und 81c des energieabsorbierenden Elements 80 sind gleich den Seitenlängen der Seitenwände 71a, 71b und 71c des energieabsorbierenden Elements 70, während die Seitenlängen der Seitenwände 82 und Rippen 85 kürzer sind als die Seitenlängen der Seitenwände 72 und der Rippen 75.
27 ist ein Diagramm, in dem eine Last-Verschiebungskurve des Modells des energieabsorbierenden Elements 80 aus der Druckverformung über die Last-Verschiebungskurve des Modells des energieabsorbierenden Elements 70 in 24 gelegt wird. Der Vergleich der Wellenform des Modells des energieabsorbierenden Elements 80 mit der Wellenform des Modells des energieabsorbierenden Elements 70 zeigt, dass der Anstieg eines sekundären Peaks (in der Nähe einer Verschiebung von 110 mm) verzögert wird und die Wellenform größer wird.
28 ist ein Spannungsverteilungsdiagramm des Modells des energieabsorbierenden Elements 80 unter Druck bei 20 mm. Anders als im Spannungsverteilungsdiagramm von 25 liegt die Position der hohen Spannung in axialer Richtung in einem Mittelteil und wird entlang der axialen Richtung in der Nähe der inneren Vorsprünge 83 neben den Seitenwänden 81a und 81c sowie in der Nähe der inneren Vorsprünge 86 gesehen.
Die Ergebnisse der Analyse am Modell des energieabsorbierenden Elements 80 zeigen, dass die Wellenform durch die Seitenlängen der getrennten Seitenwände 81a, 81b, 81c und die Tiefen der Bögen der inneren Vorsprünge 83 und der inneren Vorsprünge 86 gesteuert werden kann.
Das Querschnittsmodell des Erfindungsbeispiels 3 (23) unter den Erfindungsbeispielen 1 bis 4 hat die beste Dämpfungsleistung. Durch nach innen ragende Teile, wie z.B. die inneren Vorsprünge 28, an den Seitenflächen lassen sich die Anfangsknickstellen kontrollieren, so dass das energieabsorbierende Element auch bei schräger Kompression nicht verbogen wird und eine stabile Balgverformung erreicht wird.
Ausführungsform 2
Für diese Ausführungsform mit der Struktur der Ausführungsform 1 wurde der Durchmesser des Bogens des inneren Vorsprungs 23 mit dem Durchmesser des Bogens des inneren Vorsprungs 26 verglichen. Das Schema der FEM-Analyse an den in 29 dargestellten Modellen (a) bis (c) entspricht dem der Ausführungsform 1.
Wie in 2 ist der Radius des Bogens des inneren Vorsprungs 23 12 mm, was dem Radius des Bogens des inneren Vorsprungs 26 entspricht. Die Tiefen der Bogenteile von den Seitenwänden 21a, 21b, 21c wurden auf 14 mm eingestellt. Die Länge des geraden Teils der Seitenwand 21a beträgt 16,6 mm, was der Länge des geraden Teils der Seitenwand 21c entspricht. Die Länge des geraden Teils der Seitenwand 21b beträgt 16,7 mm, was im Wesentlichen den Längen der geraden Teile der Seitenwände 21a und 21c entspricht. Weiterhin wurden die Dicken der abgebildeten Einzelportionen auf 2,1 mm eingestellt.
Für das Modell (b) wurde der Radius des Bogens des inneren Vorsprungs 26 auf 6 mm kleiner als der des Modells (a) eingestellt. Dementsprechend ist der Radius des Bogens des inneren Vorsprungs 23, der sich an einer Position diagonal zum inneren Vorsprung 26 im zylindrischen Teil einschließlich des Hohlteils 24a befindet, größer als der Radius des Bogens des inneren Vorsprungs 26.
Für das Modell (c) wurde der Radius des Bogens des inneren Vorsprungs auf 6 mm eingestellt, kleiner als der des Modells (a). Dementsprechend ist der Radius des Bogens des inneren Vorsprungs 23, der sich an einer Position diagonal zum inneren Vorsprung 26 im zylindrischen Teil einschließlich des Hohlteils 24a befindet, kleiner als der Radius des Bogens des inneren Vorsprungs 26.
30 ist ein Diagramm, in dem Last-Verschiebungskurven des Modells (a), des Modells (b) und des Modells (c) (in der Abbildung nur durch (a), (b) und (c) gekennzeichnet), die durch Druckverformung entstanden sind, übereinander gelegt werden. Es wird gezeigt, dass die Wellenform des Modells (b), bei der der Radius der Bögen des inneren Vorsprungs 23 an den vier Ecken des im Wesentlichen Vierecks größer ist als der Radius der Bögen der im Mittelteil positionierten Innenvorsprünge 26, einen vergleichsweise frühen Anstieg eines sekundären Peaks (in der Nähe einer Verschiebung von 50 mm) aufweist und einen stabilen Lastübergang mit weniger Welligkeiten im Vergleich zur Wellenform des Modells (a) zeigt. Die Wellenform des Modells (c), bei der der Radius der Bögen der inneren Vorsprünge 23 kleiner ist als der Radius der Bögen der inneren Vorsprünge 26, bewirkt dagegen eine signifikante Verformung in Richtung einer Verschiebung von 80 mm und weist große Wellenformen auf.
31 und 32 sind Spannungsverteilungsdiagramme des Modells (b) und des Modells (c) unter Druck bei 50 mm. Das Modell (b) von 31 zeigt große Verformungen in der Nähe der inneren Vorsprünge 23 an den Ecken des im wesentlichen Vierecks, während das Modell (c) von 32 große Verformungen in der Nähe der inneren Vorsprünge 26 näher an der Mitte der Längsseiten des im wesentlichen Vierecks zeigt. Außerdem ist der Abstand von der druckseitigen Stirnfläche des Modells (b) näher als der des Modells (c).
Aus den obigen Ergebnissen kann gesagt werden, dass das Modell (b), bei dem der Radius der Bögen der inneren Vorsprünge 23 an den vier Ecken des im Wesentlichen Vierecks größer ist als der Radius der Bögen der inneren Vorsprünge 26, die sich im Mittelteil befinden, bei der Kompression ein günstiges Verformungsverhalten zeigt als das Modell (c), bei dem der Radius der Bögen der inneren Vorsprünge 23 kleiner ist als der Radius der Bögen der inneren Vorsprünge 26.
Das Vorstehende beschreibt einige Beispielausführungen zur Erläuterung. Obwohl die vorstehende Diskussion konkrete Ausführungsformen aufgezeigt hat, wird der Fachmann erkennen, dass Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne vom breiteren Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sind die Spezifikationen und Zeichnungen eher illustrativ als restriktiv zu betrachten. Diese detaillierte Beschreibung ist daher nicht im engeren Sinne zu verstehen, und der Umfang der Erfindung wird nur durch die darin enthaltenen Ansprüche und die gesamte Bandbreite an Äquivalenten definiert, auf die diese Ansprüche Anspruch haben.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 24. Dezember 2015 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-252084 , deren gesamte Offenbarung durch Verweis in diese Anmeldung aufgenommen wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das energieabsorbierende Element wird nach der vorliegenden Offenbarung in geeigneter Weise als konstituierendes Element einer Stoßfängerstruktur für ein Fahrzeug, wie z.B. ein Automobil, verwendet.
Bezugszeichenliste

20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 140: Energieabsorbierendes Element
21a, 21b, 21c, 51a, 51b, 51c,61a, 61b, 61c, 71a, 71b, 71c,81a, 81b, 81c: Seitenwand
22, 32, 42, 52, 62, 72, 82: Seitenwand
23, 63, 73, 83: Innere Vorsprünge
24a, 24b, 24c, 34, 44a,44b, 44c, 54a, 54b, 54c, 64a, 64b, 64c, 74a, 74, 74c, 84a,84b, 84c: Hohlteil
25, 45, 55, 65, 75, 85: Rippe
26, 56, 66, 76, 86: Stirnseite
28: Innere Vorsprünge
29, 149: Verformter Anteil
110, 120: Starre Wand
130: Kompressionsrichtung
200: Zusammengefügter zylindrischer Körper
201: Deckel
202: Flanschteil
202a: Loch
203: Schweißteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006207724 [0005]
JP 2015252084 [0085]

Claims

Energieabsorbierendes Element, umfassend: einen zusammengefügten zylindrischen Körper aus einem Aluminiumlegierungsmaterial, wobei der zusammengefügte zylindrische Körper in einem Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung des Aluminiumlegierungsmaterials aufweist: eine im Wesentlichen viereckige Außenwand, bogenförmige erste innere Vorsprünge, die von vier Ecken der Außenwand nach innen ragen, bogenförmige zweite innere Vorsprünge, die nach innen vorstehen, um jeden der geraden Abschnitte eines Paares von Längsseiten der Außenwand in eine Vielzahl von Seiten zu segmentieren, und Rippen, welche die einander gegenüberliegenden Scheitelpunkte der zweiten inneren Vorsprünge verbinden, wobei sich der zusammengefügte zylindrische Körper bei einer Druckbelastung in axialer Richtung kontinuierlich knickt und verformt.
Energieabsorbierendes Element nach Anspruch 1, wobei der zusammengefügte zylindrische Körper weiterhin einen dritten inneren Vorsprung aufweist, der ein Teil der Außenwand ist, der nach innen vorsteht, und der dritte innere Vorsprung an einer Stelle mit einer Wellenlänge liegt, die das 1/2- bis 1-fache der Wellenlänge einer anfänglichen Knickung von einer Stirnseite der Außenwand, die als Kompressionsfläche dient, in axialer Richtung beträgt und sich in einer Breitenrichtung senkrecht zur axialen Richtung erstreckt.
Energieabsorbierendes Element nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abstand zwischen den aneinandergrenzenden Rippen größer ist als ein Abstand zwischen geraden Abschnitten von kurzen Seiten der Außenwand und den Rippen.
Energieabsorbierendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Radius eines Bogens des ersten inneren Vorsprungs größer ist als ein Radius eines Bogens des zweiten inneren Vorsprungs.
Energieabsorbierendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei einer der Endabschnitte des zusammengefügten zylindrischen Körpers in axialer Richtung abgedichtet ist.
Energieabsorbierendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Flanschabschnitt an einem der Endabschnitte in axialer Richtung ausgebildet ist.