DE19717473A1 - Energieabsorberelement - Google Patents
EnergieabsorberelementInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Energieabsorberelement nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
In der Fahrzeugtechnologie kommen Energieabsorberelemente zum Einsatz, bei
denen im Schadensfall, beispielsweise bei einem Aufprall auf ein Hindernis,
Bewegungsenergie gesteuert auf dafür am Fahrzeug vorgesehene Teile abgebaut
wird.
Beispielsweise bei Schienenfahrzeugen müssen zur Einführung neuer Sicher
heitsanforderungen im vorderen Bugbereich einer Lokomotive Verformungs
bereiche vorgesehen werden, die, bedingt durch die enorm hohen Zugmassen, im
Frontbereich große Energiemengen aufnehmen können. Insbesondere muß der
Führerstand bei einem Aufprall ausreichend geschützt werden. Dort ist jedoch der
dafür benötigte Bauraum eng begrenzt, so daß im Idealfall eine bereits zur
Verfügung stehende Konstruktion für den Einbau eines Energieabsorberelement
genutzt werden sollte. Besonders der steife Brüstungsbereich stellt
Hohlkammerprofile mit unterschiedlichen Profilquerschnitten und hohem
Biegeträgheitsmoment zur Verfügung, die jedoch nur bei einer in der Dimension
anpaßbaren Bauweise des Energieabsorberelements genutzt werden können.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit ergibt sich bei Luftfahrzeugen, beispielsweise in
Hubschraubern, in denen Energieabsorberelemente in der Sitzkonstruktion zum
Schutz des Piloten bei einem Aufprall eingebaut sind.
Bekannt und in gängigen Lehrbüchern wie Lang, K., Lehrbuch der Umform
technik, (1975) Bd. 3, S. 211ff und Werkstofftechniklexikon, VDI-Verlag (1991),
S. 1858ff beschrieben sind Stahlrohre, die durch Falten, Verjüngen oder mittels
rollender Biegung Energie absorbieren. Für diesen Zweck aus FR 2 698 034 A1
und US 4,829,979 bekannt sind auch Rohre aus faserverstärkten Kunststoffen, die
durch Faser/Matrix-Brüche Energie aufnehmen.
Ein Vergleich der unterschiedlichen Werkstoffe in ihrer Eigenschaft, Energie
aufzunehmen, zeigt, daß Kunststoffwerkstoffe gegenüber den Metallen um ein
vielfaches überlegen sind. Jedoch besitzen die Kunststoffwerkstoffe in der Praxis
den Nachteil, daß sich entweder nicht oder nur mit enormem Aufwand
kraftschlüssige Verbindungen zu anderen Bauteilen herstellen lassen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Energieabsorberelement
anzugeben, das in der Lage ist, einen großen Energieeintrag auf Fahrzeuge
aufzunehmen und dabei in seiner Konstruktion variabel gestaltet wird.
Die Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben.
Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der
Erfindung.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich durch die
Verwendung von Metallrohren in einfacher Weise eine kraftschlüssige
Flanschverbindung mit Hohlkammerprofilen herstellen lassen. Mit ineinander
gefügten Rohren, in der Praxis oft ein in oder über ein Metallrohr geschobenes
Kunststoffrohr, lassen sich dann auch hohe Energieeinträge auffangen.
Dabei stabilisieren sich im Schadensfall das Metallrohr und das darüber
geschobene Kunststoffrohr gegenseitig, so daß einerseits die Knickstabilität des
Metallrohres durch das Kunststoffrohr erhöht wird und die Fließeigenschaften bei
der Deformation verbessert werden und andererseits das Kunststoffrohr durch das
Metallrohr präzise geführt wird.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß sich durch unterschiedliche
Wandstärke und Querschnitt des Metall- und Kunststoffrohrs, die konstruktive
Ausführung in einfacher Weise auf vorgegebene Bauteilgeometrien der
Trägerelemente anpassen lassen, wobei die schon vorhandene Hohlräume in den
Trägerelementen optimal ausgenutzt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von vorteilhaften Ausführungs
beispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen in den Figuren
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Ansicht eines ersten Energieabsorberelements mit innenliegendem
Metallrohr;
Fig. 2 Ansicht eines zweiten Energieabsorberelements mit außenliegendem
Metallrohr;
Fig. 3 Ansicht des zweiten Energieabsorberelements mit außenliegendem
Metallrohr im Schadensfall;
Fig. 4 Ansicht eines dritten Energieabsorberelements mit außenliegendem
Metallrohr im Schadensfall.
Im Ausführungsbeispiel, gemäß Fig. 1, ist ein erstes Energieabsorberelement
abgebildet, das über ein zweites rohrförmigen Element 2 aus Metall, an dem sich
ein Flanschanschluß 21 befindet, beispielsweise an einem Brüstungsträger
befestigt ist. Am Flansch oder als Teil des Flansches ist ein Führungselement 22
verwendet, das ein geradliniges Durchführen des Metallrohres 2 bei der
Deformation gewährleistet. Das erste rohrförmige Element 1, beispielsweise aus
einem Glasfaserverbundwerkstoff, ist bis zum Führungselement 22
darübergeschoben und wird ohne zusätzliche Befestigung durch das Metallrohr 2
gehaltert. Im Schadensfall findet über das Führungselement 22 die
Kraftübertragung auf den Flansch 21 und den Brüstungsträger 3 statt. Das
Glasfaserrohr 1 ist an einem Ende mit einer sog. Triggerung 11 versehen, die
beispielsweise keilförmig ausgebildet ist. Die Triggerung 11 wird gezielt als
Bruchausgangsstelle für das Glasfaserrohr eingesetzt. Im Schadensfall bricht das
Glasfaserrohr 1, ausgehend von der Triggerung 11, an der am Metallrohr 2
angebrachten Prallplatte 5 fortlaufend ab. Dabei sorgt die Prallplatte 5 für eine
gleichmäßige Krafteinleitung auf beide Rohre 1 und 2. Die Energieaufnahme
geschieht beim Metallrohr 2 über den Deformationsbereich 23 in einer
fortlaufenden Abrollbewegung des Rohres und beim Glasfaserrohr 1 durch den
Bruch in einer dafür vorgesehenen fortlaufenden Bruchzone, ausgehend von der
Triggerung 11.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel, gemäß Fig. 2, zeigt ein zweites Energie
absorberelement mit außenliegendem Metallrohr 2. In einem innenliegenden
Glasfaserrohr 1 befindet sich die Triggerung 11 nun innerhalb des
Brüstungsträgers an einer Abstützwand 4. Der Bruchverlauf im Schadensfall ist
in Fig. 3 dargestellt. Ausgehend von der Triggerung bricht das Glasfaserrohr 1
an der Abstützwand 4 stetig ab. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, daß das
abbrechende Material innerhalb des Trägerhohlraumes eingeschlossen bleibt. Die
rollende Verbiegung des Metallrohres 2 wird gezielt durch das Führungselement
22 und das innenliegende Glasfaserrohr 1 gesteuert. Durch unterschiedliche
Dicken der beiden Rohre 1 und 2 lassen sich die Kraftübertragung auf die
einzelnen Elemente des Brüstungsträgers 3 gezielt steuern. Sollte aus
konstruktionsbedingten Gründen beispielsweise die Abstützwand 4 jedoch nicht
realisierbar sein, so kann ohne weiteres die in Fig. 1 dargestellte Lösung mit
innenliegenden Metallrohr verwendet werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 zeigt den Fall einer besonders
hohen Energieabsorption im Metallrohr 2. Zur abrollenden Verformung kommt
in dieser Variante im Bereich 24 eine weitere Verformung durch mehrfaches
Knicken des Metalls hinzu, indem die Abstützwand 4 entweder nach vorne
verschoben eingebaut wird oder große Deformationswege des Energieabsorber
elements zurückgelegt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt,
sondern ist sinngemäß auf weitere anwendbar. Dabei sind zu einer abrollenden
und gefalteten Verformung auch andere Verformungsarten des zweiten
rohrförmigen Elementes, wie beispielsweise eine schlingenförmige
Verformung, die durch partielles Ausschäumen des Trägerhohlraumes
entstehen könnte, enthalten.
Claims (15)
1. Energieabsorberelement, insbesondere Energieabsorberelement für
Schienenfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet,
daß es aus mehreren ineinandergefügten rohrförmigen Elementen (1, 2) aus
unterschiedlichen Werkstoffen aufgebaut ist.
2. Energieabsorberelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
erstes rohrförmiges Element (1) aus einem Kunststoff und/oder aus einem
keramischen Material besteht.
3. Energieabsorberelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste rohrförmige Element (1) eine Triggerung (11) besitzt.
4. Energieabsorberelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste rohrförmige Element (1) aus einem
Verbundwerkstoff, insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff (FVW)
besteht, der aus einem Laminat und einer Matrix aufgebaut ist.
5. Energieabsorberelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Laminat aus Glasfaser-, Kohlefaser-, Naturfaser, Synthesefaserwerkstoff oder aus
deren Kombinationen besteht.
6. Energieabsorberelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Matrix aus einem Duroplast oder einem Thermoplast besteht.
7. Energieabsorberelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
zweites rohrförmiges Element (2) an einem Ende eine Flanschverbindung (21)
zur Kraftübertragung auf eine starre Rahmenkonstruktion, insbesondere auf einen
Brüstungsträger (3) und ein Führungselement (22) besitzt.
8. Energieabsorberelement nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite rohrförmiges Element (2) aus einem Metall besteht.
9. Energieabsorberelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Metall aus einer Stahllegierung oder Aluminiumlegierung besteht.
10. Energieabsorberelement nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft über eine Prallplatte (5) auf
die rohrförmigen Elemente (1, 2) übertragen wird.
11. Energieabsorberelement nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Brüstungsträger (3) eine
Abstützwand (4) eingebaut ist.
12. Energieabsorberelement nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Schadensfall das zweite rohrförmige
Element (2) durch eine abrollende Verbiegung (23) und/oder eine gefaltete
Verbiegung (24) und/oder eine schlingenartige Verbiegung Energie aufnimmt.
13. Energieabsorberelement nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste rohrförmige Element (1),
ausgehend von der Triggerung (11), an der Abstützwand (4) oder an der
Prallplatte (5) durch Bruch Energie aufnimmt.
14. Energieabsorberelement nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste rohrförmige Element (1)
innenliegend zum zweiten rohrförmigen Element (2) ineinandergefügt ist.
15. Energieabsorberelement nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite rohrförmige Element (2)
innenliegend zum ersten rohrförmigen Element (1) ineinandergefügt ist.
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Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
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Effective date: 20111102 |