DE19904030C1 - Unit for controlled energy absorption under plastic deformation comprises lightweight metal foam surrounded by glass-reinforced plastic casing - Google Patents

Unit for controlled energy absorption under plastic deformation comprises lightweight metal foam surrounded by glass-reinforced plastic casing

Info

Publication number
DE19904030C1
DE19904030C1 DE1999104030 DE19904030A DE19904030C1 DE 19904030 C1 DE19904030 C1 DE 19904030C1 DE 1999104030 DE1999104030 DE 1999104030 DE 19904030 A DE19904030 A DE 19904030A DE 19904030 C1 DE19904030 C1 DE 19904030C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
winding
reinforced plastic
fiber
element according
foam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE1999104030
Other languages
German (de)
Inventor
Joachim Baumeister
Kord Pannkoke
Axel Herrmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV, Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE1999104030 priority Critical patent/DE19904030C1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19904030C1 publication Critical patent/DE19904030C1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/12—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members
    • F16F7/124—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members characterised by their special construction from fibre-reinforced plastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/002—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature
    • B22F7/004—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature comprising at least one non-porous part
    • B22F7/006—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of porous nature comprising at least one non-porous part the porous part being obtained by foaming
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
    • B29C53/56—Winding and joining, e.g. winding spirally
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C63/00—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor
    • B29C63/02—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor using sheet or web-like material
    • B29C63/04—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor using sheet or web-like material by folding, winding, bending or the like
    • B29C63/08—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor using sheet or web-like material by folding, winding, bending or the like by winding helically

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Vibration Dampers (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

The lengthy body (10) of the section comprises metallic foam, with a casing (20) of fiber reinforced plastic. An Independent claim is included for the method of making the energy-absorbing section. The foam body is made first, in the desired shape. The matrix and inlaid fibers are then wound on. Preferred features: The fiber-reinforced plastic casing fits precisely around the cylindrical body. Glass fiber reinforced plastic (GRP) is employed, as several wound layers (21, 22, 23). At least one is wound circumferentially at 90 deg \! 10 deg . The innermost winding is annular. A winding outside it is at \! 45 deg . This is surrounded by a third outer annular winding. A variant of this structure is described.

Description

Die Erfindung betrifft in energieabsorbierendes Element, welches plastisch unter Energieaufnahme verformbar ist.The invention relates to an energy absorbing element which is plastic is deformable while absorbing energy.

Es besteht ein erheblicher Bedarf an energieabsorbierenden Elementen, insbe­ sondere beim Automobilbau. Die Anforderungen an neue Generationen ener­ giesparender Automobile sind sehr umfangreich. Derartige Fahrzeuge sollen vor allem in den Punkten Sicherheit, Komfort und Fahrverhalten dem Standard ge­ genwärtiger Mittelklassewagen entsprechen, müssen sich demgegenüber aber durch einen wesentlich verringerten Kraftstoff- und Resourcenverbrauch aus­ zeichnen. Um die gesteckten Ziele zu erreichen werden derzeit zahlreiche Maß­ nahmen beispielsweise zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Antriebs­ aggregaten umgesetzt; den in diesen Bereichen erzielten Erfolgen entgegen­ gerichtet wirken jedoch gestiegene Sicherheitsanforderungen sowie Ansprüche an Komfort und Fahrleistung, die allesamt mit einer Gewichtserhöhung einher­ gehen.There is a significant need for energy absorbing elements, especially especially in the automotive industry. The requirements for new generations low-consumption automobiles are very extensive. Such vehicles are intended to the standard in terms of safety, comfort and driving behavior correspond to current mid-range cars, but must be in contrast due to a significantly reduced fuel and resource consumption to draw. Numerous measures are currently being used to achieve the goals set used to improve the efficiency of drives, for example aggregates implemented; against the success achieved in these areas Increased security requirements and claims, however, seem directed in comfort and driving performance, all of which go hand in hand with an increase in weight go.

Die meisten heute ausgeführten Konzepte im Kraftfahrzeugbau bestehen aus einer hochsteifen sogenannten Sicherheitsfahrgastzelle mit der Grundforderung nach höchstmöglicher Formstabilität um den Fahrzeuginsassen in einer Unfall­ situation bestmöglichen Schutz zu gewähren. Die bei einem Aufprall auftre­ tenden Energien werden dabei von Vorder- bzw. Hinterwagen in entsprechende Deformationen umgesetzt. Dazu dienen metallische Längs- und Querträger, die zum einem zur Strukturfestigkeit- und Form des Fahrzeugs beitragen und zum anderen hinsichtlich Energieaufnahmen und Formungsverhalten im Crashfall optimiert sind. Aufgrund der heute üblichen Fahrzeuggrößen stehen dabei zur Energiedissipation durch Verformung genügend lange Bereiche zur Verfügung, um die auftretenden Energiebeträge bei Crashsituationen aufnehmen zu können. Sowohl im Automobilbau als auch im Schienenfahrzeugbau werden als Crashelemente Hohlprofile eingesetzt, die in Längsrichtung durch Knittern die Crashenergie aufnehmen. Nachteil dieser Crashelemente ist, dass die Funktion nur bei zentrischem Stoß gegeben ist und relativ lange Wege zur Aufnahme der Crashenergie notwendig sind. Diese Nachteile verschärfen zusätzlich durch die Tendenz zu kompakten PKWs mit sehr kurzen Knautschzonen (S. Kalke, (Aluminiumschaum im Wettbewerb zu anderen energieabsorbierenden Systemen im Automobil in: Tagungsband Symposium Metallschäume ((ISBN 3-9805748-0-6)), Hrsg: J. Banhart, MIT- Verlag Bremen, 1997, S. 103). M. Seitzberger et. al. (Kollapsverhalten axial gedrückter, mit Aluminiumschaum gefüllter Profile in: Tagungsband Symposium Metallschäume ((ISBN 3-9805748-0-6)), Hrsg: J. Banhart, MIT-Verlag Bremen, 1997, S. 137) und Kinder­ vater C. M., Georgi H. (Composite Strength and Energy Absorption as an Aspect of Structural Crash Resistance", Ch. 6 Structural Crashworthiness and Failure ((1993)), ((ed)) N. Jones and T. Wierzbicki, Elsevier, London), beschreiben den Einsatz von Aluminiumschäumen, die eine hohe Energieaufnahme zeigen in Kombination mit faserverstärkten Kunststoffen, die die hohe Stoßenergie aufnehmen können. Most of the concepts in motor vehicle construction carried out today consist of a highly rigid so-called safety passenger cell with the basic requirement for the highest possible dimensional stability around the vehicle occupants in an accident to provide the best possible protection for the situation. Which occurs in an impact tendency energies are transferred from the front or rear to corresponding Deformations implemented. Metallic longitudinal and cross members serve this purpose on the one hand contribute to the structural strength and shape of the vehicle and to others with regard to energy consumption and shaping behavior in the event of a crash are optimized. Due to the vehicle sizes common today, are available Energy dissipation through deformation of sufficiently long areas available to absorb the occurring amounts of energy in crash situations  can. Both in automobile construction and in rail vehicle construction are considered Crash elements hollow profiles used, which in the longitudinal direction by wrinkling Record crash energy. The disadvantage of these crash elements is that they only work with centric shock is given and relatively long distances to absorb the crash energy are necessary. These disadvantages are exacerbated by the tendency to compact cars with very short crumple zones (S. Kalke, (aluminum foam in the Competition for other energy absorbing systems in automobiles in: Conference proceedings symposium metal foams ((ISBN 3-9805748-0-6)), ed .: J. Banhart, MIT- Verlag Bremen, 1997, p. 103). M. Seitzberger et. al. (Collapse behavior of axially pressed, Profiles filled with aluminum foam in: Conference proceedings symposium metal foams ((ISBN 3-9805748-0-6)), ed .: J. Banhart, MIT-Verlag Bremen, 1997, p. 137) and children father C.M., Georgi H. (Composite Strength and Energy Absorption as an Aspect of Structural Crash Resistance ", Ch. 6 Structural Crashworthiness and Failure ((1993)), ((ed)) N. Jones and T. Wierzbicki, Elsevier, London), describe the use of Aluminum foams that show a high energy consumption in combination with fiber-reinforced plastics that can absorb the high impact energy.  

Es wird jedoch aufgrund der oben angestrebten Tendenzen zur Gewichts­ reduktion zunehmend eine Verkürzung oder gar Integrierung der Vorder- und Hinterwagen in die Fahrgastzelle stattfinden, so daß die zur Energieaufnahme durch plastische Verformung verfügbaren Karosseriebereiche drastisch ver­ ringert werden.However, it is due to the weight tendencies aimed at above reduction increasingly a shortening or even integration of the front and Rear car take place in the passenger compartment, so that for energy consumption available plastic parts drastically ver be wrested.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein energieabsorbierendes Element vorzuschlagen, welches bei der Energieabsorption herkömmlichen Stahlbauträgern gleich kommt, dabei aber weniger Platzbedarf aufweist.The invention is therefore based on the object of an energy absorbing To propose an element that is conventional in energy absorption Steel structural members is the same, but it takes up less space.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen länglichen Grundkörper aus einem metalli­ schen Schaum und einen Mantel aus faserverstärktem Kunststoff.This The object is achieved by an elongated base body made of a metal foam and a jacket made of fiber-reinforced plastic.

Als metallischer Schaum wird dabei vorzugsweise ein Leichtmetallschaum und insbesondere ein Aluminiumschaum eingesetzt. Diese Metallschäume sind isotrope Leichtbauwerkstoffe und wurden bisher für Sandwichstrukturen in der Bautechnik eingesetzt.A light metal foam and is preferably used as the metallic foam in particular an aluminum foam used. These are metal foams isotropic lightweight materials and were previously used for sandwich structures in the Construction technology used.

Faserverstärkte Kunststoffe sind ebenfalls für die Leichtbautechnik vielfach ein­ gesetzt worden, eine Kombination beider Materialien führt zu einem sehr leich­ ten Element.Fiber-reinforced plastics are also widely used for lightweight technology a combination of both materials leads to a very easy element.

Durch die Verwendung eines Grundkörpers aus einem metallischen Schaum, der mit einem Mantel aus faserverstärktem Kunststoff umwickelt ist, läßt sich eine Struktur bilden, die ein kontrollierbares, vorhersagbares und innerhalb einer Serie reproduzierbares Bruchverhalten gewährleistet und gleichzeitig außer­ ordentlich kurze Deformationswege trotz hoher Energieaufnahme besitzt. Im Crashfall wird der Aluminiumschaum zusammengepreßt und nimmt die Energie auf, während gleichzeitig der den Schaum umgebende Mantel aus faserverstärktem Kunststoff ein definiertes Verhalten hinsichtlich der Vorzugs­ richtung vorgibt und auch die Energieabsorption hinsichtlich einer Vorzugs­ richtung optimiert, nämlich in Längsrichtung. By using a base made of a metallic foam, which is wrapped with a jacket made of fiber-reinforced plastic, can be form a structure that is controllable, predictable and within one Series reproducible fracture behavior guaranteed and at the same time out tidy short deformation paths despite high energy consumption. in the In the event of a crash, the aluminum foam is compressed and takes up the energy on, while at the same time the coat surrounding the foam fiber-reinforced plastic a defined behavior in terms of preference specifies direction and also the energy absorption with regard to a preference direction optimized, namely in the longitudinal direction.  

Es entsteht also eine Hybridstruktur, die bevorzugt eine zylindrische Form auf­ weist. Die Beanspruchungsrichtung liegt dabei parallel zur Längsachse.A hybrid structure thus arises, which preferably has a cylindrical shape points. The direction of stress is parallel to the longitudinal axis.

Die Kombination von Grundkörner aus metallischem Schaum und Mantel aus faserverstärktem Kunststoff führt zu einer verdeutlichten Verbesserung des längenspezifischen Absorptionsverhaltens, die aus einem völlig veränderten Crashverhalten resultiert. Zum einen bewirkt der metallische Schaum des Grundkörpers eine Abstützung des Mantels aus faserverstärktem Kunststoff. Zum anderen unterdrückt der Mantel die Querkontraktion des metallischen Schaumes des Grundkörpers. Das bedeutet, daß dieser nicht mehr in alle drei Raumrichtungen kollabieren - also auseinanderbrechen - kann, wie dies bei einem isotropen Material sonst zu erwarten ist, sondern er verformt sich nun uniaxial und plastisch. Erst durch die Kombination mit dem Mantel aus faserverstärktem Kunststoff wird der metallische Schaum des Grundkörpers in die Lage versetzt, Energie mittels plastischer Verformung aufzunehmen. Ohne den Mantel würde der Schaum einfach auseinanderbrechen. Der plastische Verformungsanteil wäre verschwindend klein.The combination of basic grains made of metallic foam and jacket fiber-reinforced plastic leads to a clear improvement in the length-specific absorption behavior resulting from a completely changed Crash behavior results. On the one hand, the metallic foam of the Base body a support of the jacket made of fiber-reinforced plastic. On the other hand, the jacket suppresses the transverse contraction of the metallic Foam of the basic body. This means that this is no longer in all three Space directions can collapse - that is, break apart - like this with an isotropic material is to be expected otherwise, but it now deforms uniaxial and plastic. Only by combining it with the coat fiber-reinforced plastic, the metallic foam of the base body in able to absorb energy by means of plastic deformation. Without the foam would just break apart the coat. The plastic one Deformation would be negligible.

Die Kombination hat nun eine wesentlich bessere Ausnutzung des Energieaufnahmevermögens zur Folge, denn der multidirektionale Druckspannungszustand führt zu einem vollständigen Zusammendrücken der Poren bzw. zu einer plastischen Verformung des metallischen Schaumes. Der Synergieeffekt zeigt sich in der Tatsache, daß die Summe der Lastniveaus der Einzelkomponenten Mantel und Grundkörper kleiner ist als der Betrag des Lastniveaus der Hybridstruktur des erfindungsgemäßen energieabsorbierenden Elementes.The combination now has a much better use of the Energy absorption capacity, because of the multidirectional Compressed state leads to a complete compression of the Pores or to a plastic deformation of the metallic foam. The Synergy effect is shown in the fact that the sum of the load levels of the Individual components of the jacket and base body is smaller than the amount of Load levels of the hybrid structure of the energy absorbing according to the invention Element.

In durchgeführten Versuchen hat sich bereits gezeigt, daß dieser Synergieeffekt zu erheblich verbesserten Energieabsorptionseigenschaften einer derartigen Hybridstruktur führt, wobei diese Versuche anhand einer Struktur aus glasfaser­ verstärktem Kunststoff für den Mantel und Aluminium für den metallischen Schaum durchgeführt wurden. Tests have already shown that this synergy effect to significantly improved energy absorption properties of such Hybrid structure leads, these experiments using a structure made of glass fiber reinforced plastic for the jacket and aluminum for the metallic Foam were performed.  

So hat sich das Niveau der Crashmittelkraft im Vergleich zu den Einzelkompo­ nenten mehr als verdoppelt und die maximale Stauchung dementsprechend nahezu halbiert. Die Kraft-Weg-Kurve des energieabsorbierenden Elementes in diesen Versuchen ist gut vorhersagbar. Durch Variation der Schaumdichte des Grundkörpers läßt sich gezielt das Niveau der Crashmittelkraft und die Defor­ mation für einen spezifischen Energieeintrag verändern. Eine Beeinflussung der Eigenschaften ist auch möglich durch Variation der Ummantelung, etwa durch Veränderungen am Lagenaufbau, an der Dicke oder bei der Werkstoffauswahl.So the level of the medium impact force compared to the single compo nent more than doubled and the maximum compression accordingly almost halved. The force-displacement curve of the energy absorbing element in these attempts are well predictable. By varying the foam density of the Basic body can be targeted the level of crash medium force and the Defor change for a specific energy input. Influencing the Properties are also possible by varying the casing, for example by Changes to the layer structure, the thickness or the choice of materials.

Der Einfluß des Mantelmaterials hat einen entscheidenden Einfluß auf den Synergieeffekt. Umgekehrt wird das materialtypische Bruchverhalten von faser­ verstärkten Mänteln durch den Grundkörper nicht verändert. Die Steigerung der längenspezifischen Absorptionsenergie gegenüber einem reinen Mantel aus glasfaserverstärktem Kunststoff liegt bei fast 200%, denen lediglich eine ge­ ringfügige Abnahme der massenspezifischen Absorptionsenergie um 14,3% gegenüberstand.The influence of the jacket material has a decisive influence on the Synergy effect. Conversely, the material's typical breaking behavior of fiber reinforced coats not changed by the basic body. The increase in length-specific absorption energy compared to a pure jacket glass fiber reinforced plastic is almost 200%, which is only one ge slight decrease in mass-specific absorption energy by 14.3% faced.

Besonders bevorzugt ist es, wenn der Mantel aus faserverstärktem Kunststoff mehrere Wicklungsebenen aufweist.It is particularly preferred if the jacket made of fiber-reinforced plastic has several winding levels.

Dabei ist es ganz besonders bevorzugt, wenn die innerste Wicklungsebene eine Ringwicklung ist, eine außen die innerste Wicklung umgebende zweite Wicklung eine ±45°-Wicklung ist und wenn die zweite Wicklungsebene von einer dritten äußeren Wicklungsebene in Form einer Ringwicklung umgeben ist.It is very particularly preferred if the innermost winding level is one Ring winding is a second winding surrounding the innermost winding on the outside is a ± 45 ° winding and if the second winding plane is from a third outer winding plane is surrounded in the form of a ring winding.

Mit einem derartigen Lagenaufbau des Mantels aus dem faserverstärkten Kunststoff, bevorzugt ist glasfaserverstärkter Kunststoff, lassen sich besonders gut die radial nach außen wirkenden Umfangskräfte aufnehmen, die durch den kollabierenden Metallschaum im Crashfalle ausgeübt werden. Diese Kräfte werden an sich am besten von einer Umfangswicklung von idealerweise 90° aufgenommen. Um die Umfangswicklung für den Fall der überlagerten axialen Stauchung zu stabilisieren, ist die Kombination der 90°-Lagen mit einer +45- oder -45°-Wicklung sinnvoll, welche die mit der axialen Stauchung verbundenen Scherkräfte aufnimmt. Vorgenommene Untersuchungen haben bereits gezeigt, daß hierfür eine Wandstärke von 1,8 mm bei drei Lagen aus­ reichend ist.With such a layer structure of the jacket from the fiber-reinforced Plastic, preferably glass fiber reinforced plastic, is particularly suitable well absorb the radially outward-acting circumferential forces caused by the collapsing metal foam in the event of a crash. These powers are best per se from a circumferential winding of ideally 90 ° added. To the peripheral winding in the case of superimposed axial Stabilizing compression is the combination of the 90 ° layers with one  + 45 or -45 ° winding makes sense, which is the one with the axial compression associated shear forces. Have made examinations already shown that for this a wall thickness of 1.8 mm with three layers is sufficient.

Zusätzlich ist es bevorzugt, wenn durch den Mantel aus faserverstärktem Kunststoff zusätzlich auch ein Beitrag zum Energieverzehr geleistet werden kann. Hierfür hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Faserorientierungswinkel um 5° für die Umfangswicklung und um 15° für die Zwischenwicklung zu reduzieren sowie eine zusätzliche Zwischenwicklung einzufügen. Eine solche Struktur zeichnet sich dann dadurch aus, daß die innerste Wicklungsebene eine 85°-Wicklung, die zweite Wicklungsebene eine +30°-Wicklung, die dritte Wicklungsebene eine -30°-Wicklung und die vierte Wicklungsebene eine 85°- Wicklung ist.In addition, it is preferred if the jacket is made of fiber-reinforced Plastic can also make a contribution to energy consumption can. The fiber orientation angle has proven to be advantageous for this by 5 ° for the peripheral winding and by 15 ° for the intermediate winding reduce and insert an additional intermediate winding. Such Structure is then characterized in that the innermost winding level is a 85 ° winding, the second winding level a + 30 ° winding, the third Winding level a -30 ° winding and the fourth winding level an 85 ° - Winding is.

Mit dieser Struktur des Mantels bei einer Wandstärke von 2,2 mm in Kombination mit einem Aluminiumschaum von einer Dichte von 0,7 g/cm3 konnten sehr gute Werte im Crashverhalten festgestellt werden, so beispiels­ weise eine hohe Peak-Kraft im Anfangsbereich der Kraftwegkurve und eine höhere Crashmittelkraft. Es stellte sich heraus, daß der Mantel nicht kollabiert, sondern rasierpinselartig auffasert. Dies zeigt, daß der faserverstärkte Kunststoff selbst einen Beitrag zur Energieabsorption leistet.With this structure of the jacket with a wall thickness of 2.2 mm in combination with an aluminum foam with a density of 0.7 g / cm 3 , very good values in the crash behavior could be determined, for example a high peak force in the initial area of the force path curve and a higher crash mean force. It turned out that the coat did not collapse, but instead shaved like a shaving brush. This shows that the fiber-reinforced plastic itself makes a contribution to energy absorption.

Von Vorteil ist es außerdem, daß die Form des Grundkörpers samt Mantel auf eine ideale Zylinderform nicht notwendig festgelegt ist. Es kann durchaus eine andere Form gewählt werden, wenn dies aus karrosseriespezifischen Randbe­ dingungen her gewünscht wird.It is also advantageous that the shape of the base body including the jacket an ideal cylindrical shape is not necessary. There can be one another shape can be chosen if this is from body-specific Randbe conditions.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Elemente ist in großer Stückzahl be­ sonders kostengünstig möglich, wenn zunächst ein Grundkörper aus dem me­ tallischen Schaum fertig in gewünschter Form hergestellt und daran an­ schließend um diesen Kern eine Matrix mit darin eingelegten Fasern um den Grundkörper herumgewickelt wird. The production of the elements according to the invention is in large numbers possible particularly inexpensively if first a basic body from the me metallic foam manufactured in the desired shape and attached to it closing around this core a matrix with fibers inserted in it around the Basic body is wrapped around.  

Es ist möglich, den metallischen Schaum mit zusätzlichen Legierungsbestand­ teilen zu versehen, um eine Optimierung seiner Eigenschaften zu erzielen. Zu nennen ist hier eine verbesserte Härtbarkeit oder Festigkeitserhöhung des me­ tallischen Schaumes.It is possible to stock the metallic foam with additional alloy parts to provide in order to optimize its properties. To name here is an improved hardenability or strength increase of the me tallistic foam.

Versuche mit Schaumdichten von 0.4, 0.7 und 1 g/cm3 zeigten positive Ergebnisse. Durch die erfindungsgemäße Hybridstruktur sind jedoch sogar Schäume mit sehr niedrigen Dichten bis herab zu 0.3 g/cm3 einsetzbar.Experiments with foam densities of 0.4, 0.7 and 1 g / cm 3 showed positive results. Due to the hybrid structure according to the invention, however, even foams with very low densities down to 0.3 g / cm 3 can be used.

Die Porenstruktur wird daher bevorzugt auf eine Schaumdichte um etwa 0,3 g/cm2 eingestellt, was eine besonders leichte Bauweise unterstützt, die Stabilität des Schaumes aufgrund des Mantels auch unter Crashbelastung beibehält und zu guten Deformationseigenschaften des energieabsorbierenden Elementes führt.The pore structure is therefore preferably set to a foam density of about 0.3 g / cm 2 , which supports a particularly light construction, maintains the stability of the foam due to the jacket even under crash loads and leads to good deformation properties of the energy-absorbing element.

Andere Schaumdichten sind ebenfalls möglich und können mit anderen Ausbil­ dungen der Lagen und Wicklung des Fasermaterials kombiniert werden. Da­ durch können je nach Wunsch bedarfsorientierte Kraft-Weg-Verläufe der ener­ gieabsorbierenden Elemente festgelegt werden und auch geometrisch sehr komplexe Bauteile können hergestellt werden.Other foam densities are also possible and can be done with different designs layer and winding of the fiber material can be combined. There through, as required, demand-oriented force-displacement curves of the ener gi-absorbing elements can be determined and also very geometrically complex components can be manufactured.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen energieabsorbierenden Elemente bietet sich nicht nur beim Bau von Kraftfahrzeugzellen an, sondern überall dort, wo hohe massenspezifische Energien bei gleichzeitig geringen Deformationswegen mit guter Kraft-Weg-kennung absorbiert werden sollen. Man unterliegt dabei keinen großen konstruktiven und geometrischen Einschränkungen.The use of the energy absorbing elements according to the invention offers not only in the construction of automotive cells, but wherever high mass-specific energies with low deformation paths should be absorbed with good force-displacement identification. You are subject to it no major constructive and geometric restrictions.

Die Erfindung wird anhand des nachstehenden Ausführungsbeispiels näher er­ läutert. Darin zeigt:The invention is based on the embodiment below he purifies. It shows:

Fig. 1 im Schnitt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines energieabsorbierenden Elements. Fig. 1 in section a schematic representation of the structure of an energy absorbing element.

Ein energieabsorbierendes Element ist von länglichem zylinderförmigem Auf­ bau. Der Durchmesser beträgt zwischen 0,5 und 20 cm, die Länge ist deutlich größer als der Durchmesser und liegt zwischen einigen Zentimetern und in Spe­ zialfällen einigen Metern.An energy absorbing element has an elongated cylindrical shape construction. The diameter is between 0.5 and 20 cm, the length is clear larger than the diameter and is between a few centimeters and in Spe cases a few meters.

Das Element besitzt einen länglichen, zylindrischen Grundkörper 10, welcher aus einem metallischen Schaum, insbesondere Aluminiumschaum besteht. Zu erkennen sind einige lediglich schematisch angedeutete Poren 12. Diese Poren werden im Crashfall zusammengedrückt und führen zu der gewünschten De­ formation.The element has an elongated, cylindrical base body 10 , which consists of a metallic foam, in particular aluminum foam. Some pores 12, which are only indicated schematically, can be seen. In the event of a crash, these pores are compressed and lead to the desired deformation.

Der längliche zylindrische Grundkörper 10 aus dem metallischen Schaum ist umgeben von einem Mantel 20. Der Mantel 20 besteht aus faserverstärktem Kunststoff, beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoff. In der Darstellung sind drei Wicklungsebenen 21, 22 und 23 vorgesehen. Dabei ist bevorzugt die innerste Wicklung 21 als Ringwicklung ausgebildet, die sich darum nach außen anschließende zweite Wicklung 22 als ±45°-Wicklung und die dritte äußerste Wicklung 23 wiederum als Ringwicklung.The elongated cylindrical base body 10 made of the metallic foam is surrounded by a jacket 20 . The jacket 20 consists of fiber-reinforced plastic, for example glass-fiber reinforced plastic. In the illustration, three winding levels 21 , 22 and 23 are provided. The innermost winding 21 is preferably designed as a ring winding, the second winding 22 which adjoins the outside as a ± 45 ° winding and the third outermost winding 23 in turn as a ring winding.

Claims (10)

1. Energieabsorbierendes Element, welches plastisch unter Energieaufnahme verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Element einen länglichen Grundkörper (10) aus einem metallischen Schaum und einen Mantel (20) aus faserverstärktem Kunststoff besitzt.1. Energy absorbing element, which is plastically deformable under the absorption of energy, characterized in that the element has an elongated base body ( 10 ) made of a metallic foam and a jacket ( 20 ) made of fiber-reinforced plastic. 2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (10) aus einem Leichtmetallschaum besteht.2. Element according to claim 1, characterized in that the base body ( 10 ) consists of a light metal foam. 3. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (10) aus einem Aluminiumschaum besteht.3. Element according to claim 2, characterized in that the base body ( 10 ) consists of an aluminum foam. 4. Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (10) zylinderförmig und der faserverstärkte Kunststoff den zylinderförmigen Körper exakt umgebend ausgebildet ist.4. Element according to one of the preceding claims, characterized in that the base body ( 10 ) is cylindrical and the fiber-reinforced plastic is formed exactly surrounding the cylindrical body. 5. Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der faserverstärkte Kunststoff ein glaserfaserverstärkter Kunststoff (GFK) ist.5. Element according to one of the preceding claims, characterized, that the fiber reinforced plastic is a glass fiber reinforced plastic (GRP) is. 6. Element nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (20) aus faserverstärktem Kunststoff mehrere Wicklungs­ ebenen (21, 22, 23) aufweist. 6. Element according to one of the preceding claims, characterized in that the jacket ( 20 ) made of fiber-reinforced plastic has several winding levels ( 21 , 22 , 23 ). 7. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Wicklungsebenen eine Umfangswicklung von 90° ± 10° ist.7. Element according to claim 6, characterized, that at least one of the winding levels has a circumferential winding of 90 ° ± 10 °. 8. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste Wicklungsebene eine Ringwicklung ist, eine außen die innerste Wicklung (21) umgebende zweite Wicklung (22) eine ±45°-Wicklung ist und daß die zweite Wicklungsebene von einer dritten äußeren Wicklungsebene (23) in Form eine Ringwicklung umgeben ist.8. Element according to claim 7, characterized in that the innermost winding plane is a ring winding, an outside the innermost winding ( 21 ) surrounding the second winding ( 22 ) is a ± 45 ° winding and that the second winding plane from a third outer winding plane ( 23 ) is surrounded in the form of a ring winding. 9. Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste Wicklungsebene eine 85°-Wicklung, die zweite Wicklungsebene eine +30°-Wicklung, die dritte Wicklungsebene eine -30°- Wicklung und die vierte Wicklungsebene eine 85°-Wicklung ist.9. Element according to claim 7, characterized, that the innermost winding level has an 85 ° winding, the second Winding level one + 30 ° winding, the third winding level one -30 ° - Winding and the fourth winding level is an 85 ° winding. 10. Verfahren zur Herstellung energieabsorbierender Elemente nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Grundkörper (10) aus dem metallischen Schaum fertig in gewünschter Form hergestellt und daran anschließend um diesen Kern eine Matrix mit darin eingelegten Fasern um den Grundkörper (10) herumge­ wickelt wird.10. A method for producing energy-absorbing elements according to one of the preceding claims, characterized in that first a base body ( 10 ) made of the metallic foam finished in the desired shape and then around this core a matrix with fibers inserted therein around the base body ( 10 ) is wrapped around.
DE1999104030 1999-02-02 1999-02-02 Unit for controlled energy absorption under plastic deformation comprises lightweight metal foam surrounded by glass-reinforced plastic casing Expired - Fee Related DE19904030C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1999104030 DE19904030C1 (en) 1999-02-02 1999-02-02 Unit for controlled energy absorption under plastic deformation comprises lightweight metal foam surrounded by glass-reinforced plastic casing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1999104030 DE19904030C1 (en) 1999-02-02 1999-02-02 Unit for controlled energy absorption under plastic deformation comprises lightweight metal foam surrounded by glass-reinforced plastic casing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19904030C1 true DE19904030C1 (en) 2000-10-05

Family

ID=7896103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1999104030 Expired - Fee Related DE19904030C1 (en) 1999-02-02 1999-02-02 Unit for controlled energy absorption under plastic deformation comprises lightweight metal foam surrounded by glass-reinforced plastic casing

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19904030C1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10005573A1 (en) * 2000-02-09 2001-08-23 Claus Templin Production of bicycle components comprises preparing a molding of a component in the form of a foamed metal body, winding the molding with one or more fiber composite plastics impregnated with adhesive and hardening
DE10101649C1 (en) * 2001-01-16 2002-08-29 Daimler Chrysler Ag Structural element reinforced with metal foam
FR2849416A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-02 Valeo Thermique Moteur Sa ENERGY ABSORBING HOUSING FOR MOTOR VEHICLE BUMPER
DE10328047B3 (en) * 2003-06-23 2005-04-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Made of metal foam blocks component and method for its preparation
DE102006018381A1 (en) * 2006-04-20 2007-10-25 Siemens Ag Process for increasing the stiffness of a metal component at least in sections with a hollow space accessible from the outside useful in metal processing avoids the high cost and possible component damage of previous processes
DE102007054535A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Support structure of an instrument panel of a motor vehicle
DE102011089326A1 (en) 2011-12-21 2013-06-27 Robert Bosch Gmbh Impact element e.g. impact absorber of crash protection system for vehicle, has casing comprising target discharge point for discharge of fluid from casing during crash above predefined level
DE102012015990A1 (en) * 2012-08-11 2014-02-13 Volkswagen Ag Deformation element used as bumper assembly of motor vehicle, is provided between cross element and supporting structure whose block dimension is deformed during crash, by degradation of impact forces applied on supporting structure
CN103625401A (en) * 2013-12-10 2014-03-12 湖南大学 Window type thin-wall square tube energy absorption device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NICHTS ERMITTELT *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10005573A1 (en) * 2000-02-09 2001-08-23 Claus Templin Production of bicycle components comprises preparing a molding of a component in the form of a foamed metal body, winding the molding with one or more fiber composite plastics impregnated with adhesive and hardening
DE10101649C1 (en) * 2001-01-16 2002-08-29 Daimler Chrysler Ag Structural element reinforced with metal foam
FR2849416A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-02 Valeo Thermique Moteur Sa ENERGY ABSORBING HOUSING FOR MOTOR VEHICLE BUMPER
WO2004060724A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-22 Valeo Thermique Moteur Energy-absorbing case for a motor vehicle bumper beam
DE10328047B3 (en) * 2003-06-23 2005-04-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Made of metal foam blocks component and method for its preparation
DE102006018381A1 (en) * 2006-04-20 2007-10-25 Siemens Ag Process for increasing the stiffness of a metal component at least in sections with a hollow space accessible from the outside useful in metal processing avoids the high cost and possible component damage of previous processes
DE102007054535A1 (en) * 2007-11-15 2009-05-20 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Support structure of an instrument panel of a motor vehicle
DE102011089326A1 (en) 2011-12-21 2013-06-27 Robert Bosch Gmbh Impact element e.g. impact absorber of crash protection system for vehicle, has casing comprising target discharge point for discharge of fluid from casing during crash above predefined level
DE102012015990A1 (en) * 2012-08-11 2014-02-13 Volkswagen Ag Deformation element used as bumper assembly of motor vehicle, is provided between cross element and supporting structure whose block dimension is deformed during crash, by degradation of impact forces applied on supporting structure
CN103625401A (en) * 2013-12-10 2014-03-12 湖南大学 Window type thin-wall square tube energy absorption device
CN103625401B (en) * 2013-12-10 2015-08-19 湖南大学 A kind of band window thin-wall square tube energy absorption device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0683072B1 (en) Energy absorber for improving the safety in a vehicle passenger compartment
DE4317738C2 (en) Energy absorber
EP0850113B1 (en) Reinforced formed part, process for its production and its use
DE102005017470B4 (en) Energy absorbing upholstery with tiered elements
DE19904030C1 (en) Unit for controlled energy absorption under plastic deformation comprises lightweight metal foam surrounded by glass-reinforced plastic casing
DE2918280A1 (en) SHOCK ABSORBING DEVICE
DE102008015960B4 (en) Vehicle having at least one energy absorption device for absorbing impact energy
DE10242527A1 (en) Steering column support housing
EP3445640B1 (en) Structural element
EP0903415B1 (en) Structure expansée
DE2712762A1 (en) SPRING ELEMENT, IN PARTICULAR FOR FASTENING BUMPERS TO VEHICLES
DE102005028054B3 (en) Steering column for use in motor vehicle, has hollow space formed between telescopic inner and outer parts of column, and pyrotechnical unit whose propellant is introduced into hollow space such that propellant forms energy absorbent agent
DE9216981U1 (en) Elastic bearing
DE102010015972A1 (en) Energy absorbing device for use in back part of seat of e.g. motor car to absorb impact energy during e.g. front side crash, has additional element comprising anisotropic fiber structure and arranged between side walls of wall structure
DE102014016024A1 (en) Vehicle with energy absorption unit
EP2740589B1 (en) Method for producing a sandwich component
DE19933734B4 (en) Structural component for a vehicle body
EP1670639B1 (en) Composite cladding piece for a vehicle
DE102016225389A1 (en) Radlenker of a vehicle
EP1323616B1 (en) Vehicle steering wheel from foamed metal and method for producing the same
DE102012101777A1 (en) Energy absorbing element of vehicle, has inner wall, core and/or outer wall whose thicknesses increase or decrease in direction parallel to longitudinal axis in longitudinal direction and/or circumferential direction of base structure
EP1997716B1 (en) Fibre composite material profile and motor vehicle window frame
DE102014003143B4 (en) crossbeam
DE102009034941B4 (en) vehicle armor
DE10006388A1 (en) Subframe of a motor vehicle chassis

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of the examined application without publication of unexamined application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM F. LUFT- UND RAUMFAHRT E.V., DE

Owner name: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20120901