DE202018104474U1

DE202018104474U1 - Zellenförmige Strukturen mit achtseitigen Zellen

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Publication number: DE202018104474U1
Application number: DE202018104474.5U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2018-08-14
Anticipated expiration: 2028-08-03
Also published as: CN209258229U; US10407010B2; US20190039541A1

Abstract

Verstärkendes Element für ein Fahrzeug, umfassend:eine zellenförmige Struktur, welche eine Mehrzahl von Zellen beinhaltet, wobei ein Querschnitt jeder Zelle acht Seitenwände aufweist, welche an acht Ecken miteinander verbunden sind, um ein geschlossenes Polygon zu definieren, die Seitenwände acht Innenwinkel definieren, welche sich an den Ecken befinden, wobei zwei der Innenwinkel spitz sind und zwei der Innenwinkel überstumpf sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft verstärkende Elemente mit einer zellenförmigen Struktur, die aus einer Mehrzahl von Zellen besteht. Die Zellen weisen einen Querschnitt aus acht Seiten auf, die an acht Ecken miteinander verbunden sind.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Strukturelle Komponenten können durch zellenförmige Strukturen verstärkt sein. Ein Beispiel solcher zellenförmigen Strukturen beinhaltet eine Mehrzahl von hexagonalen Zellen und wird typischerweise als eine Wabe bezeichnet. Waben werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet, darunter Automobil, Raumfahrt, Sportartikel und Baumaterial.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein verstärkendes Element für ein Fahrzeug eine zellenförmige Struktur mit einer Mehrzahl von Zellen. Ein Querschnitt jeder Zelle weist acht Seitenwände auf, die an acht Ecken miteinander verbunden sind, um ein geschlossenes Polygon zu definieren. Die Seitenwände definieren acht Innenwinkel, welche sich an den Ecken befinden. Zwei der Innenwinkel sind spitz und zwei der Innenwinkel sind überstumpf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein verstärkendes Element eine zellenförmige Struktur mit einer Mehrzahl von Zellen. Ein Querschnitt jeder Zelle weist acht Seitenwände auf, die an acht Ecken miteinander verbunden sind. Die Seitenwände sind angeordnet, um ein konkaves Polygon mit zwei der Ecken mit einem spitzen Innenwinkel zu bilden.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeugträger ein rohrförmiges Element und eine zellenförmige Struktur, welche im rohrförmigen Element angeordnet ist. Die zellenförmige beinhaltet eine Vielzahl von Zellen. Ein Querschnitt jeder Zelle ist ein geschlossenes, konkaves Polygon mit acht Seitenwänden, welche an acht Ecken miteinander verbunden sind.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines verstärkenden Elements, welches eine zellenförmige Struktur mit achtseitigen Zellen aufweist.
2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht einer der achtseitigen Zellen.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren verstärkenden Elements, welches ein äußeres rohrförmiges Element und eine innere zellenförmige Struktur mit achtseitigen Zellen aufweist.
4 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht noch eines weiteren verstärkenden Elements, welches drei verschiedene Schichten aus zellenförmigen Strukturen aufweist, welche in einem Stapel angeordnet sind.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Exemplars mit einer zellenförmigen Wabenstruktur.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten Exemplars mit einer zellenförmigen Wabenstruktur.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines dritten Exemplars, welches die achtseitige zellenförmige Struktur der vorliegenden Offenbarung aufweist.
8 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse des Stauchwegs eines dynamischen Belastungstests für die Exemplare der 5, 6 und 7 darstellt.
9 ist ein Diagramm, das Energieabsorptionsergebnisse des dynamischen Belastungstests darstellt.
10 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse des Stauchwegs eines quasi-statischen Belastungstests für die Exemplare der 5, 6 und 7 darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nach Bedarf werden in der vorliegenden Schrift detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hier offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Basis, um den Fachmann den vielfältigen Gebrauch der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 kann ein verstärkendes Element 20 eine zellenförmige Struktur 22 beinhalten, welche eine Mehrzahl von Zellen 24 aufweist, die miteinander verbunden und miteinander verschachtelt sind, um die zellenförmige Struktur 22 zu bilden. Die zellenförmige Struktur 22 kann als eine eigenständige Struktur verwendet werden. Eine eigenständige Anwendung ist eine energieabsorbierende Komponente in einem Fahrzeug. Die zellenförmige Struktur 22 kann, wie dargestellt, zu einer im Allgemeinen ebenen Schicht geformt sein und an ausgewählten Stellen an einem Fahrzeug platziert sein, um Energie während eines Aufpralls oder eines anderen Ereignisses zu absorbieren. Beispielsweise könnte die zellenförmige Struktur 22 im Dachhimmel platziert sein, um Energie während eines Aufpralls zwischen einem Insassen und dem Dachhimmel zu absorbieren, oder kann an einer Seitenschiene platziert sein, um Energie während eines seitlichen Aufpralls zu absorbieren. Beispielsweise könnte das verstärkende Element 20 verwendet werden, um die Schweller, Seitenschienen, B-Säulen, Scharniersäulen oder Dachholme zum Seitenaufprallschutz zu verstärken. Das verstärkende Element kann die Absorption von Aufprallenergie unterstützen und zu verringerten Eindrückungen in die Fahrgastzelle führen, wenn es in diesen Bereichen verwendet wird.
Die zellenförmige Struktur 22 kann außerdem verwendet werden, um einen Träger oder eine Quetschdose zu verstärken. (Dies wird nachfolgend ausführlicher beschrieben.) Während das verstärkende Element 20 vorrangig hinsichtlich Fahrzeuganwendungen erläutert wird, kann die zellenförmige Struktur 22 in einer Vielzahl verschiedener Anwendungen und Gebiete verwendet werden, darunter unter anderem: Raumfahrt, Sportartikel, Baumaterialien, Versandmaterialien, verformbare Sperren, Windturbinen, Seeschiffe, Hochgeschwindigkeitszüge und viele andere.
Jede Zelle 24 kann acht Seitenwände 26 beinhalten, welche an acht Ecken 28 miteinander verbunden sind, um ein geschlossenes Polygon 30 zu bilden. Die Seitenwände 26 können gerade sein. Die Seitenwände 26, welche zusammenwirken, um acht Innenwinkel (Φ_ij) und acht Außenwinkel (Φ_ej) zu definieren, befinden sich an den Ecken 28. Die Innenwinkel sind die Winkel, die im Innenraum des Polygons 30 gebildet sind, und die Außenwinkel sind Winkel, die an der Außenseite des Polygons 30 gebildet sind. Die Innen- und Außenwinkel stehen mathematisch durch Gleichung 1 zu einander in Beziehung: Φ_ij + Φ_ej = 360 Grad.
Jede Zelle 24 ist ein konkaves Polygon, was bedeutet, dass sich ein Abschnitt der Zelle nach innen in sich selbst zusammenfaltet, im Gegensatz zu einem standardmäßigen Achteck, das ein konvexes Polygon ist. Um die dargestellte Querschnittsform zu bilden, sind ein erster Innenwinkel (Φ_i1) an der ersten Ecke 28 und ein vierter Innenwinkel (Φ_i4) an der vierten Ecke 28d spitz, damit die erste Seitenwand 26a und die dritte Seitenwand 26c sich nach innen erstrecken. Die erste und dritte Seitenwand sind durch die zweite Seitenwand 26b an der zweiten und dritten Ecken 28b und 28c miteinander verbunden. Die zweite Ecke 28b weist einen zweiten Innenwinkel (Φ_i2) auf, der überstumpf ist. Ein überstumpfer Winkel ein Winkel größer als 180 Grad aber kleiner als 360 Grad. Die dritte Ecke 28c weist eine dritte Innenwinkel (Φ_i3) auf, der ebenso überstumpf ist. Die vierte Seitenwand 26d erstreckt sich von der vierten Ecke 28d zur fünften Ecke 28e. Die fünfte Ecke 28e weist einen fünften Innenwinkel (Φ_i5) auf, der stumpf ist. Die fünfte Seitenwand 26e erstreckt sich von der fünften Ecke 28e zur sechsten Ecke 28f, welche einen sechsten Innenwinkel (Φ_i6) aufweist, der stumpf ist. Die sechste Seitenwand 26f erstreckt sich von der sechsten Ecke 28f zur siebenten Ecke 28g, die einen siebenten Innenwinkel (Φ_i7) aufweist, der stumpf ist. Die siebente Seite 26g erstreckt sich von der siebenten Ecke 28g zur achten Ecke 28h, die einen achten Innenwinkel (Φ_i8) aufweist, der stumpf ist. Die achte Seite 26h erstreckt sich von der achten Ecke 28h zur ersten Ecke 28a. Die erste Seitenwand 26a kann eine gleiche Querschnittslänge (L) wie die dritte Seitenwand 26c aufweisen. Die zweite Seitenwand 26b kann eine gleiche Querschnittslänge wie die sechste Seitenwand 26f aufweisen und beide können parallel zueinander sein. Die vierte Seitenwand 26d kann eine gleiche Querschnittslänge wie die achte Seitenwand 26h aufweisen und beide können parallel zueinander sein. Die fünfte Seitenwand 26e kann eine gleiche Querschnittslänge wie die siebente Seitenwand 26g aufweisen. Die Verwendung des Ausdrucks „gleich“ bezieht sich auf eine Konstruktionsabmessung, wobei es sich versteht, dass hergestellte Teile Toleranzen aufweisen. Beispielsweise könnten zwei Teile, die so konstruiert sind, dass sie eine gleiche Länge aufweisen, aufgrund von Herstellungseinschränkungen etwas länger oder kürzer als das jeweils andere sein.
Die Seitenwände 26e, 26f, und 26g bilden einen vorderen Abschnitt 32; die Seitenwände 26a, 26b, und 26c bilden einen hinteren Abschnitt 34; und die Seitenwände 26d und 26h bilden die Seitenabschnitte 36 und 38 der Zelle 24. Der vordere Abschnitt 32 und der hintere Abschnitt 34 können im Wesentlichen identisch zueinander sein, sodass der vordere Abschnitt 32 einer der Zellen 24 den hinteren Abschnitt 34 einer benachbarte Zelle bilden kann. Wie oben erläutert, sind die Seitenwände 26d und 26h identisch und parallel, sodass eine der Seitenwände 26d die Seitenwand 26h einer benachbarten Zelle bilden kann. Die zellenförmige Struktur 22 kann derart gebildet sein, dass benachbarte Zellen eine oder mehrere Wände wie oben beschrieben teilen. Alternative vollständige Zellen können getrennt gebildet und dann miteinander verbunden werden. Die achtseitige Form der vorliegenden Offenbarung ermöglicht den Zellen, ohne Leerräume zwischen den Zellen miteinander verschachtelt zu sein. Die Zellen 24 können in der zellenförmigen Struktur 22 mit den Seitenabschnitten 36 und 38 angeordnet sein, welche aneinander ausgerichtet sind, um eine Mehrzahl von Reihen 44 aus Zellen zu schaffen.
Jede Zelle 24 weist eine Längsmittellinie 40 und eine Quermittellinie 42 auf. Die Zelle 24 verläuft asymmetrisch um die Längsmittellinie 40 und verläuft symmetrisch um die Quermittellinie 42. Daher sind die Innenwinkel Φ_i1 und Φ_i4 gleich, sind die Innenwinkel Φ_i2 und Φ_i3 gleich, sind die Innenwinkel Φ_i5 und Φ_i8 gleich und sind die Innenwinkel Φ_i6 und Φ_i7 gleich.
Die zellenförmige Struktur 22 kann aus einer Mehrzahl von verschiedenen Materialien, darunter Metall, Kunststoff, Verbundstoff, Silikon, Halbleitermaterialien, Papier, Karton, Materialien mit Formgedächtnis, Gummi, Schaum, Gel, Hybridmaterialien (d. h. Kombinationen von unähnlichen Materialien) oder dergleichen, gebildet sein. Die zellenförmige Struktur 22 kann mithilfe einer Vielzahl von Techniken je nach den gewählten Materialien und der Größe und Form der zellenförmigen Struktur 22 hergestellt werden. Beispielsweise kann die zellenförmige Struktur 22 durch Pressen, Biegen, Formhärten, Hydroforming, Abformen, Gießen, Extrusion, gleichmäßiges oder ungleichmäßiges Walzprofilieren, Zerspanen, Schmieden, 3D-Druck und dergleichen gebildet sein.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen können eine oder mehrere der zellenförmigen Struktur teilweise oder vollständig mit verschiedenen Füllmaterialien ausgefüllt sein. Ferner kann ein verstärkendes Element mehrere zellenförmige Strukturen beinhalten, wobei jede zellenförmige Struktur teilweise oder vollständig mit verschiedenen Arten von Füllmaterial ausgefüllt sind. Beispielsweise können, wenn eine Temperatursteuerung gewünscht ist, einige oder alle der Zellen mit wärmedämmendem (wärmedämmenden) Füllmaterial(ien) ausgefüllt sein. Beispielhafte wärmedämmende Füllmaterialien beinhalten verschiedene Schäume (z. B. getriebenen Glasfaserschaum, Polyurethanschäume), Mineralwolle, Zellulose, Polystyrol-Aerogele, Kork und Kombinationen davon. Zusätzlich oder alternativ dazu können in anderen Ausführungsformen, wenn eine Lärmregulierung erforderlich ist, einige oder alle der Zellen der zellenförmigen Struktur(en) teilweise oder vollständig mit geräuschdämmendem (geräuschdämmenden) Füllmaterial(ien) ausgefüllt sein. Beispielhafte geräuschdämmende Füllmaterialien schließen Schwämme, Melamin-Akustikschäume, Mineralwolle, offenporige Gummischäume und Kombinationen davon ein. In weiteren Ausführungsformen, wenn zusätzliche strukturelle Verstärkung gewünscht ist, können die Zellen teilweise oder vollständig mit verstärkendem (verstärkenden) Füllmaterial(ien) ausgefüllt sein. Beispielhafte verstärkende Füllmaterialien beinhalten strukturelle(n) Schäume, wie etwa thermoplastische Strukturschäume, Aluminiumschäume, glas- oder carbonfaserverstärkte Strukturschäume, geschlossenporige Polymerschäume und Kombinationen davon. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann mehr als eine Art von Füllmaterial in den Zellen integriert sein. In anderen Ausführungsformen kann ein Füllmaterial mehr als eine oder sogar alle Funktionen einer Wärmedämmung, Schalldämmung und Verstärkung bereitstellen und kann einige oder alle der Zellen der zellenförmigen Struktur teilweise oder vollständig ausfüllen. Alternativ dazu können einige oder alle der Zellen ungefüllt (d. h. hohl oder leer) gelassen werden.
Unter Bezugnahme auf 3 kann ein verstärkendes Element 60 ein rohrförmiges Element 62 aufweisen, z. B. einen Träger, der einen Innenraum 66 definiert. Das rohrförmige Element 62 kann aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Seitenwänden 64 gebildet sein. In der veranschaulichten Ausführungsform weist das rohrförmige Element 62 einen quadratischen Querschnitt mit vier Seitenwänden auf. In anderen Ausführungsformen kann das rohrförmige Element 62 eine beliebige Anzahl von Seitenwänden aufweisen, je nach der spezifischen Anwendung des verstärkenden Elements 60.
Eine zellenförmige Struktur 68 ist im Innenraum 66 angeordnet, um das rohrförmige Element 62 zu verstärken. Je nach Anwendung des rohrförmigen Elements 62 kann die zellenförmige Struktur verwendet werden, um Biegewiderstand, Beulfestigkeit, Stauchwiderstand, Energieabsorption und dergleichen zu erhöhen. Die zellenförmige Struktur 68 beinhaltet eine Mehrzahl von einzelnen Zellen 70, die miteinander verbunden und mit anderen Zellen verschachtelt sind, um die zellenförmige Struktur 68 zu bilden. Periphere Zellen können mit den Seitenwänden 64 des rohrförmigen Elements 62 verbunden sein, um die zellenförmige Struktur 68 im rohrförmigen Element 62 zu befestigen sowie Belastungen zwischen dem rohrförmigen Element 62 und der zellenförmigen Struktur 68 zu übertragen. Jede Zelle 70 kann acht Seiten aufweisen, die angeordnet sind, um ein konkaves Polygon zu bilden. Die Zellen 70 können die gleichen oder ähnliche Zellen 24 sein.
Parameter wie etwa Abmessungen (z. B. Längen und Dicken) und die Form (z. B. Eckwinkel) können verändert werden, um die zellenförmige Struktur je nach der gewünschten Anwendung anzupassen. Das Verändern dieser Parameter kann die Zellendichte der zellenförmigen Struktur erhöhen oder verringern und kann die Festigkeit des verstärkenden Elements erhöhen oder verringern.
Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet ein verstärkendes Element 80 eine erste Schicht 82, eine zweite Schicht 84 und eine dritte Schicht 86, die übereinander angeordnet sind, um einen Stapel 100 zu bilden. Alternativ können die Schichten in einer horizontalen Anordnung angeordnet sein. Platten (nicht dargestellt) können zwischen den Schichten angeordnet sein, um die Befestigung der Schichten zu ermöglichen. Die verschiedenen Schichten können verschiedene Eigenschaften aufweisen, wie etwa Festigkeit und/oder Energieabsorption. Die erste Schicht 82 beinhaltet eine erste zellenförmige Struktur 88, welche eine Mehrzahl von Zellen 94 aufweist, die zweite Schicht 84 beinhaltet eine zweite zellenförmige Struktur 90, welche eine Mehrzahl von zweiten Zellen 96 aufweist, und die dritte Schicht 86 beinhaltet eine dritte zellenförmige Struktur 92, welche eine Mehrzahl von dritten Zellen 98 aufweist. Die Zellen 94, 96, und 98 weisen alle einen Querschnitt mit acht Seitenwänden auf, die miteinander verbunden sind, um ein geschlossenes, konkaves Polygon zu bilden, das symmetrisch um die Quermittellinie und asymmetrisch um die Längsmittellinie verläuft. Die Querschnittsseitenlängen und die Eckwinkel der Zellen in jeder Schicht sind anders als die Zellen der anderen Schichten, um verschiedene Eigenschaften in jeder Schicht zu erzeugen. In der veranschaulichten Ausführungsform steigt die Zellendichte von der Oberseite zur Unterseite des Stapels 100, wobei die erste Schicht 82 die niedrigste Zellendichte und die dritte Schicht 86 die höchste Zellendichte aufweist. Die Zellendichte der zellenförmigen Strukturen kann verringert werden, indem die Innenwinkel der Ecken 102 und 104 verkleinert werden und die Innenwinkel der Ecken 106 und 108 vergrößert werden, um eine Breite der Zellen zu verringern und/oder um durch Verringern einer Querschnittslänge der Seitenwände 110 und 112 eine Länge der Zellen zu verringern.
Das verstärkende Element 80 kann als ein energieabsorbierendes Element an einem Fahrzeug verwendet werden. Beispielsweise kann der Stapel 100 am Fahrzeug befestigt sein, wobei die erste Schicht 82 die äußere Schicht ist und die dritte Schicht 86 die untere Schicht ist. Die erste Schicht 82 kann die schwächste und dazu konstruiert sein, sich unter geringen Kräften zusammenzustauchen, wohingegen die zweite und dritte Schicht 84, 86 stärker und dazu konfiguriert sind, sich unter größeren Kräften zusammenzustauchen. Mehrschichtige verstärkende Elemente könne Aufpralle verschiedener Größenordnung wirksam absorbieren. Beispielsweise ist die weichere erste Schicht 82 in der Lage, schwächere Aufpralle vollständig zu absorbieren, während geringere Reaktionskräfte erzeugt werden, um den Schaden am aufprallenden Objekt zu begrenzen. Dies ist besonders nützlich, wenn das aufprallende Objekt eine Person ist. Mehrschichtige verstärkende Elemente können besonders in einem Dachhimmel eines Fahrzeugs von Vorteil sein, um Aufprallenergie zwischen einem Insassen und dem Dachhimmel zu absorbieren. Die weichere erste Schicht 82 kann dazu ausgelegt sein, Aufpralle durch kleinere Insassen zu absorbieren, wohingegen die stärkere zweite und dritte Schichten 84, 86 dazu konfiguriert sein können, Aufpralle durch größere Insassen zu absorbieren.
Vielschichtige verstärkende Elemente können ebenso dazu verwendet werden, um einen Fahrzeugträger wie etwa eine Quetschdose oder eine Vorderschiene zu verstärken. Die Quetschdose oder Vorderschiene kann mit einer weicheren äußeren Schicht nahe dem Stoßfänger und mit stufenweise stärkeren horizontalen Schichten, die die äußere Schicht stützen, verstärkt sein. Dies kann für eine kontrolliertere Quetschung während eines Aufpralls sorgen. Selbstverständlich ist die Verwendung der mehrschichtigen verstärkenden Elemente nicht auf die in der vorliegenden Offenbarung bereitgestellten Beispiele beschränkt.
Die Tests haben die verbesserten Festigkeits- und Leistungsmerkmale der zellenförmigen Strukturen, die die achtseitigen Zellen der vorliegenden Offenbarung aufweisen, im Vergleich zu den herkömmlichen wabenförmigen zellenförmigen Strukturen gezeigt. Die Tests erfolgten unter Verwendung von dynamischer Belastung und quasi-statischer Belastung. Die folgenden Figuren veranschaulichen die Ergebnisse aus zwei solcher Tests.
8 veranschaulicht ein Diagramm 118, das die Ergebnisse eines dynamischen Belastungstests zwischen einem ersten Exemplar 120 (dargestellt in 5) mit einer wabenförmigen zellenförmigen Struktur, einem zweiten Exemplar 122 (dargestellt in 6) ebenso mit einer wabenförmigen zellenförmigen Struktur und einem dritten Exemplar 124 (dargestellt in 7) mit der achtseitigen zellenförmigen Struktur der vorliegenden Offenbarung zeigt. Das erste Exemplar 120 ist ein rechteckiges Prisma mit einem Querschnitt von 178 × 178 Millimetern (mm), wiegt 0,25 Kilogramm (kg), und weist 50 wabenförmige Zellen auf. Das zweite Exemplar 122 ist ein rechteckiges Prisma mit einem Querschnitt von 240 mm × 280 mm, wiegt 0,37 kg und weist 56 wabenförmige Zellen auf. Das dritte Exemplar 124 ist ein rechteckiges Prisma mit einem Querschnitt von 143 mm × 84 mm und wiegt 0,25 kg. Alle der Exemplare wiesen die gleiche Höhe, das gleiche Material und die gleiche Seitenwanddicke auf.
Während jedes dynamischen Belastungstests wird ein Stoßkörper in das Exemplar getrieben, wodurch das Exemplar dazu gebracht, sich zusammenquetschen zu lassen. Das Diagramm 118 zeigt die Stauchkraft (y-Achse) und den Weg (x-Achse) für jedes Exemplar. Das dritte Exemplar 124 übertraf beide wabenförmigen Exemplare, obwohl das zweite Exemplar 122 48 % schwerer ist. Die folgenden Kräfte sind die durchschnittlichen Stauchkräfte zwischen 0 und 60 mm Weg. Das dritte Exemplar 124 weist die höchste durchschnittliche Stauchkraft bei 56,12 Kilonewton (kN) auf. Das zweite Exemplar 122 weist die zweite höchste durchschnittliche Stauchkraft bei 55,87 kN auf und das erste Exemplar 120 war bei 47,68 kN am schwächsten. Daher brachte das achtseitige Exemplar 124 18 % bessere Leistung als das ähnlich bemessene wabenförmige Exemplar 120 und 0,4 % besser als das größere wabenförmige Exemplar 122. Durch das Verwenden der achtseitigen zellenförmigen Struktur der vorliegenden Offenbarung kann ein leichteres und kleineres verstärkendes Element anstelle eines größeren und schwereren wabenförmigen verstärkenden Elements verwendet werden, während weiter eine gewünschte Festigkeit erreicht wird. Während nicht im Diagramm dargestellt, zeigten die Tests ebenso, dass die achtseitige zellenförmige Struktur progressive und stabile Quetschung aufweist und dass die Faltlängen des dritten Exemplars 124 kleiner als jene der wabenförmigen Exemplare 120, 122 waren, was darauf hinweist, dass die achtseitige Konstruktion in der Lage ist, stärkere Energieabsorption zu erreichen.
9 ist ein Diagramm 128, das die Ergebnisse der Energieabsorption während des dynamischen Belastungstests veranschaulicht. Das Diagramm 128 zeigt die Energieabsorption (y-Achse) und den Weg (x-Achse) für jedes Exemplar. Das dritte Exemplar 124, das die achtseitige zellenförmige Struktur aufweist, übertraf das erste und zweite Exemplar 122, 124. Beispielsweise bei 60 mm wies das dritte Exemplar 124 eine Energieabsorption von 3376,9 kN-mm auf, wies das erste Exemplar 120 eine Energieabsorption von 2861,0 kN-mm auf und wies das zweite Exemplar 120 eine Energieabsorption von 3352,41 kN-mm auf. Daher übertraf das achtseitige Exemplar 124 beider wabenförmigen Exemplare 120 und 122 um 18 % bzw. 1 % bei 60 mm Weg.
10 veranschaulicht ein Diagramm 130, das die Ergebnisse eines Tests einer quasi-statischen Belastung, z. B. Einsteigen von Passagieren und/oder Einladen von Fracht, zwischen dem ersten Exemplar 120, dem zweiten Exemplar 122 und dem dritten Exemplar 124 zeigt. Das dritte Exemplar 124 übertraf außerdem die wabenförmigen Exemplare 120 und 122 bei quasi-statischer Belastung. Das dritte Exemplar 124 wies eine Spitzenkraft von 101,4 kN auf, das erste Exemplar wies eine Spitzenkraft von 71,4 kN auf und das zweite Exemplar 122 wies eine Spitzenkraft von 90,2 kN auf. Daher wies das dritte Exemplar 124 eine 42 % höhere Spitzenkraft auf als das erste Exemplar 120 und eine 12,4 % höhere Spitzenkraft als das zweite Exemplar 122. Hinsichtlich der Betriebsfähigkeit lassen sich diese Ergebnisse auf das dritte Exemplar 124 übertragen, das konzentriertere plastische Verformung zeigt, die, falls ein Austausch erforderlich ist, beim Austausch weniger Material benötigen und Kosten verursachen als Komponenten mit der wabenförmigen zellenförmigen Struktur.
Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind beschreibende und keine einschränkenden Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale verschiedener umsetzender Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden.

Claims

Verstärkendes Element für ein Fahrzeug, umfassend: eine zellenförmige Struktur, welche eine Mehrzahl von Zellen beinhaltet, wobei ein Querschnitt jeder Zelle acht Seitenwände aufweist, welche an acht Ecken miteinander verbunden sind, um ein geschlossenes Polygon zu definieren, die Seitenwände acht Innenwinkel definieren, welche sich an den Ecken befinden, wobei zwei der Innenwinkel spitz sind und zwei der Innenwinkel überstumpf sind.
Verstärkendes Element nach Anspruch 1, wobei vier der Innenwinkel stumpf sind.
Verstärkendes Element nach Anspruch 1, wobei jede der Zellen eine Quermittellinie definiert und symmetrisch um die Quermittellinie verläuft.
Verstärkendes Element nach Anspruch 1, wobei jede der Seitenwände gerade ist.
Verstärkendes Element nach Anspruch 1, wobei sich eine erste Seitenwand der Seitenwände zwischen einem der überstumpfen Winkel und einem der spitzen Winkel erstreckt und sich eine zweite Seitenwand der Seitenwände zwischen dem anderen der überstumpfen Winkel und dem anderen der spitzen Winkel erstreckt, wobei die erste und zweite Seitenwand eine gleiche Querschnittslänge aufweisen.
Verstärkendes Element nach Anspruch 5, wobei vier der Innenwinkel stumpf sind und wobei sich eine dritte Seitenwand der Seitenwände zwischen zwei der vier stumpfen Winkel erstreckt und sich eine vierte Seitenwand der Seitenwände zwischen den anderen zwei der vier stumpfen Winkel erstreckt und die dritte und vierte Seitenwand eine gleiche Querschnittslänge aufweisen.
Verstärkendes Element nach Anspruch 6, wobei sich eine fünfte Seitenwand der Seitenwände zwischen der ersten Seitenwand und der zweiten Seitenwand erstreckt und sich eine sechste der Seitenwände zwischen der dritten Seitenwand und der vierten Seitenwand erstreckt, wobei die fünfte und sechste Seitenwand eine gleiche Querschnittslänge aufweisen.
Verstärkendes Element nach Anspruch 7, wobei sich eine siebente der Seitenwände zwischen der ersten Seitenwand und der dritten Seitenwand erstreckt und sich eine achte der Seitenwände zwischen der zweiten Seitenwand und der vierten Seitenwand erstreckt, wobei die siebente und achte Seitenwand eine gleiche Querschnittslänge aufweisen und die erste und die dritte Seitenwand eine gleiche Querschnittslänge aufweisen.
Verstärkendes Element nach Anspruch 1, ferner umfassend ein rohrförmiges Element, welches einen Innenraum definiert, wobei die zellenförmige Struktur im Innenraum angeordnet ist.
Verstärkendes Element, umfassend: eine zellenförmige Struktur, welche eine Mehrzahl von Zellen beinhaltet, wobei ein Querschnitt jeder Zelle acht Seitenwände aufweist, welche an acht Ecken miteinander verbunden sind, wobei die Seitenwände angeordnet sind, um ein konkaves Polygon mit zwei der Ecken mit einem spitzen Innenwinkel zu bilden.
Verstärkendes Element nach Anspruch 10, wobei zwei der Ecken jeder Zelle einen überstumpfen Winkel aufweisen.
Verstärkendes Element nach Anspruch 10, ferner umfassend ein rohrförmiges Element, welches einen Innenraum definiert, wobei die zellenförmige Struktur im Innenraum angeordnet ist.
Verstärkendes Element nach Anspruch 10, wobei die zellenförmige Struktur eine erste zellenförmige Struktur ist und ferner eine zweite zellenförmige Struktur umfasst, welche auf der ersten zellenförmigen Struktur gestapelt ist, wobei die zweite zellenförmige Struktur eine Mehrzahl von zweiten Zellen beinhaltet, welche einen Querschnitt aufweisen, welcher sich von den Zellen der ersten zellenförmigen Struktur unterscheidet.
Verstärkendes Element nach Anspruch 13, wobei der Querschnitt der zweiten Zellen ein konkaves Polygon mit acht Seitenwänden ist, welche an acht Ecken miteinander verbunden sind.
Verstärkendes Element nach Anspruch 13, ferner umfassend ein rohrförmiges Element, wobei die erste und zweite zellenförmige Struktur im rohrförmigen Element angeordnet ist, wobei die erste zellenförmige Struktur auf die zweite zellenförmige Struktur in einer Längsrichtung des rohrförmigen Elements gestapelt ist.