DE2237136A1

DE2237136A1 - Energieabsorbierende vorrichtung

Info

Publication number: DE2237136A1
Application number: DE2237136A
Authority: DE
Inventors: Joseph R Boyle
Original assignee: McCord Corp
Current assignee: McCord Corp
Priority date: 1971-08-03
Filing date: 1972-07-28
Publication date: 1973-02-15
Also published as: CA968000A; ES405386A1; BR7205187D0; IT961692B; FR2149827A5; GB1396535A; US3871636A; AR192967A1; AU4448072A

Description

D^:pl.-lna. VV-. DaWIUe 26. Juli 1972

Dipl.-!ng. H.-]. Lippert - W./kr

P a t e η t α η w ä 11 a
506 Refrath bei Köln
Frankenforstar Straße 137

McCord Corporation Detroit, Michigan, USA

"Energieabsorbierende Vorrichtung"

Die Erfindung betrifft eine energieabsorbierende Vorrichtung, insbesondere die Verwendung einer solchen Vorrichtung zum Schutz von Fahrzeugbenutzern während plötzlicher Abbremsungen oder Kollisionen.

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_ ₂ _ ■ 223713P)

Die Erfindung bezweckt im wesentlichen die Schaffung einer hochwirksamen energieabsorbierenden Vorrichtung, die in passiver Weise arbeitet» wobei der Begriff "passiv¹¹ in diesem Zusammenhang bedeutet, daß keine Tätigkeit von Seiten einer Person erforderlich ist, beispielsweise das Festschnallen eines Gurtes oder das Schieben eines Knopfes, ohne daß bewegliche Teile wie aufblasbare Elemente verwendet werden, die entweder durch von Hand oder automatisch betätigte Schalter ausgelöst werden.

Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer energieabsorbierenden Vorrichtung, die einen geringsten Platzbedarf hat und die den verschiedensten Konstruktionen und Stilerfordernissen der Automobilindustrie angepaßt werden kann. Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer energieabsorbierenden Vorrichtung, die zahlreichen Stößen unterzogen werden kann, ohne daß eine Reparatur oder ein Austausch erforderlich ist. Weiter bezweckt die Erfindung das Vermeiden von Problemen, die in Systemen innewohnen, die auf das Entstehen aufblasbarer Hemmnisse basieren. Zu solchen Problemen gehören ein hoher Lärmpegel und ein ausgeprägter Druckanstieg im Fahrgastraum in dem Augenblick, in dem das aufblasbare Hemmnis eingesetzt wird, und ferner die Schwierigkeiten, auf die man bisher bei der Entwicklung von Stoßmesseinheiten getroffen ist, die zuverlässig arbeiten und eingriffssicher sind.

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Weiter bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung, deren Energieabsorptionseigenschaften eingestellt werden können, indem die Anordnung und Geometrie von Komponententeilen geändert werden.

Die Erfindung ist im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein Schaubild mit weggebrochenen Teilen, das ein Armaturenbrett eines Automobils zeigt, das erfindungsgemäß ausgebildet ist;

Fig. 2 ein waagerechter Schnitt an der Linie 2-2 der Fig. 1; .

Fig. 5 ein Schnitt an der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4A-4D waagerechte Schnitte ähnlich der Darstellung in Fig. 2, in denen einige der Varianten gezeigt sind, die die Form und die Konstruktion der inneren elastischen Rippen haben können, um die Energieabsorptionscharakteristiken der Vorrichtung zu ändern;

Fig. 5 ein Schaubild von hinten, wobei wiederum Teile weggelassen sind, das ein anderes Ausführungs-

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beispiel der Erfindung zeigt;

Pig. 6 ein waagerechter Schnitt durch das in Fig. gezeigte Ausführungsbeispiel in dem Moment, in dem ein Gegenstand darauf schlägt, und

Fig. 7 und 8 Kurven, die die Ergebnisse eines Teste darstellen, der mit einer Mustervorrichtung der in Fig. 1 - 3 gezeigten Art vorgenommen worden ist.

In Fig. 1 - 3 ist eine Partie eines Armaturenbrettes 10 eines Automobils gezeigt, wobei das Armaturenbrett erfindungsgemäß ausgebildet ist. Das Armaturenbrett 10 umfaßt einen flexiblen gekrümmten Mantel 12, der durch geeignete Mittel mit einem starren Trägerteil H verbunden ist. Der Trägerteil 14 kann zweckmäßigerweise ein einstückiger Teil des Automobilrahmens sein. Der Mantel 12 ist mit einstückigen, sich nach hinten erstreckenden Augen 16 versehen, die über sich nachhinten erstreckende Flansche 18 am Trägerteil 14 liegen· Beispielsweise können Maschinenschrauben 20 eingesetzt werden, um die Augen 16 an den Flanschen 18 zu befestigen.

Der Mantel 12 wiüct mit dem Trägerteil H zusammen, um einen Hohlraum zu umschließen, der in Fig. 1 mit 22 bezeichnet ist.

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-P-

Der Hohlraum 22 ist in einer Anzahl kleinerer Abteilungen unterteilt und zwar durch in seitlichem Abstand angeordneter Hippen 24, die einstückig bei 26 mit dem Mantel 12 verbunden sind. In dem in Fig. 1-3 gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Rippen 24 vom Mantel 12 nach hinten, wobei ihre hinteren Bänder am Trägerteil 14 bei 28 anstoßen. Der Mantel 12 und die Rippen 24 werden vorzugsweise aus einem relativ steifen, jedoch elastischem Material geformt, beispielsweise mikrozellularem Urethanschaum. Der Trägerteil H und die anstoßenden hinteren Ränder der Rippen 24 können gegebenenfalls gekrümt sein, wie das in der Zeichnung mit 30 bezeichnet ist. Ferner kann es sich als vorteilhaft erweisen, den Mantel 12 mit einer Zierhaut 32 aus Plastisol oder einem anderen entsprechenden Material zu bedecken, das eine Außenfläche hat, die in geeigneter Weise gefasert und gefärbt ist, um sich an den Dekor des Inneren des Automobils anzupassen.

Im Betrieb funktioniert das Armaturenbrett 10 wie folgti beim Aufprall eines Gegenstandes gegen die Außenfläche der Vorrichtung wird der Mantel 12 in Richtung auf den Trägerteil 14 nach innen geschoben. Gleichzeitig knicken die Hippen 24 an dem Aufprallpunkt. Die kombinierte Einwärtsbiegung des Mantels 12 und des Knickens der Rippen 24 absorbiert die kinetische Energie des"aufprallenden Gegenstandes, während gleichzeitig für einen Dämpfungseffekt ge-

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sorgt wird. Die Energieabsorbierung geht weiter, bis die Bewegung des aufprallender Objektes nach vorne aufgefangen worden ist, und wenn das geschieht, kehren die elastischen Rippen 24 und der Mantel 12 in ihre Lagen zurück, die sie vor dem Aufprall eingenommen haben, ohne daß im wesentlichen gleiche kinetische Energie zurück auf das aufprallende Objekt übertragen wird. Die Wärmeableitung ist hauptsächlich für die Energiedifferenz verantwortlich. Es versteht sich, daß der "Sitz" zwischen dem äußeren Mantel 12 und dem Trägerteil 14 nicht luftdicht ist. Luft kann also aus dem Hohlraum 22 entweichen und wieder zurückkehren, wenn eine Erholung vom Aufprall erfolgt.

Der vorstehende Vorgang wird weiter veranschaulicht durch die Ergebnisse eines Tests mit einer Mustervorrichtung der in Pig. 1 - 3 gezeigten Art, wobei jedoch keine äußere Plastisolabdeckung 32 am Mantel 12 vorgesehen war. Der Mantel 12 und die einstückigen Rippen 24 der Testprobe wurden aus einem mikrozellularem Urethanschaum geformt, der eine Dichte von 65 lbs./Kubikfuß hatte. Der Mantel und die Rippen waren 1/4" dick, und der seitliche Abstand zwischen den Rippen betrug 3/4". Der Abstand ^Md^H (sieh Pig. 3) zwischen der Spitze des Mantels und dem Trägerteil betrug 6".

Das Testgerät, mit dem gearbeitet wurde, um das vorstehende Muster auszuwerten, bestand aus einer kugeligen Kopfform mit einem Gewicht von 15 lbs. Die Kopfform wurde aus einer

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geeigneten Höhe fallengelassen, um eine Geschwindigkeit von 50 Meilen pro Stunde im Moment des Aufpralls auf die Testprobe zu erreichen.

Ein piezoelektrischer Beschleunigungsmesser wurde mit der Kopfform verbunden, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das proportional zur Kopffomibeschleunigung war. Das Signal wurde relativ zur Zeitbasis auf einem Kanal eines Dualbahn-Oszilloskopen aufgezeichnet. Der zweite Kanal wurde mit einem Schiebewiderstand verbunden, der die Spannungsänderung relativ zur Zeit mit der Lageänderung der Kopfform aufzeichnete. Dieser Kanal wurde geeicht, indem die Kopfform in den Aufprallpunkt gebracht wurde und indem eine "Null"— Zentimeter-Ablesung am Oszilloskop erfolgte. Die Kopfform wurde dann um eine bestimmte Anzahl von Zoll bewegt, und die Anzahl von Zentimetern auf der Oszilliskopskala wurde notiert Der Eichfaktor wurde dann errechnet als Anzahl der Zentimeter geteilt durch Anzahl an Zoll. (Beispielsweise 8,3 cm geteilt durch 10" = 0,83"/em). -

Fig. 7 zeigt die Kurven, die durch die vorstehende Anlage während eines Testbeispiels entstanden. Die Kurve c-^ ist die ¹¹ g" Kurve. Nach dem Newton'sehen Gesetz gilt: i¹·.= ma = wt. χ 32.2 g/g = wt. χ "g". Die Kurve C₂ stellt die Verlagerung dar. Die Neigung der Kurve Cp (dargestellt durch die Linie c-) vor dem Aufprall ist die Aufprallgeschwindigkeit, d.h. V₁ = 6.6 ( .031 ) ( .830) (12) =. 2.13 ft/sec. .

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— ο —

Die Rückechnellgeschwindigkeit wird errechnet unter Verwendung der Neigung der Kurve c₂ (dargestellt durch die Linie c.) nach g, in diesem Beiepiel nach 38 m.eek. Die Neigung der Linie C₄ iet damit V_r = 3·9Ο/.Ο44 (.830) (12) = 8.9 ft/sec.

Die abeorbierte kinetische Energie beträgt

|2

-Π'

= 87 ft. lbs

Die Kraftauebiegungskurve c,-, die in Fig. 7 dargeetellt ist, wurde aus den Kurven c-. und Cp errechnet, die in Fig. 6 dargeetellt sind. D^e Fläche 36, die die Kurve Cr umschließt, stellt die reine kinetische Energie dar, die von der Mustervorrichtung während des vorstehend beschriebenen Experimentes absorbiert wurde. Die Fläche 38, die unter der Kurve Or liegt, stellt die Energie dar, die während des Rückschnellens auf den Kopf zurückgegeben wurde.

Idealerweise ist die wirkungsvollste Kraft-Auebiegungskurve zum Ausnutzen des begrenzten Baumes, der in einem Automobil zur Verfugung steht, jene eines Rechtecke, das begrenzt iet 4urch die maximal zuläseige Last in Pfund und die maximale Ausbiegung. Diese Zahlen werden zur Zeit eo geschätzt, daß sie 67 g und 3 3/4" bei 30 Meilen/Stunde betragen. ;

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Die ideale Kurve für den unter einer Aufprallgeschwindigkeit von 15 Meilen/Stunde beschriebenen Zustand ist bei c^ in Fig. 8 dargestellt. Es versteht sich, daß die Kurve Cj- nahe an der Kurve Cg liegt, was ideale Bedingungen darstellt, im Vergleich zu anderen nichtknickenden Ausführungen, die sich erholen können, beispielsweise herkömmliche Urethanprellkissen.

Die Form der Kraftausbiegungskurve kann eingestellt werden, um zu erreichen, daß die Kurve c,- sich näher der idealen Kurve c^ annähert. Beispiele für mögliche Varianten für die elastischen Rippen 24 sind in Fig. 4A-4B gezeigt. In Fig. 4A erstrecken sich die Rippen 24a vom Mantel 12 zum Trägerteil 14, wobei kürzere Rippen 24b und 24c dazwischen gelegt sind. In Fig. 4B sind die Rippen 24d mit Quernuten 42 versehen, während in Fig. 4'G die Rippen 24e eine leicht zulaufende Querschnittsform haben. In Fig. 4D ist eine andere Variante gezeigt, in der die Rippen 24f im Winkel in bezug auf den äußeren Mantel 12 und den Trägerteil I.4 angeordnet sind.

In Fig. 5 und6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel 10' gezeigt, das dem mit 10 bezeichneten ähnlich ist, welches in ^ig· 1-3 dargestellt ist, insofern nämlich, als es einen Mantel 12 mit elastischen, sich nach innen erstreckenden, im Abstand angeordneten parallelen Rippen 24g umfaßt. Der

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Trägerteil I4¹ bildet eine ebene Fläche, die von den Enden der Rippen 24g im Abstand liegt. Der Trägerteil I4¹ ist ferner mit einer Anzahl im Abstand angeordneter Öffnungen versehen, die jeweils durch einen flexiblen Ventilteil 46 abgedeckt sind. Wenn auf die Vorrichtung 10* ein Aufprall erfolgt, beispielsweise bei 48, werden der äußere Mantel und seine Abdeckung 32 nach innen ausgebogen, und die elastischen Rippen 24g werden wie dargestellt gebogen. Gleichzeitig wandern die Ventilteile 46 nach außen, um ein Entweichen von Luft durch die öffnungen 22 zu ermöglichen. Während sich die Vorrichtung im Anschluß an den Aufprall wieder erholt, wird das Maß des Einsaugens von Luft etwas gedrosselt und zwar dadurch, daß sie um die geschlossenen Ventilteile 46 herum eindringen muß. Diese Drosselungswirkung verringert die Rückschnelleigenschaften der Vorrichtung.

Zu den Vorteilen der Erfindung gehört das passive Verhalten der Vorrichtung, das jede Notwendigkeit einer Tätigkeit auf Seiten eines Fahrgastes überflüssig macht. Die Vorrichtung kann sich nach kleinen Aufprallen voll wieder erholen, im Gegensatz zu aufblasbaren Hemmnissen, die Teile haben, die nach jeder Verwendung ersetzt werden müssen. Die Erfindung arbeitet nicht mit beweglichen Teilen, erfordert keine Betätigung durch fernliegende Schaltvorrichtungen und ist folglich konetruktionebedingt zuverlässig und eingriffssicher.

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Claims

- 11 Patentansprüche

. Energieabsorbierende Vorrichtung, gekennzeichnet durch einen Trägerteil (H, H¹), der sich quer zur Richtung erstreckt, längs derer ein aufprallender Gegenstand erwartetermaßen in Richtung auf die Vorrichtung wandert, einen flexiblen Mantel (12), der mit dem Trägerteil (H) zur Bildung einer Innenkammer (22) zusammenwirkt, wobei die Kammer (22) durch eine Vielzahl elastischer, in seitlichem Abstand angeordneter Rippen (24) unterteilt ist, die sich zwischen dem Trägerteil (H) und dem Mantel (12) erstrecken und die .bei Aufprall eines Gegenstandes auf den Mantel (1.2) zum vorübergehenden Ausbeulen eingerichtet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Rand jeder Rippe (24) an dem Trägerteil (H) sitzt und daß die verbleibenden Ränder der Rippen durch den Mantel (12) miteinander verbunden sind.
3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die hinteren Ränder einiger der Rippen an dem Trägerteil (H) anstoßen und daß die hinteren Ränder <ler verbleibenden Rippen im Abstand von dem Trägerteil angeordnet sind.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Mantel (12) und die Bippen (24) als eine einzige einetückige Einheit auegebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Hippen einen im wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt mit zwei parallelen Seitenflächen hat, die senkrecht zu den Flächen des Mantels (12) liegen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine der Seitenflächen der Rippen 24d in geeigneten Intervallen ausgespart ist, derart,daß die energieabsorbierenden Eigenschaften der Vorrichtung geändert werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Rippen (24f) parallel zueinander liegen und unter einem Winkel relativ zur Aufprallrichtung eines Gegenstandes gegen den Mantel (12) angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Rippen (24e) mit

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einem zulaufenden Querschnitt versehen ist, wobei die Fläche größter Dicke an dein vorderen Bereich des Mantels (12) liegt,
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens ein Loch (44) in dem Trägerteil (14') und durch Yentilmittel (46), die dem Loch (44) zugeordnet

sind, derart, daß die Geschwindigkeit festgelegt ist, mit der Luft aus der Kammer herausgedrückt und anschließend in die Kammer eingezogen wird.
10. Energieabsorbierende Vorrichtung, gekennzeichnet durch die Kombination eines starren Trägerteils (14, 14')» einer Anzahl seitlich im Abstand angeordneter flexibler Rippen (24), die senkrecht zum Trägerteil (14, H¹) stehen und die jeweils einen hinteren Rand an dem Trägerteil (14» 14') haben, wobei die verbleibenden peripheren Ränder der Rippen (24) mit einem flexiblen äußeren Mantel einstückig verbunden sind.

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