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Die
Erfindung betrifft ein Energieabsorberelement nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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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.
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Beispielsweise
bei Schienenfahrzeugen müssen
zur Einführung
neuer Sicherheitsanforderungen im vorderen Bugbereich einer Lokomotive
Verformungsbereiche 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 Energieabsorberelements 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.
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Bekannt
und in gängigen
Lehrbüchern
wie Lang, K., Lehrbuch der Umformtechnik, (1975) Bd. 3, 5.211ff
und Werkstofflexikon, VDI Verlag (1991), 5.1858ff 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.
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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.
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Die
US 3,591,164 offenbart einen
Stoßdämpfer, der
ein elastisches äußeres Rohr
aufweist, das ein bewegliches starres Innenrohr koaxial in der Weise
umgibt, dass zwischen dem elastischen Außenrohr und dem starren Innenrohr
eine Reibverbindung vorhanden ist. Das elastische Rohr weist über seine
Länge eine
spiralförmige
Wellung auf und kann beispielsweise aus PVC hergestellt sein.
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Die
US 3,624,764 offenbart einen
Stoßdämpfer, der
aus zwei ineinander gefügten
rohrförmigen
Zylindern aufgebaut ist, welche jeweils aus einem zusammenpressbaren
Streckmetall hergestellt sind und wie elastisch- plastische Federn wirken. Die beiden
Zylinder sind voneinander durch eine nachgiebige Elastomerhülse getrennt,
haben im wesentlichen die gleiche Länge und sind so zueinander
angeordnet, dass jeder Zylinder das Ende des anderen Zylinders um
einen bestimmten Betrag überragt.
An den vorstehenden Enden der Zylinder sind jeweils Endplatten zur
Befestigung des Stoßdämpfers angebracht.
Ab einer bestimmten Stoßbeanspruchung verformen
sich die beiden Zylinder.
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Die
DE 296 02 072 U1 offenbart
eine Vorrichtung zur Aufnahme von Aufprallenergie und zur Aufhängung eines
Stoßfängers an
einem Fahrzeug. Die Vorrichtung weist ein Stülprohr mit einem inneren und einem äußeren Rohrteil
auf. Die Wandung des inneren Rohrteils ist über einen vorbestimmten, sich
in Längsachsenrichtung
erstreckenden Formbereich derart ausgebildet, dass sie gegenüber der
sich daran anschließenden
Wandung ein verändertes
Widerstandsvermögen
gegenüber
plastischer Verformung aufweist. Dies wird beispielsweise erreicht,
indem das innere Rohrteil zumindest teilweise aus einem gegenüber dem übrigen Rohrteil
anderen Material besteht.
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Aus
der
US 4,829,979 ist
eine Energieabsorbervorrichtung bekannt, die ein rohrförmiges Energieabsorberelement
aufweist, das aus glasfaserverstärktem
Polyesterkunststoff hergestellt ist. Dem rohrförmigen Energieabsorberelement
sind eine oder mehrere biegbare Stahlplatten zugeordnet, die im Falle
eines Aufpralls im wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse
des rohrförmigen
Energieabsorberelements nach außen
ausknicken. Für
die Funktion dieser bekannten Vorrichtung ist es wichtig, dass die biegbaren
Platten miteinander nicht verbunden sind, sodass sie sich bei der Aufnahme
von Aufprallkräften unabhängig voneinander
verbiegen können.
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Die
vorliegenden Erfindung liegt 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.
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Die
Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 wiedergegeben.
Die weiteren Ansprüche
enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich bei
Verwendung von Metallrohren in einfacher Weise eine kraftschlüssige Flanschverbindung
mit Hohlkammerprofilen herstellen lässt. 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.
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Ein
weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass sich durch unterschiedliche
Wandstärken und
Querschnitte des Metall- und Kunststoffrohrs, die konstruktive Ausführung in
einfacher Weise auf vorgegebene Bauteilgeometrien der Trägerelemente
anpassen lässt,
wobei die schon vorhandenen Hohlräume in den Trägerelementen
optimal ausgenutzt werden.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen in den Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Ansicht
eines ersten Energieabsorberelements mit innenliegendem Metallrohr;
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2 Ansicht
eines zweiten Energieabsorberelements mit außenliegendem Metallrohr;
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3 Ansicht
des zweiten Energieabsorberelements mit außenliegendem Metallrohr im
Schadensfall;
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4 Ansicht
eines dritten Energieabsorberelements mit außenliegendem Metallrohr im
Schadensfall.
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Im
Ausführungsbeispiel,
gemäß 1,
ist ein erstes Energieabsorberelement abgebildet, das über ein
zweites rohrförmiges
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 darüber geschoben 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.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel,
gemäß 2,
zeigt ein zweites Energieabsorberelement 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 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 lässt 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 1 dargestellte
Lösung
mit innenliegendem Metallrohr verwendet werden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
gemäß 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 Energieabsorberelements zurückgelegt
werden.
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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.