DE4425830C2 - Aktivierbares energieabsorbierendes Bauteil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aktivierbares Bauteil, beispielsweise für die Automobil- und Luftfahrtindustrie, das als tragendes Bauteil eingesetzt werden kann.

Bei vielen Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrttechnik steht für energieabsorbierende Strukturen aufgrund funktionstechnischer oder gesetzlicher Bestimmungen nur ein sehr begrenzter Raum zur Verfügung. Die absorbierbare Energie hängt neben dem erreichbaren Kraftniveau jedoch wesentlich vom möglichen Deformationsweg einer verformbaren Struktur ab. Ein bekannt es Beispiel ist dafür der im Lenkrad von Kraftfahrzeugen vielfach eingebaute Airbag, der mit einer Druckfluidquelle verbunden ist, welche mit einem auf Verzögerungen reagierenden Sensor verbunden ist. Im Falle eines Zusammenstoßes des Kraftfahrzeuges mit einem festen Hindernis und der dadurch einsetzenden starken negativen Beschleunigung zündet der Sensor die Druckfluidquelle, die in kürzester Frist den zusammengefalteten Airbag auf ein Vielfaches seines Volumens aufbläst, wodurch der Aufprall des Oberkörpers des Fahrers mit dem Vorderteil der Fahrgastzelle im Kraftfahrzeug verhindert wird, um so schwere Verletzungen zu vermeiden.

Das DE-GM 19 91 809 beschreibt einen ausfahrbaren Stoßdämpfer, insbesondere für Luftlandegeräte, der aus irreversibel deformierbaren Zuggliedern und einem Teleskopstab besteht und der dazu dient, Bewegungsenergie über eine vorgegebene Dämpfungsstrecke mit konstanter Arbeitsaufnahme abzubauen.

Die US 5 180 188 bezieht sich auf ein Kraftfahrzeuginsassen- Rückhaltesystem in Form eines aufblasbaren Prallkissens, das durch einen Aufprallsensor auslösbar, d. h. aufblasbar ist.

Aus der US 4 227 593 ist schließlich eine verformbare Zellstruktur bekannt, die zur Aufnahme einer Stoßbelastung dient, wobei sie schrittweise deformiert wird. Die Zellstruktur nimmt in ihrem Ausgangszustand, d. h. vor dem Auftreffen der Stoßbelastung, einen nicht unerheblichen Raum ein.

Unter Verwendung dieses Prinzips ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein energieabsorbierendes Bauteil zu schaffen, das im normalen Einsatz nur wenig Platz einnimmt und als tragende Beplankung eingesetzt werden kann, das im Crash-Fall jedoch sein Volumen vergrößert, um sich danach wieder zu deformieren und dabei definiert Energie zu absorbieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das energieabsorbierende Bauteil eine verformbare, abgedichtete Hohlstruktur aufweist sowie einen Verbindungsstutzen, der diese mit einer Druckfluidquelle verbindet.

Das erfindungsgemäße aktivierbare Bauteil ermöglicht es, mit geringen Kosten tragende Strukturen mit hohem Energieabsorbierungsvermögen zu gestalten. Die verformbare Zell- oder Hohlstruktur kann aus Kunststoff oder Metall bestehen und wird vor dem Einsatz quasi-statisch auf etwa 90 % der ursprünglichen Ausgangshöhe gestaucht, danach abgedichtet und entweder mit einer Druckfluidquelle verbunden oder aber mit einer als Treibsatz dienenden Folie versehen. Das Bauteil kann als Verkleidung eingesetzt werden und erfüllt dabei im normalen Betrieb, beispielsweise eines Fahrzeugs, eine tragende Funktion mit definierter Festigkeit und Steifigkeit. Im Falle eines Unfalls wird die Hohlkörperstruktur entweder durch einen auf Verzögerungen reagierenden oder einen vorausschauenden Sensor und über die mit dem Bauteil verbundene Druckfluidquelle oder die Treibsatzfolie in Richtung seiner ursprünglichen Gestalt verformt, so daß es wieder zumindest annähernd die Gestalt annimmt, die es vor dem quasi-statischen Stauchvorgang einnahm. Anschließend kann es durch die bei dem Aufprall bzw. Unfall übertragene Energie wieder komprimiert werden und absorbiert dabei einen Teil der Energie.

Das erfindungsgemäße energieabsorbierende Bauteil weist den Vorteil auf, daß im Normaleinsatz nur ein geringer Platzbedarf benötigt wird, daß gleichzeitig eine tragende Funktion ausgeübt wird und daß die relevanten Parameter in einem weiten Bereich einstellbar sind; auch eine nachträgliche Integration in bestehende Strukturen, beispielsweise als Omnibusunterfahrschutz, ist möglich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der vorteilhafte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen energieabsorbierenden Bauteils im Ausgangszustand;

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau im Einbauzustand und

Fig. 3 das Bauteil mit Treibsatzfolie.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, besteht das energieabsorbierende Bauteil im Ausgangszustand, d. h. bevor es gestaucht worden ist, aus einer Zell- oder Hohlstruktur 1 und einem diese Hohlstruktur abdichtenden Gehäuse, wobei dieses Gehäuse auf seiner Oberseite aus einer Abschlußwand 3, auf seiner Unterseite aus einer Abschlußwand 4 und optional aus dazwischen angeordneten Seitenwänden 2 besteht. Die obere Abschlußwand 3 kann z. B. ein relativ steifes nicht verformbares Abschlußblech sein, ebenso wie die untere Abschlußwand 4, in deren unmittelbarer Nähe ein Lochblech 6 angeordnet ist. Die untere Abschlußwand 4 ist z. B. mit einem Verbindungsstutzen 5 zum Anschluß an eine (nicht dargestellte) Druckfluidquelle versehen, welche wiederum durch einen (nicht dargestellten) Sensor angesteuert werden kann.

Die Hohlstruktur 1 weist z. B. Wabenform oder Röhrenform auf und kann aus Kunststoff oder einem geeigneten Metall, wie z. B. Aluminium, bestehen, wobei die unteren Wabenöffnungen sich auf dem Lochblech 6 abstützen und die oberen Wabenöffnungen durch die Abschlußwand 3 verschlossen sind. Die Seitenwand 2 des Gehäuses, welche gegebenenfalls die obere Abschlußwand 3 und die untere Abschlußwand 4 verbindet, besteht vorteilhafterweise aus dem gleichen Material wie die Hohlstruktur 1, um so den gleichen Verformungsgrad zu gewährleisten.

Anstelle eines Verbindungsstutzens kann die untere Abschlußwand auch geschlossen sein, wobei auf ihr eine als Treibsatz dienende Folie 7 angeordnet ist, die das Lochblech ersetzt und die ebenfalls über einen (nicht dargestellten) Sensor gezündet werden kann, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Folie 7 weist eine Belegung mit einem Sprengstoff auf und entspricht in ihren Abmessungen der auf ihr ruhenden Zellstruktur 1, um dergestalt ihre Verformung in den ursprünglichen Zustand nach der Zündung zu bewirken.

Fig. 2 zeigt nun das energieabsorbierende Bauteil in derjenigen Form, in der es zum Einsatz kommt, wobei sowohl die Hohlstruktur 1 als auch die Seitenwände 2 des Gehäuses durch Stauchung eine entsprechende Verformung erfahren haben; bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel, bei dem die Hohlstruktur 1 aus einer Aluminiumwabenstruktur besteht und die Seitenwände 2 aus einer dünnen Aluminiumwand, kann eine Verringerung der Höhe L von Fig. 1 um 90% erzielt werden, so daß beispielsweise bei einer Höhe von 200 mm im nicht­ verformten Zustand nach einem entsprechenden Stauchvorgang eine Höhe 1 von 20 mm erreicht werden kann, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Das energieabsorbierende Bauteil wird nach der quasi­ statischen Verformung auf z. B. 90% der Ausgangshöhe in der in Fig. 2 dargestellten Form über den Verbindungsstutzen 5 z. B. mit der Druckfluidquelle verbunden und kann dann beispielsweise als Verkleidung in der Fahrzeugindustrie eingesetzt werden, wobei es im normalen Betrieb eine tragende Funktion mit definierter Festigkeit und Steifigkeit erfüllt. Im Crash-Fall wird das Bauteil durch die sensorgesteuerte Druckfluidquelle (oder einen Treibsatz) analog einem Airbag aufgeblasen und nimmt dabei annähernd die Ursprungsform ein, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist und die vor dem quasi­ statischen Verdichten bestand. Danach kann es die durch den Aufprall übertragene Energie durch Komprimieren zumindest zum großen Teil absorbieren und vernichten.

Eine Hohlstruktur 1 in Form einer Aluminiumwabenstruktur mit einer Ausgangshöhe von 200 mm nimmt im normalen Einsatz, d. h. nach dem quasi-statischen Stauchvorgang, eine Höhe von ca. 20 mm ein. Nach dem Ausfahren im Crash-Fall kann es eine Energie von ca. 0,2 J/mm² absorbieren. Um beispielsweise die Energie eines mit einer Geschwindigkeit von 50 km/h aufprallenden Personenkraftwagens aufzunehmen, wäre somit eine Fläche von ca. 0,5 m² nötig. Das massenspezifische Energieaufnahmevermögen dieses Bauteils erreicht ca. 20% einer üblichen Waben-Crash-Struktur, wobei es jedoch volumenspezifisch gesehen um 800% ansteigt.

Besonders vorteilhafte Anwendungsgebiete für das energieabsorbierende Bauteil sind: Der Lastkraftwagen- Unterfahrschutz, ein Personenwagen-Seitenaufprallschutz, Pkw- Insassenschutz und auch eine Helikopter-Unterbodenstruktur. Auch für gekrümmte Strukturen geeignet.

Claims (4)

1. Aktivierbares Bauteil, gekennzeichnet durch eine verformbare Zellstruktur aus abgedichteten Waben- oder Röhrenzellen, welche Zellstruktur durch Stauchung der Zellwandungen in der Bauhöhe reduziert ist sowie durch einen Verbindungsstutzen, der die Zellstruktur mit einer Druckfluidquelle verbindet, und durch welche die gestauchte Zellstruktur auf ihre ursprüngliche Bauhöhe rückverformbar ist.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellstruktur sich auf ihrer dem Verbindungsstutzen zugewandten Seite auf einem Lochblech abstützt, das oberhalb einer mit dem Verbindungsstutzen versehenen zweiten Abschlußwand vorgesehen ist und daß die dem Verbindungsstutzen abgewandte Seite der Zellstruktur mittels einer ersten Abschlußwand abgedichtet ist.

3. Bauteil nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Abschlußwand und der zweiten Abschlußwand eine die Zellstruktur allseitig umgebende Seitenwand vorgesehen ist, die aus einem Material besteht, das die gleiche Verformbarkeit wie die Zellstruktur aufweist.

4. Aktivierbares Bauteil, gekennzeichnet durch eine verformbare Zellstruktur aus abgedichteten Waben- oder Röhrenzellen, welche Zellstruktur durch Stauchung der Zellwandungen in der Bauhöhe reduziert ist sowie durch eine mit mindestens einem Sensor verbundene, zwischen der unteren Abdichtung und dem unteren Ende der Zellstruktur vorgesehene Treibsatz-Folie.