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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Wabenkerne, die so konstruiert
sind, dass sie bei Verformung durch Aufprall Energie absorbieren.
Energieabsorbierende Wabenkerne werden in einer großen Vielzahl
von Anwendungen eingesetzt, einschließlich Crash-Pads, die im Inneren
eines Fahrzeuges an verschiedenen Stellen angeordnet werden, um
Verletzungen zu verringern, die verursacht werden, wenn die Insassen
bei einem Zusammenstoß auf
Innenflächen
des Fahrzeuges aufschlagen. Spezieller betrifft die vorliegende
Erfindung Verfahren zum Kontrollieren der Knautscheigenschaften derartiger
Waben.
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2. Beschreibung des einschlägigen Standes
der Technik
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Es
hat große
Bemühungen
gegeben und gibt es weiterhin, Fahrzeuginnenräume zu entwickeln und zu konstruieren,
die die Insassen soweit wie möglich
vor den extremen Kräften
schützen,
die bei Zusammenstößen auftreten.
Eine der Vorgehensweise hat zum Einbau von Crash-Pads oder Knautsch-Pads
an den verschiedenen Stellen im Inneren des Fahrzeuginnenraums geführt. Die Crash-Pads sind so konstruiert,
dass sie die Aufprallenergie absorbieren, wenn die Insassen mit
dem Fahrzeuginnenraum bei einem Zusammenstoß in Kontakt gelangen.
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Die
ersten Crash-Pads wurden aus elastomeren Materialien erzeugt, wie
beispielsweise Kautschuk, oder aus geschäumten Kunststoffen. Obgleich
diese Materialien einen gewissen Schutz gewähren, sind sie nicht besonders
wirkungsvoll und können
die während
des Aufpralls aufgenommene Energie abgeben. Diese Abgabe der aufgenommenen
Energie wird häufig
bezeichnet als "Rückprall" und kann sogar die
bei einem Zusammenstoß erlittenen
Verletzungen noch verschlimmern. Darüber hinaus neigen die zur Verwendung
als Crash-Pads geeigneten Schaumstoffprodukte dazu, sperrig zu sein. Als
Ergebnis sind sie zur Verwendung in Fahrzeuginnenräumen, wo
der Raum beschränkt
ist, nicht besonders geeignet. Um das Volumen der geschäumten Kunststoffe
zu verringern, müssen
sie mit hohen Dichten ausgeführt
werden. Derartige Schaumstoffe mit hoher Dichte lassen sich jedoch
in der Regel schwer herstellen.
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Als
Alternative zu Elastomeren und Schaumstoffen sind Wabenkonstruktionen
in den Crash-Pads verwendet worden. Wabenkonstruktionen sind insofern
von Vorteil, dass sie in der Lage sind, große Energiemengen wirksam zu
absorbieren. Die Druckschrift WO 98 06553 offenbart eine Wabenkonstruktion,
in der kommunizierende Öffnungen
in den Zellwänden
vorgesehen sind, damit das eingespritzte Material, das den Schaum
erzeugt, gleichmäßig in den
Zellen verteilt wird. Ein anderes Beispiel eines Crash-Pads auf
der Basis eines Wabenkerns ist in der US-P-5 649 721 offenbart worden.
Das Crash-Pad ist für
Flugzeuginnenräume
konstruiert worden und nutzt als das zugrunde liegende energieabsorbierende
Material eine Aluminium-Wabe.
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Zusätzlich zu
den im Innenraum von Fahrzeugen verwendeten Crash-Pads sind Wabenkerne als
Hauptelement zur Energieabsorption in einer großen Vielzahl anderer Anwendungen
eingesetzt worden. Beispielsweise sind Crash-Polster unter Einsatz von Wabenkernen
in die Rückwand
von Autobahn-Wartungsfahrzeugen
eingebaut worden, um einen Aufprallschutz bereitzustellen. Auch
können Crash-Wabenkernpolster
als Barrieren um Bauten auf Autobahnen oder in irgendeiner anderen
Situation eingesetzt werden, wo eine Absorption der Aufprallenergie
angestrebt wird. Die Knautscheigenschaften des Wabenkerns sind bedeutende
Merkmale, die bei der Bemessung eines Crash-Pads oder eines Crash-Polsters
berücksichtigt
werden müssen. Die
zur Herstellung des Wabenkerns verwendeten Materialien sowie die
Wabenkernform und Wandstärke
können
beträchtlich
variiert werden, um verschiedene Typen und Grade der Knautscheigenschaften zu
erzielen. Allerdings ist es in zahlreichen Situationen wünschenswert,
die Knautscheigenschaften einer Feinabstimmung zu unterwerfen oder
auf andere Weise zu kontrollieren, um die speziellen Knautscheigenschaften
des Wabenkerns zu erzielen. Eine solche Feinabstimmung und Kontrolle
der Knautscheigenschaften kann schwierig sein oder sogar unmöglich zu
erreichen sein, indem die Materialarten und/oder die Zellenform
des Wabenkerns und die Wandstärke
varriert werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Wabenkern
nach Anspruch 1 gewährt.
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Nach
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
nach Anspruch 6 gewährt.
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In
der vorliegenden Erfindung wurde entdeckt, dass die Knautscheigenschaften
eines Wabenkerns sorgfältig
kontrolliert werden können,
indem Oberflächen
zur Kompressionskontrolle an Stellen in dem Wabenkern angeordnet
werden, wo sich die Zellwände
schneiden. Die Oberflächen
zur Kompressionskontrolle legen Öffnungen
in den Wabenkernzellen an den Schnitten der Zellwand fest. Die Oberflächen zur
Kompressionskontrolle bieten eine Möglichkeit, die Knautscheigenschaften
eines Wabenkerns einer Feinabstimmung zu unterwerfen oder auf andere
Weise zu kontrollieren, um eine große Vielzahl spezieller Knautscheigenschaften
zu erreichen.
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Die
vorliegende Erfindung kann angewendet werden, um die Knautscheigenschaften
einer großen Vielzahl
von Wabenkernen zu modifizieren und zu kontrollieren. Im Allgemeinen
hat die Gesamtwabe eine Länge,
eine Breite und eine Dicke. Die Ausgangswabe schließt eine
Vielzahl von Zellwänden ein,
die miteinander an einer Vielzahl von Schnitten verbunden sind,
die sich in Richtung der Dicke der Wabe unter Erzeugung einer Vielzahl
von Zellen erstrecken. Nach der vorliegenden Erfindung sind die Oberflächen zur
Kompressionskontrolle in mindestens einer der Schnitte zur Verringerung
der Druckfestigkeit des Wabenkerns angeordnet.
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Die
Knautscheigenschaften lassen sich dadurch einer Feinabstimmung unterwerfen,
dass die Lage, die Zahl und Größe der Oberflächen der
zur Kompressionskontrolle, die im Inneren der Wabe angeordnet sind,
variiert werden. Darüber
hinaus lässt sich
die Form der Oberflächen
zur Kompressionskontrolle variieren, um die gewünschten Knautscheigenschaften
zu erzielen. Die Oberflächen
zur Kompressionskontrolle können
durch die Wabe hindurch gleichmäßig verteilt
sein oder können
in bestimmten Bereichen konzentriert sein, um innerhalb ein und
der selben Wabenstruktur variierende Knautscheigenschaften zu erreichen.
Darüber
hinaus lassen sich auch innerhalb einer einzelnen Wabe die Oberflächen zur
Kompressionskontrolle hinsichtlich ihrer Größe variieren, um die Knautscheigenschaften
einer Feinabstimmung und Kontrolle zu unterwerfen.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine große Vielzahl von Wabenkernkonstruktionen
anwendbar und kann als eine einfache und wirksame Maßnahme angewendet
werden, um eine fast unbegrenzte Zahl spezieller Knautschparameter
für den
Wabenkern zu erzielen. Eine vorrangige Knautscheigenschaft ist die Druckfestigkeit,
die unter Anwendung der vorliegenden Erfindung kontrolliert werden
kann. Die Verformung des Wabenkerns während des Knautschens ist eine
andere wichtige Eigenschaft, die ebenfalls unter Anwendung von Oberflächen zur
Kompressionskontrolle kontrolliert werden kann.
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Die
vorstehend diskutierten und zahlreiche andere Merkmale und damit
verbundenen Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich unter
Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung
mit den beigefügten
Zeichnungen besser verstehen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Wabenkerns unter Einbeziehung von
Oberflächen zur
Kompressionskontrolle nach der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer Zelle eines Wabenkerns des in 1 gezeigten
Wabenkerns, die auch Abschnitte der umgebenden Wabenzellen zeigt;
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3 eine
perspektivische Ansicht der in 2 gezeigten
Wabenzelle;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, worin aus Gründen der Einfachheit eine einzelne
Zelle des Wabenkerns dargestellt ist;
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5 eine
dritte beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, worin aus Gründen der Einfachheit eine einzelne
Wabenzelle dargestellt ist;
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6 eine
vierte beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, worin aus Gründen der Einfachheit eine einzelne
Zelle des Wabenkerns dargestellt ist;
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7 eine
fünfte
beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, worin aus Gründen der Einfachheit eine einzelne
Wabenzelle dargestellt ist;
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8 eine
Querschnittansicht eines Wabenwerkzeuges, die eine beispielhafte
Prozedur zum Formen von Oberflächen
zur Kompressionskontrolle in der Wabe zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung umfasst das Anordnen von Öffnungen an speziellen Stellen
im Inneren einer Wabe, um die Knautscheigenschaften der Wabe zu
modifizieren und zu kontrollieren. Die Öffnungen erzeugen Oberflächen zur
Kompressionskontrolle in den Wabenwänden an der Stelle, wo die Wabenwände sich
untereinander schneiden. Es ist entdeckt worden, dass das Einfügen von Öffnungen an
dem Zellwandschnitt eine wirksame Möglichkeit zur Feinabstimmung
und Kontrolle der Knautscheigenschaften einer vorgegebenen Wabe
ist. Die Löcher,
die in der Wabe erzeugt werden, stellen Öffnungen durch die Zellwände an den
Schnitten hindurch dar. Die Zellwandoberflächen an diesen Öffnungen werden
hierin als Oberflächen
zur Kompressionskontrolle bezeichnet.
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Die
vorliegende Erfindung kann angewendet werden, um die Knautscheigenschaften
einer großen Vielzahl
von Wabenarten zu modifizieren. Beispiel hafte Waben schließen solche
ein, die als Crash-Pads verwendet werden und die im Inneren von
Fahrzeugen an verschiedenen Stellen angeordnet werden, um während eines
Aufpralles Energie zu absorbieren. Andere beispielhafte Waben schließen solche
ein, wie sie in Crash-Polstern auf Außenseiten von Fahrzeugen oder
zum Schutz anderer stationärer
oder beweglicher Konstruktionen gegen Kollisionen verwendet werden.
Zur Erzeugung derartiger Waben kann eine Reihe von energieabsorbierenden Materialien
verwendet werden. Die bevorzugten energieabsorbierenden Materialien
sind Aluminium und Aluminiumlegierungen. Siehe hierzu beispielsweise die
US-P-5 649 721, in der die Verwendung einer Aluminiumwabe offenbart
wird, um den Aufprall eines Fahrgastes an Flugzeug-Trennwänden zu
absorbieren. Siehe hierzu auch die gleichzeitig anhängige US-Patentanmeldung mit
Aktenzeichen 09/178 255, die als PCT-Anmeldung veröffentlicht
wurde.
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Andere
geeignete Materialien, die zur Anwendung gelangen können, schließen Materialien auf
Cellulose-Basis ein sowie alle anderen Materialien, die in der Lage
sind, bei Verwendung in einem Wabenkern-Crash-Pad Schlagenergie
zu absorbieren. Darüber
hinaus ist die vorliegende Erfindung auf eine große Vielzahl
von Wabenzellkonstruktionen und -formen anwendbar. Bevorzugt sind
konventionelle hexagonale Wabenzellen. Darüber hinaus ist die Erfindung
auf Wabenkerne anwendbar unabhängig
davon, ob sie mit Hilfe des Falt- oder Aufschäumungsprozesses erzeugt werden.
Allgemein lässt sich
die vorliegende Erfindung zum Feinabstimmen und Kontrollieren der
Knautscheigenschaften jeder beliebigen Wabe anwenden, die als ein
Crash-Pad oder als ein Crash-Polster
verwendet werden soll.
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Ein
Teil einer beispielhaften Wabe gemäß der vorliegenden Erfindung
ist allgemein mit 10 in 1 dargestellt.
Die Wabe 10 hat eine Länge
(L), eine Breite (W) und eine Dicke (T). Die Wabe 10 kann im
Crash-Pad verwendet werden, wo die Wabe so bemessen wird, um Energie
zu absorbieren und in T-Richtung zu bersten.
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Eine
einzelne Wabenzelle 12 der Wabe 10 ist in 2 dargestellt,
wobei die umgebenden Wabenzellen lediglich teilweise gezeigt sind.
Die Zelle 12 wird auch in 3 dargestellt,
ohne dass irgendeine umgebende Zellstruktur gezeigt wird. Aus Gründen der
Einfachheit wird die Verwendung von Oberflächen zur Kompressionskontrolle
im Bezug auf eine einzelne Wabenzelle beschrieben. Dabei gilt als selbstverständlich,
dass die einzelne Zelle 12 in der gesamten Wabenkernkonstruktion
vielfach wiederholt wird.
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In
die Wabenzelle 12 einbezogen sind Wände 14, 16, 18, 20, 22 und 24.
Die Zellwände
sind miteinander an den Schnitten 26, 28, 30, 32, 34 und 36 verbunden.
Die Schnitte erstrecken sich in Richtung der Dicke (T) der Wabe.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind in der Zellwand an den Schnitten 28, 30, 34 und 36 Öffnungen 38 vorgesehen.
Die Öffnungen 38 sind
durch die kreisförmig
umgebenden Oberflächen
zur Kompressionskontrolle 40 in der Wabe begrenzt. Die
Größe, Form
und Zahl der Öffnungen 38 kann
variiert werden, um die gewünschten
Knautscheigenschaften für
die Wabe 10 zu erzielen. An jeder der vier Schnitte 28, 30, 34 und 36 sind
zwei kreisrunde Öffnungen 38 gezeigt.
Darüber
hinaus lassen sich die kreisrunden Öffnungen zu anderen Formen
abändern,
einschließlich
zu elliptischen, quadratischen oder rechteckigen Öffnungen.
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Die
Art und Weise, in der sich die Wabe verformt, lässt sich ebenfalls kontrollieren,
indem Öffnungen
an lediglich ausgewählten
Schnitten im Inneren der Wabe vorgesehen werden. Beispielsweise kann
die Konzentration der Oberflächen
zur Kompressionskontrolle in der Mitte der Wabe so erhöht werden,
dass die Mitte leichter zerbricht als die Umfangsteile der Wabe.
Darüber
hinaus lässt
sich die Verformung einer einzelnen Zelle dadurch kontrollieren,
dass Oberflächen
zur Kompressionskontrolle in 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 der Zellwandschnitte
angeordnet werden. Wie ersichtlich, geben die möglichen Variationen hinsichtlich
der Größe, Form,
Zahl und Anordnung der Oberflächen
zur Kompressionskontrolle im Inneren der Wabe dem Fachmann auf dem
Gebiet eine außerordentlich
vielseitige Prozedur zum genauen Kontrollieren der Eigenschaften
der Energieabsorption einer Wabe an die Hand, einschließlich Druckfestigkeit
und Verformungseigenschaften.
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Eine
alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in 4 dargestellt.
In dieser Auführungsform
schließt
die Zelle 42 Oberflächen zur
Kompressionskontrolle ein, welche Öffnungen 44 an allen
sechs Zellwandschnitten begrenzen. Darüber hinaus sind drei Öffnungen
in jeder Zelldicke gegenüber
den lediglich zwei vorgesehen, wie sie in 2 und 3 gezeigt
sind. Wiederum wird aus Gründen
der Einfachheit lediglich eine einzelne Wabenzelle 42 in 4 gezeigt.
Die Wabenzellen, die mit der Zelle 42 verbunden und von
ihr umgeben sind, um die Gesamtheit der Wabenkernkonstruktion zu
erzeugen, sind nicht gezeigt. Das gleiche gilt für die beispielhafte Ausführungsform,
die in den 5, 6 und 7 gezeigt
ist.
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In 5 ist
eine Wabenzelle 46 gezeigt, in der die Größe der Öffnungen
variiert ist. Speziell schließt
die Wabe 46 die Öffnungen 48 ein,
die kleiner sind als die Öffnungen 50,
die wiederum kleiner sind als die Öffnungen 52. Durch
Variieren der Größen der Öffnung ist
es möglich,
Wabenkernkonstruktionen bereitzustellen, die über Knautscheigenschaften verfügen, die
im Inneren der Wabenkernkonstruktion variieren. Eine vierte beispielhafte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist mit der Wabenzelle 54 in 6 gezeigt.
In die Waben zelle 54 einbezogen sind Öffnungen an allen Wabenwandschnitten und
schließen
zwei Öffnungen
mit unterschiedlicher Größe ein.
Die Öffnungen
mit der kleineren Größe sind
mit 56 dargestellt, während
die Öffnungen
mit größerer Größe mit 58 dargestellt
sind. Eine andere beispielhafte Wabenzelle ist mit 60 in 7 gezeigt. Die
Wabenzelle 60 schließt Öffnungen 62 ein,
die an dem einen Ende des Wabenschnittes angeordnet sind.
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Die
verschiedenen Öffnungskonfigurationen, die
in den 1 bis 6 gezeigt sind, sind Beispiele
für lediglich
einige wenige der fast unbegrenzten Zahl von Konfigurationen, die
zum Modifizieren der Knautscheigenschaften einer Wabe verwendet
werden können.
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Die Öffnungen
an den Zellwandschnitten können
durch Bohren, Stanzen, Ätzen
oder Brennen von Löchern
durch die Wabe erzeugt werden. Vorzugsweise werden die Löcher bei
der Herstellung der Wabe erzeugt. Als Beispiel wird in 8 ein
Teil eines Wabenwerkzeuges 70 vor dem Expandieren zur Erzeugung
einer Wabe gezeigt. Das Werkzeug 70 schließt Schichten 72 ein,
die an den Knoten 74 miteinander verbunden sind. Die mit
gestrichelter Linie bei 76 gezeigten Löcher werden bevorzugt durch
das Werkzeug 70 gebohrt, um Öffnungen zu schaffen, die an
den Zellwandschnitten liegen, wenn das Werkzeug zur Erzeugung der
Wabe entsprechend den konventionellen Waben-Fertigungsprozeduren
expandient wird. Sofern die Wabe mit Hilfe des Faltprozesses hergestellt
wird, können
die einzelnen gefalteten Bleche gebohrt oder gestanzt werden, bevor die
gefalteten Bleche miteinander unter Erzeugung der Wabe verbunden
werden. Bevorzugt werden Waben unter Nutzung von hexagonal geformten
Zellen. Allerdings kann die Erfindung zur Verringerung und Kontrolle
der Druckfestigkeit in jeder beliebigen Zahl unterschiedlicher Wabenzellkonstruktionen
angewendet werden, einschließlich
solche unter Nutzung von zweiteiligen Blechen.
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Nachdem
damit die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beispielhaft beschrieben wurden, sollte
für den
Fachmann auf dem Gebiet selbstverständlich sein, dass die enthaltenden
Offenbarungen lediglich beispielhaft sind und dass zahlreiche andere
Alternativen, Auslegungen und Veränderungen innerhalb des Geltungsbereichs
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können. Nach Erfordernis lässt sich
beispielsweise die gesamte Wabe mit einer Abdeckplatte in solchen
Situationen abdecken. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung
nicht auf die vorstehend ausgeführten
bevorzugten Ausführungsformen
beschränkt, sondern
lediglich durch die folgenden Patentansprüche.