DE69627524T2

DE69627524T2 - Energieabsorbierende einrichtung

Info

Publication number: DE69627524T2
Application number: DE69627524T
Authority: DE
Inventors: Carlo Albertini; Mikhail Mogilevski
Original assignee: EUROP COMMUNITY BRUESSEL BRUXE
Current assignee: EUROP COMMUNITY BRUESSEL BRUXE
Priority date: 1995-11-06
Filing date: 1996-11-04
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: EP0859919B1; EP0859919A1; US6279973B1; JPH11514727A; WO1997017554A1; CA2236458A1; ATE237759T1; DK0859919T3; CA2236458C; PT859919E; DE69627524D1; ES2194118T3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Energieabsorption, insbesondere zur Absorption oder zum Abbau der kinetischen Energie bei einem Aufprall eines Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis oder Zusammenstoß mit einem Hindernis.
Zum Schutz des Fahrers und der Mitfahrer in einem Fahrzeug wurden verschiedene Systeme für den Fall eines Zusammenstoßes vorgeschlagen. Übliche Methoden verwenden beispielsweise komprimierte Luftkissen, Hydraulikdämpfer, verformbare, faserverstärkte oder metallische Konstruktionen wie Röhren, Profile oder Wabenstrukturen. Es wird jedoch angenommen, daß alle bekannten Systeme Nachteile besitzen. Beispielsweise ist die spezifischen Energieabsorption existierender Systeme im allgemeinen nicht groß genug, insbesondere im Fall von Stößen schräg zur Achse, und der einzige Weg zur Erhöhung der Sicherheit bei hohen Geschwindigkeiten für solche Systeme scheint eine erhebliche Vergrößerung der Abmessungen und Massen zu sein, die in den Vorrichtungen zur Energieabsorption verwendet werden. Demgemäß wird als Hintergrundinformation auf folgende Druckschriften, verwiesen:
Scientific Eng. Bull. Cairo Univ., Ägypten v.1981/1, Aufsatz "Survey of Energy Devices used in Engineering Systems" von A. M. Bleiche und A. F. Bastawros; Appl. Mech. Reviews, 1978 v.31, N3, 277, Aufsatz "Metallic Energy Dissipating Systems" von W. Johnson und S. R. Reid.
Die Japanische Patentanmeldung 58-180845 von Toyomi Matsui (Patent Abstracts of Japan Vol. 008, Nº 022 (M-272) vom 31.1.1984) offenbart eine Vorrichtung mit einem Behälter, der mit einem Material im flüssigen oder teigigen Zustand gefüllt ist und eine Auslaßöffnung besitzt, durch die dieses Material austritt, um eine Pufferwirkung zu erzielen. Diese Vorrichtung ist zur Absorption von Stößen ungeeignet, die beispielsweise bei Kraftfahrzeugunfällen auftreten, da die Auslaßöffnung relativ groß ist und das Material daher relativ langsam hinausgedrückt wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Energieabsorption vorzusehen, die eine Flüssigkeit sowie Mittel enthält, die beim Auftreffen der Vorrichtung auf ein Hindernis ausgelöst werden, um die Flüssigkeit durch eine Öffnung hindurchzupressen, wodurch die Energie des Stoßes absorbiert wird. Die Vorrichtung hat eine höhere Fähigkeit der Energieabsorption als bekannte Systeme.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Umwandlung der kinetischen Energie eines Stoßes in die kinetische Energie eines sehr schnellen Strahls einer Flüssigkeit geringer Viskosität geeignet.
Vorzugsweise wird die Flüssigkeit zwischen einem ersten Organ und einem mit dem beweglichen Körper verbundenen oder verbindbaren zweiten Organ gehalten, das an einem bewegten Körper, beispielsweise einem Kraftfahrzeug, befestigt ist oder werden kann, sodaß bei einem Aufprall des ersten Organs auf ein Hindernis dieses in Richtung zum zweiten Organ bewegt oder verformt wird und so auf die Flüssigkeit eine Kraft ausübt, die eine zerbrechliche Membran oder einen zerbrechlichen Bereich im ersten oder zweiten Organ oder in dessen Nähe bersten läßt, sodaß ein Strahl der Flüssigkeit durch die geborstene Membran oder den Bereich oder ein Druckentlastungsmittel ausgestoßen wird.
Üblicherweise besitzt die Flüssigkeit einen niedrigen Viskositätskoeffizienten, in der Größenordnung von 1 puas oder 10&supmin;³ kg/ms bei 20ºC, was für Flüssigkeiten wie Wasser gilt. Vorzugsweise beträgt die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstrahls ungefähr 200 bis 300 m/s, wenn der bewegte und abzubremsende Gegenstand eine Geschwindigkeit zwischen etwa 10 und 20 m/s hat. Die zerbrechliche Membran hat vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 10 mm oder allgemein zwischen 5 mm und 20 mm.
In einer Ausführungsform dieses Aspekts kann das erste Organ einen Kolben und das zweite Organ einen die Flüssigkeit enthaltenden Zylinder aufweisen. Das zweite Organ kann eine Öffnung enthalten, die von einer zerbrechlichen Membran verschlossen wird, oder das zweite Organ kann einen Bereich verringerter Dicke aufweisen, der die zerbrechliche Membran bildet. Die Membran ist üblicherweise kreisförmig.
Es ist möglich, daß mehrere zerbrechliche Membranen oder Bereiche vorgesehen sind, um mehrere Flüssigkeitsstrahlen zu erzeugen, die aus dem zweitem Organ oder Zylinder im Gebrauch ausgestoßen werden, um die Stoßenergie zu absorbieren.
Eine bevorzugte Form der Vorrichtung zur Energieabsorption ist ein Zylinder, der eine Flüssigkeit enthält, zusammen mit einem beweglichen Kolben und einem Loch oder Löchern zur Bildung der Strahlen. Ein bevorzugtes Verhältnis zwischen dem Querschnitt des Kolbens und dem Querschnitt des Strahls liegt zwischen 15 und 20. Dann kann die Geschwindigkeit des Strahls bei einer Geschwindigkeit des Kolbens, die der Augenblicksgeschwindigkeit des beweglichen Körpers gleicht und etwa 10 bis 20 m/s beträgt, den Wert von 200 bis 300 m/s erreichen oder gar überschreiten. Ein Schätzwert aufgrund des Gesetzes von der Erhaltung der Energie ergibt, daß es möglich ist, ein Fahrzeug mit einer ursprünglichen Geschwindigkeit von etwa 50 bis 70 km/h unter Verwendung von zwei Zylindern (um eine höhere Sicherheit bei einem Aufprall schräg zur Achse zu gewinnen) mit einem Gesamt-Flüssigkeitsvolumen von etwa 10 Litern zum Halten zu bringen (siehe Anlage A).
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch 14 vorgesehen.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren die Bewegung oder Verformung eines ersten Organs bezüglich eines zweiten Organs, das mit dem bewegten Körper verbunden ist, wodurch eine Kraft auf die sich zwischen dem ersten und dem zweiten organ befindende Flüssigkeit ausgeübt wird, die zum Bersten einer zerbrechlichen Membran oder eines zerbrechlichen Bereichs in oder nahe bei der ersten oder der zweiten Membran oder zur Betätigung von Druckentlastungsmitteln führt, sodaß sich der Strahl bildet, der durch die geborstene Membran oder den zerbrochenen Bereich oder durch Druckentlastungsmittel ausgestoßen wird.
Das Verfahren kann eine Verformung einer die Flüssigkeit enthaltenen Schale beim Auftreffen auf ein Hindernis enthalten, wodurch eine Kraft auf die Flüssigkeit ausgeübt wird, durch die eine zerbrechliche Membran oder ein Bereich der Schale zerreißt oder die Druckentlastungsmittel betätigt werden und sich ein Strahl der Flüssigkeit bildet, der durch die geborstene Membran oder den zerbrochenen Bereich oder durch die Druckentlastungsmittel ausgestoßen wird.
Zahlreiche bevorzugte Merkmale der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen deutlich.
Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zur Absorption von Energie und des Verfahrens zur Energieabsorption werden nun anhand der sehr schematischen beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen ersten Vorschlag für die Absorption oder Vernichtung der Stoßenergie.
Fig. 2 zeigt einen zweiten Vorschlag für die Absorption oder Vernichtung der Stoßenergie.
Fig. 3 zeigt graphisch die Empfindlichkeit der Umwandlung der kinetischen Energie einer translatorischen Bewegung eines Körpers in die kinetische Energie eines Flüssigkeitsstrahls.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Stoßfänger gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Zylinder 1 mit einer im allgemeinen nicht komprimierbaren und nichtviskosen Flüssigkeit, der sich zwischen zwei starren parallelen Platten 2 und 3 befindet. Die Platten kollidieren mit einer Geschwindigkeit Vx, wobei in Fig. 1 die untere Platte ortsfest angenommen wird und die obere Platte sich mit der Geschwindigkeit Vx bewegt. Die radiale Geschwindigkeit Vr der äußeren Oberfläche des Flüssigkeitszylinders 1 ergibt sich aus der Bedingung der Nicht-Komprimierbarkeit:
π·Ro²·ho = π·R²(t)·h(t) (1)
Hierbei ist R&sub0; der Radius des Zylinders 1 im Zeitpunkt null oder vor dem Aufprall. h&sub0; ist die Höhe des Zylinders 1 im Zeitpunkt null oder vor dem Aufprall. t ist die Zeit.
Die Differenzierung der Gleichung (1) ergibt:
Setzt man für den Wert der augenblicklichen Geschwindigkeit Vx der obere Platte Vx(t) = dh(t)/dt, und setzt man für den Wert der Geschwindigkeit Vr des äußeren Radius des Zylinders Vr(R ,t) = dR(t)/dt in Gleichung (1) ein, dann ergibt sich:
2·R(t)·Vr(R, t)·h(t) + R²(t)·Vx(t) = 0
oder
Der Ersatz für h(t) in Gleichung (1) ergibt:
Durch geeignete Wahl der Parameter kann die radiale Geschwindigkeit die axiale Geschwindigkeit oder die Aufprallgeschwindigkeit erheblich überschreiten, wenn eine Platte ein kollidierendes Bauelement ist, beispielsweise eine verformbare Wand oder eine Straßensperre. Wenn h(t) nach null tendiert, tendiert die radiale Geschwindigkeit Vr(r, t) nach unendlich. So ist das Verhältnis Vr/Vx sehr stark vom relativen Wert der ursprünglichen Höhe ho des Zylinders abhängig.
Die radiale Geschwindigkeit der verschiedenen Partikel des Zylinders hängt linear vom Radius ab. Der quadratische Mittelwert der radialen Geschwindigkeit Vr² ist für eine Schätzung der kinetischen Energie des Systems erforderlich.
Der quadratische Mittelwert V&sub2;² der radialen Geschwindigkeit, der über das Volumen gemittelt ist (dieser Wert charakterisiert die kinetische Energie m·Vr²/2 aufgrund der translatorischen Bewegung des Körpers) kann aus folgender Beziehung entnommen werden:
Diese Abhängigkeit ist in Fig. 3 dargestellt, die zeigt, daß die Umformung von kinetischer Energie einer translatorischen Bewegung eines Körpers in kinetische Energie eines Flüssigkeitsstroms stark von der ursprünglichen relativen Höhe des Zylinders abhängt (vergleiche die Kurven für zwei unterschiedliche Werte der ursprünglichen Höhe des Zylinders von ho = Ro beziehungsweise ho = Ro/5).
Das Gesetz zur Erhaltung der Energie für den Aufprall hat folgende Form:
M·Vo²/2 = M·Vx²(t)/2 + m·Vr²(t)/2 + m·Vx²(t)/2 + Q
Hierbei ist M die Masse eines bewegten Körpers, zum Beispiel die obere Platte 2; Vo und Vx(t) sind die ursprüngliche Geschwindigkeit sowie die Geschwindigkeit des bewegten Körpers im Zeitpunkt t; m ist die Masse der Flüssigkeit; Vr²(t) ist der quadratische Mittelwert der Radialgeschwindigkeit; Q ist der Energieverlust aufgrund der Viskosität. Vernachlässigt man die beiden letzten Glieder der Gleichung, dann ergibt sich eine relative Änderung der Geschwindigkeit des Körpers aufgrund der Ausbildung des Strahls wie folgt:
m ist die Masse der Flüssigkeit im Zylinder 1 und M ist die Masse der oberen Platte 2.
Schätzwerte der erwarteten Wirkung der Energieabsorption können für verschiedene Sätze signifikanter Parameter eines Aufprallstoßes eines Fahrzeugs eines bestimmten Gewichts, z. B. 1000 kg, gegeben werden.
Diese Schätzwerte sind in der Anlage A dargelegt, deren Inhalt durch Bezugnahme Teil dieser Beschreibung ist.
Unter Verwendung des obigen Prinzips kann die kinetische Energie eines bewegten Körpers in die kinetische Energie eines sehr schnellen Flüssigkeitsstrahls aus einer speziellen angeschlossenen Vorrichtung umgewandelt werden.
So kann die in Fig. 1 zum Ausdruck kommende Idee durch die Anordnung weiterentwickelt werden, die in Fig. 2 zu sehen ist und die grundsätzliche Idee gemäß Fig. 1 verändert. Fig. 2 zeigt ein zylindrisches Volumen 4 einer Flüssigkeit in einem Behälter 5 mit einem Kolben 6 und einem Strahlauslaß 7, durch den ein Flüssigkeitsstrahl 8 unter bestimmten Bedingungen austreten kann. Das gezeigte Verhältnis zwischen Zylinderhöhe und Radius R kann vorteilhaft sein, ebenso wie das gezeigte Verhältnis R/r.
Wenn die Geschwindigkeit Vx des Kolbens 6 ergibt sich aufgrund der Bedingung der Nicht-Komprimierbarkeit die Geschwindigkeit Vj des Strahls wie folgt:
Vj = Vx·S/J = Vx·R²/r²
Hierbei ist S die Querschnittsfläche der Wassersäule und J ist die Querschnittsfläche des Strahls.
Man kann ohne Schwierigkeiten eine geeignete Wahl für das Verhältnis zwischen dem Radius R des Zylinders und dem Radius r des Strahls wählen. Liegt die Geschwindigkeit des Kolbens 6, der Teil des bewegten Systems ist, das abgebremst werden soll, etwa bei 10 bis 20 m/s (oder 36 bis 72 km/h), dann erhält man eine Geschwindigkeit des Strahls, die 200 bis 300 m/s überschreitet.
Fig. 4 zeigt eine mögliche Anordnung für die Vorrichtung zur Energieabsorption in Form eines Stoßfängers 9 (der die Stoßenergie des mit diesem Stoßfänger versehenen Fahrzeugs beim Aufprall auf ein Hindernis (nicht gezeigt) absorbiert. Der Stoßfänger 9 kann von einem ersten Organ 10 und einem zweiten Organ 11 gebildet werden, von denen letzteres mit dem (nicht dargestellten) Fahrzeug im Betrieb verbunden ist. Der Stoßfänger 9 enthält eine Flüssigkeit 12, die zwischen den beiden Organen 10 und 11 eingeschlossen ist, sowie eine zerbrechliche Membran 13, die am Organ 11 im Einlaß eines Kanals 11a für die Strahlbildung vorgesehen ist. Die Flüssigkeit 12 steht in unmittelbarem Kontakt mit einer Seite der Membran, und beim Aufprall des Organs 11 auf ein Hindernis bewirkt die Bewegung und/oder Verformung des Organs 10 bezüglich des Organs 11 den Bruch der zerbrechlichen Membran 13, sodaß sich ein Strahl 14 ausbildet, der durch den Kanal 11a ausgestoßen wird, um die Stoßenergie zu vernichten.
Um die Viskositätseffekte der Flüssigkeit 12 gering zu halten, die die Strahlbildung behindern könnten, sind in der Praxis Flüssigkeiten mit einem niedrigen Viskositätskoeffizient erforderlich, die Flüssigkeitsströmungen mit ausreichend niedrigen Geschwindigkeitsgradienten erzeugen. Daher betrifft die vorliegende Erfindung Flüssigkeiten, die eine Abbremsung des bewegten Körpers durch Umwandlung der kinetischen Stoßenergie in die kinetische Energie eines oder mehrerer Flüssigkeitsstrahlen ermöglichen, die in sichere Richtungen zielen. Diese Energie wird dann sicher abgebaut, beispielsweise durch Zerstäubung oder Wechselwirkung mit dem Boden u. s. w.. Es gibt zwei Wege zur Verringerung des Einflusses der Viskosität: Erstens wäre es sinnvoll, eine Flüssigkeit mit einem niedrigen Viskositätskoeffizienten zu verwenden, aber diese Wahl ist eingeschränkt. Bezugswerte für den Viskositätskoeffizienten sind die für Wasser (10&supmin;³ kg/m·s oder 1 puas bei 20ºC, 1,79·10&supmin;³ kg/m·s oder 1,79 puas bei 0ºC, 0,53·10&supmin;³ kg/m·s oder 0,53 puas bei 50ºC), oder die für Äthyläther (0,28·10&supmin;³ kg/m·s oder 0,28 puas bei 0ºC und 0,23·10&supmin;³ kg/m·s oder 0,23 puas bei 20ºC) oder die für Benzin (0,65·10&supmin;³ kg/m·s oder 0,65 puas bei 20ºC). Die Verwendung von Äther oder Benzin bei Unfällen ist wegen ihrer leichten Entflammbarkeit nicht realisierbar. Bevorzugte Flüssigkeiten sind einige Alkohollösungen in Wasser oder ein Frostschutzmittel oder ein Brandlöschmittel mit niedriger Viskosität und niedrigem Schmelzpunkt. Ein zweiter praktischer Weg zur Verringerung der Viskositätseffekte liegt in der Verwendung ausreichend niedriger Gradienten oder ausreichend großer geometrischer Parameter für den Strahl. Die untere Grenze für die Dicke des Flüssigkeitsstrahls kann bei einem Wert von etwa 5 mm liegen.
Die Untergrenze für das Loch, das für die Strahlbildung oder Entlastung erforderlich ist, wird durch die Energieverluste aufgrund der Viskosität bestimmt und kann in der Praxis einige Millimeter betragen. Ein zu großes Loch wäre nicht wirksam, da dann die Strahlgeschwindigkeit zu gering wäre. In dem Schema gemäß Fig. 1 ist die Strahlgeschwindigkeit umso größer, je größer das Verhältnis R/h ist. In der Praxis wird jedoch die Ausbildung eines Strahls in Wassersäulen von weniger als einige Millimeter Höhe durch die Viskosität behindert. Die Wahl der Richtung des Strahls oder der Strahlen in dem jeweiligen Fall wird hauptsächlich durch die Sicherheitsforderungen bestimmt, da ein sehr schneller Strahl ein schwaches Hindernis zerstören kann. Ganz generell darf ein Viskositätseffekt die Möglichkeit der Strahlbildung nicht unterdrücken und die Viskositätsverluste aufgrund des Gesetzes zur Erhaltung der Energie (das über die Schätzung der erforderlichen Masse an Flüssigkeit herangezogen wird) kann vernachlässigt werden, das heißt sollte etwa 10% nicht überschreiten. Ist der Viskositätseffekt zu groß (kleine Löcher, deutliche Geschwindigkeitsgradienten), dann würde die Bildung des Strahls behindert.
Aus dem Inhalt der Anlage A geht hervor, daß mehrere Flüssigkeitsvolumen (zum Beispiel drei), die je mehrere Strahlen erzeugen, vorteilhaft erscheinen, insbesondere bei der Konstruktion von Stoßfängern für Fahrzeuge.
Es ist klar, daß der Rahmen der vorliegenden erfindung durch die konkrete Wahl der Terminologie nicht übermäßig eingeschränkt wird und daß ein bestimmter Begriff durch jedes Äquivalent oder jeden verallgemeinernden Begriff ersetzt oder ergänzt werden kann. So kann beispielsweise der Begriff der "zerbrechlichen Membran" ersetzt werden durch Druckabbaumittel, und der Begriff "Schale" kann durch ein Gefäß oder einen Container ersetzt werden. Weiter ist klar, daß Einzelmerkmale, Verfahren oder Funktionen bezogen auf die Vorrichtung zur Energieabsorption, die zugehörige Theorie oder Teile davon allein oder in Kombination mit beispielsweise einem Fahrzeug einzeln patentfähig sein können. Der Singular kann den Plural umfassen oder umgekehrt. Insbesondere soll jede Offenbarung eines Wertebereichs oder Parameters in dieser Beschreibung eine Offenbarung eines beliebigen auswähl- oder ableitbaren Unterbereichs innerhalb dieses Bereichs und auch die Offenbarung eines beliebigen Werts für die Größe oder den Parameter innerhalb oder am Ende des Bereichs umfassen.
Ein wichtiges Merkmal für die Vorrichtung zur Absorption von Energie ist die Verwendung eines Flüssigkeitsstrahls mit hoher Geschwindigkeit V, die etwa zehn- bis zwanzigfach größer als die Geschwindigkeit des aufprallenden Körpers ist. Daher ist die Absorption der Aufprallenergie wesentlich wirkungsvoller, da sie vom Quadrat der Geschwindigkeit (V²) abhängt.
Eine Flüssigkeit mit geringer Viskosität wird verwendet, da sie benötigt wird, um eine hohe Strahlgeschwindigkeit und genaue geometrische Beziehungen zwischen der den Stoß empfangenden Flüssigkeitsfläche und dem Durchmesser der Mündung des Lochs für den Flüssigkeitsstrahl zu erzielen.
Andere Vorschläge für die Absorption der Energie können keinen Flüssigkeitsstrahl hoher Geschwindigkeit (V) erzeugen, da sie viskose und hochviskose Flüssigkeiten verwenden und sich um die erforderlichen geometrischen Beziehungen zur Erzeugung eines Strahls hoher Geschwindigkeit nicht kümmern.
Andere Vorschläge nutzen hauptsächlich die Viskosität der Flüssigkeit, um Energie zu absorbieren. Daher ist der Energieabsorptionsmechanismus viel weniger wirkungsvoll, denn die Viskosität hängt von der Geschwindigkeit der Flüssigkeit linear ab.
Ein früherer Vorschlag (Patent Abstracts of Japan, Vol. 008 Nº 022(M-272)) zeigt einen Energie-Entlastungspuffer, bei dem eine Einlage in ein Volumen mit einer flüssigen oder öligen Substanz eindringt. Hier beruht der Mechanismus der Energieabsorption auf der viskosen Reibung, die wesentlich weniger wirksam als die Bildung eines Hochgeschwindigkeitsstrahls gemäß unserem Vorschlag ist. Reibungskräfte nehmen gemäß diesem früheren Vorschlag linear mit der Verschiebung zu. Dieser frühere Vorschlag ist aufgrund der großen Abmessungen und der mangelnden Stabilität im Fall einer schwachen Kollision in schräger Richtung von Nachteil. Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es diese Einschränkungen nicht.
Im Vergleich zu einem weiteren Vorschlag (Machine Design Vol. 39, Nº11 vom 11.5.1967, Seite 64) weist die vorliegende Erfindung folgende Merkmale auf:
1. Wesentlich andere Ideologie und Konstruktionsprinzipien: Wir legen besonderen Wert auf die Bildung eines Strahls, der mit hoher Geschwindigkeit die kinetische Energie eines bewegten Körpers in die kinetische Energie eines Flüssigkeitsstrahls umwandeln kann (siehe Ansprüche 1, 3, 12, 17, 18 für die Strahlbildung und Ansprüche 14, 15 und 17 für die Umwandlung der Energie).
2. Unterteilung des Flüssigkeitsvolumens in einem früheren Schema unter Nutzung von Prallplatten ist typisch für die auf die Energieabsorption hauptsächlich durch Viskosemechanismen gerichteten Konstruktionen. Hohe Viskositätseffekte verringern aber die Geschwindigkeit des Strahls und erlauben nicht die Ausbildung eines Strahls der Energie wirkungsvoll absorbiert. In einem Grenzfall für sehr hohe Viskosität entfällt die Energieabsorption völlig und die Härte des Stoßes nimmt mit der Tendenz eines elastischen Rückstoßes zu, die für die Sicherheit der Fahrgäste sehr gefährlich ist.
3. Charakteristische Volumen für Wasser (4 bis 7 Gal. für Personenwagen und bis zu 15 Gal. für Lastkraftwagen) liegen wesentlich höher als unsere Schätzwerte für die Energieumwandlung durch den Mechanismus der Strahlbildung. Das heißt, daß der ältere Vorschlag in einem modernen Fahrzeug praktisch unbrauchbar wäre, bei dem Gewichtsverringerung im Vordergrund steht. Außerdem beruht die wesentliche Bedeutung für die Energieabsorption auf dem Viskositätseffekt und nicht auf einer hohen Geschwindigkeit des gebildeten Strahls. Wir konnten nämlich die Flüssigkeitsmasse wegen der hohen Geschwindigkeit V des Strahls und der Abhängigkeit des Mechanismus der Energieabsorption durch Strahlbildung mit dem Quadrat der Geschwindigkeit verringern.
In einem anderen Vorschlag (DE-P 40 37 101-A1) wird die Flüssigkeit in Strukturelementen verwendet, um den Faltmechanismus der Struktur der Elemente, in die die Flüssigkeit eingefügt ist, wirkungsvoller zu machen. Hier ist der zur Absorption der Energie eingesetzte Mechanismus die Verformung der Strukturelemente in Verbindung mit einigen viskosen Effekten, was nur zu einem sehr geringen Wirkungsgrad hinsichtlich der Energieabsorption führt.

Claims

1. Vorrichtung (9) zur Absorption von Energie beim Aufprall auf ein Hindernis, die eine Flüssigkeit und Mittel enthält, welche beim Aufprall der Vorrichtung auf ein Hindernis diese Flüssigkeit durch eine Öffnung drücken, um Energie des Stoßes zu absorbieren, sowie die kinetische Energie eines Aufpralls in kinetische Energie eines sehr schnellen Flüssigkeitsstrahls (14) umwandeln kann, wobei die Flüssigkeit (12) eine geringe Viskosität besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (9) so ausgebildet ist, daß für eine Aufprallgeschwindigkeit in der Größenordnung von 10 bis 20 m/s die Strahlgeschwindigkeit zwischen etwa 200 und 300 m/s oder darüber liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die Flüssigkeit (12) zwischen einem ersten Organ (10) und einem mit dem beweglichen Körper verbundenen oder verbindbaren zweiten Organ (11) gehalten wird, das an einem bewegten Körper, beispielsweise einem Kraftfahrzeug befestigt ist oder werden kann, sodaß bei einem Aufprall des ersten Organs (10) auf ein Hindernis dieses in Richtung zum zweiten Organ bewegt oder verformt wird und so auf die Flüssigkeit (12) eine Kraft ausübt, die eine zerbrechliche Membran oder einen zerbrechlichen Bereich (13) im ersten oder zweiten Organ (10, 11) oder in dessen Nähe bersten läßt, sodaß ein Strahl (14) der Flüssigkeit (12) durch die geborstene Membran oder den Bereich (13) oder ein Druckentlastungsmittel ausgestoßen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, in der die Flüssigkeit (12) eine Viskosität von höchstens 10&supmin;³ kg/m·s bei 20ºC besitzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, in der die zerbrechliche Membran oder der Bereich (13) einen Durchmesser zwischen 2 mm und 12 mm, vorzugsweise von etwa 10 mm besitzt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 oder 4, in der das zweite Organ (11) eine Öffnung besitzt, die durch die zerbrechliche Membran oder den Bereich (13) verschlossen wird, oder daß das zweite Organ (11) einen Bereich verminderter Dicke enthält, der die zerbrechliche Membran oder den Bereich (13) bildet.

6. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 5, in der die zerbrechliche Membran oder der Bereich (13) kreisförmig ist.

7. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 6 mit mehreren zerbrechlichen Membranen oder Bereichen (13), um mehrere Strahlen (14) der Flüssigkeit (12) zu erzeugen, die aus dem zweiten Organ (11) im Betrieb ausgestoßen werden, um die Stoßenergie zu absorbieren.

8. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 7, in der das erste Organ (10) ein Kolben und das zweite Organ ein Zylinder (5) ist, der eine Flüssigkeit (4) sowie eine Öffnung oder Öffnungen aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, in der das Verhältnis der Querschnittsfläche des Kolbens zur Querschnittsfläche des Strahls etwa 15 bis 20 beträgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 mit zwei Zylindern und einem Gesamtvolumen an Flüssigkeit von etwa 10 Litern.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, in der das zweite Organ mit einem Bereich verminderter Dicke versehen ist, der den zerbrechlichen Bereich bildet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, in der die Schale ein integral gebildetes Element ist.

13. Fahrzeugstoßfänger mit einer Vorrichtung (9) zur Absorption von Energie gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.

14. Verfahren zur Absorption von Stoßenergie beim Aufprall der Vorrichtung (9) auf ein Hindernis, bei dem eine Flüssigkeit beim Aufprall der Vorrichtung auf ein Hindernis durch eine Öffnung der Vorrichtung gedrückt wird und so Energie des Aufpralls absorbiert wird, wobei die verwendete Flüssigkeit eine geringe Viskosität besitzt und die kinetische Energie des Stoßes in kinetische Energie des Flüssigkeitsstrahls umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrahl für eine Aufprallgeschwindigkeit in der Größenordnung von 10 bis 20 m/s eine Geschwindigkeit besitzt, die etwa zwischen 200 und 300 m/s oder darüber liegt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem ein erstes Organ (10) bezüglich eines mit einem beweglichen Körper verbundenen zweiten Organs (11) durch Bewegung oder Verformung angenähert wird und so auf die Flüssigkeit (12), die sich zwischen den beiden Organen (10, 11) befindet, eine Kraft ausübt, die eine zerbrechliche Membran oder einen Bereich (13) im ersten oder zweiten Organ (10, 11) oder in deren Nähe bersten läßt, oder Druckentlastungsmittel aktiviert, sodaß sich ein Strahl (14) ergibt, der durch die geborstene Membran oder den Bereich oder die Druckentlastungsmittel ausgestoßen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem eine Schale (10, 11), die die Flüssigkeit (12) enthält, bei einem Aufprall auf ein Hindernis verformt wird und damit eine Kraft auf die Flüssigkeit (12) ausübt, die eine zerbrechliche Membran oder einen Bereich (13) in der Schale (10, 11) bersten läßt oder Druckentlastungsmittel aktiviert, um den Strahl (14) zu bilden, der durch die geborstene Membran oder den Bereich (13) oder die Druckentlastungsmittel ausgestoßen wird.