DE69912789T2 - Topfförmiger stossdämpfer - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Solch eine Anordnung ist aus der US-A-4 890 877 bekannt. Die bekannte Energie absorbierende Struktur weist eine im Wesentlichen ebene Basis und eine Mehrzahl von konisch geformten Vorsprüngen auf, die sich von der Basis aus erstrecken und mit Harz versteift sind und zwischen benachbarten Lagen aus dehnbarem, leichtgewichtigem Textilgewebe eingeschlossen sind und klebemäßig daran befestigt sind, um eine Energie absorbierende Struktur zu definieren.
  • Eine ähnliche Struktur ist aus der US-A-4 631 221 bekannt, die ein plattenartiges gegossenes Sandwich mit zwei äußeren festen Deckschichten und wenigstens einer schichtartigen Struktur aus Fasermaterial als Kern offenbart, die durch Tiefziehen verformt wurde und mit synthetischem Harz versehen wurde. Die schichtartige Struktur aus Fasermaterial, die den Kern bildet, kann z. B. eine gewirkte Struktur sein, die mit einem dauerhaften ausgehärteten Harz versehen ist.
  • Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, eine verbesserte Anordnung zur Absorption von Stoßenergie anzugeben, die insbesondere bei automobilen Anwendungen und ähnlichen Anwendungen verwendet werden kann, um Stoßenergie zu absorbieren.
  • Ferner soll eine verbesserte Kraftfahrzeugkomponente angegeben werden, die eine solche Anordnung zur Absorption von Stoßenergie aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 und durch eine Kraftfahrzeugkomponente gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Ausführungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die gegenwärtige Erfindung umfasst eine Energie absorbierende Vorrichtung, die aus natürlichem oder künstlichem Harzmaterial oder Verbundmaterial hergestellt ist, bei der die Energieabsorption mit einer Mehrzahl von tassenförmigen Zellen versehen ist, die eine dünnwandige Konstruktion mit einem kreisförmigen Querschnitt haben. Der Absorber ist nützlich für Kraftfahrzeug-Stoßstangen und auch für andere Anwendungen, wozu Kraftfahrzeugauskleidungen und allgemeine Kissenanwendungen gehören.
  • Diese und andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden von einem Fachmann und von denjenigen, die die Erfindung durchführen, aus der Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungsfiguren erfasst.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Tassenabsorbers, der nicht von der gegenwärtigen Erfindung erfasst ist.
  • 2 ist eine ähnliche Ansicht eines Tassenabsorbers, der aus einem spritzgegossenen, hochdichten Polyethylenmaterial gemäß der Erfindung hergestellt ist.
  • 3 ist eine Vorderansicht des Tassenabsorbers gemäß 2.
  • 4 ist ein Querschnitt entlang der Linien 4-4 gemäß 3.
  • 5 ist ein Querschnitt entlang der Linien 5-5 gemäß 3.
  • 6 ist eine Seitenansicht des Tassenabsorbers gemäß 3.
  • 7 ist eine Endansicht des Tassenabsorbers gemäß 3.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht eines Stoßstangen-Absorbermoduls, das nicht von der Erfindung erfasst ist und acht Zellen aufweist, die durch Vakuumformen oder Thermoformen hergestellt sind.
  • 9 bis 14 zeigen den Stoßstangenabsorber gemäß 8 in Darstellungen, die den 2 bis 7 entsprechen, die ein spritzgeformtes Stoßstangen-Absorbermodul aus acht Zellen zeigen.
  • 15 ist eine in Strichen gezeichnete perspektivische Ansicht eines Absorbers mit acht Modulen, der mit einer gemeinsamen ebenen Plattenbasis gespritzt ist.
  • 16 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Knickanalyse einer einzigen umgedrehten Zelle zeigt.
  • 17 ist eine Aufsicht der Tasse gemäß 16.
  • 18 ist eine perspektivische Ansicht eines Absorbers, der eine Folge von tassenförmigen Zellen aufweist, die nebeneinander angeordnet sind.
  • 19 ist eine Vorderansicht des Absorbers gemäß 18.
  • 20 ist eine Endansicht des Absorbers gemäß 19.
  • 21 ist eine perspektivische Ansicht einer einzigen Zelle in dem Absorber gemäß der 18 bis 20.
  • 22 ist ein Diagramm, das einen Vergleich von Kraftablenkungskurven eines EPP-Schaumabsorbers und eines vorgeschlagenen gespritzten Absorbers mit umgekehrten Tassen zeigt.
  • 23 ist ein Diagramm, das einen tatsächlichen Stoßtest an einem Tassenabsorber zeigt, der gemäß der gegenwärtigen Erfindung ausgebildet ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG
  • Es sei nun auf die Zeichnung und insbesondere auf 2 Bezug genommen, wonach ein Absorber 10 eine Folge von einzelnen tassenförmigen Zellen 12 aufweist, die auf einer flachen Platte 14 befestigt sind und durch Rippen 16 miteinander verbunden sind. Die Tassen haben Seitenwände 18, die mit einem kreisförmigen Querschnittsabschnitt ausgebildet sind, mit einem oberen Ende 20 und einem offenen Bodenende 22. Somit bildet jede Zelle eine umgedrehte Tasse.
  • Das Verfahren des Formens eines Tassenabsorbers gemäß der gegenwärtigen Erfindung besteht im Spritzgießen, wie in den 1 bis 7 gezeigt. Vorzugsweise ist das geformte Produkt aus einem Verbund-Material hergestellt, das ein Kunststoffelastomer ist, ferner vorzugsweise aus der Polyolefinfamilie von Harzmaterialien. Spritzgegossenes hochdichtes Polyethylen (HDPE) mit einem Gummimodifizierer ist das bevorzugte in dem Verfahren verwendete Material.
  • Die Form der einzelnen Zellen oder Tassen stellt eine äußerst effiziente Konstruktion im Vergleich mit herkömmlichen Energie absorbierenden Strukturen dar. Bei der bevorzugten Ausführung gemäß der gegenwärtigen Erfindung erlaubt das Längenverhältnis der Tasse (das Verhältnis zwischen der Höhe, der Breite und den Wandstärken) ein effizientes Energiemanagement, eine hohe Kraftaufnahme und eine große Kompression im Vergleich zu anderen Einrichtungen und anderen Designs. Eine beispielhafte Tassenzellengröße, die gut bei einem Stoßstangenaufprall mit 5 Meilen pro Stunde zu funktionieren scheint, ist 58 mm hoch, 32 mm im Durchmesser und hat eine Wandstärke von 1 mm. Ein gespritzte HDPE-Zelle der angegebenen Größe wird nur 0,01 Pfund wiegen, jedoch ungefähr 200 Pfund Widerstand gegen eine axiale Kompression bieten. Dies ist ein Verhältnis von 1/2000 von Gewicht zu Ausgangsquetschkraft.
  • Die Wandstärke von 1 mm erlaubt einen schnellen Spritzzyklus, niedrige Teilekosten und einen hohen Prozentsatz an Zellenverformungen. Eine Zelle von 58 mm faltet sich ungefähr 4mal auf sich selbst, um eine Gesamtverformung von 50 mm zu erlauben, wobei sich 90 bis 100% nach dem Quetschen zurückbilden, in Abhängigkeit von dem ausgewählten Harz. 22 ist eine Ansicht, die eine Kraftablenkungskurve einer Zelle der gegenwärtigen Erfindung im Vergleich mit der Kraftablenkungskurve eines typischen EPP-Schaums zeigt. Es ist zu erkennen, dass die gegenwärtige Erfindung ungefähr dieselbe Energie wie ein Schaumabsorber aufweist, dass jedoch der Tassenabsorber eine höhere Effizienz und eine niedrigere Ablenkung aufweist.
  • Der Tassenabsorber gemäß der gegenwärtigen Erfindung erzeugt ungefähr 70% einer Rechteckwellen-Energiekurve, was kommerziell bei der Reduzierung eines Stoßstangenaufpralls vorteilhaft ist und deshalb die Gesamtlänge eines Fahrzeugs reduziert.
  • Es können andere Zellengrößen verwendet werden, um die Steifheitscharakteristika der Zelle zu verändern. Die Zellen können die halbe oder die doppelte Zellenhöhe der beispielhaften Zelle aufweisen, die 58 mm hoch ist. Die anderen Dimensionen der Zelle (Breite und Wandstärke) werden entsprechend verändert, um so im Wesentlichen dasselbe Längenverhältnis zwischen Höhe, Breite und Wandstärke einzuhalten.
  • Bei der gegenwärtigen Erfindung sind die verschiedenen Zellen strategisch positioniert, wie gewünscht, um die Energie eines Stoßstangenaufpralls zu absorbieren und zu verarbeiten. Bei der beispielhaften Ausführung wird die Basisschicht 14 verwendet, um die Stoßstange 10 an einer Komponente eines Kraftfahrzeugs zu befestigen. Eine solche Befestigung wird typischerweise mit einem Klebstoff oder mit mechanischen Befestigungsteilen in der Form von Kunststoffstoßstiften ausgeführt. Da jede Zelle in gewissem Maße unabhängig arbeitet, kann die Zelle für spezielle Absorberanwendungen wie gewünscht platziert werden. Dies ermöglicht es, den Absorber für zahlreiche Energie verarbeitende Anwendungen zu verwenden, wozu eine Fahrzeuginnenauskleidung und allgemeine Kissenanwendungen als auch Stoßstangenanwendungen gehören.
  • Wegen der dünnwandigen Konstruktion der gegenwärtigen Erfindung erfordert ein effektiver Absorber nur eine minimale Menge an Material. Dies führt zu einem Absorber mit niedrigen Kosten und niedriger Masse.
  • Wie oben erwähnt, kann der Tassenabsorber aus einem Verbundmaterial durch Spritzgießen hergestellt werden. Ein zweiter guter Herstellprozess nicht gemäß der gegenwärtigen Erfindung besteht in sehr schnellem Vakuumformen oder Thermoformen, was die Verwendung einer HDPE-Platte mit Extrusionsqualität erlaubt, was bessere Materialeigenschaften als spritzgegossenes Polyethylen hat. Andererseits hat das Spritzen aus einer Platte den Nachteil, dass die Dicke bei dem Design und bei der Verbindung der Zellen begrenzt ist.
  • In den 8 bis 15 ist die Konstruktion eines Stoßstangenabsorbers 30 mit acht Zellenmodulen unter Verwendung eines Vakuumform- oder Thermoformverfahrens gezeigt. Einzelne Zellen 32 sind im Wesentlichen ähnlich zu spritzgegossenen Zellen, indem die Zellen umgekehrte Tassen darstellen, die Seitenwände 34, ein oberes Ende 36 und einen offenen Boden 38 aufweisen, wobei die Tassen auf einer flachen Platte 40 befestigt sind. Ein Unterschied zwischen dem vakuum- oder thermogeformten Modul und einem spritzgegossenen Modul besteht darin, dass die thermogeformten Tassen keine Rippen 16 haben, die die Tassen verbinden. Ferner haben die Ecken 42 der Tassen zwischen den Seitenwänden 34 und dem oberen Ende 36 einen vergrößerten Radius im Vergleich mit der Konstruktion des spritzgegossenen Produktes.
  • Jedoch wird der Stoß sowohl bei den spritzgegossenen als auch den vakuumgeformten oder thermogeformten Modulen durch eine Folge von umgedrehten Tassen absorbiert.
  • In der Zeichnung sind verschiedene Zellkonfigurationen gezeigt. Eine beispielhafte Stoßstangenkonfiguration 50, die in einer Kraftfahrzeugstoßstange verwendet werden kann, ist in den 18 bis 20 gezeigt. 21 ist eine perspektivische Ansicht einer einzigen Zelle 52 der Absorberkonfiguration 50 gemäß der 18 bis 20. Bei dieser beispielhaften Anwendung hat die Absorberkonfiguration 50 eine Länge L von ungefähr 1280 mm. Jede Zelle 52 hat eine Höhe H von ungefähr 57,5 mm, einen oberen Durchmesser d von ungefähr 32 mm und einen unteren Durchmesser d von ungefähr 33 mm.
  • Eine Knickanalyse von einzelnen umgedrehten tassenförmig geformten Zellen ist in den 16 und 17 gezeigt. Die Darstellungen sind farbcodiert mit Schattierungen gezeigt, wobei die Skala neben den Darstellungen eine Spannungsabbildung zeigt, die auf die komprimierte Form der Zelle geplottet ist, so wie sie von einer computermäßigen Strukturanalyse erzeugt wurde.
  • Zu den wichtigen Merkmalen und Vorteilen der gegenwärtigen Erfindung gehören:
    • 1. Das Längenverhältnis von Zellen-Designparametern (Verhältnis von Wandstärke zu Zellenhöhe und -breite) liefert vorteilhafte Charakteristika. Andere Tassengrößen und -formen sind möglich, wozu quadratische, ovale, rechteckförmige und dergleichen gehören.
    • 2. Ein großer Anteil an Zellenverformung infolge des ausgewählten Längenverhältnisses von Wandstärke im Vergleich zur Zellengröße.
    • 3. Ein hoher Energiewirkungsgrad, ungefähr 70% einer Rechteckwelle, infolge des Längenverhältnisses von Designparametern.
    • 4. Die Zellenanordnung kann wunschgemäß verändert werden. Eine diskrete Anzahl von Zellen liefert eine bekannte Kraftaufnahme und kann für verschiedene Fahrzeugmassen maßgeschneidert und positioniert werden, wodurch der Materialverbrauch minimiert wird.
    • 5. Die Zellenanordnung kann getroffen werden, um den überwiegenden Teil der Stoßstangenwiderstandskräfte an vorbestimmten Orten zu platzieren, wie etwa über den Fahrzeugschwellern oder in der Mitte, um dem Eindringen eines Pfahls zu widerstehen. Dies ist ein wichtiges Designmerkmal, um die strukturelle Masse des Fahrzeugs zu verringern.
    • 6. Die Verbindung von einzelnen Zellen gemäß der Erfindung mit vertikalen Rippen erlaubt bei dem spritzgegossenen Produkt den Einsatz für horizontale Mehrfachstöße. Es ist sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Rippenverbindung möglich und innerhalb des Rahmens der gegenwärtigen Erfindung. Die Verbindung der Zellen liefert Querstabilität. In 3 sind vertikale Rippen zusätzlich zu horizontalen Rippen angedeutet.
    • 7. Die horizontale Verbindung der einzelnen Zellen durch eine gemeinsame gespritzte Basisplatte ermöglicht es, ein Absorbermodul über einer strukturmäßigen Stoßstangenverstärkungsstrebe anzuordnen, um einen beliebigen Stoß aufzunehmen.
  • Das Vorhergehende ist repräsentativ für die bevorzugte Ausführung der gegenwärtigen Erfindung.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur Absorbierung von Stoßenergie mit einer Basisschicht (14, 40), einer Mehrzahl von beabstandeten, Energie absorbierenden Zellen (12, 32, 52), die sich von der Basisschicht (14, 40) aus erstrecken, wobei jede Zelle (12, 32, 52) grundsätzlich eine umgekehrte Tassenform aufweist, ein offenes Ende (22, 38), ein geschlossenes Ende (20, 36) und eine Seitenwand (18, 34), die sichzwischen den Enden erstreckt, wobei das offene Ende (22, 38) in der Basisschicht (14, 40) ausgebildet ist und die Zellen (12, 32, 52) gemeinsam mit der Basisschicht (14, 40) geformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung durch Spritzgießen hergestellt ist und Verstärkungsrippen (12) aufweist, die wenigstens einige der Zellen (12, 32, 52) verbinden.
  2. Anordnung zur Energieabsorbierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (14, 40) und die Mehrzahl von Zellen (12, 32, 52) aus einem Material geformt sind, zu dem ein geformtes Kunststoffharz gehört.
  3. Anordnung zur Energieabsorbierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zelle (12, 32, 52) eine zylindrische Seitenwand (18, 34) aufweist, die sich zwischen dem geschlossenen Ende (20, 36) und dem offenen Ende (22, 38) erstreckt.
  4. Anordnung zur Energieabsorbierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zylindrische Seitenwand jede der Zellen (12, 32, 52) ungefähr 1 mm dick ist, die Zelle ungefähr 58 mm lang ist, und die Zelle einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von ungefähr 32 mm hat.
  5. Anordnung zur Energieabsorbierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenverhältnis der Zellenhöhe zur Breite und zur Seitenwanddicke der Zellen (12, 32, 52) im Wesentlichen dasselbe wie bei einer Zelle ist, die ungefähr 58 mm lang ist, einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von ungefähr 32 mm aufweist, sowie eine Wanddicke von ungefähr 1 mm.
  6. Anordnung zur Energieabsorbierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenhöhe ungefähr 116 mm ist.
  7. Anordnung zur Energieabsorbierung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Zellen (12, 32, 52) eine Höhe von ungefähr 29 mm hat.
  8. Anordnung zur Energieabsorbierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenverhältnis von Höhe, Breite und Wanddicke der Zellen (12, 32, 52) im Wesentlichen dasselbe wie bei einer Zelle ist, die ungefähr 20 bis 10 mm lang ist, einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von ungefähr 18 mm aufweist, sowie eine Wanddicke von ungefähr 0,75 mm.
  9. Anordnung zur Energieabsorbierung nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis und die Zelle ein Polyolefinharz aufweisen.
  10. Anordnung zur Energieabsorbierung nach irgend einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis und die Zelle hochdichtes Polyethylen (HDPE) aufweisen.
  11. Kraftfahrzeugkomponente, die eine Stoßenergieabsorption erfordert, insbesondere eine Stoßstange oder eine Innenverkleidung, wobei die Komponente einen Stoßenergieabsorber gemäß irgend einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist, wobei die Komponente auf der Fahrzeugkomponente in Position angeordnet ist, um eine Stoßlast aufzunehmen, derart, dass die Zellen (12, 32, 52) an der Fahrzeugkomponente mit der Basisschicht (14, 40) befestigt sind, von wo aus sich die Zellen (12, 32, 52) von einem offenen Ende in der Basisschicht (14, 40) zu einem geschlossenen oberen Ende erstrecken, das von der Basisschicht (14, 40) entfernt ist, in Position, um die Stoßlast aufzunehmen, und dass die Zellen (12, 32, 52) wenigstens teilweise nachgiebig in einer axialen Richtung kollabierbar sind, wenn sie einer axialen Stoßlast ausgesetzt werden.
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