EP1230496A1 - Energieabsorber für ein absorbieren von stossenergie - Google Patents

Energieabsorber für ein absorbieren von stossenergie

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EP1230496A1
EP1230496A1 EP00974426A EP00974426A EP1230496A1 EP 1230496 A1 EP1230496 A1 EP 1230496A1 EP 00974426 A EP00974426 A EP 00974426A EP 00974426 A EP00974426 A EP 00974426A EP 1230496 A1 EP1230496 A1 EP 1230496A1
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EP
European Patent Office
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energy absorber
absorber according
molded part
honeycomb
energy
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Withdrawn
Application number
EP00974426A
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English (en)
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Inventor
Kurt-Rainer Stahlke
Roland Brambrink
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Covestro Deutschland AG
Original Assignee
Bayer AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/37—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers of foam-like material, i.e. microcellular material, e.g. sponge rubber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16F7/12—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members
    • F16F7/121—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members the members having a cellular, e.g. honeycomb, structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R19/00—Wheel guards; Radiator guards, e.g. grilles; Obstruction removers; Fittings damping bouncing force in collisions
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    • B60R19/18—Bumpers, i.e. impact receiving or absorbing members for protecting vehicles or fending off blows from other vehicles or objects characterised by the cross-section; Means within the bumper to absorb impact
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    • B60R2019/1866—Cellular structures
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    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
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    • B60R21/04—Padded linings for the vehicle interior ; Energy absorbing structures associated with padded or non-padded linings
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    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31507—Of polycarbonate

Definitions

  • the invention relates to an energy absorber for absorbing impact energy.
  • PU polyurethane
  • EPP elastomer modified polypropylene
  • the plastic deformation of longitudinal beam structures can be cited as a further example of the energy consumption in a motor vehicle.
  • the metal of the side member structures is compressed until the structure collapses under a defined load, that is, bulges out, and pushes into one another telescopically.
  • the metal is plastically deformed, which leads to high energy consumption.
  • the materials used so far for the energy absorber lead to a high energy absorption capability, but even when using a light metal such as aluminum there is a not inconsiderable weight of the energy absorber. Since weight reduction plays a major role, particularly in vehicle construction, there is still an intensive search for extremely light materials with high energy absorption capacity.
  • the energy absorbers are not formed as solid materials, but rather that hollow structures, such as a sandwich structure, are produced which, in a preferred orientation, have a particularly high energy absorption capacity.
  • the cavity structure has a plurality of honeycomb chambers which are aligned essentially in the same direction and are arranged adjacent to one another. But here too, when using metals or light metals, a certain weight cannot be exceeded.
  • the invention is therefore based on the technical problem of specifying an energy absorber which has both a very low weight and a high energy absorption capacity.
  • the molded part is made from extruded polycarbonate, the honeycomb chambers extending in the direction of extrusion.
  • polycarbonate is a very light material that is inherently very tough and elastic.
  • polycarbonate is very impact-resistant, so that in the event of a sudden impact, the material does not splinter, but deforms elastically and, if necessary, melts.
  • the effect according to the invention as an energy absorption material is ensured by the polycarbonate itself, which results in a very low weight of the energy absorber.
  • Polycarbonate is extruded in this way to produce the molded part.
  • honeycomb chambers arranged next to one another is formed in the extrusion direction, depending on the extrusion tool used, two adjacent honeycomb chambers being separated from one another by a common wall.
  • several extruded polycarbonate layers with honeycomb chambers are produced, which are connected to each other after the extrusion.
  • Individual blocks can be separated from a block thus created, for example with the aid of a hot wire, which have a corresponding number of honeycomb chambers, the length of which corresponds to the thickness of the plate separated from the block.
  • the honeycomb chambers have a polygonal cross section, which is preferably either square or hexagonal.
  • the external dimensions of the honeycomb chambers are preferably in the range from 1 to 6 mm, and in individual cases these range limits can also be exceeded or undershot.
  • honeycomb chambers have a wall thickness in the range from 50 ⁇ m to 400 ⁇ m. This results in a very low ratio of wall thickness to
  • the density of the molded body is thus, for example, in the range from 30 kg / m J to 50 kg / m 3 , which is a significantly lower value in comparison to energy absorbers made of light metal.
  • plates are cut off from a block composed, for example, of a plurality of extruded honeycomb chamber layers, so that the honeycomb chambers of a plate essentially have a predetermined length.
  • a molded part can then also be referred to as a honeycomb panel.
  • a flat design of the molded part of the energy absorber is thus also possible.
  • the molded part In addition to a flat design of the molded part, it can also have a curved shape in order to also line curved surfaces with the energy absorber.
  • the molded part is thus adaptable to the surface, and small radii can also be set up depending on the thickness of the molded part.
  • the honeycomb chambers run essentially radially to the curvature of the surface to be clad. This means that an impact can be effectively protected even on curved inner surfaces.
  • At least one of the end faces which comprise the openings of the honeycomb chambers is provided with an essentially closed layer.
  • This is preferably integrally connected to the respective end face and thus serves not only to shape the molded part with respect to a flat or curved surface, but also to stabilize the molded part.
  • the layer can be designed as a plate or as a film and can also be made from polycarbonate or from another plastic. It is also possible to form the layer in the form of a fabric.
  • the layer should preferably be tough-elastic so as not to splinter in the event of a power surge.
  • the layer serves to distribute the action of force over a larger number of honeycomb chambers, since the impact is not only absorbed by the honeycomb chambers actually hit without a layer, but also by the covering layer by honeycomb chambers arranged in the vicinity of the actual point of impact.
  • the molded part is arranged on the inner surface of a vehicle, in particular a motor vehicle, which protects the generally rigid inner surfaces of the vehicle.
  • a vehicle in particular a motor vehicle
  • the head in particular is reliably protected.
  • the pillars necessary for the roof construction, the dashboard and the inside of the roof come into question.
  • the previously described molded part can form at least part of a bumper of a vehicle. Due to the extremely lightweight construction, considerable weight savings can be achieved in the vehicle.
  • the molded part can be arranged on a wall of a building.
  • the energy absorber can also be used, for example, in sports facilities or kindergartens in order to provide an impact protection for people who accidentally hit a wall while doing sports.
  • the use of the energy absorber for floor damping of a sports field or a sports hall is also conceivable.
  • the material polycarbonate is primarily used for its translucency
  • FIG. 1 shows a perspective view of a first exemplary embodiment of an energy absorber according to the invention
  • FIG. 2 shows a perspective view of a second exemplary embodiment of an energy absorber according to the invention
  • FIG. 3 shows the energy absorber shown in FIG. 1 in cross section
  • Fig. 4 shows the energy absorber shown in Fig. 2 in cross section, but with a curved course
  • Fig. 5 is a force-displacement diagram of a head impact test.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an energy absorber according to the invention with a molded part 4 having a plurality of honeycomb chambers 2.
  • the honeycomb chambers 2 are aligned essentially in the same direction and are arranged adjacent to one another.
  • two adjacent honeycomb chambers 2 each have a common wall 3, so that the honeycomb structure shown in FIG. 1 results.
  • the molded part 4 has been extruded from polycarbonate, the W 7 chamber 2 extending in the direction of extrusion.
  • honeycomb chambers 2 In terms of production technology, it is not possible to extrude any number of honeycomb chambers 2 one above the other, so that a plurality of Layers with, for example, five rows of honeycomb chambers 2 lying one above the other can be produced.
  • the layers are then connected to one another in order to enable the cross section of the molded part 4 shown in FIG. 1.
  • Individual plates 4 are cut from the strand thus formed, which then have the shape shown in FIG. 1.
  • the openings of the individual honeycomb chambers 2 are square in the present exemplary embodiment and the honeycomb chambers 2 extend over the entire width of the plate 4 shown, that is to say from right to left in FIG. 1.
  • the high energy absorption capacity of the molded part 4 is particularly given in the longitudinal direction of the honeycomb chambers 2.
  • the high energy absorption capacity is achieved.
  • the energy absorber shown in FIG. 1 is only able to a small extent to absorb energy.
  • the honeycomb chambers 2 are therefore to be arranged in such a way that they are aligned parallel to the direction of energy consumption.
  • the honeycomb chambers 2 generally have a polygonal cross section, which in the present case is square.
  • the external dimensions of the honeycomb chambers 2 are in the range from 1 mm to 6 mm, preferably from 2 mm to 5 mm and in particular from 3.5 mm to 4.5 mm.
  • the exact outer dimensions are set as required by the special requirements of the energy absorber.
  • the honeycomb chambers 2 have a wall thickness in the range from 50 ⁇ m to 400 ⁇ m, preferably from 100 ⁇ m to 350 ⁇ m, in particular from 150 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the wall thickness is set as a function of the external dimensions of the honeycomb chambers 2, so that optimum stability, energy absorption capacity and the lowest possible weight are achieved.
  • the molded part has a density in the range from 30 kg / m 3 to 50 kg / m 3 , preferably from 35 kg / m 3 to 45 kg / m 3 , in particular 37 kg / m 3 to 43 kg / m 3 .
  • a density in the range from 30 kg / m 3 to 50 kg / m 3 , preferably from 35 kg / m 3 to 45 kg / m 3 , in particular 37 kg / m 3 to 43 kg / m 3 .
  • FIG. 3 shows the cross section of the energy absorber shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 shows a curved course of the honeycomb plate 4, the honeycomb chambers 2 running essentially radially to the curvature.
  • the molded part 4 can also be used for lining curved surfaces, in particular in vehicles.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of an energy absorber according to the invention, in which the molded part 4 consisting of the honeycomb chambers 2 is provided with essentially closed layers 8 on the end faces 6, which comprise the openings of the honeycomb chambers 2.
  • the layers 8 are integrally connected to the respective end face 6, the layer 8 being designed as a film.
  • the layer 8 is made of polycarbonate, that is to say from the same material as the molded part 4 itself.
  • the layer 8 serves, on the one hand, to stabilize the shape of the molded part 4, for example the flat shape shown in FIG. 2 or the shape shown in FIG 4 curved shape shown.
  • small radii can also be achieved, so that correspondingly curved surfaces, for example on the inside of motor vehicles, can be covered with the energy absorber.
  • Layer 8 also serves to distribute the impact energy to a larger one
  • a spherical segment which roughly represents the shape and weight of the human head, is freely dropped from a certain height on an energy absorber.
  • the reaction forces and accelerations that occur are recorded as a function of the path within the energy absorber.
  • a corresponding force-displacement diagram is shown in FIG. 5.
  • the molded part of the energy absorber is pressed in by approximately 17 mm, the increase in force being largely linear.
  • the force dropped rapidly (see right side of the measurement curve), while the path of the spherical segment was adjusted back to approx. 12.5 mm.
  • This means that the molded part of the energy absorber has been permanently plastically deformed. The reason for this is that an elastic deformation of the polycarbonate is possible up to a limit value of the energy consumption.

Landscapes

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Abstract

Energieabsorber für ein Absorbieren von Stossenergie, mit einem eine Mehrzahl von Wabenkammern (2) aufweisenden Formteil, wobei die Wabenkammern im wesentlichen in gleicher Richtung ausgerichtet sind und wobei die Wabenkammern benachbart zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) aus extrudiertem Polycarbonat hergestellt ist, wobei sich die Wabenkammern in Extrusionsrichtung erstrecken.

Description

Energieabsorber für ein Absorbieren von Stoßenergie
Die Erfindung betrifft einen Energieabsorber für ein Absorbieren von Stoßenergie.
Innerhalb der Kraftfahrzeugentwicklung aber auch in anderen Gebieten wird die passive Sicherheit immer mehr zu einem Gegenstand der zentralen Forschung. Hierbei sind vor allem Strukturen und Materialien mit hohem Energieaufnahmevermögen von großem Interesse. Beispielsweise werden in der Automobilindustrie Schäume aus Polyurethan (PU) oder Elastomer modifiziertes Polypropylen (EPP) verwendet.
Diese Materialien zeichnen sich durch ein fast ideales Verhalten aus, bei dem nach einem anfänglich steilen Kraftanstieg während der zeitlich weiter fortschreitenden Energieabsorption ein waagerechtes Plateau mit gleicher Kraft auftritt. Die dabei aufgenommene, dass heißt absorbierte Arbeit ist als Fläche unter der Kraft- Wegkurve definiert, wobei die Fläche den größtmöglichen Inhalt aufweisen sollte. Verschiedene aus dem Stand der Technik bekannte Schäume kommen mit ihrem Energieaufnahmevermögen diesem Ideal recht nahe.
Jedoch ergibt sich bei diesen Energieabsorbern das Problem, dass die auftretenden Beschleunigungen so groß sind, dass Grenzwerte überschritten werden, die für den
Aufschlag eines Menschens bei Verkehrsunfällen oder anderen Unfällen nicht überschritten werden dürfen. Denn bei einem Kopfaufschlag darf nur für ein Zeitintervall kleiner als 3ms ein Beschleunigungswert von 80 g überschritten werden.
Als weiteres Beispiel der Energieaufnahme bei einem Kraftfahrzeug kann die plastische Verformung von Längsträgerstrukturen angeführt werden. In diesem Fall wird das Metall der Längsträgerstrukturen gestaucht, bis unter einer definierten Last die Struktur kollabiert, also ausbeult, und sich teleskopartig ineinander schiebt. Hierbei wird das Metall plastisch verformt, was zu einer hohen Energieaufnahme führt. Die bisher verwendeten Materialien für die Energieabsorber führen zwar zu einer hohen Energieabsorptionsiahigkeit, jedoch ist selbst bei der Verwendung eines Leichtmetalls wie Aluminium ein nicht unerhebliches Gewicht des Energieabsorbers geben. Da insbesondere im Fahrzeugbau die Gewichtsreduktion eine große Rolle spielt, wird weiterhin intensiv nach extrem leichten Materialien mit hohem Energieabsorptionsvermögen gesucht.
Eine weitere Gewichtsreduzierung wird im Stand der Technik auch dadurch realisiert, dass die Energieabsorber nicht als massive Materialien ausgebildet werden, sondern dass Hohlraumstrukturen, wie bspw. eine Sandwich- Struktur hergestellt wird, die in einer bevorzugten Ausrichtung ein besonders hohes Energieabsorbtions- vermögen aufweist. Dazu weist die Hohlraumstruktur eine Mehrzahl von Wabenkammern auf, die im wesentlichen in gleicher Richtung ausgerichtet sind und benachbart zueinander angeordnet sind. Aber auch hier gilt, dass bei der Verwendung von Metallen oder Leichtmetallen ein bestimmtes Gewicht nicht unterschritten werden kann.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, einen Energieabsorber anzugeben, der sowohl ein sehr geringes Gewicht als auch ein hohes Energieaufhah- mevermögen aufweist.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass das Formteil aus extrudiertem Polycarbo- nat hergestellt ist, wobei sich die Wabenkammern in Extrusionsrichtung erstrecken. Polycarbonat ist ein im Vergleich zu Leichtmetallen sehr leichtes Material, das an sich sehr zäh-elastisch ist. Zudem ist Polycarbonat sehr schlagzäh, so dass bei einer schlagartigen Krafteinwirkung das Material nicht zersplittert, sondern sich elastisch verformt und gegebenenfalls aufschmilzt. Somit wird die erfindungsgemäße Wirkung als Energieabsorptionsmaterial durch das Polycarbonat an sich gewährleistet, wobei sich gleichzeitig ein sehr geringes Gewicht des Energieabsorbers ergibt. Für ein Herstellen des Formteils wird Polycarbonat derart extrudiert. dass sich in Extrusionsrichtung je nach dem verwendeten Extrusions Werkzeug eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Wabenkammern bildet, wobei jeweils zwei benachbart angeordnete Wabenkammern durch jeweils eine gemeinsame Wand voneinander getrennt sind. Je nach Größe und Umfang des Formteils werden bei der Herstellung mehrere extrudierte Polycarbonatschichten mit Wabenkammern hergestellt, die nach der Extrusion miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Aus einem somit entstehenden Block lassen sich, bspw. mit Hilfe eines heißen Drahtes, einzelne Platten abtrennen, die eine entsprechende Vielzahl von Wabenkammern aufweisen, deren Länge der Dicke der aus dem Block abgetrennten Platte entspricht.
Die Wabenkammern weisen einen polygonalen Querschnitt auf, der vorzugsweise entweder viereckig oder sechseckig ausgebildet ist. Die äußeren Abmessungen der Wabenkammern liegen in bevorzugter Weise im Bereich von 1 bis 6 mm, wobei im Einzelfall diese Bereichsgrenzen auch unter- bzw. überschritten werden können.
Aufgrund der geringen Größe der Abmessungen der Wabenkammern können diese auch als Kapillaren bezeichnet werden.
Weiterhin weisen die Wabenkammern eine Wandstärke im Bereich von 50 μm bis 400 μm auf. Daraus ergibt sich ein sehr geringes Verhältnis aus Wandstärke zur
Abmessung der Wabenkammer, worin eine weitere Gewichtsreduktion begründet ist.
Die Dichte des Formkörpers liegt somit bspw. im Bereich von 30 kg/mJ bis 50 kg/m3, was im Vergleich zu Energieabsorbern aus Leichtmetall einen deutlich geringeren Wert darstellt.
Wie oben beschrieben worden ist, werden aus einem bspw. aus mehreren extrudier- ten Wabenkammerschichten zusammengesetzten Block Platten abgeschnitten, so dass die Wabenkammern einer Platte im wesentlichen eine vorgegebene Länge auf- weisen. Ein derartiges Formteil kann dann auch als Wabenplatte bezeichnet werden. Somit ist auch eine flächige Ausgestaltung des Formteils des Energieabsorbers möglich.
Neben einer ebenen Ausbildung des Formteils kann diese auch eine gekrümmte Form aufweisen, um auch gekrümmte Oberflächen mit dem Energieabsorber auszukleiden.
Das Formteil ist somit oberflächenanpassbar, wobei auch kleine Radien in Abhängigkeit von der Dicke des Formteils eingerichtet werden können. In jedem Fall verlaufen die Wabenkammern im wesentlichen radial zur jeweiligen Krümmung der zu verkleidenden Oberfläche. Somit kann ein Aufprall schütz wirkungsvoll auch bei gekrümmten Innenflächen gewährleistet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Formteils ist mindestens eine der Stirnseiten, die die Öffnungen der Wabenkammern umfassen, mit einer im wesentlichen geschlossenen Schicht versehen. Diese ist bevorzugt mit der jeweiligen Stirnseite stoffschlüssig verbunden und dient somit neben einer Formgebung des Formteils in bezug auf eine ebene oder gekrümmte Oberfläche auch einer Stabilisierung des Formteils. Dabei kann die Schicht als Platte oder als Folie ausgebildet sein und ebenfalls aus Polycarbonat oder auch aus einem anderem Kunststoff hergestellt sein. Ebenso ist die Ausbildung der Schicht in Form eines Gewebes möglich. Die Schicht sollte vorzugs- weise wie das Formteil zähelastisch ausgebildet sein, um bei einem Kraftstoß nicht zu splittern. Darüber hinaus dient die Schicht einer Verteilung der Krafteinwirkung auf eine größere Anzahl von Wabenkammern, da der Aufprall nicht nur von den ohne eine Schicht tatsächlich getroffenen Wabenkammern, sondern durch die abdeckende Schicht auch von im Umfeld des eigentlichen Aufprallpunktes angeordneten Wabenkammem absorbiert wird.
In besonders bevorzugter Weise wird das Formteil an der Innenfläche eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftzeuges angeordnet, wodurch die in der Regel starren Innenflächen des Fahrzeuges geschützt sind. Somit ist beim Aufprall eines Insassen, insbesondere der Kopf in zuverlässiger Weise geschützt. Als Innenflächen kommen dabei die für die Dachkonstruktion notwendigen Säulen, das Armaturenbrett sowie die Innenseite des Daches in Frage.
Darüber hinaus kann das zuvor beschriebene Formteil zumindest einen Teil eines Stoßfängers eines Fahrzeuges bilden. Durch die extrem Leichtbauweise können somit erhebliche Gewichtseinsparungen beim Fahrzeug erzielt werden.
Als Fahrzeuge kommen sowohl Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftfahr- zeuge, als auch Schienenfahrzeuge und Luftfahrzeuge in Frage. Da neben dem Ener- gieabsorbtionsvermögen auch eine geringe Brennbarkeit des Materials notwendig ist, ergibt sich bei der Verwendung von Polycarbonat zusätzlich der Vorteil, dass Polycarbonat ein selbstflammenlöschendes Material ist und dementsprechend in einer Brandklasse mit niedrigem Brennvermögen eingestuft ist. Die Brennbarkeit von Polycarbonat ist dabei geringer als bei anderen Materialien, die als Energieabsorber, insbesondere im Fahrzeuginnenraum eingesetzt werden, wie bspw. Polymethyl- metacrylat oder Polystyrol.
In einer weiteren bevorzugten Anwendung kann das Formteil an einer Wand eines Gebäudes angeordnet sein. Somit kann neben der Verwendung im Kraftfahrzeugbau der Energieabsorber auch bspw. bei Sportstätten oder Kindergärten eingesetzt werden, um einen Aufprall schütz für Personen zu realisieren, die während des Sporttreibens unabsichtlich gegen eine Wand stoßen. Dabei ist auch der Einsatz des Energieabsorbers zur Bodendämpfüng eines Sportplatzes oder einer Sporthalle denkbar.
Das Material Polycarbonat wird vorrangig wegen seiner Lichtdurchlässigkeit für
Bauteile verwendet, die bestimmte optische Eigenschaften aufweisen müssen. So wird Polycarbonat für Abschirmungen und Fenster eingesetzt, die lichtdurchlässig sein sollen. Diese Anforderung ist dagegen bei Energieabsorbern nicht gegeben, so dass in vorteilhafter Weise auch Ausschussmaterial von Polycarbonat verwendet werden kann, das aufgrund von Herstellungsfehlern nicht klarsichtig, sondern zumindest teilweise verfärbt und schwarze oder farbige Pigmente aufweist. Somit kann Ausschussmaterial, das für die Herstellung von durchsichtigen Formkörpern nicht verwendet werden kann, für die Herstellung von Energieabsorbern eingesetzt werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei auf die beigefügte Zeichnung bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energieabsorbers in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energieabsorbers in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 3 den in Fig. 1 dargestellten Energieabsorber im Querschnitt,
Fig. 4 den in Fig. 2 dargestellten Energieabsorber im Querschnitt, jedoch mit einem gekrümmten Verlauf, und
Fig. 5 ein Kraft- Weg-Diagramm eines Kopfaufschlagversuches.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energieabsorbers mit einem eine Mehrzahl von Wabenkammern 2 aufweisenden Formteil 4. Die Wabenkammern 2 sind im wesentlichen in gleicher Richtung ausgerichtet und benachbart zueinander angeordnet. Dabei besitzen jeweils zwei benachbart angeord- nete Wabenkammem 2 eine gemeinsame Wandung 3, so dass sich die in Fig. 1 dargestellte Wabenstruktur ergibt. Erfindungsgemäß ist das Formteil 4 aus Polycarbonat extrudiert worden, wobei sich die W7abenkammern 2 in Extrusionsrichtung erstrecken.
Herstellungstechnisch lassen sich nicht beliebig viele Wabenkammern 2 übereinander extrudieren, so dass bspw. durch paralleles Extrudieren eine Mehrzahl von Schichten mit bspw. fünf übereinander liegenden Reihen von Wabenkammern 2 hergestellt werden. Anschließend werden die Schichten miteinander verbunden, um den in Fig. 1 dargestellten Querschnitt des Formteils 4 zu ermöglichen. Aus dem somit gebildeten Strang werden einzelne Platten 4 abgeschnitten, die dann die in Fig. 1 dargestellte Form aufweisen. Die Öffnungen der einzelnen Wabenkammern 2 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel viereckig und die Wabenkammern 2 erstrecken sich über die gesamte Breite der dargestellten Platte 4, also in Fig. 1 von rechts nach links. Das hohe Energieabsorptionsvermögen des Formteils 4 ist vor allem in Längsrichtung der Wabenkammern 2 gegeben. Trotz einer sehr geringen Wandstärke und einer geringen Gesamtdichte des Formteils ergibt sich das hohe Energieabsorptionsvermögen. Quer zur Längsrichtung der Wabenkammem 2 ist dagegen der in Fig. 1 dargestellte Energieabsorber nur im geringen Maße in der Lage, Energie zu absorbieren. Die Wabenkammem 2 sind daher jeweils so anzuordnen, dass sie parallel zur Richtung der Energieaufnahme ausgerichtet sind.
Die Wabenkammern 2 weisen allgemein einen polygonalen Querschnitt auf, der vorliegend viereckig ausgebildet ist. Die äußeren Abmessungen der Wabenkammern 2 liegen im Bereich von 1 mm bis 6 mm, vorzugsweise von 2 mm bis 5 mm und insbesondere von 3,5 mm bis 4,5 mm. Die genauen äußeren Abmessungen werden jeweils so eingestellt, wie es die speziellen Anforderungen des Energieabsorbers erfordern.
Weiterhin weisen die Wabenkammern 2 eine Wandstärke im Bereich von 50 μm bis 400 μm, vorzugsweise von 100 μm bis 350 μm, insbesondere von 150 μm bis 300 μm auf. Die Wandstärke wird dabei in Abhängigkeit von den äußeren Abmessungen der Wabenkammern 2 eingestellt, so dass sich ein Optimum an Stabilität, Energieabsorptionsvermögen und möglichst geringem Gewicht einstellt.
Aus den zuvor angegebenen äußeren Abmessungen und Wandstärken der Wabenkammem 2 ergibt sich, dass das Formteil eine Dichte im Bereich von 30 kg/m3 bis 50 kg/m3, vorzugsweise von 35 kg/m3 bis 45 kg/m3, insbesondere 37 kg/m3 bis 43 kg/m3 aufweist. Trotz dieser sehr geringen Dichtewerte wird aufgrund der Wabenstruktur und der Zähelastizität des Polycarbonates die gewünschte hohe Energieabsorbtion erreicht.
Die Form und Ausrichtung der Wabenkammem 2 ist auch in Fig. 3 zu erkennen, die den in Fig. 1 dargestellten Energieabsorber im Querschnitt darstellt.
Das in den Fig. 1 und 3 dargestellte Formteil 4, das auch als Wabenplatte bezeichnet werden kann, weist eine im wesentlichen in einer Ebene verlaufende Oberfläche auf. Daher ist dieses Formteil 4 insbesondere für die Auskleidung von ebenen Flächen geeignet.
Dagegen zeigt Fig. 4 einen gekrümmten Verlauf der Wabenplatte 4, wobei die Wabenkammern 2 im wesentlichen radial zur Krümmung verlaufen. In dieser Ausgestaltung kann das Formteil 4 auch für die Auskleidung von gekrümmten Oberflä- chen, insbesondere in Fahrzeugen verwendet werden.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energieabsorbers dargestellt, bei dem das aus den Wabenkammern 2 bestehende Formteil 4 an den Stirnseiten 6, die die Öffnungen der Wabenkammem 2 umfassen, mit im wesentlichen geschlossenen Schichten 8 versehen ist. Die Schichten 8 sind dabei mit der jeweiligen Stirnseite 6 stoffschlüssig verbunden, wobei die Schicht 8 als Folie ausgebildet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Schicht 8 aus Polycarbonat hergestellt, also aus demselben Material wie das Formteil 4 selbst. Die Schicht 8 dient zum einen der Stabilisierung der Form des Formteils 4, also bspw. die in Fig. 2 dargestellte ebene Form oder die in Fig. 4 dargestellte gekrümmte Form.
Je nach Dicke des Formteils 4 können damit auch kleine Radien erreicht werden, so dass entsprechend gekrümmte Oberflächen, bspw. von Kraftfahrzeuginnenseiten, mit dem Energieabsorber abgedeckt werden können.
Zudem dient die Schicht 8 auch einer Verteilung der Stoß-energie auf eine größere
Anzahl von Wabenkammern, als es ohne eine Schicht 8 der Fall ist. Dieses hat einen Einfluss auf die beim Stoß auftretenden Beschleunigungen, wie im folgenden Anhand eines Kopfaufschlagversuches dargestellt wird.
Bei einem Kopf auf schlagversuch wird eine Kugelsegment, das in etwa den menschlichen Kopf in Form und Gewicht wiedergibt, aus einer bestimmten Höhe frei auf einem Energieabsorber fallengelassen. Beim Aufprall des Kugelsegmentes werden die auftretenden Reaktionskräfte und Beschleunigungen als Funktion des Weges innerhalb des Energieabsorbers aufgezeichnet. Ein entsprechendes Kraft-Weg- Diagramm ist in Fig. 5 dargestellt.
Der Fallversuch wurde mit einer Masse von m = 4533g und einer Fallhöhe von h = 2m durchgeführt, wobei ein Energieabsorber mit einer unverformten Gesamthöhe von 25mm verwendet wurde. Wie sich auf Fig. 5 ergibt, drückte sich das Formteil des Energieabsorbers um ca. 17 mm ein, wobei der Kraftanstieg weitgehend linear verlief. Nachdem das Kugelsegment vom Energieabsorber vollständig abgebremst worden war, fiel die Kraft rapide ab (siehe rechte Seite der Messkurve), während sich der Weg des Kugelsegmentes wieder auf ca. 12,5 mm zurückverstellte. Das bedeutet, dass das Formteil des Energieabsorbers dauerhaft plastisch verformt worden ist. Die Ursache dafür ist, dass bis zu einem Grenzwert der Energieaufnahme eine elastische Verformung des Polycarbonats möglich ist. Über dem Grenzwert hinaus erfolgt dann eine zunehmende Umwandlung der kinetischen Energie in Wärmeenergie, wodurch ab der Schmelztemperatur das Material der Wabenkammem aufgeschmolzen wird und eine dauerhafte plastische Verformung eintritt. Wichtig ist dabei, dass das Material des Polycarbonates anschmilzt und nicht zersplittert, wodurch sich sicherheits- technische Vorteile beim erfindungsgemäßen Energieabsorber ergeben.
Der zuvor beschriebene Kopfaufschlagversuch wurde sowohl mit Energieabsorbern gemäß Fig. 1 ohne abdeckenden Schichten und mit Energieabsorbern gemäß Fig. 2 mit abdeckenden Schichten durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass die Schichten einen stabilisierenden Einfluss auf die Gesamtstruktur des Formteils haben. Im Falle des beidseitig beschichteten Formteils traten Beschleunigungen von ca. a = 150 g auf, während das nicht beschichtete Formteil nur Beschleunigung von ca. a = 90 g aufwies. Diese Tatsache ist insbesondere deswegen von Bedeutung, da für den Energieabsorber nicht nur der absolute Wert der absorbierten Energie wichtig ist, sondern auch das Beschleunigungsniveau des Vorganges. So darf bspw. beim Kopfaufschlag nur innerhalb eines Zeitintervalls von weniger als 3 ms Beschleunigungen von mehr als a = 80 g auftreten dürfen.

Claims

Patentansprüche
1. Energieabsorber für ein Absorbieren von Stoßenergie, mit einem eine Mehrzahl von Wabenkammem (2) aufweisenden Formteil (4), - wobei die Wabenkammem (2) im wesentlichen in gleicher Richtung ausgerichtet sind und wobei die Wabenkammem (2) benachbart zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) aus extradiertem Polycarbonat hergestellt ist, wobei sich die Wabenkammem (2) in Extrusionsrichtung erstrecken.
2. Energieabsorber nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenkammem (2) parallel zur Richtung der Energieaufnahme aus- gerichtet sind.
3. Energieabsorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenkammem (2) einen polygonalen Querschnitt aufweisen.
4. Energieabsorber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt viereckig oder sechseckig ausgebildet ist.
5. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Abmessungen der Wabenkammem (2) im Bereich von 1 mm bis 6 mm, vorzugsweise von 2 mm bis 5 mm, insbesondere von 3,5 mm bis 4,5 mm liegen
6. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenkammern (2) eine Wandstärke im Bereich von 50 μm bis 400 μm, vorzugsweise von 100 μm bis 350 μm, insbesondere von 150 μm bis 300 μm aufweisen.
7. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) eine Dichte im Bereich von 30 kg/m3 bis 50 kg/m3, vor- zugsweise von 35 kg/m3 bis 45 kg/m3, insbesondere 37 kg/cm3 bis 43 kg/m3 aufweist.
8. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenkammem (2) im wesentlichen eine vorgegebenen Länge aufweisen.
9. Energieabsorber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) als Wabenplatte ausgebildet ist.
10. Energieabsorber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des Formteils (4) im wesentlichen in einer Ebene verlau- fen.
1 1. Energieabsorber nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) eine gekrümmte Form aufweist, wobei die Wabenkam- mern (2) im wesentlichen radial zur jeweiligen Krümmung verlaufen.
12. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der die Öffnungen der Wabenkammem (2) umfassenden Stirnseiten (6) der Wabenplatte mit einer im wesentlichen geschlossenen Schicht (8) versehen ist.
13. Energieabsorber nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (8) mit der Stirnseite (6) stoffschlüssig verbunden ist.
14. Energieabsorber nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (8) als Platte oder als Folie ausgebildet ist.
15. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (8) aus Polycarbonat oder einem anderen Kunststoff hergestellt ist.
16. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (8) aus einem Gewebe hergestellt ist.
17. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) an einer Innenfläche eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist.
18. Energieabsorber nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) zumindest einen Teil eines Stoßdämpfers eines Fahrzeuges bildet.
19. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (4) an einer Wand eines Gebäudes angeordnet ist, insbesondere einer Sporthalle oder eines Kindergartens.
20. Energieabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, wobei das Formteil (4) zumindest teilweise aus einem verfärbten Polycarbonat hergestellt ist.
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