IT9019546A1

IT9019546A1 - Paraurti per veicoli comprendente un modulo elastomerico avente una faccia di impatto anteriore estendentesi longitudinalmente a pareti superiore e inferiore estendentesi generalmente lateralmente dalla faccia di impatto

Info

Publication number: IT9019546A1
Application number: IT019546A
Authority: IT
Inventors: James L Smiszek
Original assignee: Romeo Rim Inc
Priority date: 1989-03-06
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1990-09-07
Also published as: CN1023888C; NO901030L; IT1241400B; GB2229148A; FI901099A0; CN1045371A; PL284178A1; CA2009017A1; NL9000473A; FR2643864A1; PT93341A; NZ232769A; BR9001043A; AU4921790A; IE900350L; SE9000771D0; CH682554A5; KR900014180A; HUT58025A; SE9000771L

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un paraurti per veicoli come autovetture, autobus, autocarri e simili. Più particolarmente, la presente in venzione riguarda un paraurti elastomerico in grado di assorbire l’energia dell'impatto di un veicolo e di un altro oggetto.

Sono noti nella tecnica vari tipi di paraurti assorbitori di energia. Una di questi tipi è comunemente noto come un paraurti pneumatico o semipneumatico in cui è previsto che aria imprigionata entro il paraurti assor birà parte dell'energia dell'impatto. Tuttavia, se il paraurti è costruito per fornire una camera totalmente racchiusa, allora l'aria imprigionata agisce effettivamente come un mezzo di immagazzinamento di energia invece che come un mezzo di dissipazione di energia e, come tale, vi è tendenza che il paraurti abbia ad agire come una molla impartente un effetto di rimbalzo potenzialmente dannoso in seguito all'impatto.

In un altro tipo di sistema a paraurti pneumatico l'aria entro il paraurti è sfiatata ad un serbatoio di immagazzinamento in seguito ad impatto e quindi è lasciata sfiatare indietro al paraurti. Benché rappresenti un perfezionamento rispetto al sistema completamente chiuso, tale paraurti è limitato nella sua capacità di assorbimento di energia poiché quando aria viene trasferita al serbatoio e la pressione aumenta in esso, il paraurti stesso si oppone ad ulteriore compressione.

Paraurti assorbitori di energia non pneumatici generalmente sono costituiti da un guscio elastomerico che è fissato al veicolo ed include una pluralità di nervature di rinforzo verticali in esso che sono concepi-te per assorbire l'energia di un impatto. Come sarà successivamente discus so in modo più dettagliato, benché siano efficaci per talune applicazioni, le caratteristiche di assorbimento di energia di questi paraurti sono piuttosto limitate e solamente se essi sono resi eccessivamente grandi potrebbero risultare adatti per impatti a velocità più elevate dei veicoli.

Pertanto, uno scopo principale della presente invenzione è quello di fornire un paraurti per veicoli ad assorbimento di energia più effici ciente.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un paraurti per veicoli, del tipo precedente, che sia in grado di fornire protezione dagli impatti a più elevate velocità dei veicoli e nel contempo abbia dimensioni e peso efficienti.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un paraurti per veicoli, come in precedenza, in grado di fornire protezione dagli impatti alle velocità più basse del veicolo, in modo economico.

Questi ed altri scopi della presente invenzione, che risulteranno evidenti nella descrizione seguente, sono raggiunti tramite i mezzi successivamente descritti e rivendicati.

In generale, il paraurti assorbitore di energia include un modulo elastomerico avente una faccia di impatto anteriore estendentesi longitunalmente con pareti superiore ed inferiore estendentisi generalmente e lateralmente da essa. Una piastra di supporto posteriore, che può essere fissata ad un veicolo, impegna le pareti superiore ed inferiore del modulo. Il modulo include pure una pluralità di nervature distanziate longitudinalmente che si estendono lateralmente dalla faccia di impatto e lungo la parete superio-re verso la piastra di supporto posteriore, una pluralità di nervature si— milmente longitudinalmente distanziate che si estendono lateralmente dalla faccia di impatto e lungo la parete inferiore verso la piastra di suppor to posteriore ed un elemento a binario longitudinale che si estende lateralmente da fra la pluralità di nervature sulla faccia di impatto verso detta piastra di supporto posteriore. Il modulo assorbe l'energia di un impatto contro la faccia di impatto tramite una deformazione delle pareti e delle nervature e mediante 1'ingobbamento e successiva deflessione dell'elemento a binario.

Nei disegni:

la figura 1 è una vista in sezione di un tipico paraurti assorbitore di energia della tecnica nota.

La figura 2 è una curva rappresentante graficamente la forza di impatto in libbre rispetto all'inflessione del paraurti in pollice per prove condotte sul paraurti della tecnica nota di figura 1.

La figura 3 è una vista in sezione frammentaria presa sostanzialmente lungo la linea 3-3 di figura 4 illustrante la parte posteriore di un modulo a paraurti secondo la presente invenzione.

La figura 4 è una vista in sezione presa sostanzialmente lungo la linea 4-4 di figura 3.

La figura 5 è una curva rappresentante graficamente la forza di impatto in libbre rispetto all'inflessione del paraurti in pollice per prove condotte sul paraurti secondo la presente invenzione rappresentato nelle figure 3 e 4.

Le figure 6-8, comprese, sono viste in sezione alquanto schemati— che del paraurti secondo la presente invenzione simili a figura 4 ed illustranti sequenzialmente la deformazione del paraurti in seguito ad impatto. Al fine di valutare completamente il significato della struttura del paraurti secondo la presente invenzione, sarà utile una discussione di un paraurti della tecnica nota come è rappresentato in figura 1. Il paraurti della tecnica nota è indicato generalmente dal numero 10 ed include una contropiastra metallica 11 che può essere montata sulla parte anteriore o posteriore di un veicolo. La contropiastra 11 porta un modulo di paraurti o respingente, indicato generalmente dal numero 12, che include una faccia di impatto anteriore 13 e pareti superiore e inferiore 14 e 15 rispettiva-mente. Le estremità posteriori delle pareti 14 e 15 sono ricevute in fessure 16 della piastra 11 e fissate ad esse. Una pluralità di nervature verticali 17 sagomate generalmente a C sono distanziate longitudinalmente entro il modulo 12 e si estendono all'indietro dalla faccia di impatto 13 e lungo pareti superiore ed inferiore 14 e 15. Il paraurti 10 è pure rappresentato come avente ali superiore e inferiore 18 con nervature di rinforzo 19 estendentisi da esso alle pareti superiore ed inferiore 14 e 15. Queste ali servono principalmente per scopi estetici e generalmente non hanno alcun ruolo nelle caratteristiche di assorbimento di energia del sistema.

L'energia assorbita dal paraurti 10 della tecnica nota o qualsiasi paraurti assorbitore di energia per tale scopo, è prevista per essere uguale all'nergia cinetica del veicolo ossia l'energia totale assorbita è ugua le al lavoro eseguito nell'arrestare il veicolo. Questo lavoro uguaglia la forza tra il paraurti ed un oggetto moltiplicata per la distanza di inflessione del paraurti incontrata per ridurre a zero la velocità del veicolo.

I risultati di prove eseguite su un paraurti 10 della tecnica nota sono riportati nella Tabella I.

Tabella I

Inflessione del Forza in seguito Velocità modulo ad impatto

(miglia all'ora)* (Pollici)»* (Libbre)*»»

0,5 0,72 400

1,0 1,10 850

1.5 1,38 1400

2,0 1,62 2200

2.5 1,84 3400

3.0 ■ 2,06 4900

3.5 2,30 7600

4.0 2,47 10800

4.5 2,70 15000

5.0 2,96 18500

* 1 miglio = 1,60 km

** 1 pollice = 2,54 cm

‘**1 libbra = 0,453 kg

La Tabella I mostra che un veicolo dotato di un paraurti 10 del¬

la tecnica nota impattava contro un oggetto con incrementi di mezzo miglio all'ora tra mezzo miglio e cinque miglia all'ora. Sono state misurate la

inflessione del modulo e la forza di impatto. Poiché si è trovato che for¬

ze di approssimativamente 20.000 libbre sono tali da danneggiare il veicolo la Tabella I riflette il fatto che un impatto corrispondente ad approssima¬

tivamente cinque miglia all'ora è il massimo sopportabile dal paraurti 10 della tecnica nota.

Un grafico dei dati della Tabella I, ossia forza in libbre rispet to ad inflessione in pollici è riportato nella figura 2. L'area al di sotto della curva risultante eguaglia il lavoro eseguito o l'energia assorbita dal paraurti della tecnica nota. Al fine di eseguire più lavoro, ossia as-

sorbire più energia, la curva ideale sarebbe costituita da forze più elevate a inflessioni più piccole, seguita da forze piuttosto coerenti ad inflessioni più grandi così da massimizzare l'area al di sotto della curva vale a dire il lavoro. Come sarà dimostrato in seguito, il paraurti secondo il concetto della presente invenzione, assorbe energia avvicinandosi a tale situazione ideale.

La configurazione del complesso di paraurti secondo la presente invenzione è meglio rappresentata nelle figure 3 e 4 ed è indicata generalmente dal numero 20 in esse. Il complesso di paraurti 20 include una piastra di supporto posteriore estendentesi longitudinalmente 21 avente flange 22 dirette verso l'interno su essa per montare la piastra 21 sulla parte anteriore o posteriore di un veicolo mediante qualsiasi mezzo adatto ad esempio tramite bulloni o simili. La piastra 21 è pure dotata di fessure superiore ed inferiore 23, che, come sarà descritto successivamente, impegnano un modulo di paraurti indicato generalmente dal numero 24. La piastra 21 è preferibilmente fatta di alluminio ma può essere fatta di pressoché qualsiasi materiale metallico.

Il modulo di paraurti 24 include una faccia di impatto generalmente verticale 25 opposta alla piastra di supporto 21 con una parete superiore 26 ed una parete inferiore 27 estendentisi generalmente lateralmente da essa verso la piastra di supporto 21. Le estremità delle pareti 26 e 27 sono dotate di un'area di tallone 24 di spessore ridotto che si adatta entro le fessure 23 della piastra 21 ed è qui ritenuta mediante una qualsiasi pluralità di dispositivi di fissaggio adatti come viti autofilettanti o simili. Il modulo 24 è pure mostrato come avente ali superiore ed inferiore 29 con nervature di rinforzo 30 estendentisi da esse alle pareti 26 e 27.

Le ali 29 sono generalmente previste per scopi estetici e non hanno ruolo apprezzabile nelle caratteristiche di assorbimento di energia del paraurti.

Una pluralità di nervature superiori 31 sono distanziate longitudinalmente lungo il modulo 24 e si estendono lateralmente verso l'interno dalla faccia di impatto 25 e lungo la parete superiore 26 verso la piastra di supporto 21 terminante appena prima di essa. Le nervature sono rappre-sentate come orientate verticalmente ma il paraurti 20 sarebbe in grado di funzionare efficacemente se esse fossero orientate diversamente ad esempio secondo un certo angolo. Una pluralità di nervature inferiori 32 sono simil mente longitudinalmente distanziate lungo il modulo 24 sia esse sono allinea te longitudinalmente con le nervature 31. Le nervature inferiori 32 si estendono lateralmente verso l'interno dalla faccia di impatto 25 e lungo la parete inferiore 27 verso la piastra di supporto 21 terminante appena prima di essa. Le nervature 32, come le nervature 31, sono mostrate come orientate verticalmente ma potrebbero analogamente formare un certo angolo senza sminuire in modo significativo l'efficienza del paraurti 20.

Entrambe le nervature superiori 31 e nervature inferiori 32 sono rappresentate come terminanti appena prima del centro della faccia di impat to 25 lasciando un piccolo spazio 33 fra esse in corrispondenza del centro della fascia di impatto 25. Un elemento a binario generalmente orizzontale 34 è posizionato longitudinalmente lungo la faccia di impatto 25 e si estende lateralmente all'indietro dallo spazio 33 verso la piastra di supporto 31 terminando appena prima di essa.

Il modo con cui il paraurti 20 agisce per assorbire l'energia di impatto sulla faccia 25, è meglio rappresentato con riferimento alle figure 6-8 comprese, che illustrano la deformazione sequenziale del paraurti in seguito ad impatto. La figura 6 rappresenta il modulo 24 appena dopo l'impatto con il binario orizzontale 34 che sta appena iniziando ad impegnare la piastra posteriore 21. In corrispondenza di questo punto fondamentalmente solo le nervature superiori ed inferiori 31 e 32 assieme alle pareti 26 e 27, hanno agito per assorbire la forza e, come è rappresentato in figura 6, esse iniziano a deformarsi o a rigonfiarsi generalmente verso l'esterno. L'intercapedine tra l'estremità del binario orizzontale 34 e la piastra posteriore 21 è preferibilmente originariamente nell'intervallo da mezzo pollice ad un pollice e mezzo e pertanto la figura 6 rappresenterebbe 1'infles sione del paraurti in tale intervallo.

In corrispondenza di questo sitante temporale, il binario orizzontale 34 interviene, vale a dire assiste sostanzialmente le nervature superiori ed inferiori 31 e 32 e le pareti 26 e 27 nell'assorbire l'impatto. Pertanto, come è rappresentato in figura 7, il binario 34 inizia a deformar si quando le nervature 31 e 32 come pure le pareti 26 e 27 si distendono ulteriormente. In questo caso lo spazio 33 assume significato operativo poi chè esso consente al binario 34 libertà di ripiegamento. Se il binario 34 fosse vincolato troppo rigidamente, allora sarebbero generate forze indesiderabili.

La figura 8 illustra il modulo 24 in corrispondenza della sua mas sima deformazione. Come è mostrato, le nervature 31 e 32 come pure le pareti 26 e 27, sono completamente distese, e le forze sul binario 34 ne hanno provocato l'inflessione nella sua area distesa. Poiché è importante che il binario 34 possa inflettersi liberamente alla posizione di figura 8, l'altezza del modulo dovrà essere sufficiente ad accogliere il binario inflesso senza limitazione. Cosi, in generale, l'altezza del modulo, ossia l'altez

za della faccia di impatto 25, dovrà essere circa doppia della lunghezza

del binario 34 per garantire completo spazio per il binario quando il modu-

lo si trova nella posizione completamente deformata di figura 8.

L'efficienza grandemente migliorata del paraurti 20 rispetto al

paraurti 10 della tecnica nota è meglio rappresentata dal grafico di figu-

ra 5 che si basa su prove eseguite sul paraurti 20, i cui risultati sono

riportati nella seguente Tabella II.

Tabella II

Inflessione Forza di

Velocità del modulo impatto

(miglia all'ora)* (pollici)** _ (libbre)

3.5 1,16 13520

4.0 1,36 13260

4.5 1,68 13520

5.0 1,94 13260

5.5 2.30 13000

6.0 2,72 13000

6.5 3,14 13780

7,0 3,68 14820

7,5 4.30 16900

8,0 4,38 20280

* 1 miglio = 1,60 km

** 1 pollice = 2,54 cm

***1 libbra = 0,453 kg

La Tabella II mostra che un veicolo dotato del paraurti 20 è

stato indotto a impattare un oggetto ad incrementi di mezzo miglio all'ora

tra tre miglia e mezzo ed otto miglia all'ora. Sono state misurate l'infles-

sione del modulo e la forza di impatto.

11 grafico risultante, figura 5, dimostra facilmente che il para urti 20 esegue più lavoro ossia assorbe più energia del paraurti della tecnica nota. In realtà, la curva di figura 5 si avvicina alla curva ideale con forze più elevate per minori inflessioni, seguite da forze piuttosto consistenti per inflessioni maggiori massimizzando così l'area al di sotto della curva vale a dire il lavoro.

Inoltre, altri confronti tra la Tabella I e la Tabella II e tra la figura 2 e la figura 5, dimostrano la natura migliorata del paraurti 20. Nella tecnica nota, il limite di forza accettabile superiore, vale a dire 20.000 libbre, era approssimato ad un impatto di cinque miglia all'ora mentre il paraurti 20 è in grado di resistere a impatti di sostanzialmente otto miglia all’ora senza superare tale limite. Inoltre, vi è un miglioramento massimo di approssimativamente due miglia all'ora nell'efficienza del paraurti se si confrontano i pollici di corsa in corrispondenza della lettura di 3,5 miglia all'ora nella Tabella I e lettura di 5,5 miglia all'ora nella Tabella II. In altre parole, per la medesima corsa, il paraurti 20 può supportare un impatto di due miglia all'ora più alto. Pertanto, secondo gli insegnamenti qui forniti, può essere progettato un paraurti più efficiente e più piccolo, in grado ancora di sopportare il medesimo impatto dei paraurti della tecnica nota.

Benché l'esatta natura del materiale del paraurti 20 non sia critica per la presente invenzione, è importante che il modulo 24 con le sue pareti 26 e 27, nervature 31 e 32 e l'elemento a binario 34 sia fatto di un materiale elastomerico preferibilmente poliuretano. Benché le proprie tà specifiche di un poliuretano selezionato possono variare in dipendenza dall'applicazione prevista per e dall’ambiente in cui il paraurti 20 può essere usato, è desiderabile un poliuretano con rilevanti proprietà di allungamento edimpatto che consente deformazione significativa senza danneggiamento. Proprietà tipiche per tale poliuretano includono una resilienza di approssimativamente 3100 psi (218 kg/cm ) allungamento a rottura del 380%, resistenza allo strappo di 600 psi (42 kg/cm ), durezza shore D di 40, ed un modulo di flessione di 15.000 psi a 72°F (1054 kg/cm a 22,2°C).

Le esatte dimensioni dei vari componenti del paraurti 20 non sono completamente critiche,con le dimensionicomplessive,ad esempio,variando in dipendenza dall'applicazione specifica. Naturalmente, come è stato dimostrato precedentemente, il paraurti 20 può essere costruito più piccolo e perciò con minor peso e costo che non il paraurti della tecnica nota ed assorbire un impatto di uguale velocità.

Il paraurti 20 su cui le prove rappresentate nella Tabella II in figura 5 sono state condotte, potrebbe essere considerato rappresentativo di dimensioni tipiche per il paraurti 20 stesso. Questo paraurti includeva un modulo 24 che aveva una faccia di impatto 25 di approssimativamente 10 pollici (25,4 cm) d'altezza ed una profondità, vale a dire la distanza dalla faccia ad impatto alla piastra posteriore 21, di approssimativamente 6 pollici (15 cm). Le pareti superiore ed inferiore 26 e 27 avevano uno spes sore di mezzo pollice (1,27 cm) come pure l'elemento a binario centrale 34, che aveva una lunghezza di approssimativamente 5 pollici ed un quarto (13,3 cm circa). Le nervature 31 e 32 avevano uno spessore di un quarto di pollice (6,35 mm) ed erano distanziate longitudinalmente lungo il modulo su centri di otto pollici e mezzo (21,5 cm). Lo spazio 33 tra le nervature 31 e 32 era di approssimativamente un pollice (2,54 cm) per consentire all'elemento a binario 34 dello spessore di mezzo pollice (1,27 cm) spazio sufficiente ad inflettersi liberamente come è stato precedentemente descritto.

Benché tutte queste dimensioni possano essere considerate ideali, si comprenderà che esse potrebbero variare alquanto senza allontanarsi dallo spirito della presente invenzione. Si è tuttavia trovato che se l'elemento a binario 34 è reso sostanzialmente più spesso del suo spessore pre ferito di mezzo pollice (1,27 cm) allora le forze di impatto generate diven gono troppo elevate e, se reso sostanzialmente più sottile, allora energia insufficiente viene assorbita e la corsa del modulo diviene inadeguata. Tuttavia, lo spessore dell'elemento a binario 34 può variare alquanto in dipendenza dall'applicazione particolare per il paraurti vale a dire in dipendenza ad esempio del peso del veicolo, sua capacità di velocità e simili.

Benché quanto precede descriva la forma di realizzazione preferita della presente invenzione, gli insegnamenti non sono a questa limitati. Forme di realizzazione alternative, utilizzanti gli insegnamenti qui forniti, risultano intese come rientranti entro l'ambito protettivo e spirito della presente invenzione. Inoltre, da quanto precede, risulterà evidente che un paraurti costruita secondo i concetti della presente invenzione, sarà in grado di migliorare sostanzialmente la tecnica dei paraurti assorbitori di energia raggiungendo peraltro gli scopi della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Paraurti assorbitore di energia per veicoli comprendente un modulo elastomerico avente una faccia di impatto anteriore e pareti superiore ed inferiore estendentisi generalmente lateralmente da detta faccia di impatto; una piastra di supporto posteriore fissabile al veicolo ed impegnante dette pareti superiore ed inferiore; detto modulo includendo pure una pluralità di prime nervature distanziate longitudinalmente estendentisi generalmente e lateralmente da detta faccia di impatto e lungo detta parete superiore verso detta piastra di supporto posteriore, una pluralità di seconde nervature similmente e longitudinalmente distanziate estendentisi generalmente e lateralmente da detta faccia di impatto e lungo detta parete inferiore verso detta piastra di supporto posteriore; ed un elemento a binario longitudinale estendentesi generalmente e lateralmente da detta faccia di impatto fra detta pluralità di prime e seconde nervature e verso detta piastra di supporto posteriore, detto modulo assorbendo l'energia di un impatto contro detta faccia di impatto mediante la distorsione di dette pareti e nervature, e 11ingobbamento e successiva inflessione di detto elemento a binario.
2. Paraurti assorbitore di energia secondo la rivendicazione 1, in cui è previsto uno spazio fra dette prime e seconde nervature lungo detta faccia di impatto, detto elemento a binario estendendosi da detto spazio su detta faccia di impatto per fornire a detto elemento a binario addizionale libertà di ingobbarsi durante l’impatto.
3. Paraurti assorbitore di energia, secondo la rivendicazione 1, in cui detto elemento a binario termina lateralmente appena prima di detta piastra di supporto posteriore.
4. Paraurti ad assorbimento di energia secondo la rivendicazione 3 in cui lo spazio tra l'estremità di detto elemento a binario e detta piastra di supporto posteriore,è nell'intervallo da mezzo pollice ad un pollice e mezzo (da 1,27 a 3,8 cm).
5. Paraurti assorbitore di energia secondo la rivendicazione 3, in cui la lunghezza laterale di detto elemento a binario è approssimativamente metà dell'altezza di detta faccia di impatto.
6. Paraurti assorbitore di energia secondo la rivendicazione 1, in cui dette prime nervature terminano lateralmente prima di detta piastra di supporto posteriore lungo detta parete superiore e dette seconde nervature terminano lateralmente prima di detta piastra di supporto posteriore lungo detta parete inferiore.
7. Paraurti assorbitore di energia, secondo la rivendicazione 1, in cui dette prime e seconde nervature sono orientate generalmente e verti esimente lungo detta faccia di impatto.
8. Paraurti assorbitore di energia secondo la rivendicazione 7, in cui dette nervature sono allineate longitudinalmente con dette seconde nervature.
9. Paraurti assorbitore di energia secondo la rivendicazione 1 in cui detto modulo è fatto di un materiale poliuretanico.
10. Paraurti assorbitore di energia secondo la rivendicazione 1 in cui la lunghezza laterale di detto elemento a binario è approssimativamente metà dell'altezza di detta faccia di impatto.
11. Paraurti assorbitore di energia secondo la rivendicazione 10 in cui vi è uno spazio di approssimativamente un pollice (2,54 cm) fra dette prime e seconde nervature lungo detta faccia di impatto.
12. Paraurti assorbitore di energia secondo la rivendicazione 11, detto elemento a binario avendo uno spessore di approssimativamente mezzo pollice (1,27 cm) ed estendendosi da detto spazio da detta faccia di impatto lateralmente verso detta piastra di supporto posteriore.
13. Paraurti assorbitore di energia secondo la rivendicazione 12, in cui dette pareti superiore ed inferiore hanno uno spessore di approssi-mativamente mezzo pollice (1,27 cm).
14. Paraurti assorbitore di energia secondo la rivendicazione 13, in dette prime e seconde nervature hanno lo spessore di approssimativamente un quarto di pollice (6,35 mm).