JP2005538897A

JP2005538897A - 自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバおよびバンパシステム

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Publication number: JP2005538897A
Application number: JP2004538866A
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Inventors: シュテーククラウス−クリスティアン; リーペンハウゼンホルム; キュールエルマー
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-12-22
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Abstract

本発明は、自動車の事故の際に自由になる運動エネルギを吸収により受け止める、自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバおよびバンパシステムに関する。このために、ポリマ製のエネルギアブソーバがバンパシステムに組み込まれる。

Description

本発明は、自動車の事故の際に自由になる運動エネルギを吸収により受け止めて、的確に導出する、自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバに関する。このような目的のために、ポリマ製のエネルギアブソーバは自動車のバンパシステムおよび／またはバンパ装置に組み込まれる。公知先行技術に基づき、自動車の前側のバンパ範囲および／または後側のバンパ範囲で使用するための種々の形式のエネルギアブソーバが知られており、このような種々の形式のエネルギアブソーバが現在使用されている。使用されているエネルギアブソーバは、典型的に５〜１５ｋｍ／ｈの範囲の衝突速度のための、構造および材料に基づき生ぜしめられた種々異なるエネルギ吸収能力およびエネルギ吸収特性を有している。

前側の自動車範囲または後側の自動車範囲におけるエネルギアブソーバの空間的な組込み事情に基づき、自動車製造者が優先的に開発に取り組んでいるシステムは、運動エネルギを事故発生の時点で、できるだけ理想的な力・ストローク特性線の形で受け止め、そして初期の急峻な力増大の後に、エネルギ吸収が時間的に進行すると一定の力レベルへ変え、これにより力・ストローク特性線下で積分∫Ｆ＊ｄｓが最大となる。

公知先行技術では、自動車のためのリバーシブルな、つまり復元式（reversibel）のエネルギアブソーバシステムおよびイリバーシブルな、つまり非復元式（irreversibel）のエネルギアブソーバシステムが記載されている。復元式のエネルギアブソーバシステムの例は、クラッシュ時に媒体に関連して種々異なる応答特性を示すハイドロリック式の減衰エレメントである。このハイドロリック式の減衰エレメントはその技術的なレイアウトの点で複雑であり、その重量は自動車製造者の現在の要求には応えられない。

自動車のための非復元式のエネルギアブソーバに関しては、塑性変形可能な金属エレメント、たとえば金属発泡体（アルミニウムフォーム）を備えた中空プロファイルから成っていて、金属フォーム充填物の密度によりエネルギ吸収特性を決定するような装置が知られている。このような非復元式のエネルギアブソーバは製造に手間とコストがかかる。

これに関連して、復元式のエネルギアブソーバエレメントと非復元式のエネルギアブソーバエレメントとの組合せも公知先行技術において記載されている。

さらに、種々異なるエネルギ吸収能力を有していて、かつサイドメンバとバンパビームとの間で「クラッシュボックス（Crash-Boxen）」または「イリバーシブル・インパクト・アブソーバ（Typschadenhalter）」としてバンパ装置の形で使用される、自動車用の種々の形式のエネルギアブソーバも知られている。クラッシュボックスはバンパビームに対して付加的に衝突エネルギを吸収して、実行された変形作業によってイリバーシブルに変えられる。このようなエネルギアブソーバは車両構造の保護のために働き、１５ｋｍ／ｈの速度までは事故発生時における衝突エネルギを導出する。

ドイツ連邦共和国特許第２５０９２６５号明細書には、ハニカム状の変形部材が記載されている。この変形部材は金属またはプラスチックから成っていて、バンパに取り付けられた状態で使用される。この変形部材の組込みは自動車長手方向で行われ、この変形部材は事故状況においてそのハニカム状の構造に基づき力ピークを受け止めてエネルギを導出する。この場合に不都合となるのは、種々異なる材料構成におけるハニカム構造体の技術的な製造およびその結合技術である。この結合技術は特にポリマ材料の使用時では、構造に基づいた高い製造コストを招き、そして規定された組込み事情下では将来の自動車におけるバンパユニットの収容エレメントとの、より小さな形状接続的な結合しか可能にしない。

ドイツ連邦共和国特許第３８３３０４８号明細書には、車両衝突段階における衝突エネルギを動的に吸収するための別のエネルギ吸収エレメントが開示されている。この装置は衝突管を有しており、これらの衝突管は、プロファイル（異形材）状に連続引抜き成形されていて、エポキシ樹脂、フェノール樹脂またはビニルエステル樹脂のグループからの１種のマトリックス材料を有する繊維複合材料から構成されている。これらの衝突管は互いに同軸的に自動車ボディと形状接続的に、つまり嵌合に基づいた係合により、結合される。このような装置の欠点は、衝突管の空間的な配置に基づいた、自動車長手方向における衝撃負荷時の減じられた力吸収にある。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４０１８０５号明細書に基づき、速度に関連したエネルギ変換を行う衝撃ダンパが公知である。エネルギ変換のためには、この衝撃ダンパが流体充填された圧力室を有している。これらの圧力室は車両衝突時に、流体充填された衝撃ダンパエレメントを長手方向に変形させて、選択された流体の圧縮戻し作用によりエネルギ散逸を生ぜしめる。この構成の欠点は、流体充填された衝撃ダンパの重量である。

ドイツ連邦共和国特許第１００１５２９４号明細書には、復元式の変形エレメントが記載されている。この変形エレメントは管状ブシュによって衝突エネルギを吸収するための装置を有している。この装置は管を取り囲む弾性的なスリーブを備えていて、形状記憶合金から成っており、そして物理的な記憶効果に基づき作用する。衝突作用が加えられた場合、外側に存在するスリーブが半径方向に拡開させられ、形状記憶合金の特性に基づき、材料記憶効果は時間的に遅延してスリーブ拡開に抗して作用するので、変形エネルギは遅延されて減少され得る。半径方向でかつ時間遅延して作用するエネルギ吸収は総合的に、クラッシュ時におけるエネルギアブソーバユニットの比較的低い応答特性を招き、そして形状記憶合金の高い材料コストと結び付いて自動車製造者の将来的な要求には応えられない。

ドイツ連邦共和国特許第３２３２９４０号明細書に開示されている、自動車に用いられるバンパは、曲げ剛性的な支持エレメントと、側方に曲げられた端範囲とを備えた、車両固定の部分と、この部分に前置された波形の板ばねとから成っている。この板ばねは支持ユニットを含めて、プラスチックから一体に形成されている。

さらにドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８０６５４１号明細書に開示されているバンパ装置では、複数のプラスチックフォーム層が互いに異なる密度で設けられている。このダンパ装置は、２つの力レベルに対するエネルギ吸収特性を実現し、すなわち、クラッシュによる衝撃を２つの異なるエネルギ吸収レベルへ変える。

公知先行技術からの上で挙げた欠点の他に、これまで自動車において使用されてきたエネルギアブソーバは、不規則的なエネルギ吸収特性を示し、ひいては比較的低い平均的なエネルギ吸収を示す。このような低い平均的なエネルギ吸収は力・ストローク特性線において時間遅延を生ぜしめ、全体的に見てエネルギアブソーバユニットの時間的な応答能力に不都合な影響を及ぼす。さらに、自動車のためのエネルギ吸収システムの構造が提案されているが、しかしこのような構造は将来的な自動車世代に課せられる重量条件には応えられない。

自動車に用いられるエネルギアブソーバおよびエネルギアブソーバシステムに課せられる将来的な技術的要求は以下のファクタ；
−損害事故発生時における当該システムの高い効率、
−小さくなりつつある組込みスペース、
−エネルギ変換の高い再現可能性、
−交換時または取り替え時における取付け易さ、
−気候による影響に対する安定性および
−リサイクル性
により決定される。

したがって、本発明の根底を成す課題は、公知先行技術からの前記欠点を改善して、エネルギ吸収特性に課せられる将来的な要求に応えられ、ひいては自動車のフロント範囲またはリヤ範囲における損害事故発生時に運動エネルギを最小限のスペースで導出することのできるような、自動車に用いられるエネルギアブソーバを提供することである。

このシステムは構造的なレイアウトの点で単純であって、事故発生時に外部から作用する力を最適に減衰させ、ひいては最大２０ｋｍ／ｈの衝突速度までフレーム・ボディ支持構造体の保護を保証することが望まれる。

本発明によれば、ますます小さくなりつつある組込みスペースにおいて事故発生時における高い効率、ひいてはエネルギ変換の高い再現可能性に関する前記要求を満たし、気候による影響に対して長時間安定性を有し、しかもリサイクル要求下での廉価な交換／取り替えを保証する、自動車に用いられるエネルギアブソーバが見出された。

さらに本発明によれば、これに関連して、エネルギアブソーバの選択された、側方に間隔を置かれた配置形式に基づき、ひいてはエネルギアブソーバの特別な形状および自動車の支持構造体への結合に基づき、事故発生時における最大２０ｋｍ／ｈまでの速度範囲での運動エネルギを規定のエネルギ吸収経路に沿って、従来公知のシステムに比べて改善された形でかつ的確に導出するバンパシステムも見出された。

本発明の対象は、自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバにおいて、当該エネルギアブソーバが、管形のポリマ材料と多数の削り取りエレメント（spanabtragend. Element）とから成っており、該削り取りエレメントが、フランジを備えた金属製のベースプレートに設けられた中央の開口に沿って周方向で形状接続的（嵌合に基づいた係合）および材料接続的に配置されており、このように配置された装置が管形のポリマ材料を摩擦接続的に取り囲んで把持しており、さらに削り取りエレメントが、クラッシュ発生時に材料削り取りによってポリマ管表面の長手方向に沿ったエネルギ吸収を生ぜしめるようになっていることを特徴とする、自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバである。

自動車重量、組込みスペース事情および自動車タイプのような技術的なレイアウトに相応して、管形の熱可塑性または熱硬化性の材料が本発明によるエネルギアブソーバのために使用される。

自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバのための管形のポリマ材料は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、スチロールコポリマ（アクリルニトリルスチロールブタジエンコポリマおよびスチロールとアクリルニトリルとから成るコポリマ）、ブレンド（ＡＢＳ／ＰＣおよびＰＢＴ／ＰＣ）のグループの材料のうちの１種の材料または高性能ポリマ材料、たとえばポリエーテルケトン（ＰＥＫ、ＰＥＥＫ）、ポリイミドならびにそのコポリマから成っていると有利である。

有利な構成では、自動車に用いられる管形のポリマ製のエネルギアブソーバのための材料として、上で挙げた種類の混合ポリマも使用される。

請求項６に記載の有利な改良形では、白亜、タルク、炭素繊維、ガラス繊維、雲母、ケイ酸塩、窒化アルミニウム、ケイ酸アルミニウムおよび金属製のマイクロ粒子のような無機充填剤の添加により、本発明によるエネルギアブソーバのための管形のポリマ材料の機械的な強度および剛性に決定的な影響が与えられる。無機充填剤の含量はエネルギアブソーバの使用されるポリマ材料の分子量に関して３〜４０重量％の範囲にある。

本発明のさらに別の構成では、ＴｉＯ_２、カーボンブラック、ケイ酸および粘土鉱物のようなナノ充填剤が、８０〜１５０ｎｍの粒度でかつ当該エネルギアブソーバの使用される管形のポリマ材料の分子量に関して３〜１５重量％の充填剤含量で、請求項３〜請求項５に記載されたポリマ材料に添加されると特に有利である。

これによって、削り取りエレメントの構造的な構成と相まってクラッシュ発生時におけるエネルギ吸収特性を決定する、本発明によるエネルギアブソーバのためのポリマ材料の幅広いスペクトルが提供されている。

ポリマ製のエネルギアブソーバの管外径は４〜１０ｃｍであり、０．５〜１０ｃｍの管肉厚さ（内実材料厚さに相当）を有しており、そして管全長（吸収ストローク長さに等しい）は、最大２０ｋＪのエネルギ吸収量のためのレイアウトに相応して、３５〜２００ｍｍの範囲にある。

管形のポリマ製のエネルギアブソーバの有利な構成では、管全長が、請求項１１に記載の構成では１００〜１７０ｍｍの範囲にあって、自動車の構造的に規定された組込みスペース事情と、吸収したいエネルギと、最大２０ｋｍ／ｈまでのクラッシュ速度範囲のためのレイアウトとに関連している。

本発明のさらに別の有利な構成では、管形のエネルギアブソーバのポリマ材料から成る多層構造が設けられている。このためには、同じポリマ材料および／または互いに異なるポリマ材料から成る、同じ層厚さおよび／または種々の層厚さの複数の層、ただし少なくとも２つの層が使用される。

ポリマの個別層は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、スチロールコポリマ（アクリルニトリルスチロールブタジエンコポリマおよびスチロールとアクリルニトリルとから成るコポリマ）、ブレンド（ＡＢＳ／ＰＣおよびＰＢＴ／ＰＣ）または高性能ポリマ、たとえばポリエーテルケトン（ＰＥＫ、ＰＥＥＫ）、ポリイミドならびにそのコポリマから成っていてよい。

ポリマ製のエネルギアブソーバの多層構造のための、使用される種々異なる熱可塑性および／または熱硬化性の材料の密度は、０．８２〜１．４８ｇ／ｃｍ^３の範囲を有している。

これに関連して本発明によるエネルギアブソーバの横方向力剛性を改善するために、内側の支持体層（多層構造においても）に金属製の封入物および／または織布補強物（ガーゼ）が全面にわたって、または部分的に被着される。使用される金属製の封入物および／または織布補強物は付加的に、管形のポリマ製のエネルギアブソーバの熱膨張の低減を生ぜしめ、そして気候による影響に対するエネルギアブソーバの形状安定性を保証する。

さらに、使用される金属製の封入物および／または織布補強物はクラッシュ発生時に管形のポリマ製のエネルギアブソーバの形状安定性を保証する。

本発明のこのような構成に関連して、金属から成る管形のベースボディを、上で挙げたポリマ層で被覆することも考えられる。これにより、この被着されたポリマ層はハイブリッドなポリマ製のエネルギアブソーバとしての使用のためのエネルギ吸収性の切削層として使用される。

原則的に、本発明によるエネルギアブソーバの形状は管形のエレメントに限定されるものではない。円形、Ｕ字形、台形、方形または楕円形のジオメトリ的（幾何学的）な横断面も考えられる。

自動車に用いられる管形のポリマ製のエネルギアブソーバの製造は、ポリマ材料で被覆されたものであっても、押出し成形法、同時押出し成形法および／または射出成形法で簡単にかつ廉価に行われる。

最大２０ｋｍ／ｈまでの衝突速度のための２〜２０ｋｊの範囲のクラッシュエネルギ吸収量は、エネルギアブソーバの軽量でかつ管形に形成されたポリマ材料の使用と、フランジを備えた金属製のベースプレートの中央の開口に沿って周方向に形状接続的および材料接続的に配置されかつ管形のポリマ材料を摩擦接続的に取り囲んで把持する削り取りエレメントとにより達成される。このためには、本発明によるエネルギアブソーバのポリマ管表面の長手方向に沿って、削り取りエレメントによって、材料削り取りによるエネルギ吸収が生ぜしめられる。

吸収したいエネルギは使用されるポリマ材料、削り取りエレメントの数、ジオメトリ的な形状および切削深さ／侵入深さに関連している。これによって、削り取りエレメントは本発明によるエネルギアブソーバの管形のポリマ材料と相まって、エネルギ吸収に特別な影響を与える。特に、力・ストローク特性線、つまり積分で見てエネルギ吸収量は、削り取りエレメントの数および形状により、最大２０ｋｊまでの可変のエネルギ吸収量範囲内で調節され得るようになるので、自動車において与えられた種々異なる条件、たとえば自動車重量および組込みスペース事情が考慮される。

本発明によれば、削り取りエレメントが、ポリマ製のエネルギアブソーバの管形の内側表面に沿って作用するか、または組合せ配置の形で外側表面と内側表面とに作用するような配置も考えられる。その場合、エネルギ吸収は内側表面に沿って軸方向に行われるか、もしくは組み合わされた配置形式においてポリマ製のエネルギアブソーバの外側表面と内側表面とに沿って行われる。

削り取りエレメントの数は４〜４０個の範囲にある。実験により、対称的にかつ等間隔に周方向に配置された８〜１６個の削り取りエレメントが特に有利であることが判っている。この場合、対称的でかつ等間隔の配置は本発明の第１の構成では限定的要素とは認められない。

個々の削り取りエレメントの相互間隔は、管形のポリマ製のエネルギアブソーバの外周または内周に関して２．５〜２５％の範囲にあり、そして削り取りエレメントの数、長さおよび選択された配置形式に関連している。

削り取りエレメントは方形、三角形、台形、多角形および／または半円形に成形されていて、管形のポリマ製のエネルギアブソーバの外側表面または内側表面の法線に対して相対的に４５〜９０゜の切削角度を形成している。

種々のクラッシュ実験およびクラッシュシミュレーションから、個々の削り取りエレメントの有利な長さは、ポリマ製のエネルギアブソーバの管肉厚さに適合されて０．５〜３ｃｍであることが判った。これにより、クラッシュ発生時では０．１５〜１．５ｃｍの材料侵入深さΔｄが達成された。

力レベル対ポリマ製のエネルギアブソーバの材料除去面積の比は、たとえばポリアミドにつき図４に示されている。この場合、７０ｋＮの力レベルに対しては本発明によるエネルギアブソーバのポリマの管表面から３２０ｍｍ^２の全面積が材料削り取りにより除去される。これに関連して描かれた、力レベル対面積の比は、１０〜９０ｋＮの範囲の力レベルに対して、この例では８個の削り取りエレメントにより生ぜしめられる材料除去の面積に対して線形の関係を示している。

削り取りエレメントのために使用される材料は金属、たとえばアルミニウム、チタン、鉄等または金属合金またはセラミックである。

金属により形成されたガイドスリーブ（プラスチックの構成またはプラスチック・金属の構成も考えられる）が設けられていると有利である。このガイドスリーブは総合的にはベースプレートとフランジとの一体的な結合により、管形のポリマ製のエネルギアブソーバの軸方向運動しか許さず、そしてクラッシュ発生時にモーメントサポート（Momentenabstuetzung）として作用する。

本発明の別の対象は、自動車に用いられるバンパシステムである。このバンパシステムは、請求項１〜請求項２８に記載の少なくとも２つの本発明によるエネルギアブソーバから成っていて、自動車内に存在する組込み事情に関連して車両サイドメンバの前方に配置される。ポリマ製のエネルギアブソーバの取付けは、エネルギアブソーバのベースプレートのフランジ結合によって、エネルギアブソーバの後方に位置する車両構造体に対して形状接続的（formschluessig）、つまり係合に基づいた嵌合により、かつ／または摩擦接続的（kraftschluessig）に行われる。このような取付けは、組込み目的および／または取外し目的のために前記結合が解離されかつ再形成され得ることを保証する。たとえばサイドメンバとの結合は固定用エレメントによって行われる。

ダンパシステムの有利な改良形では、エネルギアブソーバがバンパビームと一体に形成される。バンパビームに対するエネルギアブソーバのポリマ管の結合は形状・材料接続的（form-und stoffschluessig）に行われるか、または構造的な規定に基づき形状・摩擦接続的（form-und kraftschluessig）に行われる。

したがって、ポリマ製のエネルギアブソーバと結合された本発明による一体のバンパシステムは、コストの点で最適化されたレイアウトを可能にし、このようなレイアウトは所属のコンポーネントにも該当するので、全体的に製造コストを減少させることができる。

自動車における工場側での取付けの場合もしくは修理の場合に、単純なレイアウトに基づき組立て易さが得られることは特に有利である。さらに、当該バンパシステムは、ますます小さくなりつつある組込みスペースに対する自動車製造者の要求を満たすと同時に、改善された再現可能なエネルギ吸収を実現する。

したがって、特に種々の自動車タイプに適合させてポリマ製のエネルギアブソーバの長さを種々異なって設定することは、規定された組込みスペースの最適な利用を保証する。バンパシステムと相まって本発明によるエネルギアブソーバのための種々異なるポリマ材料を使用することが可能であることにより、事故状況での安全性要件の損失なしに自動車重量を低減させることができる。

環境の観点や、国際的なリサイクル要求の点でも、本発明は大きな利点を提供する。なぜならば、使用されるポリマ材料が自動車部品廃棄の枠内で引き続き別の用途に供給され得るからである。

念のため付言しておくと、基本的に本発明は自動車のリヤ範囲のためにも使用され得る。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。ただし本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。本発明のさらに別の利点および有利な構成は請求項２以下に記載されている。

図１は、自動車のフロント範囲に設けられた、本発明による管形のポリマ製のエネルギアブソーバを備えたバンパシステムの原理図であり、
図２ａは、本発明による管形のポリマ製のエネルギアブソーバをクラッシュ状況の前の状態で示す縦断面図であり、
図２ｂは、本発明による管形のポリマ製のエネルギアブソーバをクラッシュ状況の後の状態で示す縦断面図であり、
図２ｃは、本発明による管形のポリマ製のエネルギアブソーバをクラッシュ状況の前の状態で示す横断面図であり、
図２ｄは、本発明による管形のポリマ製のエネルギアブソーバをクラッシュ状況の後の状態で示す横断面図であり、
図２ｅは、クラッシュ後の材料侵入深さを示す断面図であり、
図３ａ〜図３ｈは、外側配置または内側配置のための削り取りエレメントの種々のジオメトリ形状を示す断面図であり、
図４は、ポリマ製のエネルギアブソーバの材料ポリアミドのための力・面積比線図であり、
図５は、ダンパ装置へのポリマ製のエネルギアブソーバの結合部を示す断面図である。

図１には、自動車のフロント範囲に設けられた、本発明による管形のポリマ製のエネルギアブソーバを備えたバンパシステムの原理図が示されている。このバンパシステムは前側のバンパビーム４を有しており、この前側のバンパビーム４の端部には、２つの管形のポリマ製のエネルギアブソーバ３，３′が取り付けられている。管形のポリマ製のエネルギアブソーバ３，３′は、それぞれフランジ２ａ，２ａ′と、図１には詳細に図示されていない削り取りエレメント２ｂ，２ｂ′とを備えた金属製のベースプレート２，２′によって車両構造体１に結合される。クラッシュ発生時に、規定された臨界的な力負荷が超過されると、管形のポリマ製のエネルギアブソーバ３，３′は金属製のベースプレート２，２′の削り取りエレメント２ｂ，２ｂ′によって表面長手方向で材料切除されるように切削される。このときに、複数のポリマ層から形成されていてもよいエネルギアブソーバのポリマの外側表面に沿った周方向での切削に基づいた材料除去によってエネルギ吸収が達成される。

図２ａには、ガイドスリーブ５を備えた管形のポリマ製のエネルギアブソーバ３をクラッシュ状況前の状態で示す縦断面図が図示されている。管形のポリマ製のエネルギアブソーバ３はフランジ２ａと複数の削り取りエレメント２ｂとを備えた金属製のベースプレート２に形状接続的に、つまり嵌合に基づいた係合により、かつ摩擦接続的に結合されていて、付加的にガイドスリーブ５によって位置安定的に保持される。図２ｂには、クラッシュが行われた後での、クラッシュによる力作用の方向における管形のポリマ製のエネルギアブソーバ３の終端位置が示されている。このときに、管形のポリマ製のエネルギアブソーバ３は出発位置に対して力作用の方向にストロークΔｓだけ移動させられ、削り取りエレメント２ｂはポリマの表面に沿って材料除去作用を発揮して、破線により示した切削軌跡６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ，６ｇ，６ｈにより例示されているようにポリマの表面を削り取る。分かり易くするために、管形のポリマ製のエネルギアブソーバ３の横断面は図２ｃではクラッシュ前の状態で、図２ｄにはクラッシュ後の状態でそれぞれ図示されている。

図２ｄには、クラッシュ発生時の力作用の後に、切削軌跡横断面６ａ〜６ｈを備えた、８つの削り取りエレメント２ｂの有利な構成により生ぜしめられた表面切削部が横断面図で示されている。

図２ｅに示したように、材料侵入深さΔｄは、選択された削り取りエレメント２ｂと、そのジオメトリ形状（図３ａ〜図３ｈ参照）と、請求項１〜請求項８に記載の使用されるポリマ材料とに関連している。

図３ａ，図３ｂ，図３ｃおよび図３ｄには、ポリマ製のエネルギアブソーバ３の外側表面に切削を施す場合の削り取りエレメント２ｂの種々のジオメトリ形状が、半円形の構成（図３ａ）、方形の構成（図３ｂ）、三角形の構成（図３ｃ）および多角形の構成（図３ｄ）で示されている。図３ｅ、図３ｆ、図３ｇおよび図３ｈには、ポリマ製のエネルギアブソーバ３の内側表面に切削を施す場合の削り取りエレメント２ｂの相応するジオメトリ形状が示されている。削り取りエレメント２ｂの長さは、両使用事例共に、つまり外側配置および／または内側配置において、削り取りエレメントのジオメトリ形状（幾何学的形状）および調節可能な材料侵入深さΔｄから得られるので、クラッシュ発生時における削り取りエレメント２ｂの４５〜９０゜の範囲での切削角度の場合に、請求項１０に記載のポリマ製のエネルギアブソーバの選択された管肉厚さに関連して、クラッシュエネルギの吸収が保証されている。

図４には、請求項３に記載のポリマ材料に対して図３ａに示した削り取りエレメント２ｂを使用した場合のポリマ製のエネルギアブソーバ３の、実験により求められた力・面積比が例示的に示されている。この場合、０〜９０ｋＮの力と、（材料除去された）切削された面積との関係が示されている。図４からは、力レベルが増大するにつれて、本発明によるエネルギアブソーバはポリマの表面に沿って線状に増大する面積除去を生ぜしめることが判る。

図５には、バンパビーム４におけるポリマ製のエネルギアブソーバ３の、一体に、形状接続的および摩擦接続的に形成された結合部が例示的に示されている。エネルギアブソーバ３のフランジ２ａを備えた金属製のベースプレート２の摩擦接続的な固定は、たとえばサイドメンバ軸線もしくは自動車の有利な支持構造体において、固定エレメントにより行われる。この場合、ポリマ製のエネルギアブソーバ３の反対の側の端部はバンパビーム４に一体成形されていて、射出成形法におけるバンパシステムの製造時に一緒に一体成形され得るので、このバンパシステムはポリマ製のエネルギアブソーバ３と一緒に既に最終製作される。

図１、図２ａ、図２ｂおよび図５に示した実施例において図示したガイドスリーブ５は、たとえば金属から形成されており、このガイドスリーブ５は、自動車の支持構造体４に固定されている、フランジ２ａを備えたベースプレート２に対する一体の結合部により、ポリマ製のエネルギアブソーバ３の軸方向運動を可能にし、そしてクラッシュ発生時の力作用の際にはモーメントサポートとして作用する。

基本的に本発明は、上で説明した図示の実施例に限定されるものではない。本発明の枠内では、本発明によるエネルギアブソーバの、全体的に金属から形成された構成も考えられる。

自動車のフロント範囲に設けられた、本発明による管形のポリマ製のエネルギアブソーバを備えたバンパシステムの原理図である。本発明による管形のポリマ製のエネルギアブソーバをクラッシュ状況の前の状態で示す縦断面図である。本発明による管形のポリマ製のエネルギアブソーバをクラッシュ状況の後の状態で示す縦断面図である。本発明による管形のポリマ製のエネルギアブソーバをクラッシュ状況の前の状態で示す横断面図である。本発明による管形のポリマ製のエネルギアブソーバをクラッシュ状況の後の状態で示す横断面図である。クラッシュ後の材料侵入深さを示す断面図である。外側配置のための削り取りエレメントのジオメトリ形状の１実施例を示す断面図である。外側配置のための削り取りエレメントのジオメトリ形状の別の実施例を示す断面図である。外側配置のための削り取りエレメントのジオメトリ形状のさらに別の実施例を示す断面図である。外側配置のための削り取りエレメントのジオメトリ形状のさらに別の実施例を示す断面図である。内側配置のための削り取りエレメントのジオメトリ形状の１実施例を示す断面図である。内側配置のための削り取りエレメントのジオメトリ形状の別の実施例を示す断面図である。内側配置のための削り取りエレメントのジオメトリ形状のさらに別の実施例を示す断面図である。内側配置のための削り取りエレメントのジオメトリ形状のさらに別の実施例を示す断面図である。ポリマ製のエネルギアブソーバの材料ポリアミドのための力・面積比線図である。ダンパ装置へのポリマ製のエネルギアブソーバの結合部を示す断面図である。

符号の説明

１車両構造体
２，２′ 金属製のベースプレート
２ａ，２ａ′ フランジ（結合エレメントを備えた）
２ｂ，２ｂ′ 削り取りエレメント
３，３′ 管形のポリマ製のエネルギアブソーバ
４バンパビーム
５金属製のガイドスリーブ
６ａ〜６ｈ切削軌跡
７固定用エレメントを備えた車両構造体
Δｓ力作用ゴンの移動ストローク
Δｄ削り取りエレメントの材料侵入深さ

Claims

自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバにおいて、当該エネルギアブソーバが、管形のポリマ材料と多数の削り取りエレメント（２ｂ）とから成っており、該削り取りエレメント（２ｂ）が、フランジ（２ａ）を備えた金属製のベースプレート（２）に設けられた中央の開口に沿って周方向で形状接続的および材料接続的に配置されており、このように配置された装置が管形のポリマ材料を摩擦接続的に取り囲んで把持していて、クラッシュ発生時に材料削り取りによってポリマ管表面の長手方向に沿ったエネルギ吸収を生ぜしめるようになっていることを特徴とする、自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
自動車重量および自動車タイプに適合された形で、管形の熱可塑性材料または熱硬化性材料が使用される、請求項１記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
ポリマ製のエネルギアブソーバのための管形のポリマ材料が、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、スチロールコポリマ（アクリルニトリルスチロールブタジエンコポリマおよびスチロールとアクリルニトリルとから成るコポリマ）およびブレンド（ＡＢＳ／ＰＣおよびＰＢＴ／ＰＣ）のグループの材料のうちの１種の材料から成っている、請求項１または２記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
ポリマ製のエネルギアブソーバのための管形のポリマ材料が、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ、ＰＥＥＫ）、ポリイミドおよびそのコポリマのグループの１種の高性能ポリマ材料から成っている、請求項１または２記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
当該エネルギアブソーバの管形のポリマ材料のための材料として混合ポリマが使用されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
白亜、タルク、炭素繊維、ガラス繊維、雲母、ケイ酸塩、窒化アルミニウム、ケイ酸アルミニウムおよび金属製のマイクロ粒子のような無機充填剤の添加により、当該エネルギアブソーバの管形のポリマ材料の機械的な強度および剛性が改善されている、請求項３から５までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
添加された無機充填剤の含量が、当該エネルギアブソーバの使用される管形のポリマ材料の分子量に関して３〜４０重量％の範囲にある、請求項６記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
ＴｉＯ_２、カーボンブラック、ケイ酸および粘土鉱物のようなナノ充填剤が、８０〜１５０ｎｍの粒度でかつ当該エネルギアブソーバの使用される管形のポリマ材料の分子量に関して３〜１５重量％の充填剤含量で添加される、請求項３から５までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
管形のポリマ製のエネルギアブソーバの管外径が４〜１０ｃｍの範囲にある、請求項１から８までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
管形のポリマ製のエネルギアブソーバの管肉厚さが０．５〜１０ｃｍ（内実材料厚さに相当）である、請求項１から９までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
管形のポリマ製のエネルギアブソーバの管全長が、最大２０ｋＪのエネルギ吸収のためのレイアウトに相応して、３５〜２００ｍｍの範囲にある、請求項１から１０までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
管形のポリマ製のエネルギアブソーバの全長が、有利には１００〜１７０ｍｍの範囲にあって、自動車の構造的に規定された組込みスペース事情と、吸収したいエネルギと、最大２０ｋｍ／ｈまでのクラッシュ速度範囲のためのレイアウトとに関連している、請求項１１記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
管形のポリマ製のエネルギアブソーバが、請求項３〜請求項５に記載の同じポリマ材料および／または互いに異なるポリマ材料から成る、同じ層厚さおよび／または種々の層厚さを有する少なくとも２つの層から成っている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
ポリマ製のエネルギアブソーバの多層構造のための、使用される熱可塑性および／または熱硬化性の材料の密度が、０．８２〜１．４８ｇ／ｃｍ^３の範囲にある、請求項１から１３までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
横方向力剛性を改善するために、請求項１３記載の多層構造における支持体層に金属製の封入物および／または織布補強物が全体的または部分的に被着される、請求項１から１４までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
金属から成る管形のベースボディが請求項１３記載の構成により被覆されており、被着されたポリマ層が、エネルギ吸収性の切削層である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
管形のエネルギアブソーバのためのジオメトリ的な横断面形状が円形、Ｕ字形、台形、方形または楕円形に形成されている、請求項１から１６までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
管形のポリマ製のエネルギアブソーバが、押出し成形法、同時押出し成形法および／または射出成形法で製造される、請求項１から１７までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
エネルギアブソーバのポリマ管表面の長手方向に沿って、ポリマ管表面と摩擦接続的に結合されている多数の削り取りエレメント（２ｂ）によって、最大２０ｋｍ／ｈまでの衝突速度のための材料削り取りによるエネルギ吸収が達成される、請求項１から１８までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
削り取りエレメント（２ｂ）の数、ジオメトリ的な形状および切削深さ（侵入深さ）により、最大２０ｋｊまでのエネルギ吸収が調節可能である、請求項１から１９までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
削り取りエレメント（２ｂ）が、管形のポリマの内側表面に沿って、または外側表面と内側表面とにおける組合せ配置の形で、請求項１に記載したようにエネルギ吸収作用を発揮する、請求項１から２０までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
削り取りエレメント（２ｂ）の数が４〜４０の範囲にある、請求項１９から２１までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
対称的にかつ等間隔に配置された８〜１６個の削り取りエレメント（２ｂ）が周方向に配置されている、請求項２２記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
個々の削り取りエレメント（２ｂ）の相互間隔が、管形のポリマ製のエネルギアブソーバの外周および／または内周に関して２．５〜２５％の範囲にある、請求項２２記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
削り取りエレメント（２ｂ）が、方形、三角形、台形、多角形または半円形に成形されていて、管形のポリマ製のエネルギアブソーバの外側表面および／または内側表面の法線に対して相対的に４５〜９０゜の切削角度を形成している、請求項１から２４までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
削り取りエレメント（２ｂ）の長さが、ポリマ製のエネルギアブソーバの管肉厚さに適合されて０．５〜３ｃｍであって、０．１５〜１．５ｃｍの材料侵入深さΔｄを生ぜしめる、請求項１から２５までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
削り取りエレメント（２ｂ）のための材料として金属または金属合金またはセラミックが使用される、請求項１から２６までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
フランジ（２ａ）を備えた金属製のベースプレート（２）にガイドスリーブ（５）が一体に取り付けられており、管形のポリマ製のエネルギアブソーバの軸方向に案内された運動が達成されており、前記ガイドスリーブ（５）がクラッシュ発生時にモーメントサポートとして作用する、請求項１から２７までのいずれか１項記載の自動車に用いられるポリマ製のエネルギアブソーバ。
請求項１から２８までのいずれか１項記載の少なくとも２つのポリマ製のエネルギアブソーバを有することを特徴とする、自動車に用いられるバンパシステム。
ポリマ製のエネルギアブソーバが車両サイドメンバの前方に配置されていて、管形のポリマ製のエネルギアブソーバが、該エネルギアブソーバの金属製のベースプレート（２）のフランジ（２ａ）によって形状接続的におよび／または摩擦接続的に、当該エネルギアブソーバの後方に位置する車両構造体（７）に固定エレメントを介して結合されている、請求項２９記載の自動車に用いられるバンパシステム。
エネルギアブソーバがバンパビームと一体に結合されており、該バンパビームに対する結合部が形状・材料接続的に、または形状・摩擦接続的に形成されている、請求項２９または３０記載のバンパシステム。
当該バンパシステムが自動車のリヤ範囲のために使用される、請求項２９から３１までのいずれか１項記載のバンパシステム。