WO2008065083A1 - Crash-energieabsorber-element, anbindungselement mit einem solchen crash-energieabsorber-element, sowie luftfahrzeug - Google Patents

Crash-energieabsorber-element, anbindungselement mit einem solchen crash-energieabsorber-element, sowie luftfahrzeug Download PDF

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WO2008065083A1
WO2008065083A1 PCT/EP2007/062825 EP2007062825W WO2008065083A1 WO 2008065083 A1 WO2008065083 A1 WO 2008065083A1 EP 2007062825 W EP2007062825 W EP 2007062825W WO 2008065083 A1 WO2008065083 A1 WO 2008065083A1
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WO
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crash
energy absorber
connection
absorber element
crash energy
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Application number
PCT/EP2007/062825
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Jürgen FILSINGER
Peter Middendorf
Andreas Gessler
Original Assignee
Eads Deutschland Gmbh
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    • 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
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/12—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members
    • F16F7/127—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members by a blade element cutting or tearing into a quantity of material; Pultrusion of a filling material
    • 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
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/12—Vibration-dampers; Shock-absorbers using plastic deformation of members
    • F16F7/125—Units with a telescopic-like action as one member moves into, or out of a second member

Definitions

  • the invention relates to a crash energy absorber element according to the preamble of claim 1, which has an energy absorber and a crash element which irreversibly fails in the event of a crash. Furthermore, the invention relates to a connection element and an aircraft with such a crash-Energieabsorber- element.
  • a crash energy absorber element is used in an accident or other destruction event, hereinafter referred to as "crash case", for converting the kinetic energy occurring, for example, in a collision into a deformation of a deformable component provided for this purpose Frequently, such crash elements consist of fiber composite materials, for example in the form of tubular hollow bodies, which are primarily stressed in the longitudinal direction in the event of a crash and absorb the energy by plastic deformation.
  • a generic crash energy absorber elements is known from DE 196 23 449 A1. It has an impact energy absorbing tubular member of fiber reinforced composite material inserted into a longitudinal force transmitting bearing, the bearing having respective openings through which composite material torn open due to the impact may exit. This ensures that there is a connection between the pipe ele- ment and the bearing even when the composite material is torn open. B. is required for towing an injured motor vehicle.
  • the disadvantage is that the "triggering", ie the trigger point for the onset of failure behavior, only by the Pipe element is predetermined and consequently is variably adjustable only to a very limited extent.
  • EP 1 316 409 A1 and DE 100 36 169 A1 disclose composite fiber crash structures having a frustoconical cross-section with a constant or a step-shaped wall thickness.
  • a needling and / or a transition region between different thick wall sections for generating failure areas with certain maximum absorbable forces has the disadvantage that the energy consumption over the cross-sectional configuration and the wall thickness are set certain limits and for the conversion of high kinetic energy, a comparatively long crash element is needed.
  • an energy absorber in which a central base plate provided with a metallic base plate chip-removing elements is provided in the circumferential direction along the opening.
  • the chip-removing elements bring about a cutting material removal along the longitudinal direction of a crash element made of polymer in the event of a crash.
  • the disadvantage is that the crash element must have a wall thickness that is not too small so that a certain layer removal by cutting can occur at all. In this respect, an energy intake is only possible up to a certain load here. It comes primarily to a fragmentation of the removed outer layer. This failure mode allows only a relatively low energy conversion.
  • the invention has for its object to provide a crash-energy absorber element, which ensures a reliable, controlled failure with high energy absorption, and at the same time allows an improved control or adaptability of the failure behavior.
  • a core idea of the invention is that the crash element provided for the energy conversion is assigned a separating device provided with passage openings and a deflection device, wherein the axes of the through openings at a first angle and the direction of crash element facing surface of the deflection at a second angle with respect to a plane are inclined perpendicular to the longitudinal axis of the crash element.
  • the inclined surface of the deflection device pre-damages the crash element, in particular by widening and / or partially bending over the end of the crash element resting on the deflection device, which constitutes a first energy absorption stage. This pre-damage is used for targeted adjustment of a predetermined level of force. By appropriate choice of the second angle of inclination, this level of force can be adjusted.
  • the second inclination angle is typically 5 to 80 °, preferably 20 to 30 °.
  • the pre-damaged crash element is then fed via the deflection of the separator, which the crash element in the event of a crash in his
  • the breakdown element is split into a plurality of, in particular strip-shaped, sub-elements, separates, cuts or divides (hereinafter generically referred to as "splitting"), which is associated with absorption of energy, thereby splitting the crash element in the longitudinal direction until all the kinetic energy acting on the crash element in the event of a crash This represents the second stage of energy absorption. The process then comes to a standstill, but can be continued or restarted when re-stressed (eg in the event of a new impact).
  • the separation device which preferably surrounds the crash element in a substantially annular manner, has passage openings for the above-described splitting of the crash element, for example in the form of blind holes, perforations or bores which are arranged along the circumferential direction of the crash element.
  • a uniform arrangement of the passage openings leads to a symmetrical failure behavior of the crash element.
  • the passage openings are preferably circular, curved or elliptical in shape and are arranged obliquely over the wall thickness of the separator; ie, the axes of the passage openings extend inclined with respect to a plane perpendicular to the longitudinal axis of the crash element. In this case, at least in sections by a boundary edge (eg border) or boundary surface of the Through hole formed a cutting means.
  • the border of the passage opening may be provided with a projection for forming a cutting means.
  • the border of the through hole is sufficiently sharp-edged without special shaping or design, so that in the event of a crash, the crash element is split by friction at the passage opening with energy absorption in corresponding sub-elements. Due to the oblique arrangement of the passage openings on the one hand the onset of the splitting of the crash element is controlled, which represents another possibility of adjusting the force levels. On the other hand, clogging of the through holes forming drainage or discharge channels for the split crash element material is effectively prevented. In a crash element introduced from above into the energy absorber, both the passage openings and the surface of the deflection device pointing in the direction of the crash element preferably fall outward.
  • the first and the second angle of inclination are the same.
  • the operability of the crash energy absorber element according to the invention is not adversely affected if the surface of the deflector is inclined at an angle other than the axes of the through holes.
  • the failing crash element material is discharged to the outside.
  • the deflection device is formed integrally with the energy absorber, or at least firmly connected thereto.
  • the crash element is usually introduced into the energy absorber and optionally connected to this firmly.
  • material for the Umlenkeinrich- tion and the energy absorber z As hardened steel, aluminum or other materials suitable for aerospace applications can be used.
  • the deflection device is designed separately, which is also to be expressed below by the term "core element.”
  • the core element can be introduced into the energy absorber and can be variably fixed in the longitudinal direction of the crash element
  • the impact point of the surface of the deflection device pointing in the direction of the crash element can be adjusted to the passage opening.
  • ⁇ br/> ⁇ br/> the cross section of the passage opening can be changed, which represents a further possibility of triggering
  • the core element is typically annular or formed truncated cone, which simplifies its handling.
  • the inclination angle of the deflecting device ie the second angle, is achieved in a particularly simple manner by a conical surface of the deflecting device realized.
  • the tip of the cone typically points in the direction of the crash element.
  • the conical surface has a number of curved, in particular trough-shaped, deflection sections.
  • a respective deflecting section leads to a passage opening; i.e. the number of deflection sections corresponds to the number of passage openings.
  • a further cutting edge can be formed, which results in that the crash element is not damaged by the deflection not only by widening and deflection, but also by easy cutting or cutting. This allows the first stage of energy absorption to be modified accordingly.
  • the energy absorber on a receiving portion for receiving the crash element a receiving portion for receiving the crash element.
  • the receiving portion has a funnel-shaped end.
  • this enables a reduction in tension.
  • an improved functionality of the crash energy absorber element according to the invention is achieved with off-center loading.
  • a connection region is provided at the end opposite the receiving portion of the energy absorber, via which the crash energy absorber element can be connected to a component.
  • the terminal region has at least one terminal arm and may be e.g. be formed in the form of a fork fitting.
  • the crash element is formed in a preferred embodiment as a tubular hollow body, which leads to a corresponding weight saving.
  • the wall- thickness of the hollow body may remain the same along the longitudinal axis or be made variable, depending on the required load. In this case, for example, reinforcements can be provided.
  • the hollow body typically consists of plastic materials or fiber composite materials, in particular carbon fiber composite materials (CFRP). These materials are particularly advantageous because of their high weight-specific energy absorption.
  • CFRP carbon fiber composite materials
  • Particularly preferred is a braided fiber composite tube, for example, having fibers with ⁇ 45 ° orientation.
  • other fiber composite fabrics or sheets eg, multi-axial sheets or prepregs may also be used.
  • a particularly preferred use of the crash energy absorber element of the invention is in the field of aerospace engineering, e.g. in airplanes, helicopters, space ferries or the like. Especially with brittle-elastic composite structures (for example in the aircraft fuselage area), suitable absorber concepts are required in order to achieve a failure behavior comparable to a metallic construction.
  • a possible application of the crash energy absorber element according to the invention are supports or struts of a passenger or cockpit floor, in order to effectively reduce the resulting accelerations in the cabin area (and thus passengers and / or crew).
  • the crash energy absorber element according to the invention is preferably used in Lagerfußyaken of supports or struts.
  • a variety of different applications e.g. in the automotive or aerospace engineering, possible.
  • connection element which is provided with a crash energy absorber element according to the invention and a support element, wherein the support element formed by the crash element is, or is connected to the crash element.
  • This attachment element takes advantage of the above-mentioned advantages of the crash energy absorber element.
  • the crash element is connected to the receiving section by means of a deformable connection, wherein the connection fails at the same or a lower load as the crash element.
  • the compound is designed as an adhesive connection.
  • at least one sealing ring between receiving portion and crash element is arranged.
  • the sealant may for example be injected via a bore in the wall of the receiving portion in this cavity.
  • a ring element made of CKF or GFK, for example
  • a reinforcement for example a CFK or GFK layer
  • the receiving section preferably has a venting / outlet bore.
  • connection can have a plurality of shearing elements, in particular in the form of shear pins.
  • connection element is equipped with a component connection comprising at least one connection arm, which is connected to the separation device.
  • This component connection can also serve, for example, for mounting the core element described above.
  • the receiving section, the separating device and the component connection are arranged in the longitudinal direction of the connecting element. ment successively coaxially connected to each other.
  • the aforementioned components are welded together or formed in one piece.
  • the advantages of the invention are, in particular, the use of the energy absorption of plastic or fiber composite crash elements, wherein in the event of a crash, a two-stage energy absorption takes place.
  • the failure behavior can be adjusted depending on the application, in particular the trigger point for the onset of the failure behavior of the crash element is precisely adjustable.
  • the failing crash element can be reliably removed, i. a trouble-free fragment outflow is guaranteed.
  • the crash energy absorber element according to the invention can be easily integrated into existing components, structures, connection elements, etc.
  • Fig. 1a is a schematic perspective sectional view of a first embodiment of an energy absorber
  • FIG. 1b is a partial sectional view of the illustration according to FIG. 1a;
  • Fig. 2a is a schematic perspective sectional view of a second embodiment of an energy absorber
  • FIG. 2b is a partial sectional view of the illustration according to FIG. 2a;
  • Fig. 2c is a plan view of the illustration of FIG. 2a;
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a crash energy absorber element according to the invention before the crash; 4 shows a schematic perspective view of a crash energy absorber element according to the invention after the crash;
  • connection element 5 shows a schematic perspective view of a connection element according to the invention
  • Fig. 6 is a partially sectioned view of the illustration of FIG. 5;
  • Fig. 7 is a partially sectioned side view of the illustration of FIG. 6;
  • FIG. 8 shows a further side view of the illustration according to FIG. 6;
  • connection element 9 shows a perspective, partially cutaway view of the connection element according to FIG. 5 with an adhesive connection
  • FIGS. 1a and 1b show a first embodiment of an energy absorber 10 which, together with a crash element which irreversibly fails in the event of a crash, forms an inventive crash energy absorber element.
  • the energy absorber 10 has a cylindrical shape, with a longitudinal extent, which is also referred to below as the longitudinal direction or longitudinal axis X and is shown in phantom in the following figures.
  • the energy absorber 10 has a separator 30 having a plurality of through holes 32 arranged along the circumferential direction of the energy absorber 10.
  • the passage openings 32 drop obliquely outwardly, ie the dashed axes of the passage openings 32 are inclined relative to a plane perpendicular to the longitudinal direction X at a first angle ⁇ (see FIG. 1b).
  • a deflection device 40 is arranged, which can be inserted by a separate component which can be introduced into the energy absorber 10 and which is also referred to below as a core element.
  • the core element 40 is displaceable in the direction of the double arrow and can be locked in a desired position.
  • the impact point of the outer edge 44 of the deflection device 40 with respect to the passage openings 32 can be varied.
  • the diameter of the respective passage opening 32 can be changed as it were. This represents a possibility to set the crash energy absorber element according to the invention for an application, which will be discussed in more detail below.
  • FIGS. 1a and 1b further show that the surface 41 of the deflection device 40 pointing in the direction of the crash element (not shown), ie the side of the deflection device 40 facing upwards, has a conical shape.
  • the tip of the cone is located on the longitudinal axis X and the side surfaces of the cone fall outwards. Consequently, the surface 41 of the deflection device 40 is inclined with respect to a plane perpendicular to the longitudinal axis X at a second angle ⁇ (see FIG. 1b).
  • the first angle ⁇ is smaller than the second angle ⁇ .
  • Cutting edges 36 are formed by the boundary edges, ie the edge area, of the passage openings 32, which lead to a splitting of the crash element, which will be described in more detail in connection with FIGS. 3 and 4.
  • the (inner) boundary surfaces of the passage openings 32 can serve as cutting surfaces 38.
  • a further cutting edge can be formed by this transition.
  • FIG. 2 a shows an alternative embodiment of the energy absorber 10, in which the deflection device 40 is formed in one piece with the energy absorber 10.
  • the separator 30 disposed in the energy absorber 10 is identical to that described in Figs. 1a and 1b.
  • the surface 41 of the deflection device 40 is substantially frustoconical in shape.
  • the first angle ⁇ and the second angle ⁇ are identical.
  • the surface 41 of the deflector 40 is continuous, i. without step, into the respective passage opening 32 via (see Figure 2b).
  • the surface 41 of the deflection device 40 has a number of deflection sections 42 corresponding to the number of passage openings 32.
  • Each surface of each deflection section is curved or trough-shaped, with the respective edge regions of two adjoining deflection sections 32 being able to form a further cutting edge 48.
  • the inclination of each individual deflection section 42 along its slope line in the direction of the assigned passage opening 32 corresponds to the second angle ⁇ (see FIG. 2b).
  • the energy absorbers 10 described in connection with FIGS. 1 and 2 cooperate with a crash element which irreversibly fails in the event of a crash, which reference numeral 20 is designated in the following figures.
  • the crash element is typically a tubular hollow body of plastic or fiber composite material extending along the longitudinal direction X.
  • a crash element of carbon fiber composite material CFRP
  • CFRP pipe can be produced by braiding, for example.
  • it can also be produced from Multiaxialgelege, prepregs or other CFRP semi-finished products in a known per se.
  • the first end region 24 (ie the lower end in FIG. 3) and a second end region 26 (ie the upper end in FIG. 3) have a crash element 20 placed on the deflection device 40 in the starting position before the crash, such that the wall of the pipe end 22 on the surface 41 of the deflector 40 (not shown) comes to rest.
  • a tubular receiving portion 50 is provided, which is arranged above the separating device 30, which serves to receive the first end region 24.
  • the receiving section 50 may be funnel-shaped at its upper end, which will be described in more detail in connection with the embodiment according to FIGS.
  • the outside of the crash element 20 bears against the inside of the receiving section 50.
  • an intermediate layer for example an adhesive layer and / or a sealing layer, to be provided between the outside of the crash element 20 and the inside of the receiving section 50. 5
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a crash energy absorber element 1 according to the invention in its initial position before the crash, wherein the crash element 20 that is irreversibly deformable in the event of a crash is introduced into an energy absorber 10 according to FIGS. 1 or 2.
  • FIGS. 1 or 2 the situation after the crash is shown schematically.
  • a comparison of Figures 3 and 4 shows that the crash element 20 in the event of a crash, i. at a load by a force F, which acts in the illustrated embodiments from above in the longitudinal direction X, in a lower failure region in a number of through holes 32 corresponding number of strip-shaped sub-elements 28 is split.
  • This deformation or deformation of the crash element 20 allows absorption of the kinetic energy acting on the crash element 20 in the event of a crash.
  • it can also lead to a slight chipping of the crash element material, for example in the form of fragment-like splinters come.
  • the absorption of the force acting on the crash element 20 in the event of a crash energy is carried out in two stages, which is caused on the one hand by the design of the deflecting device 40 and by the arrangement of the passage openings 32.
  • the first stage of the energy absorption results from the fact that, due to the force F acting in the event of a crash, the end 22 of the crash element 20 is pressed onto the conically outwardly sloping surface 41 of the deflection device 40.
  • the pipe end 22 widened and / or bent, as a result of which the crash element 20 is pre-damaged and absorbs energy up to a limit value predetermined by the angle of inclination ⁇ .
  • the mechanism described above then starts again, which leads to a further deformation, in particular by cutting, of the crash element 20.
  • a separately formed deflection device 40 which can be variably fixed within the energy absorber (see, for example, embodiment according to FIGS. 1a and 1b)
  • the height and thus the cross section of the side of the passage openings pointing in the direction of crash element 20 can also, as already mentioned above 32 are changed, which represents another possibility of adaptability.
  • a smaller cutting edge at the edge 44 of the energy absorber can be produced by a reduced opening cross section or a step-like transition (see eg FIG. 1b) 10 are formed, whereby the splitting of the crash element 20 can be influenced accordingly.
  • FIGS. 5 to 10 show an attachment element 60 according to the invention with an energy absorber 10 according to the embodiment illustrated in FIGS. 1a and 1b.
  • the crash element 20 forms a support element, for example for supporting a floor structure of an aircraft, for example an aircraft or helicopter.
  • the support element may also be connected to the crash element 20.
  • the deflection device 40 is formed as a separate component, which is formed by a frusto-conical core element and can be interchangeably inserted into the energy absorber 10, so that it is arranged at a suitable position in order to cooperate with the separation device 30 ,
  • the core element may, as already described above, be variably adjustable in the longitudinal direction X, i. height adjustable, be.
  • the connecting element 60 has a receiving section 50 above the separating device 30, which has a first funnel-shaped end 52. This facilitates the insertion of the crash element 20 and also improves the functionality of the crash element 20 in off-center Loading the crash element in the event of a crash, ie when not only axial forces but also partially transverse and / or bending forces acting on the crash element 20.
  • the wall thickness of the separating device 30 is greater than that of the receiving portion 50, in particular by thickening of the separating device 30 to the outside, whereby higher forces can be absorbed in the event of a crash.
  • the connecting element 60 shown in FIGS. 5 to 10 furthermore has a component connection 80 connected to the separating device 30, which comprises two connecting arms 82 spaced apart from each other parallel to the longitudinal axis X and in particular in the form of a fork fitting.
  • Each connecting arm 82 has a bore through which the connecting element 60, e.g. by means of a bolt or screw, can be connected to a component.
  • the receiving portion 50, the separating device 30 and the component connection 80 in the longitudinal direction X are successively connected coaxially with each other.
  • the crash element 20 may additionally be connected to the receiving portion 50 by means of a deformable connection 70.
  • the connection 70 may be designed as an adhesive connection and typically fails at a lower load as the crash element 20 per se, whereby a further possibility of triggering is given.
  • a shearing unit in particular in the form of several shear pins (see FIGS. 9 and 10), can also be provided.
  • the crash element 20 is not located on the deflection device 40, so that the failure loads of the connection 70 do not add up to the triggering of the crash element 20.
  • the receiving portion 50 has an injection bore 58 (see Fig. 5).
  • two sealing rings 72 are used to form the cavity to be filled with the adhesive in two circumferential grooves 56 formed on the inside of the receiving portion 50 (see Figures 9 and 10).
  • the adhesive is injected via the bore 58 into the cavity delimited by the sealing rings 72, the outer side of the crash element 20 and the inner side of the receiving section 50.
  • For better venting of the receiving portion 50 may be provided with closable vent holes.
  • the adhesive bond allows the absorption of static tensile and compressive loads, which are lower than the trigger load occurring in a crash case. Furthermore, the position and the dimension of the adhesive bond can be selected by means of the sealing rings 72.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Crash-Energieabsorber-Element (1) mit einem Energieabsorber (10) und einem im Crashfall irreversibel versagenden Crashelement (20), wobei der Energieabsorber (10) eine Trenneinrichtung (30) aufweist, welche das Crashelement (20) im Crashfall zumindest abschnittsweise in mehrere Teilelemente (28) aufspaltet, und wobei die Trenneinrichtung (30) eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen (32) aufweist, durch die die aufgespalteten Teilelemente (28) abführbar sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Achsen der Durchgangsöffnungen (32) bezüglich einer zur Längsrichtung (X) des Crashelements senkrecht stehenden Ebene (E) unter einem ersten Winkel (a) geneigt sind, und der Energieabsorber (10) eine Umlenkeinrichtung (40), über die das Crashelement (20) den Durchgangsöffnungen (32) zuführbar ist, aufweist, deren in Richtung Crashelement (20) weisende Oberfläche (41) bezüglich der Ebene (E) unter einem zweiten Winkel (ß) geneigt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Anbindungselement (60) und ein Luftfahrzeug mit einem solchen Crash-Energieabsorber-Element (1).

Description

Crash-Energieabsorber-Element,
Anbindungselement mit einem solchen Crash-Energieabsorber-Element, sowie Luftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Crash-Energieabsorber-Element gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , welches einen Energieabsorber sowie ein im Crashfall irreversibel versagendes Crashelement aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Anbindungselement und ein Luftfahrzeug mit einem solchen Crash-Energieabsorber- Element.
Ein Crash-Energieabsorber-Element dient bei einem Unfall oder einem anderen Zerstörungsfall, im Folgenden als „Crashfall" bezeichnet, zur Umwandlung der beispielsweise bei einem Aufprall auftretenden kinetischen Energie in eine Formänderung eines dafür vorgesehenen deformierbaren Bauteils. Ein solches Bauteil wird auch als Crashelement bezeichnet. Die Energieumwandlung führt zu einem mindestens abschnittsweise irreversiblen Versagen des Crashelements. Häufig bestehen solche Crashelemente aus Faserverbundwerkstoffen, zum Beispiel in Form von rohrförmigen Hohlkörpern, die im Crashfall vorrangig in Längsrichtung beansprucht werden und die Energie durch plastische Verformung aufnehmen.
Ein gattungsgemäßes Crash-Energieabsorber-Elemente ist aus DE 196 23 449 A1 bekannt. Es weist ein in ein längskraftübertragendes Lager eingeführtes, Stoßenergie absorbierendes Rohrelement aus faserverstärktem Verbundmaterial auf, wobei das Lager entsprechende Öffnungen aufweist, durch die aufprallbedingt aufgerissenes Verbundmaterial austreten kann. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei aufgerissenem Verbundmaterial eine Verbindung zwischen dem Rohr- efement und dem Lager besteht, was z. B. zum Abschleppen eines verunfallten Kraftfahrzeuges erforderlich ist. Nachteilig ist jedoch, dass die „Triggerung", d.h. der Auslösepunkt für das Einsetzen des Versagensverhaltens, lediglich durch das Rohrelement vorgegeben ist und folglich nur in sehr begrenztem Maße variabel einstellbar ist.
Zudem sind aus der EP 1 316 409 A1 und der DE 100 36 169 A1 Faserverbund- Crashstrukturen mit einem kegelstumpfförmigen Querschnitt mit einer konstanten oder einer sich stufenförmig verändernden Wandstärke bekannt. Dabei dient eine Vernadelung und/oder ein Übergangsbereich zwischen verschieden dicken Wandabschnitten zur Generierung von Versagensbereichen mit bestimmten maximal aufnehmbaren Kräften. Hierbei ist jedoch von Nachteil, dass der Energie- aufnähme über die Querschnittsgestaltung und die Wanddicke gewisse Grenzen gesetzt sind und zur Umwandlung hoher Bewegungsenergie ein vergleichsweise langes Crashelement benötigt wird.
Aus der DE 197 17 473 A1 ist ein Energieabsorberelement mit zwei rohrförmigen Crashelementen bekannt, wobei ein Rohrkörper aus Metall und der andere Rohrkörper aus glasfaserverstärktem Verbundwerkstoff (GFK) besteht. Die Aufprallenergie wird durch eine Abrollbewegung des Metallrohres und durch den vollständigen Bruch des Glasfaserrohres aufgenommen. Eine derartige Anordnung mit mehreren ineinander schiebbaren Rohren stellt eine komplexe Baueinheit mit gro- ßem Platzbedarf dar. Zudem ist nach erfolgtem Bruch eine weitere Energieabsorption kaum möglich.
Die DE 101 40 503 A1 offenbart ein rohrförmiges Crashelement, das die umzuwandelnde Energie durch eine Umstülpverformung aufnimmt. Infolge einer halb- kreisförmigen Umstülphohlkehle kann es bei dem Umstülpvorgang zu einem
Verstopfen der Bauteilumgebung und somit zu einer begrenzten oder unvollständigen Energieaufnahme kommen.
Schließlich ist aus der DE 102 43460 A1 ein Energieabsorber bekannt, bei dem eine mit einer mittigen Öffnung versehene metallische Grundplatte mit mehreren spanabtragenden Elementen in Umfangsrichtung entlang der Öffnung versehen ist. Die spanabtragenden Elemente bewirken entlang der Längsrichtung eines aus Polymer bestehenden Crashelementes im Crashfall einen spanenden Materialabtrag. Nachteilig ist jedoch, dass das Crashelement eine nicht zu geringe Wanddi- cke aufweisen muss, damit es überhaupt zu einem gewissen Schichtabtrag durch Spanen kommen kann. Insofern ist auch hier eine Energieaufnahme nur bis zu einer bestimmten Belastung möglich. Es kommt vorrangig zu einer Zersplitterung der abgetragenen Außenschicht. Diese Versagensform ermöglicht lediglich eine relativ geringe Energieumwandlung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Crash-Energieabsorber-Element anzugeben, das ein zuverlässiges, kontrolliertes Versagen mit hoher Energieabsorption gewährleist, und das gleichzeitig eine verbesserte Steuerung bzw. An- passbarkeit des Versagensverhaltens ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Crash-Energieabsorber-Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein mit einem solchen Crash-Energieabsorber-Element versehenes Anbindungselement sowie ein Luftfahrzeug sind Gegenstände der Nebenansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, dass dem für die Energieumwandlung vorgesehenen Crashelement eine mit Durchgangsöffnungen versehene Trenneinrichtung sowie eine Umlenkeinrichtung zugeordnet ist, wobei die Achsen der Durchgangsöffnungen unter einem ersten Winkel und die in Richtung Crashelement weisende Oberfläche der Umlenkeinrichtung unter einem zweiten Winkel bezüglich einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Crashelements geneigt sind. Durch die geneigte Oberfläche der Umlenkeinrichtung wird das Crashelement vorgeschädigt, insbesondere durch Aufweiten und/oder teilweises Umbiegen des auf der Umlenkeinrichtung aufliegenden Endes des Crashelements, was eine erste Energieabsorptionsstufe darstellt. Diese Vorschädigung dient zur gezielten Ein- Stellung eines vorbestimmten Kraftniveaus. Durch entsprechende Wahl des zweiten Neigungswinkels kann dieses Kraftniveau eingestellt werden. Der zweite Neigungswinkel beträgt typischerweise 5 bis 80°, vorzugsweise 20 bis 30°.
Das vorgeschädigte Crashelement wird dann über die Umlenkeinrichtung der Trenneinrichtung zugeführt, die das Crashelement im Crashfall in seinem
Versagensbereich in mehrere, insbesondere streifenförmige Teilelemente aufspaltet, auftrennt, aufschneidet oder aufteilt (nachfolgend verallgemeinert als „Aufspalten" bezeichnet), was mit Absorption von Energie verbunden ist. Dabei wird das Crashelement in Längsrichtung soweit aufgespaltet bis sämtliche im Crashfall auf das Crashelement einwirkende kinetische Energie absorbiert ist. Dies stellt die zweite Stufe der Energieabsorption dar. Der Prozess kommt danach zum Stehen, kann aber bei erneuter Belastung (z.B. bei einem erneuten Aufprall) in entsprechender Weise fortgeführt bzw. erneut in Gang gesetzt werden.
Die vorzugsweise das Crashelement im Wesentlichen ringförmig umgebende Trenneinrichtung weist zum oben beschriebenen Aufspalten des Crashelements Durchgangsöffnungen auf, z.B. in Form von Sacklöchern, Durchbrechungen oder Bohrungen, die entlang der Umfangsrichtung des Crashelements angeordnet sind. Eine gleichmäßige Anordnung der Durchgangsöffnungen führt zu einem symmet- rischen Versagensverhalten des Crashelements. Die Durchgangsöffnungen sind vorzugsweise kreisförmig, gekrümmt oder ellipsenförmig ausgebildet und sind über die Wandstärke der Trenneinrichtung schräg verlaufend angeordnet; d.h., die Achsen der Durchgangsöffnungen verlaufen bezüglich einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Crashelements geneigt. Dabei wird zumindest abschnittsweise durch eine Begrenzungskante (z.B. Umrandung) oder Begrenzungsfläche der Durchgangsöffnung ein Schneidmittel gebildet. Alternativ kann aber auch die Umrandung der Durchgangsöffnung mit einem Vorsprung zur Bildung eines Schneidmittels versehen sein. In der Regel ist die Umrandung der Durchgangsöffnung jedoch ohne besondere Formgebung oder Ausgestaltung ausreichend scharfkantig, so dass im Crashfall das Crashelement durch Reibung an der Durchgangsöffnung unter Energieabsorption in entsprechende Teilelemente aufgespaltet wird. Durch die schräge Anordnung der Durchgangsöffnungen wird einerseits das Einsetzen des Aufspaltens des Crashelements gesteuert, was eine weitere Möglichkeit der Einstellung der Kraftniveaus darstellt. Andererseits wird ein Verstopfen der Durch- gangsöffnungen, die Abfluss- oder Abführkanäle für das aufgespaltete Crashelementmaterial bilden, wirksam verhindert. Bei einem von oben in den Energieabsorber eingeführten Crashelement fallen sowohl die Durchgangsöffnungen als auch die in Richtung Crashelement weisende Oberfläche der Umlenkeinrichtung bevorzugt nach außen hin ab.
Um einen gleichmäßigen Übergang zwischen Umlenkeinrichtung und Trenneinrichtung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, dass der erste und der zweite Neigungswinkel gleich groß sind. Die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Crash-Energieabsorber-Elements wird aber auch nicht negativ beeinträchtigt, wenn die Oberfläche der Umlenkeinrichtung unter einem anderen Winkel als die Achsen der Durchgangsöffnungen geneigt ist. Durch die Wahl der Neigungswinkel, insbesondere des ersten Winkels, kann auch der Raumbedarf, insbesondere auf Grund der durch die Durchgangsöffnungen austretenden geschnittenen Teilelemente, eingestellt bzw. variiert werden. Dies kann zum Beispiel beim Einbau der Erfindung in bestehende Strukturen oder Systeme von Vorteil sein.
Durch das Austreten der aufgeschnitten Teilelemente durch die Durchgangsöffnungen wird das versagende Crashelementmaterial nach außen abgeführt. Zudem ist von Vorteil, dass bei einer entgegengesetzten Belastung des Crashele- ments, beispielsweise beim Einwirken einer Zugkraft, Trenneinrichtung und Crashelement weiterhin miteinander verbunden bleiben und somit die Struktur des Crash-Energieabsorber-Elements an sich intakt bleibt.
Vorteilhafterweise ist die Umlenkeinrichtung einstückig mit dem Energieabsorber ausgebildet, oder zumindest fest mit diesem verbunden. Dies stellt eine besonders einfache und handliche Ausgestaltung dar, wobei lediglich das Crashelement in geeigneter Weise mit dem Energieabsorber zusammenwirken muss. Zu diesem Zweck wird das Crashelement üblicherweise in den Energieabsorber eingeführt und gegebenenfalls mit diesem fest verbunden. Als Material für die Umlenkeinrich- tung und den Energieabsorber kann z. B. gehärteter Stahl, Aluminium oder andere für Luftfahrtanwendungen geeignete Materialien verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Umlenkeinrichtung separat ausgebildet, was nachfolgend auch durch den Begriff „Kernelement" zum Aus- druck kommen soll. Das Kernelement ist in den Energieabsorber einführbar und in Längsrichtung des Crashelements variabel feststellbar ist. Dies ermöglicht eine Höhenverstellung der Umlenkeinrichtung, wodurch der Auftreffpunkt der in Richtung Crashelement weisenden Oberfläche der Umlenkeinrichtung auf die Durchgangsöffnung eingestellt werden kann. Anders ausgedrückt, durch eine derartige Höhenverstellung kann quasi der Querschnitt der Durchgangsöffnung verändert werden, was eine weitere Möglichkeit der Triggerung darstellt. Zudem kann das Kernelement ausgewechselt werden und durch ein anderes Kernelement mit unterschiedlichem Neigungswinkel ersetzt werden, um beispielsweise je nach Anwendung das zur Auslösung des Versagensverhaltens erforderliche Kraftniveau einzustellen. Das Kernelement ist typischerweise ringförmig oder kegelstumpfför- mig ausgebildet, was dessen Handhabung vereinfacht.
Der Neigungswinkel der Umlenkeinrichtung, d.h. der zweite Winkel, wird auf besonders einfache Weise durch eine konische Oberfläche der Umlenkeinrichtung realisiert. Dabei weist die Spitze des Konus typischerweise in Richtung Crashelement.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die konische Oberfläche eine Anzahl von gekrümmten, insbesondere muldenförmigen, Umlenkabschnitten auf. Vorteilhafterweise führt jeweils ein Umlenkabschnitt zu einer Durchgangsöffnung hin; d.h. die Anzahl der Umlenkabschnitte entspricht der Anzahl der Durchgangsöffnungen. Entlang der Berührungslinie zweier benachbarter muldenförmiger Umlenkabschnitte kann eine weitere Schneidkante entstehen, was dazu führt, dass das Crashelement durch die Umlenkeinrichtung nicht nur durch Aufweitung und Umlenkung vorgeschädigt wird, sondern auch durch leichtes Anschneiden bzw. Einschneiden. Dadurch kann die erste Stufe der Energieabsorption entsprechend modifiziert werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Energieabsorber einen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des Crashelementes auf. Typischerweise hat der Aufnahmeabschnitt ein trichterförmiges Ende. Dies ermöglicht bei einer nicht ausschließlich in Richtung der Längsachse des Crashelementes einwirkenden Belastung, das heißt bei teilweiser Quer- und/oder Biegebelastung, eine Spannungsre- duktion. Auf diese Weise wird eine verbesserte Funktionalität des erfindungsgemäßen Crash-Energieabsorber-Elements bei außermittiger Belastung erreicht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an dem dem Aufnahmeabschnitt gegenüberliegenden Ende des Energieabsorbers ein Anschlussbereich vorgesehen, über den das Crash-Energieabsorber-Element mit einem Bauteil verbindbar ist. Typischerweise weist der Anschlussbereich wenigstens einen Anschlussarm auf und kann z.B. in Form eines Gabelbeschlages ausgebildet sein.
Das Crashelement ist in bevorzugter Ausgestaltung als rohrförmiger Hohlkörper ausgebildet, was zu einer entsprechenden Gewichtseinsparung führt. Die Wand- stärke des Hohlkörpers kann entlang der Längsachse gleich bleiben oder variabel ausgeführt sein, je nach erforderlicher Belastung. Dabei können zum Beispiel auch Verstärkungen vorgesehen sein. Der Hohlkörper besteht typischerweise aus Kunststoffwerkstoffen oder Faserverbundwerkstoffen, insbesondere Kohlenstoff- Faserverbundwerkstoffen (CFK). Diese Werkstoffe sind vor allem auf Grund ihrer hohen gewichtsspezifischen Energieabsorption vorteilhaft. Besonders bevorzugt wird ein geflochtenes Faserverbundrohr verwendet, das beispielsweise Fasern mit ± 45° Orientierung aufweist. Selbstverständlich können auch andere Faserverbund-Gewebe oder -Gelege (z. B. Multiaxialgelege oder Prepregs) verwendet wer- den.
Eine besonders bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Crash- Energieabsorber-Elements liegt auf dem Gebiet von Luft- und Raumfahrttechnik, z.B. in Flugzeugen, Hubschraubern, Raumfähren oder dergleichen. Speziell bei sprödelastischen Verbundstrukturen (z.B. im Flugzeugrumpfbereich) sind geeignete Absorberkonzepte erforderlich, um ein zu einer metallischen Bauweise vergleichbares Versagensverhalten zu erreichen. Ein mögliches Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Crash-Energieabsorber-Elements sind Stützen oder Stützstreben eines Passagier- oder Cockpit-Fußbodens, um somit die resultierenden Beschleunigungen im Kabinenbereich (und damit auf Passagiere und/oder Crew) wirksam reduzieren zu können. Hier wird das erfindungsgemäße Crash- Energieabsorber-Element vorzugsweise in Lagerfußpunkten von Stützen oder Stützstreben eingesetzt. Selbstverständlich sind eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen, z.B. in der Kraftfahrzeug- oder Luft- und Raumfahrttechnik, möglich.
Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch ein Anbindungselement gelöst, das mit einem erfindungsgemäßen Crash-Energieabsorber-Element und einem Stützelement versehen ist, wobei das Stützelement durch das Crashelement gebildet ist, oder mit dem Crashelement verbunden ist. Dieses Anbindungselement macht sich die oben genannten Vorteile des Crash-Energieabsorber-Elements zu Nutze.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anbindungsele- ments ist das Crashelement mittels einer deformierbaren Verbindung mit dem Aufnahmeabschnitt verbunden, wobei die Verbindung bei der gleichen oder einer geringeren Belastung wie das Crashelement versagt.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Verbindung als Klebeverbindung ausgeführt. Insbesondere um einen vorbestimmten Hohlraum für die Klebemasse zu definieren, ist wenigstens ein Dichtring zwischen Aufnahmeabschnitt und Crashelement angeordnet. Die Dichtmasse kann beispielsweise über eine Bohrung in der Wandung des Aufnahmeabschnitts in diesen Hohlraum injiziert werden.
Zum Toleranzausgleich und zur Bildung eines Distanzringes kann ferner am Ende des Crashelementes ein Ringelement (z.B. aus CKF oder GFK) oder eine Verstärkung (z.B. eine CFK- oder GFK-Lage) vorgesehen sein, welche zugleich eine galvanische Korrosion verhindern. Um eine Qualitätskontrolle zu ermöglichen, weist der Aufnahmeabschnitt vorzugsweise eine Entlüftungs-/Auslassbohrung auf.
Alternativ kann die Verbindung mehrere Abscherelemente, insbesondere in Form von Abscherstiften, aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Anbindungselement mit einem wenigstens einen Anschlussarm umfassenden Bauteilanschluss ausgestattet, der mit der Trenneinrichtung verbunden ist. Dieser Bauteilanschluss kann beispielsweise auch zur Lagerung des oben beschriebenen Kernelements dienen.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung sind der Aufnahmeabschnitt, die Trenneinrichtung und der Bauteilanschluss in Längsrichtung des Anbindungsele- ments aufeinanderfolgend koaxial miteinander verbunden. Vorteilhafterweise sind vorgenannte Bestandteile miteinander verschweißt oder auch einteilig ausgebildet.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere in der Nutzung der Energieabsorp- tion von Kunststoff- oder Faserverbund-Crashelementen, wobei im Crashfall eine zweistufige Energieabsorption erfolgt. Zudem kann das Versagensverhalten je nach Anwendung eingestellt werden, insbesondere ist der Auslösepunkt für das Einsetzen des Versagensverhaltens des Crashelements präzise einstellbar. Das versagende Crashelement kann zuverlässig abgeführt werden, d.h. ein problems- loser Fragmentabfluss ist gewährleistet. Das erfindungsgemäße Crash- Energieabsorber-Element lässt sich auf einfache Weise in bestehende Bauteile, Strukturen, Anbindungselemente etc. integrieren.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1a eine schematische perspektivische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Energieabsorbers;
Fig. 1b eine geschnittene Teilansicht der Darstellung gemäß Fig. 1a;
Fig. 2a eine schematische perspektivische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Energieabsorbers;
Fig. 2b eine geschnittene Teilansicht der Darstellung gemäß Fig. 2a;
Fig. 2c eine Draufsicht der Darstellung gemäß Fig. 2a;
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Crash- Energieabsorber-Elements vor dem Crashfall; Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Crash-Energieabsorber-Elements nach dem Crashfall;
Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Anbindungselements;
Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht der Darstellung gemäß Fig. 5;
Fig. 7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Darstellung gemäß Fig. 6;
Fig. 8 eine weitere Seitenansicht der Darstellung gemäß Fig. 6;
Fig. 9 eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht des Anbindungs- elements gemäß Fig. 5 mit einer Klebeverbindung; und
Fig. 10 die Klebeverbindung von Fig. 9 im Querschnitt.
Nachfolgend werden anhand der Figuren 1 bis 4 vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Crash-Energieabsorber-Elements beschrieben. Unter Bezugnahme auf Figuren 5 bis 10 werden vorteilhafte Ausführungsformen eines entsprechenden Anbindungselements beschrieben.
In den Figuren 1a und 1b ist eine erste Ausführungsform eines Energieabsorbers 10 dargestellt, der zusammen mit einem im Crashfall irreversibel versagenden Crashelement ein erfindungsgemäßes Crash-Energieabsorber-Element bildet. In Figur 1a und 1b ist aus Gründen der besseren Übersicht das Crashelement nicht dargestellt, da zunächst der Energieabsorber 10 beschrieben werden soll. Der Energieabsorber 10 weist eine zylindrische Form auf, mit einer Längserstreckung, die nachfolgend auch als Längsrichtung bzw. Längsachse X bezeichnet wird und in den nachfolgenden Figuren strichpunktiert dargestellt ist. Der Energieabsorber 10 weist eine Trenneinrichtung 30 auf, die eine Vielzahl von Durch- gangsöffnungen 32 aufweist, welche entlang der Umfangsrichtung des Energieabsorbers 10 angeordnet sind. Die Durchgangsöffnungen 32 fallen schräg nach außen hin ab, d.h. die gestrichelt dargestellten Achsen der Durchgangsöffnungen 32 sind bezüglich einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung X unter einem ersten Winkel α geneigt (siehe Figur 1b).
Innerhalb des Energieabsorbers 10 ist eine Umlenkeinrichtung 40 angeordnet, die durch ein in den Energieabsorber 10 einführbares separates Bauteil, welches nachstehend auch als Kernelement bezeichnet wird, einführbar ist. Das Kernelement 40 ist in Richtung des Doppelpfeils verschiebbar und kann in einer ge- wünschten Position arretiert werden. Dadurch kann der Auftreffpunkt des Außenrandes 44 der Umlenkeinrichtung 40 bezüglich der Durchgangsöffnungen 32 variiert werden. Durch eine derartige Verstellbarkeit des Kemelementes 40 kann quasi der Durchmesser der jeweiligen Durchgangsöffnung 32 verändert werden. Dies stellt eine Möglichkeit dar, das erfindungsgemäße Crash-Energieabsorber- Element für einen Anwendungsfall einzustellen, worauf nachstehend noch genauer eingegangen wird.
Figuren 1a und 1 b zeigen ferner, dass die in Richtung des nicht dargestellten Crashelements weisende Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40, d.h. die hier nach oben weisende Seite der Umlenkeinrichtung 40, eine kegelförmige Form aufweist. Die Spitze des Kegels befindet sich auf der Längsachse X und die Seitenflächen des Kegels fallen nach außen hin ab. Folglich ist die Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 bezüglich einer Ebene senkrecht zur Längsachse X unter einem zweiten Winkel ß geneigt (siehe Figur 1b). Bei der in Figur 1a und 1b dar- gestellten Ausführungsform ist der erste Winkel α kleiner als der zweite Winkel ß. Durch die Begrenzungskanten, d.h. den Randbereich, der Durchgangsöffnungen 32 werden Schneidkanten 36 gebildet, die zu einem Aufspalten des Crashelements führen, was im Zusammenhang mit Figuren 3 und 4 noch genauer be- schrieben wird. Auch die (inneren) Begrenzungsflächen der Durchgangsöffnungen 32 können als Schneidflächen 38 dienen. Für den Fall, dass die Oberseite 41 der Umlenkeinrichtung 40 nicht kontinuierlich in die Durchgangsöffnung 32 übergeht, wie es in Figuren 1a und 1 b dargestellt ist, d.h., wenn an dem Rand 44 der Umlenkeinrichtung 40 ein stufenförmiger, kantenartiger Übergang zwischen Oberflä- che 41 und Durchgangsöffnung 32 entsteht, kann durch diesen Übergang eine weitere Schneidkante gebildet werden.
Figur 2a zeigt eine alternative Ausgestaltung des Energieabsorbers 10, bei dem die Umlenkeinrichtung 40 einstückig mit dem Energieabsorber 10 ausgebildet ist. Die in dem Energieabsorber 10 angeordnete Trenneinrichtung 30 ist identisch zu der in Figuren 1a und 1b beschriebenen. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Figuren 1a und 1b ist die Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 im Wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform sind der erste Winkel α und der zweite Winkel ß identisch. Zudem geht die Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 kontinuierlich, d.h. ohne Stufe, in die jeweilige Durchgangsöffnung 32 über (siehe Figur 2b).
Wie insbesondere aus Figuren 2a und 2c zu sehen ist, weist die Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 eine der Anzahl der Durchgangsöffnungen 32 entsprechen- de Anzahl von Umlenkabschnitten 42 auf. Eine jede Oberfläche jedes Umlenkabschnittes ist gekrümmt bzw. muldenförmig geformt, wobei die jeweiligen Randbereiche zweier aneinandergrenzender Umlenkabschnitte 32 eine weitere Schneidkante 48 bilden können. Die Neigung jedes einzelnen Umlenkabschnittes 42 entlang seiner Gefällelinie in Richtung der zugeordneten Durchgangsöffnung 32 ent- spricht dem zweiten Winkel ß (siehe Figur 2b). Die im Zusammenhang mit Figuren 1 und 2 beschriebenen Energieabsorber 10 wirken mit einem im Crashfall irreversibel versagenden Crashelement zusammen, das in den nachfolgenden Figuren mit Bezugsziffer 20 bezeichnet ist. Das Crash- element ist typischerweise ein sich entlang der Längsrichtung X erstreckender rohrförmiger Hohlkörper aus Kunststoff- oder Faserverbundwerkstoff. Besonders bevorzugt wird ein Crashelement aus Kohlenstoff-Faserverbundwerkstoff (CFK) verwendet, da dieses Material eine hohe gewichtsspezifische Energieabsorption aufweist. Ein derartiges CFK-Rohr kann z.B. durch Flechttechnik hergestellt wer- den. Ebenso kann es aber auch aus Multiaxialgelege, Prepregs oder anderen CFK-Halbzeugen auf an sich bekannte Art und Weise hergestellt werden.
Das einen ersten Endbereich 24 (d.h. das untere Ende in Figur 3) und einen zweiten Endbereich 26 (d.h. das obere Ende in Figur 3) aufweisende Crashelement 20 ist in der Ausgangsstellung vor dem Crashfall auf der Umlenkeinrichtung 40 derart aufgesetzt, dass die Wandung des Rohrendes 22 auf der Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 (nicht dargestellt) zum Liegen kommt. Um eine verbesserte Führung des Crashelements 20 innerhalb des Energieabsorbers 10 zu gewährleisten, ist ein rohrförmiger Aufnahmeabschnitt 50 vorgesehen, der oberhalb der Trenneinrichtung 30 angeordnet ist, der zur Aufnahme des ersten Endbereiches 24 dient. Um auch bei außermittiger Belastung des Crashelements 20 im Crashfall eine zuverlässige Funktionsweise zu erhalten, kann der Aufnahmeabschnitt 50 an seinem oberen Ende trichterförmig ausgebildet sein, was im Zusammenhang mit den Ausführungsform gemäß Figuren 5 bis 10 noch genauer beschrieben wird.
In Figuren 3 und 4 liegt die Außenseite des Crashelements 20 an der Innenseite des Aufnahmeabschnitts 50 an. Alternativ kann jedoch auch eine Zwischenlage, beispielsweise eine Klebeschicht und/oder eine Dichtlage zwischen der Außenseite des Crashelements 20 und der Innenseite des Aufnahmeabschnitts 50 vorge- 5
sehen sein. Diesbezüglich wird auch auf die Ausführungsformen gemäß Figuren 5 bis 10 verwiesen.
In Figur 3 ist in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Crash- Energieabsorber-Element 1 in seiner Ausgangsposition vor dem Crash dargestellt, wobei das im Crashfall irreversibel verformbare Crashelement 20 in einen Energieabsorber 10 gemäß Figuren 1 oder 2 eingeführt ist. In Figur 4 ist die Situation nach dem Crash schematisch dargestellt. Ein Vergleich der Figuren 3 und 4 zeigt, dass das Crashelement 20 im Crashfall, d.h. bei einer Belastung durch eine Kraft F, die in den dargestellten Ausführungsformen von oben in Längsrichtung X einwirkt, in einem unteren Versagensbereich in eine der Anzahl der Durchgangsöffnungen 32 entsprechende Anzahl von streifenförmigen Teilelementen 28 aufgespaltet wird. Diese Formänderung bzw. Deformation des Crashelements 20 ermöglicht die Absorption der im Crashfall auf das Crashelement 20 einwirkenden kinetischen Energie. Neben der in Figuren 3 und 4 dargestellten Aufspaltung in die Teilelemente 28 kann es auch zu einer geringfügigen Absplitterung des Crashelementmaterials, beispielsweise in Form von bruchstückartigen Splittern, kommen.
Die Absorption der im Crashfall auf das Crashelement 20 einwirkenden Energie erfolgt dabei in zwei Stufen, was einerseits durch die Ausgestaltung der Umlenkeinrichtung 40 sowie durch die Anordnung der Durchgangsöffnungen 32 bewirkt wird. Die erste Stufe der Energieabsorption ergibt sich dadurch, dass aufgrund der im Crashfall einwirkenden Kraft F das Ende 22 des Crashelements 20 auf die ko- nisch nach außen hin abfallende Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 gedrückt wird. In Folge der Neigung kommt es zu einem Aufweiten und/oder Umbiegen des Rohrendes 22, wodurch das Crashelement 20 vorgeschädigt wird und bis zu einem durch den Neigungswinkel ß vorgegebenen Grenzwert Energie absorbiert. Wird ein Energieabsorber 10 gemäß einer der in Figuren 2a bis 2c beschriebenen Ausführungsform verwendet, kann es zu einer weiteren Vorschädigung des Rohrendes 22 durch zumindest teilweises Einschneiden durch die von benachbarten, muldenförmigen Umlenkabschnitten 42 gebildeten Schneidkanten 48 kommen. Somit kann durch den Neigungswinkel ß sowie gegebenenfalls eine muldenförmige Ausgestaltung der Umlenkabschnitte 42 bis zu einem vorgegebenen Grenzwert Energie absorbiert werden, der auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst eingestellt werden kann.
Ist die erste Energieabsorptionsstufe überschritten, setzt die Schädigung des
Crashelements 20 durch die Schneidmittel 36 und/oder 38 der Durchgangsöffnungen 32 ein. An diesen Schneid mittein 36, 38 reißt schließlich das Rohrende 22 ein, was zur Ausbildung der streifenförmigen Teilelemente 28 führt. Durch dieses Aufschneiden, Aufspalten, Auftrennen bzw. Aufteilen, was verallgemeinert hier als „Aufspalten" bezeichnet wird, wird weitere Energie durch Deformation absorbiert. Das Aufspalten in die Teilelemente 28 erfolgt soweit, bis die gesamte, während des Crashfalls auf das Crashelement 20 einwirkende Energie absorbiert ist. Dieser Prozess des Aufspaltens stellt die zweite Stufe der Energieabsorption dar. Dadurch, dass die Durchgangsöffnungen 32 unter dem ersten Winkel α, in den dar- gestellten Ausführungsbeispielen schräg nach außen abfallen, ist ein sicherer Fragmentabfluss gewährleistet. Somit kann das versagende Crashelementmaterial in geeigneter Weise schräg nach außen abgeführt werden, ohne dass die durch die Durchgangsöffnungen 32 gebildeten Abfluss-/Abspaltkanäle verstopft werden. Ferner ist von Vorteil, dass durch die langgestreckte Ausgestaltung des Crash- elements 20 ein relativ langer Absorptionsweg zur Verfügung steht, so dass bei einem erneuten Aufprall das erfindungsgemäße Crash-Energieabsorber-Element weiterhin funktionsfähig ist. Der voranstehend beschriebene Mechanismus setzt dann erneut ein, was zu einer weiteren Deformation, insbesondere durch Aufschneiden, des Crashelements 20 führt. Bei einer separat ausgebildeten Umlenkeinrichtung 40, die innerhalb des Energieabsorbers variabel feststellbar ist (siehe z.B. Ausführungsform gemäß Figuren 1a und 1b), kann zudem, wie bereits voranstehend erwähnt, die Höhe und damit der Querschnitt der in Richtung Crashelement 20 weisenden Seite der Durchgangs- Öffnungen 32 verändert werden, was eine weitere Möglichkeit der Anpassbarkeit darstellt. Für den Fall, dass die Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 bzw. die Umlenkabschnitte 42 nicht kontinuierlich in die Durchgangsöffnungen 32 übergehen, kann durch einen verkleinerten Öffnungsquerschnitt bzw. einen stufenartigen Übergang (siehe z.B. Figur 1b) eine weitere Schneidkante am Rand 44 des Ener- gieabsorbers 10 gebildet werden, wodurch das Aufspalten des Crashelements 20 entsprechend beeinflusst werden kann.
Die im Weiteren erläuterten Figuren 5 bis 10 zeigen ein erfindungsgemäßes An- bindungselement 60 mit einem Energieabsorber 10 gemäß der in Figuren 1a und 1b dargestellten Ausführungsform. Dabei bildet das Crashelement 20 zugleich ein Stützelement, beispielsweise zur Abstützung eines Bodenaufbaus eines Luftfahrzeuges, beispielsweise eines Flugzeuges oder Hubschraubers. Alternativ kann das Stützelement auch mit dem Crashelement 20 verbunden sein.
Wie insbesondere aus Figur 6 hervorgeht, ist die Umlenkeinrichtung 40 als separates Bauteil ausgebildet, das durch ein kegelstumpfförmiges Kernelement gebildet wird und auswechselbar in den Energieabsorber 10 einsetzbar ist, so dass dieses an einer geeigneten Position angeordnet ist, um mit der Trenneinrichtung 30 zusammen zu wirken. Das Kemelement kann, wie bereits voranstehend be- schrieben, in Längsrichtung X variabel verstellbar, d.h. höhenverstellbar, sein.
Das Anbindungselement 60 gemäß Figuren 5 bis 10 weist oberhalb der Trenneinrichtung 30 einen Aufnahmeabschnitt 50 auf, der ein erstes trichterförmig ausgebildetes Ende 52 aufweist. Dies erleichtert das Einsetzen des Crashelementes 20 und verbessert zudem die Funktionalität des Crashelements 20 bei außermittiger Belastung des Crashelements im Crashfall, d.h. wenn nicht nur axiale Kräfte sondern auch teilweise Quer- und/oder Biegekräfte auf das Crashelement 20 einwirken. Zudem ist die Wandstärke der Trenneinrichtung 30 größer als die des Aufnahmeabschnittes 50, insbesondere durch Aufdicken der Trenneinrichtung 30 nach außen, wodurch im Crashfall höhere Kräfte aufgenommen werden können.
Das in den Figuren 5 bis 10 dargestellte Anbindungselement 60 weist ferner einen mit der Trenneinrichtung 30 verbundenen Bauteilanschluss 80 auf, der parallel zur Längsachse X zwei voneinander beabstandete Anschlussarme 82 umfasst und insbesondere in Form eines Gabelbeschlages ausgebildet ist. Jeder Anschlussarm 82 weist eine Bohrung auf, über die das Anbindungselement 60, z.B. mittels einer Bolzen- oder Schraubverbindung, mit einem Bauteil verbunden werden kann. Insgesamt betrachtet sind der Aufnahmeabschnitt 50, die Trenneinrichtung 30 und der Bauteilanschluss 80 in Längsrichtung X aufeinander folgend koaxial miteinander verbunden.
Wie in Figuren 9 und 10 gezeigt ist, kann das Crashelement 20 zusätzlich mit dem Aufnahmeabschnitt 50 mittels einer deformierbaren Verbindung 70 verbunden sein. Die Verbindung 70 kann als Klebeverbindung ausgeführt sein und versagt typischerweise bei einer geringeren Belastung wie das Crashelement 20 an sich, wodurch eine weitere Möglichkeit der Triggerung gegeben ist. Anstelle der Klebeverbindung kann auch eine Abschereinheit, insbesondere in Form von mehreren Abscherstiften (siehe Figuren 9 und 10), vorgesehen sein. Anders als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 liegt das Crashelement 20 nicht auf der Um- lenkeinrichtung 40 auf, damit sich die Versagenslasten der Verbindung 70 nicht mit dem Triggern des Crashelements 20 summieren.
Um eine einfache Handhabung zur Herstellung der Klebeverbindung zu ermöglichen, weist der Aufnahmeabschnitt 50 eine Injektionsbohrung 58 auf (s. Fig. 5). Vor dem Einsetzen des Crashelementes 20 in den Aufnahmeabschnitt 50 werden zwei Dichtringe 72 zur Bildung des mit dem Kleber auszufüllenden Hohlraumes in zwei an der Innenseite des Aufnahmeabschnittes 50 ausgebildete umlaufende Nute 56 eingesetzt (s. Figuren 9 und 10). Nach Einsetzen des Crashelementes 20 wird der Kleber über die Bohrung 58 in den durch die Dichtringe 72, die Außensei- te des Crashelementes 20 und die Innenseite des Aufnahmeabschnittes 50 begrenzten Hohlraum injiziert. Zur besseren Entlüftung kann der Aufnahmeabschnitt 50 mit verschließbaren Entlüftungsbohrungen versehen sein. Die Klebeverbindung ermöglicht die Aufnahme von statischen Zug- und Drucklasten, die geringer sind als die in einem Crashfall auftretende Trigger-Last. Ferner kann mittels der Dicht- ringe 72 die Lage und die Abmessung der Klebeverbindung gewählt werden.
Bezugszeichenleiste
1 Crash-Energieabsorber-Element
10 Energieabsorber
20 Crashelement
22 Rohrende
24 erster Endbereich des Crashelements 26 zweiter Endbereich des Crashelements
28 Teilelement
30 Trenneinrichtung
32 Durchgangsöffnung 36 Schneidkante
38 Schneidfläche
40 Umlenkeinrichtung
41 Oberfläche der Umlenkeinrichtung 42 Umlenkabschnitt
44 Rand der Umlenkeinrichtung
48 Schneidkante
50 Aufnahmeabschnitt 52 erstes Ende
54 zweites Ende
56 Nut
58 Bohrung
60 Anbindungselement 70 Verbindung
72 Dichtring
80 Bauteilanschluss
82 Anschlussarm
F Kraft
X Längsachse(n)/-richtung
α erster Winkel ß zweiter Winkel

Claims

Patentansprüche
1. Crash-Energieabsorber-Element (1 ) mit einem Energieabsorber (10) und ei- nem im Crashfall irreversibel versagenden Crashelement (20), wobei der Energieabsorber (10) eine Trenneinrichtung (30) aufweist, welche das Crashelement (20) im Crashfall zumindest abschnittsweise in mehrere Teilelemente (28) aufspaltet, und wobei die Trenneinrichtung (30) eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen (32) aufweist, durch die die aufgespalteten Teilelemente (28) abführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Durchgangsöffnungen (32) bezüglich einer zur Längsrichtung (X) des Crashelements (20) senkrecht stehenden Ebene unter einem ersten Winkel (α) geneigt sind, und der Energieabsorber (10) eine Umlenkeinrichtung (40), über die das Crashelement (20) den Durchgangsöffnungen (32) zuführbar ist, aufweist, deren in Richtung Crashelement (20) weisende Oberfläche (41) bezüglich der zur Längsrichtung (X) des Crashelements (20) senkrecht stehenden Ebene unter einem zweiten Winkel (ß) geneigt ist.
2. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinrichtung (30) das Crashelement (20) im Wesentlichen ringförmig umgibt.
3. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem von oben in den Energieabsorber (10) eingeführten Crashelement (20) die Durchgangsöffnungen (32) und die Oberfläche (41) der Umlenkeinrichtung (40) nach außen abfallen.
4. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkel (α) und der zweiten Winkel (ß) im Wesentlichen identisch sind.
5. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (40) einstückig mit dem Energieabsorber (10) ausgebildet oder fest mit diesem verbunden ist.
6. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da- durch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (40) in den Energieabsorber
(10) einführbar und in Richtung der Längsachse (X) variabel feststellbar ist.
7. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkeinrichtung (40) im Wesentlichen ringförmig oder ke- gelstumpfförmig ausgebildet ist.
8. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (41) der Umlenkeinrichtung (40) eine im Wesentlichen konische Form aufweist.
9. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (41) der Umlenkeinrichtung (40) in eine Anzahl von gekrümmten, insbesondere muldenförmig ausgebildeten, Umlenkabschnitten (42) unterteilt ist.
10. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Umlenkabschnitte (42) der Anzahl der Durchgangsöffnungen (32) entspricht.
11. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorber (10) einen Aufnahmeabschnitt (50) zur Aufnahme eines ersten Endbereiches (24) des Crashelements (20) aufweist.
12. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeabschnitt (50) trichterförmig ausgebildet ist.
13. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach einem der vorangegangenen An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem dem Aufnahmeabschnitt (50) gegenüberliegenden Ende des Energieabsorbers (10) ein Anschlussbereich (80) vorgesehen ist, über den das Crash-Energieabsorber-Element (1) mit einem Bauteil verbindbar ist.
14. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (80) wenigstens einen Anschlussarm (82) aufweist.
15. Crash-Energieabsorber-Element (1 ) nach einem der vorangegangenen An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Crashelement (20) ein rohrförmiger
Hohlkörper ist.
16. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Crashelement (20) aus einem Kunststoff- oder Faserverbundwerkstoff, insbesondere Kohlenstoff- Faserverbundwerkstoff, gebildet ist.
17. Crash-Energieabsorber-Element (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Crashelement (20) aus einem ge- flochtenen Faserverbundwerkstoff gebildet ist.
18. Anbindungselement (60), insbesondere Stützstrebe, mit einem Crash- Energieabsorber-Element (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche und mit einem Stützelement, das mit dem Crashelement (20) verbunden oder durch das Crashelement (20) gebildet ist.
19. Anbindungselement (60) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Crashelement (20) mittels einer deformierbaren Verbindung (70) mit dem Aufnahmeabschnitt (50) verbunden ist, die bei der gleichen oder einer gerin- geren Belastung wie das Crashelement (20) versagt.
20. Anbindungselement (60) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (70) als Klebeverbindung ausgeführt ist.
21. Anbindungselement (60) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Dichtring (72) zwischen Aufnahmeabschnitt (50) und Crashelement (20) angeordnet ist.
22. Anbindungselement (60) nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch ge- kennzeichnet, dass die Verbindung (70) eine Abschereinheit, insbesondere mehrere Abscherstifte, aufweist.
23. Anbindungselement (60) nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (80) in Form eines Gabelbeschlages ausgebildet ist.
24. Luftfahrzeug mit einem Crash-Energieabsorber-Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder einem Anbindungselement (60) nach einem der Ansprüche 18 bis 23.
25. Luftfahrzeug nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement einen Passagier- oder Cockpit-Fußboden abstützt.
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